Techniklexikon

Magnetblasenspeicher

Bubble-Speicher. Engl. bubble, Blase. Blasenspeicher, Domänenspeicher, Magnetschichtspeicher, dessen Speichermedium eine Magnetschicht aus magnetisch anisotropem Werkstoff (Anisotropie) ist, in der sich mit Hilfe eines äußeren Magnetfelds kleine zur übrigen Schicht magnetisch entgegengesetzt gerichtete Bereiche ausbilden lassen. Als magnetisch anisotrope Schicht (magnetische Vorzugsrichtung vorhanden) wird meist eine dünne Schicht magnetischen Granats verwendet, die auf ein unmagnetisches Substrat entweder aufgedampft oder epitaktisch (Epitaxie) aufgewachsen wird. Als Substrat wird häufig Gallium-Gadolinium-Granat (Gd3Ga5012 - GGG) eingesetzt. Mit Hilfe eines senkrecht zur Oberfläche wirkenden Magnetfelds wird der Hauptteil des Werkstoffs in die gleiche Richtung ausgerichtet. Aufgrund komplizierter physikalischer Vorgänge bilden sich bei entsprechender Stärke des Magnetfelds kleine zylindrische Bereiche (Domänen, Blasen) mit einem Durchmesser von 1 bis 6 m aus, die entgegengesetzt gerichtet sind. Bei stärker werdendem Magnetfeld verringert sich der Durchmesser der Domänen, bis sie bei einer bestimmten Feldstärke, der Kollapsfeldstärke, völlig verschwinden. Verringert man dagegen die Feldstärke unter einen bestimmten Wert, so verlieren die Domänen ihre Form. Für die Arbeitsweise des M. ist also eine definierte Stärke des äußeren Magnetfelds notwendig, da sich nur dann die Domänen in der gewünschten Form ausbilden. Dieses Magnetfeld wird bei den M. durch Permanentmagnete gebildet. Die Magnetblasen sind keine stofflich anderen Teile der Magnetschicht, sondern nur Bereiche innerhalb dieser stofflich einheitlichen Schicht, deren magnetische Feldrichtung umgekehrt zur übrigen Umgebung ist. Um die Blasen an definierte Stellen zu binden und um sie entlang definierten Wegen führen zu können, werden sog. Permalloy-Elemente über der Magnetschicht isoliert angeordnet. Permalloy besteht aus 80 % Nickel und 20% Eisen und läßt sich leicht mageti-sieren und entmagnetisieren. Es gibt verschiedene Formen von Permalloy-Elemen-ten, wobei meist die gekrümmten Chevron-Elemente benutzt werden. Mittels eines äußeren magnetischen Drehfelds, das durch gekreuzte Spulen (x-, y-Spu-len) erzeugt wird, kann man die Magnetblasen entlang den Permalloy-Pfaden verschieben. Sind die Permalloy-Elemente als Schleifen angeordnet, so kann man die Blasen dort umlaufen lassen. Mit jedem Takt wird das Drehfeld gedreht, die Permalloy-Elemente ändern dadurch ihre magnetische Polarität, und die Blasen, die magnetisch negativ sind, werden dadurch weitergeschoben. Die M. werden entweder aus sehr langen Speicherschleifen (ähnlich den Schieberegistern) durch mäanderförmige Anordnung der Permalloy-Elemente oder durch Kopplung einer Hauptschleife mit mehreren Nebenschleifen aufgebaut. Das Vorhandensein einer Magnetblase kann als binäre 1 (Dualzahl), das Fehlen als binäre 0 (oder umgekehrt) definiert werden. Das Auslesen der Information erfolgt über einen Detektor, der z. B. aus einem Hall-Sensor bestehen kann. Die komplizierte Ansteuerung der M. benötigt eine aufwendige elektronische Steuereinheit, die derzeitig aus 4 bis 6 IS besteht. Die Zuverlässigkeit dieser Speicher ist sehr hoch. Die • Zugriffszeiten liegen unter 1 ms. Durch das die Blasen bildende Per manentmagnetfeld bleiben auch bei Ausfall der Versorgungsspannung die gespeicherter Informationen erhalten (Speicher, nicht flüchtiger), so daß die M. meist als schnelle Massenspeicher mit derzeitigen Spei cherkapazitäten bis zu 4 Mbit Anwendung finden. Kleinere M. einheiten lassen sicr auch als Festwertspeicher zur Speicherung von Programmen in stationären Datenver arbeitungsanlagen (EDVA) einsetzen. Di< hohen Herstellungskosten haben bisher jedoch einen breiten Einsatz dieser Speicherart verhindert; für spezielle Anwendungen, z. B. in der Raumfahrt, sind die M. aber heute schon aufgrund ihrer hohen Speicherkapazität und ihres robusten Aufbaus von besonderer Bedeutung.