DE2124934A1

DE2124934A1 - Magnetkopf zum Aufzeichnen von binaren Digits in großer Dichte

Info

Publication number: DE2124934A1
Application number: DE19712124934
Authority: DE
Inventors: Paul Emmanuel Paul Maynard Carlton Sauter Gerald Francis Minneapolis Minn Oberg (V St A ) M
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1970-05-21
Filing date: 1971-05-19
Publication date: 1972-02-03
Also published as: JPS5217726B1; GB1351705A; US3683407A; DE2124934B2; DE2124934C3; FR2100675B1; FR2100675A1

Description

PATENTANWAM

H. F. E L L M E R

6«7 I D S T E I N FRIEDENSSTRASSE £9/31 TELEFON: IDSTEIN Ii 17 ERA-1953 _ΛΛΛ,_Λ

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SPERRT RAND CORPORATION, N-ew York, N. X./USA

Magnetkopf zum Aufzeichnen von binären Digits in großer Dichte

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Schreibkopf zum Aufzeichnen von binären Digits auf einem sich bewegenden Magnetband mit einem dünnen, magnetischen Film von uniaxialer Anisotropie in einer zur Ausbildung von Bloch- oder Querdomänenwänden unzureichenden Dicke, dessen leichte Magnetisierungsachse senkrecht zur Bewegungsrichtung verläuft.

Gemäß einem früheren, eigenen Vorschlag wird eine hohe, magnetische Aufzeichnungsdichte mit Hilfe eines Magnetkopfes erreicht, dessen Aufzeichnungsspalt induktiv mit einem sich bewegenden, dünnen, ferromagnetischen Film als Aufzeichnungsträger gekoppelt ist. Das Aufzeichnungsmedium hat eine Dicke, die zur Aufnahme von Blochwänden nicht ausreicht, so daß es zwischen benachbarten Domänen nur Neelwände enthalten kann, wobei seine leichte Achse orthogonal zur Richtung der Relativbewegung verläuft, also die Aufzeichnungen in der Querrichtung erfolgen. Die Domänenzwischenwände des Aufzeichnungsträgers sind derart ausgebildet, daß die Magnetisierung innerhalb der Wände denselben Drehsinn, also denselben Wicklungssinn, z. B. in der oder gegen die Uhrzeigerrichtung aufweist, weil im Aufzeichnungsspalt orthogonale Felder Hr und Hn, wirksam werden. Das Feld Hr längs der leichten Achse des Aufzeichnungsträgers besitzt also die eine oder andere (entgegengesetzte) Polung, während das Feld H- quer zur leichten Achse des Aufzeichnungsträgers auch die eine oder andere (entgegengesetzte) Polung annehmen kann, damit während der Erzeugung der Domänenzwischenwände das resultierende Feld Hq im selben Wicklungssinn rotieren kann. Dadurch daß Neel-Domänenzwischenwände vom selben Wicklungssinn zur Anwendung kommen, sind diese Wände nahezu unzerstörbar, so daß magnetische Aufzeichnungen in hoher Dichte unter Verwendung von magnetisierbaren Materialien durchführbar sind, die

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eine kleine Schaltfeldstärke aufweisen; die Wände werden im Aufzeichnungsträger von der Vorderkante des nachlaufenden Polschuhes exakt angeordnet, was durch die Zeitpunkte der Polungsumkehr der gleichzeitig angelegten Stromsignale, die die Felder IL und Hm erzeugen, festgesetzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Schreibkopf anzugeben, der beim Aufzeichnen hintereinander liegender Domänen von entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung zwischen diesen Neel-Domänenzwischenwände vom selben Wicklungssinn also entwederstets im oder stets gegen den Uhrzeigersinn aufbaut.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Aufzeichnungsspalt des magnetischen Kreises im Schreibkopf, in seiner Längsrichtung gesehen, senkrecht zur Bewegungsrichtung des Magnetbandes gestellt ist, und daß ein Treibleiter den magnetischen Kreis durchsetzt und schräg zur Bewegungsrichtung des Magnetbandes angeordnet ist.

Wenn dieser Treibleiter erregt wird, besitzt das im Spalt befindliche Feld sowohl eine große Komponente quer zum Spalt, die auf die Magnetisierung des magnetischen Kreises zurückzuführen ist, als auch eine kleine Komponente in Längsrichtung des Spaltes, die eine Komponente des schräggestellten Feldes ist, die von dem durch den Treibleiter hindurchgehenden Strom erzeugt wird. Bei einer Stromumkehr im Treibleiter wird eine wirksame Rotation des Feldes innerhalb des Spaltes hervorgerufen.

Beim magnetischen Aufzeichnen in hoher Dichte wird der Spalt des magnetischen Schreibkopfes mit dem sich bewegenden, dünnen, ferromagnetischen Film als Aufzeichnungsträger induktiv gekoppelt, dessen Dicke jedoch so bemessen ist, daß er nur Neelwände zwischen den benachbarten Domänen ausbilden kann; seine leichte Achse verläuft zur Richtung der Relativbewegung senkrecht oder zur Längsrichtung des Aufzeichnungsspaltes parallel. Die Magnetisierung aller Neel-Domänen-

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zwischenwände des Aufzeichnungsträgers besitzt denselben Drehsinn, also Wicklungssinn (z. B. in der Uhrzeigerrichtung). Das bipolare Signalfeld des Treibleiters ist im spitzen Winkel zum Aufzeichnungsspalt gerichtet, damit das Spaltfeld und eine orthogonale Komponente des Signalfeldes aus der Treibleitung orthogonal bzw. parallel zur Richtung der leichten Achse des Aufzeichnungsträgers aufgeprägt werden können.

Der Schreibkopf enthält einen mattierten, dünnen, ferromagnetischen Film als magnetisierbar Schicht und einen leitenden Körper. In dieser Schicht ist der Aufzeichnungsspalt unter einem spitzen Winkel Θ- zur Längsachse des leitenden Körpers ausgebildet; die leichte Achse der Schicht ist außerdem bezüglich der Längsachse des leitenden Körpers schräggestellt. Der Aufzeichnungsspalt ist parallel zur leichten Achse des Aufzeichnungsträgers gerichtet und derart induktiv gekoppelt, daß bei einer Aufprägung eines Signalfeldes Ho mit Hilfe des leitenden Körpers das sich ergebende Spaltfeld Hq ein Treibfeld in die harte Achse des Aufzeichnungsträgers ist, das die Magnetisierung VL, des Aufzeichnungsträgers längs dessen harter Achse ausrichtet. Infolge der Anlegung des Stromsignals an den eingeschobenen leitenden Körper weist das Signalfeld einen spitzen Winkel 0 « 90 - Θ- zum Aufzeichnungsspalt auf; seine Stärke ist viel kleiner als die des Spaltfeldes Hq; Hq '-- Ho. Das Signalfeld Hg erzeugt auch eine Vektorkomponente als Vormagnetisierungsfeld H_ß orthogonal zum Spaltfeld Hq und parallel zum Schreibspalt. Dieses Vormagnetisierungsfeld Hg baut in Kombination mit dem Spaltfeld Hq ein resultierendes Feld H^ von solcher Stärke im Aufzeichnungsspalt auf, daß die Magnetisierung VL, des Aufzeichnungsträgers in Richtung auf den einen oder anderen stabilen Magnetisierungszustand aus der harten Achse herausgeführt wird. Während der Aufzeichnungsspalt und sein Feld am Aufzeichnungsträger entlanglaufen, folgt die Magnetisierung M^ des Aufzeichnungsträgers dem Feld in die Ausrichtung aur leichten Achse, und die Polung wird durch die zugehörige Polung des angelegten Signalfeldes Hg vorgegeben.

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- Bei einer Polungsumkehr des Signalfeldes Hg z. B. zum Schreiben der binären Digitfolge 0, 1, 0 usw. bewirkt die Stärke des Signalfeldes, wenn es Unter die Größe H^ der magnetisierbaren Schicht des Schreibkopfes abfällt, daß die Magnetisierung It, des Aufzeichnungsträgers aus der Lage in der harten Achse z.B. gegen den Uhrzeigersinn durch die so gebildete Domänenzwischenwand in die Richtung der leichten Achse der magnetisierbaren Schicht gedreht wird und bei einer Umkehr der Polung des Signalfeldes Hg wieder gegen den Uhrzeigersinn in Richtung auf die neue Ausrichtung zur harten Achse gedreht wird. Während der Aufzeichnungsspalt am Aufzeichnungsträger entlangläuft, fällt die Magnetisierung KL· des Aufzeichnungsträgers in die leichte Achse in der neuen Richtung, die durch die zugehörige neue Richtung des angelegten Signalfeldes Hg festgelegt ist.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden ausführlich erläutert. Die Einzelheiten der Figuren geben die wichtigsten Merkmale der Erfindung wieder. Es stellen dar:

Figur 1 in perspektivischer Ansicht die Anordnung des magnetischen Schreibkopfes gemäß der Erfindung,

Figur 2 die Magnetisierungsrichtungen der Domänen für das in der ' Querrichtung aufzeichnende System der Erfindung,

Figur 3 den Verlauf des Signalfeldes Hg, je ein Vektordiagramm mit dem Spaltfeld Hq₁ dem Signalfeld Hg, dem Vormagnetisierungsfeld Hg und das resultierende. Feld H^ und die sich ergebenden Orientierungen der Magnetisierung in den Aufz ei chnungsträgern,

Figur 4 die gegen den Uhrzeigersinn rotierenden Vektoren in einer Neel-Domänenzwischenwand zwischen benachbarten, je eine binäre Null und Eins wiedergebenden Domänen und

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Figur 5 die gegen den Uhrzeigersinn rotierenden Vektoren in einer Neel-Domänenzwischenwand zwischen benachbarten Domänen, die eine binäre Eins und Null wiedergeben.

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht eines magnetischen Schreibkopfes 10, in dem eine Unterlage 12, eine magnetisierbare Schicht 14» eine leitende Schicht 16 und eine weitere magnetisierbare Schicht 18 gestapelt übereinander liegen und vorzugsweise in einem ununterbrochenen Vakuumaufdampfverfahren ausgebildet sind. Beispielsweise kann die leitende Schicht 16 ein Kupferband von 40.000 A Dicke und 10 Mil (0,25 mm) Breite sein, während die magnetisierbaren Schichten 14 und 18 dünne, ferromagnetische Filme aus 81 $ Nickel und 19 % Eisen in einer Dicke von 4.000 A und in einer Breite von 15 Mil (0,38 mm) sind; die beiden Schichten weisen eine ausgerichtete, leichte Achse 22 auf, die gegenüber der zu einer Längsachse 24 der leitenden Schicht 16 parallelen Richtung so weit schräg gestellt ist, daß eine zufällige Dispersion oder Schrägstellung der Magnetisierung des Kopfes verhindert wird, so daß sich bei einer Anlegung des Feldes von der leitenden Schicht 16 an die magnetisierbaren Schichten 14 und 18 die gesamte Magnetisierung in einer einzigen Richtung dreht. Bei dieser Schrägstellung addiert sich das von der im Kopf rotierenden Magnetisierung erzeugte Streufeld zu dem steuernden Feld der Schicht 16 und hält außerdem ein steuerndes Feld bei, während der Strom in der Schicht 16 und sein zugehöriges Feld durch Null hindurchgehen. Die Breite eines Aufzeichnungsspaltes 20 kann in der Größenordnung von 0,1 Mil (0,0025 mm) liegen; er ist unter einem Winkel von θ- ^β 30° zur Längsachse 24 der leitenden Schicht 16 gedreht. Oberhalb des Schreibkopfes 10 bewegt sich ein magnetisierbarer Aufzeichnungsträger 28 in der Richtung eines Pfeiles 34; seine Längsachse 26 ist orthogonal zum Aufzeichnungsspalt 20 angeordnet; der Aufzeichnungsträger ist ein dünner, ferromagnetischer Film mit einer Dicke, bei der sich zwischen den benachbarten Domänen keine Blochwände, sondern nur Neelwände ausbilden können; eine leichte Achse 30 des Filmes verläuft parallel zum Aufzeichnungsspalt 20· Von einer Signalquelle 32 wird ein Stromsignal passender Polung der leitenden Schicht 16 zugeleitet, wodurch

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eine binäre Eins oder Null im Aufzeichnungsträger 28 in Form der einen oder anderen Polung seiner Magnetisierung K, längs der leichten Achse 30 eingeschrieben wird.

40 In Figur 2 sind die Magnetisierungsrichtungen von Domänen/bei dem in der Querrichtung aufzeichnenden System der Erfindung anschaulich gemacht. Sie verlaufen in der einen oder anderen Richtung längs einer leichten Achse 42 eines magnetisierbaren Mediums 44. Zwischen den benachbarten Domänen von entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung sind folglich Domänenzwischenwände 46 parallel zur leichten Achse 42 vorhanden, die die eigentümlich hohe Wandstabilität hervorrufen« Doraänengrenzen 48 zwischen Domänen gleicher Magnetisierungsrichtung existieren nicht, sondern die benachbarten Domänen gleicher Polung bilden eine einzige große Domäne. Parallel zur leichten Achse 42 des magnetisierbaren Mediums 44 ist ein Aufzeichnungsspalt 50 gezeigt, dessen hinterer Rand die scharf begrenzten Domänenwände 46 von hoher Stabilität aufbaut.

In Figur 3 sind untereinander der Verlauf des Signalfeldes Hg, das von der leitenden Schicht 16 erzeugt wird, sobald aus der Signalquelle 32 (Figur 1) Stromsignale passender Polung angelegt werden, die Vektordiagramme mit dem Spaltfeld Hq, dem Signalfeld H« und dem Vormagnetisierungsfeld H_n ferner die Richtung des resultierenden Feldes Ψ H_R im Aufzeichnungsspalt 20, die auf das Signalfeld H_g zurückzuführen ist, und die Orientierung der resultierenden Magnetisierung Mj, in je einem Aufzeichnungsträger 60 gezeichnet, nachdem an diesem der hintere Rand des Aufzeichnungsspaltes 20 entlang gelaufen ist. Das einzelne, bipolare Signalfeld Hg erzeugt infolge der Wechselwirkung mit den magnetisierbaren Schichten des Kopfes das Spaltfeld Hq und das Vormagnetisierungsfeld Hg, das lediglich die orthogonale Komponente des Signalfeldes H« in der Länge des Aufzeichnungsspaltes ist, um das resultierende Feld H_R im Aufzeichnungsspalt 20 zn erzeugen, das während der Entstehung der Domänenzwischenwänd® im Aufzeichnungsträger 60 in derselben Wicklungsrichtung rotiert. Das resultierende Feld H_R bewirkt seinerseits, daß die resultierende Magnetisierung M^ im Aufzeichnungsträger 60 zum Einschreiben der digitalen Information su» standekommt.

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In Figur 3 ist am magnetischen Aufzeichnungsträger 60 eine leichte Achse 66 angegeben, und er bewegt sich in der Sichtung eines Pfeiles 68. Er möge eine einzige Spurbreite mit zahlreichen Domänen 70 aufweisen, wobei diejenigen von entgegengesetzter Magnetisierung durch eine Neel-Domänenzwischenwand 72 von einander getrennt sind· FUr die Erfindung ist das Zustandekommen der Magnetisierung innerhalb der Neel-Domänenzwischenwände im selben Wicklungssinn wesentlich. Ein gleichförmiger Wicklungssinn z. B. gegen die Uhrzeigerrichtung bedeutet, daß die'Magnetisierungsrichtungen längs der leichten Achse 66 in benachbarten Domänen entgegengesetzt sind.

In den Figuren 4 und 5 ist der gegen den Uhrzeigersinn rotierende Vektor in einer Domänenzwischenwand 72b bzw. 72d ausführlich wiedergegeben, um beim Aufzeichnen den Übergang innerhalb einer Digitfolge von einer binären Null und Eins bzw. Eins und Null zu veranschaulichen.

Falls die Stromquelle 32 der leitenden Schicht 16 ein Stromsignal zuführt, wird um diese Schicht herum und insbesondere im Bereich der magnetisierbaren Schichten 14 und 18 das Signalfeld Hg mit einer positiven Polung 58 erzeugt. Letzteres verläuft in diesem Bereich in Umfangsrichtung unter einem spitzen Winkel 0 — 90 - Θ- gegenüber dem Aufzeichnungsspalt 20 und der leichten Achse 30 des Aufzeichnungsträgers 28. Wenn die magnetisierbaren Schulten 14 und 18 dünne, ferromagnetische Filme von hoher Koerzitivkraft sind, rufen sie quer zum Aufzeichnungsspalt 20 unter dem Winkel Θ· bezüglich des Signalfeldes Hg ein Spaltfeld Hq alt einer Stärke hervor, die die des Signalfeldes Hg um mehrere Größenordnungen übertrifft. Das Signalfeld Hg erzeugt das Vormagnetisierungsfeld H_ß, das die zum Spaltfeld Hq innerhalb des Spaltes 20 orthogonale Komponente des Signalfeldes Hg ist. Dieses Vormagnetisierungsfeld Hg magnetisiert das viel intensivere Spaltfeld Hq in der einen oder anderen (entgegengesetzten) Richtung entsprechend der Polung des angelegten Signalfeldes Hg vor, wodurch die Orientierung des resultierenden Feldes H_R hervorgerufen wird. Während des Laufes des Aufzeichnungsspaltes 20 längs des Aufzeichnungsträgers 60 fällt dessen Magnetisierung M_n in die leichte Achse 66 in derjenigen Richtung, die durch die Polung des angelegten Signalfeldes Hg bestimmt ist

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Wenn jener Abschnitt des Aufzeichnungsträgers 60, der sich am Aufzeichnungsspalt 20 des Schreibkopfes 10 befunden hatte und vom re-'sultierenden Feld H_ß eines Vektors 90a beeinflußt war, unter diesem Aufzeichnungsspalt herausläuft, richtet sich die resultierende Magnetisierung Mj₄ bezüglich der leichten Achse 66 nach oben aus, wie durch einen Vektor 92a gezeigt ist, wobei eine binäre Null eingeschrieben sein möge. Falls ein gleiches Signal, also eine* Null in eine benachbarte Domäne 70b zu einer Zeit t-, eingeschrieben werden soll, braucht, die Stromquelle 32 bloß weiterhin ihr positives Stromsignal der leitenden Schicht 16 zuzuführen, wodurch die Magnetisierung Mjj der Domäne 70b nach oben längs der leichten Achse 66 ausgerichtet wird, wie durch einen Vektor 90b veranschaulicht ist, der dem Vektor 90a zu einer Zeit t entspricht·

Falls verschiedene digitale Daten, z. B. eine binäre Sins in einer benachbarten Domäne 70c eingeschrieben werden sollen, führt die Stromquelle 32 zu einer Zeit t₂ ein negatives Stromsignal der leitenden Schicht 16 zu und erzeugt dabei das Signalfeld Hg mit einer negativen Amplitude 94» die dieselbe Größe, aber ein entgegengesetztes Vorzeichen wie die Amplitude 56 hat. Während das Signalfeld Hg durch Null abfällt, wird das Spaltfeld Hq infolge der Magnetisierung der Schichten 14 und 18 derart beeinflußt, daß das resultierende Feld H_R sich gegen den Uhrzeigersinn bewegt und durch einen nach links gerichteten Vektor 94 c rotiert. Wenn die Stärke des Signalfeldes Hg im Negativen zunimmt, wird das Spaltfeld Hq wieder derart beeinflußt, daß das resultierende Feld H™ sich weiterhin gegen den Uhrzeigersinn dreht, bis es als Vektor 90c nach unten gerichtet ist. Sobald dieser Abschnitt des Aufzeichnungsträgers 60 den Aufzeichnungsspalt 20 des Schreibkopfes 10 verläßt und vom resultierenden Feld H_R des Vektors 90c nicht mehr beeinflußt wird, richtet sich die resultierende Magnetisierung Mg! nach unten auf die leichte Achse 66 aus, wie durch einen Vektor 92c angegeben ist. Hierdurch möge eine binäre Eins eingeschrieben sein. Wenn dasselbe Signal, also die binäre Eins in eine benachbarte Domäne 70d zu einer Zeit t, eingeschrieben werden soll, braucht die Stromquelle 32 bloß weiterhin dieses Stromsignal dem leitenden Körper 16 zuiuleiten, wodurch das negative Signalfeld Hg mit der Amplitude 94 beibehalten und die Magnetisierung Mjj der Domäne 70d nach unten

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längs der leichten Achse 66 gerichtet wird, wie als Vektor 92d dargestellt ist.

Falls unterschiedliche digitale Daten, z. B. eine binäre Null in eine benachbarte Domäne 7Oe eingeschrieben werden sollen, führt die Stromquelle 32 zu einer Zeit t, der leitenden Schicht 16 ein positives Stromsignal zu, um das Signalfeld H« mit der positiven Amplitude 58 zu erzeugen. Wenn die Intensität des Signalfeldes Hg unter die Anisotropiefeldstärke Hg der magnetisierbaren Schichten 14 und 18 des Schreibkopfes 10 absinkt und durch Null hindurchgeht, wird das Spaltfeld Hq infolge der Magnetisierung der Schichten I4 und 18 so beeinflußt, daß das resultierende Feld H™ gegen den Uhrzeigersinn durch die Richtung eines Vektors 94e nach rechts rotiert. Sobald die Stärke des Signalfeldes Hg ins Positive über die Anisotropiefeldstärke H^ der magnetisierbaren Schichten 14 und 18 hinaus zunimmt, wird das Spaltfeld H« wieder derart beeinflußt, daß das resultierende Feld Hd die Rotation gegen den Uhrzeigersinn fortsetzt, bis die Richtung eines Vektors 90e nach oben erreicht ist. Wenn jener Abschnitt des Aufzeichnungsträgers 60, der sich im Aufzeichnungsspalt 20 des Schreibkopfes 10 befunden hat und durch das resultierende Feld Hp des Vektors 90e beeinflußt war, unter dem Aufzeichnungsspalt hervorkommt, richtet sich die resultierende Magnetisierung M» nach oben auf die leichte Achse 66 aus, wie durch einen Vektor 92e in Figur 3 zu sehen ist. Hierbei ist eine binäre Null eingeschrieben.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Magnetischer Schreibkopf zum Aufzeichnen von binären Digits auf einem sich bewegenden Magnetband mit einem dünnen, magnetischen Film von uniaxialer Anisotropie in einer zur Ausbildung von Bloch- oder Querdomänenwänden unzureichenden Dicke, dessen leichte Magnetisierungsachse senkrecht zur Bewegungsrichtung verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsspalt (20) des magnetischen Kreises im Schreibkopf (10), in seiner Längsrichtung gesehen, senkrecht zur Bewegungsrichtung (34) des Magnetbandes (28) gestellt ist, und daß ein Treibleiter (16) den magnetischen Kreis durchsetzt und schräg zur Bewegungsrichtung des Magnetbandes (28) angeordnet ist.
2) Schreibkopf nach dem Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der magnetische Kreis des Schreibkopfes (10) Schichten (14 und 18) aus einem magnetischen Film von uniaxialer Anisotropie aufweist, die den Treibleiter (16) umgeben, und daß die leichte Achse (22) der Schichten (14 und 18) zum Treibleiter (16) unter einem Winkel geneigt ist, der zumindest gleich dem Dispersionswinkel des Films ist.

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