5.1.3. Генерация, детектирование и управление
динамическими неоднородностями
Информация в устройствах на динамических неоднородностях, например, типа доменов, кодируется двумя основными способами, наличием или отсутствием доменов в заданный момент времени в заданном месте, либо состояниями границ доменов.
Процесс генерации доменов осуществляется в основном локализацией электромагнитного поля, например, с помощью аппликации в виде петли, по которой протекает ток I (рис. 5.5). При подаче импульса тока будет создано размагничивающее поле Нразм, превосходящее значение рабочего поля Нраб и имеющее противоположный знак. Под аппликацией пленка локально перемагнитится и образуется домен.
Другим примером процесса генерации доменов может служить деление зародышевого домена. Если домен зародится, то будет записана логическая единица, в противном случае - логический нуль.
Рис. 5.5. Генерация доменов с помощью петли тока:
1 - подложка ГГГ; 2 - эпитаксиальная ферритовая пленка;
3 - изолирующая пленка; 4 - аппликация; 5 – ЦМД
Если в качестве динамической неоднородности применяется ВБЛ, то используется растянутый ЦМД или страйп-домен (рис. 5.6). Операцию записи производят в следующем порядке: вначале отрицательную ВБЛ, находящуюся в вершине страйпа (рис. 5.6, а), переводят в другое положение (рис. 5.6, б, в). Прилагая к вершине страйпа импульс поля смещения, можно получить пару ВБЛ разных знаков (рис. 5.6, г). Положительную ВБЛ переводят в вершину страйпа (рис, 5.6, д), определяют ЦМД (рис. 5.6,е), и уничтожают его путем аннигиляции. Итогом генерации является отрицательная пара ВБЛ в вершине страйпа. Наличие пары отрицательных ВБЛ соответствует логической единице, а ее отсутствие - логическому нулю.
Рис. 5.6. Запись ВВП в накопительный регистр (а, в, г. д, е)
и ее считывание (б)
Для других устройств функциональной магнетоэлектроники существуют свои методы генерации, в основе которых также лежит принцип возбуждения полем. В устройствах на спиновых волнах используется проводник с током, токовая петля, а также другие генераторы управляющего магнитного поля. Управление динамическими неоднородностями магнетоэлектронной природы осуществляется различными физическими эффектами и явлениями, связанными с наложением физических полей. По своей природе ЦМД имеют магнитное поле, которое, взаимодействуя с внешним полем, создает силы, перемещающие домен в направлении минимальной интенсивности внешнего поля. Другими словами, домен перемещается в таком направлении, в котором его энергия будет минимальной. Токовые аппликации, генерирующие магнитное поле, имеют вид петли из металлической пленки (рис. 5.7, а). Направление тока в аппликации таково, что создается поле, противоположное внешнему, и образуется «яма», которая движется в заданном направлении вследствие последовательной подачи импульсов на фазы Ф1 Ф2, Ф3. Предпочтение отдается трехактной схеме, чтобы избежать взаимодействия следующих друг за другом доменов, а также возвратного их движения. Тактовые аппликатуры просты, но ненадежны из-за большого количества проводников.
Рис. 5.7. Управление движением ЦМД: а – с помощью
токовых аппликаций; б – с помощью пермаллоевых
аппликаций
Более удобны магнитные аппликации, управляющее внешнее поле в которых создает магнитостатические ямы и барьеры (МСБ) (рис. 5.7, б). В таких конструкциях домен продвигается от аппликации к аппликации, форма которых оптимизируется в конкретном случае и представляет собой доменопередвигающую структуру (ДПС). ДПС является эффективным устройством управления динамической неоднородностью в виде домена.
На рис. 5.8 проиллюстрирована идея перемещения ЦМД по классическим TI-образным ДПС в различные моменты времени, связанные с направлением вектора управляющего магнитного поля Нупр.
Генерация доменов происходит в генераторе Г, а детектирование - в детекторе Д. ДПС могут полностью управлять перемещением и коммутировать ЦМД по любому ранее заданному направлению или каналу. Существуют множество конструкций ДПС, однако, наиболее перспективны ионно-имплантированные ДПС. Для других видов динамических неоднородностей существуют свои конструкция устройств управления, основанные на магнитоэлектрических эффектах и явлениях.
Рис. 5.8. Движение ЦМД по доменопередвигающим
структурам: Г – генератор; Д – детектор
Считывание информации сводится к выявлению динамических неоднородности, несущих логические «0» и «1», и осуществляется в устройстве, называемом детектором. При детектировании динамических неоднородностей используются, как правило, физические процессы и явления, обратные процессам генерации. Это эффекты индукции, магниторезистивный, магнитооптический и т. п. Общие принципы построения детекторов включают ряд положений, среди которых: обеспечение отношения сигнал/шум, достаточного для получения заданной вероятности сбоя; технологическая совместимость детектора, устройства управления и генератора; согласованность детектора с входом усилителя считывания; устойчивость к внешним воздействиям.
Детекторы для считывания ЦМД могут быть различной конструкции в зависимости от используемого физического эффекта. Наиболее распространенной является конструкция с использованием шевронных ферромагнитных или токовых проводниковых расширителей ЦМД.
Увеличение площади считывающего ЦМД с помощью расширителя позволяет получить большую величину выходного сигнала.
Процесс считывания информации в конструкциях на ВБЛ можно понять из рис. 5.7, б. На пару проводников подается импульс тока, и концы страйпов сближают. Происходит репликация (отделение) ЦМД, которая каналируется в регистр вывода информации и затем детектируется. На конце страйпа сохраняется отрицательная ВБЛ.
Детекторы спиновых волн конструктивно практически не отличаются от генераторов и, пришедшая к ним МСВ возбуждает в проводнике импульс тока. Детектирование флуксонов осуществляется путем их аннигиляции в детекторе.