SOPORTE MAGNÉTICO PARA LA GRABACIÓN Y LECTURA DE INFORMACIÓN, MÉTODO DE ALMACENAMIENTO Y LECTURA DE INFORMACIÓN Y SU USO.
Soporte magnético para la grabación y lectura de información, método de almacenamiento y lectura de información y su uso.
El soporte magnético comprende un circuito magnético definido en una lámina delgada magnética con anisotropía uniaxial y un nanocomposite constituido por una red bidimensional de nanopozos asimétricos rellenos de otro material magnético de mayor coercitividad y/o anisotropía que la lámina delgada magnética. También es objeto de la invención un método de almacenamiento y lectura de información simultáneo mediante desplazamiento de paredes magnéticas y su uso en la encriptación de información. De aplicación en los sectores en los que se diseñen, produzcan o utilicen dispositivos magnéticos para el almacenamiento y lectura de información, como en los sectores de material y equipo eléctrico, electrónico y óptico, de informática, de tecnologías de la información y de la comunicación, de maquinaria y equipo mecánico, y de transportes y comunicaciones.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201100511.
Solicitante: UNIVERSIDAD DE OVIEDO.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: JUNQUERA PÉREZ,Alejandro, ALILJA BAYÓN,Alejandro, ÁLVAREZ PRADO,Luis Manuel, VÉLEZ FRAGA,María, ALAMEDA MAESTRO,José María, MARTÍN CARBAJO,José Ignacio, MARCONI,Verónica I, KOLTON,Alejandro B, RODRIGUEZ PARRONDO,Juan Manuel, ANGUITA ESTEFANÍA,José V, SOUCHE,Yves.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B82Y25/00 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B82 NANOTECNOLOGIA. › B82Y USOS O APLICACIONES ESPECIFICOS DE NANOESTRUCTURAS; MEDIDA O ANALISIS DE NANOESTRUCTURAS; FABRICACION O TRATAMIENTO DE NANOESTRUCTURAS. › Nano magnetismo, p. ej. magnetoimpedancia, magnetorresistencia anisotrópica, magnetorresistencia gigante o magnetorresistencia de tunelización.
- G11C11/15 FISICA. › G11 REGISTRO DE LA INFORMACION. › G11C MEMORIAS ESTATICAS (dispositivos semiconductores para memorias H01L, p. ej. H01L 27/108 - H01L 27/11597). › G11C 11/00 Memorias digitales caracterizadas por la utilización de elementos de almacenamiento eléctricos o magnéticos particulares; Elementos de almacenamiento correspondientes (G11C 14/00 - G11C 21/00 tienen prioridad). › que utilizan capas magnéticas múltiples (G11C 11/155 tiene prioridad).
- H01F10/32 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01F IMANES; INDUCTANCIAS; TRANSFORMADORES; EMPLEO DE MATERIALES ESPECIFICOS POR SUS PROPIEDADES MAGNETICAS. › H01F 10/00 Películas magnéticas delgadas, p. ej. de estructura de un dominio. › Multicapas acopladas por cambio de spin, p. ej. superredes con estructura nanométrica.
Fragmento de la descripción:
SOPORTE MAGNÉTICO PARA LA GRABACIÓN Y LECTURA DE INFORMACIÓN, MÉTODO DE ALMACENAMIENTO Y LECTURA DE INFORMACIÓN Y SU USO.
5 Esta invención se refiere a un aparato, a un método y su uso, para escribir y leer información sin necesidad de otros objetos mecánicos o diferentes cabezas magnéticas, a partir del desplazamiento de paredes magnéticas en láminas delgadas de nanocompuestos magnéticos nanoestructurados.
1 O La presente invención es de aplicación en los sectores en los que se diseñen, produzcan o utilicen dispositivos magnéticos para el almacenamiento y lectura de información, como por ejemplo en los sectores de material y equipo eléctrico, electrónico y óptico, de informática, de tecnologías de la información y de la comunicación, de maquinaria y equipo mecánico, y de transportes y comunicaciones.
15 ESTADOANTERIORDELATÉCNICA
Esta invención está relacionada con los sistemas y aparatos de lectura y grabación magnéticos adaptados para sensores magnéticos, comunicaciones seguras a través de protocolos seguros, discos duros usados en ordenadores personales, grandes clústeres de computación, y servidores de comunicaciones, entre otros.
20 25 30 Actualmente, existen varios tipos de tecnologías aplicadas al almacenamiento de la información de forma no volátil a través de soportes de almacenamiento magnéticos (C. D. Mee andE. D. Daniel, Magnetic Storage Handbook (McGraw-Hill, New York, 1996) ;0. Prinz, J. Magn. Magn. Mater. 200, 57 (1999) ) . En muchos de los dispositivos más habituales de grabación magnética digital, utilizados por ejemplo en la tecnología de discos duros, se emplean como base los dominios magnéticos en una lámina delgada mangética, es decir, las regiones donde la imanación espontánea promedio para un material ferromagnético se encuentra bien definida. En el caso concreto de una lámina delgada de material ferromagnético, con una anisotropía uniaxial bien definida, los valores binarios Oy 1 de cada bit pueden ser interpretados como los dos posibles estados de imanación asociados a cada dominio.
Por otra parte, también se conocen desde hace tiempo los dispositivos de grabación magnética mediante desplazamiento de paredes de dominio magnético (en adelante DW) en láminas delgadas magnéticas, pero con un campo de aplicación limitado. En concreto, durante las últimas décadas se han desarrollado invenciones para la fabricación de un tipo de memorias magnéticas conocidas como registradores por desplazamiento magnéticos (US Patent No. 6, 834, 005; US Patent No. 6, 898, 132; US Patent No. 7, 031, 178) . Las versiones más recientes de estos dispositivos utilizan DW ancladas sobre una pista de material ferromagnetico, tipicamente Py (Permalloy) , a través de la cual se hace circular una corriente eléctrica polarizada en spin de tal modo que se produce una fuerza de torque de spin o spin torque. Este torque de spin mueve la DW pudiendo alcanzarse velocidades muy altas, del orden de 100 mis. El método de grabación y lectura que emplean los registradores por desplazamiento magnéticos se vale de la actual tecnología de uniones túnel (US Patent Nos. 5, 650, 95; 5, 729, 410 y 5, 801, 984) .
Debido a ello el problema de la propagación de DW en láminas delgadas magnéticas persiste hoy en día como un campo de gran interés (M. Kardar, arXiv:cond-mat/9704172; S. Lemerle et al., Phys. Rev. Lett. 80, 849 (1998) ; J. P. Attane et al., Phys. Rev. Lett. 93, 257203 (2004) ; Y. L. Iunin et al., Phys. Rev. Lett. 98, 117204 (2007) ; E. Martinez et al. Phys. Rev. Lett. 98, 267202 (2007) ) . Existe un caso de interés particular cuando ocurre que el potencial de anclaje para las DW resulta asimétrico, favoreciendo la propagación de la DW en una dirección. Esto se conoce como efecto rectificador o efecto ratchet (P. Reimann, Phys. Rep. 361, 57 (2002) ) . Uno de los primeros ejemplos conocidos de aplicación del efecto ratchet en magnetismo aparece en los primeros registradores por desplazamiento magnéticos (N. Hayashi et al., IEEE Trans. Magn. 8, 370 (1972) ) en el que se empleaba un patrón tipo angelfish para contolar el movimiento de una DW en forma de burbuja. Mucho más recientemente han sido publicados numerosos estudios sobre movimiento asimétrico de DW en nano-hilos magnéticos en los que el potencial de anclaje de la pared se define a partir de la geometría del nanohilo (D. A. Allwood, G. Xiong, and R. P. Cowbum, Appl. Phys. Lett. 85, 2848 (2004) ) . En los casos anteriormente citados el movimiento en hilos magnéticos restringe la dimensionalidad del sistema a 1D, lo que supone una clara limitación en el tipo de memoria magnética en el que puedeemplearse (registradores por desplazamiento magnéticos) , y en el número de bits de
información que pueden almacenarse en cada dispositivo.
Por otra parte, si se desea extender esta tecnología a dispositivos basados en
láminas delgadas magnéticas extensas, es necesario que existan zonas en el interior de
5 la lámina delgada magnética a través de las cuales se encuentre definida una dirección
preferencial para el movimiento de las DW. La forma más habitual de controlar esta
propagación es mediante la fabricación de redes ordenadas de microagujeros en las
láminas delgadas magnéticas que actúen como centros de anclaje para las DW (R. P.
Cowburn, A. O. Adeyeye y J. A. C. Bland, Appl. Phys. Lett. 70, 2309 (1997) ) . Sin
1 O embargo, cuando la densidad de agujeros es suficientemente diluida para no alterar la
anisotropía de la lámina delgada magnética, la efectividad de estos agujeros es
relativamente baja en comparación con el desorden intrínseco en las láminas delgadas
magnéticas, (A. Pérez-Junquera, G. Rodríguez-Rodríguez, M. Vélez, J. l. Martín, H.
Rubio y J. M. Alameda, J. Appl. Phys. 99, 033902 (2006) ; A. Pérez-Junquera, V. l.
15 Marconi, A. B. Kolton, L. M. Alvarez-Prado, Y. Souche, A. Alija, M. Velez, J. V.
Anguita, J. M. Alameda, J. l. Martín, and J. M. R. Parrondo, Phys. Rev. Lett. 100
(2008) 037203) lo que presenta problemas de reproducibilidad de cara a su aplicación
en un dispositivo.
20
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un aparato, a un método y su uso, para
escribir y leer información sin necesidad de otros objetos mecánicos o diferentes
cabezas magnéticas, a partir del desplazamiento de paredes magnéticas en láminas
25 delgadas de nanocompuestos magnéticos nanoestructurados.
Un aspecto de la presente invención es un soporte magnético para la grabación
y lectura de información mediante desplazamiento de paredes de dominio magnéticas
que comprende un circuito magnético definido en una lámina delgada magnética con
anisotropía uniaxial y un nanocompuesto constituido por una red bidimensional de
30 nanopozos asimétricos rellenos de otro material magnético de mayor coercitividad y/o
anisotropía que la lámina delgada magnética. A los efectos de esta invención y sudescripción, el término asimétrico referido a los nanopozos debe entenderse como la falta de simetría de reflexión según el plano definido por la dirección perpendicular a la lámina delgada y el eje de fácil imanación de la anisotropía uniaxica de la lámina magnética.
5 En una realización preferida, la lámina delgada magnética está hecha de un material magnético amorfo basado en aleaciones de CoxSit-x ó CoxZrt-x, con comportamiento magnético blando.
1 O En otra realización preferida, los nanopozos están rellenos de una aleación de GdxCo 1.x en la que los momentos magnéticos del Gd dominan la orientación de la imanación a temperatura ambiente.
En otra realización preferida, los nanopozos están rellenos de Co policristalino con mayor imanación de saturación que la lámina delgada magnética.
15 20 25 En una realización específica, la red bidimensional de nanopozos de estructura asimétrica es cuadrada y se fabrica sobre la lámina delgada magnética mediante un proceso de litografia y ataque sin eliminar la máscara de resina existente en la superficie de la lámina, seguido por la deposición del material magnético de relleno y un último proceso de lift-off en acetona para eliminar la máscara de resina y el material magnético de relleno sobrantes. En una realización más específica, el proceso de litografia es por haz de electrones y el proceso de ataque es por bombardeo de iones de Ar. En otra realización más específica, el circuito magnético se define en tomo a la región nanoestructurada con la red bidimensional de nanopozos asimétricos mediante una zanja que separa dicha región del resto de la lámina magnética, empleando litografia óptica y ataque químico. En otra realización más específica, la nanoestructuración...
Reivindicaciones:
l. Soporte magnético para la grabación y lectura de información mediante desplazamiento de paredes de dominio magnéticas que comprende:
a) un circuito magnético definido en una lámina delgada magnética con anisotropía uniaxial;
b) un nanocompuesto constituido por una red bidimensional de nanopozos asimétricos rellenos de otro material magnético de mayor
coercitividad y/o anisotropía que la lámina delgada magnética.
O 2. Soporte magnético según la reivindicación 1 caracterizado por que la lámina delgada magnética está hecha de un material magnético amorfo basado en aleaciones de CoxSh-x o CoxZri-x, con comportamiento magnético blando.
3. Soporte magnético según la reivindicación 1 caracterizado por que los nanopozos están rellenos de una aleación de GdxCo1_x en la que los momentos magnéticos del Gd dominan la orientación de la imanación a temperatura ambiente.
4. Soporte magnético según la reivindicación 1 caracterizado por que los nanopozos están rellenos de Co policristalino con mayor imanación de saturación que la lámina delgada magnética.
5. Soporte magnético según la reivindicación 1, caracterizado por que la red bidimensional de nanopozos de estructura asimétrica es cuadrada.
6. Soporte magnético según la reivindicación 1 caracterizado por que el circuito magnético se define en tomo a la región nanoestructurada con la red bidimensional de nanopozos asimétricos, mediante una zanja que separa dicha región del resto de la lámina delgada magnética, empleando litografía óptica y ataque químico.
7. Método de almacenamiento de información y lectura mediante desplazamiento de paredes magnéticas que comprende las siguientes etapas:
a) grabación del estado magnético positivo o negativo mediante una señal de campo magnético que introduce una pared de dominio en un nanocompuesto magnético ordenado nanoestructurado de forma asimétrica bidimensional a partir de un estado de saturación positiva o negativa;
b) lectura del estado grabado según la etapa a) mediante la aplicación de una señal alterna de campo magnético de amplitud inferior al 20% del campo coercitivo sobre el nanocompuesto magnético ordenado nanoestructurado de forma asimétrica bidimensional, que produce una pérdida o ganancia de imanación cuyo signo indica el estado grabado.
8. Método según la reivindicación 7, caracterizado por que la señal de campo magnético de lectura es una onda triangular producida por un generador de ondas y amplificada por una fuente de corriente que alimenta un electroimán encargado de generar el campo magnético sobre el nanocompuesto magnético ordenado nanoestructurado de forma asimétrica bidimensional.
9. Método según la reivindicación 8, caracterizado por que el campo magnético se aplica en el eje fácil de anisotropía uniaxial del nanocompuesto magnético ordenado nanoestructurado de forma asimétrica bidimensional.
1O. Método según la reivindicación 7 caracterizado por que la lectura de las variaciones de la imanación se realiza mediante la medida del efecto Kerr transversal en el nanocompuesto magnético ordenado nanoestructurado para obtener una señal de voltaje.
11. Uso del método según la reivindicación 7, para la encriptación de información en la secuencia de campo de lectura y/o escritura entre dos usuarios con dispositivos de calibraciones iguales.
12. Uso según la reivindicación 11 caracterizado por que los valores de campo necesarios para la grabación y lectura de los estados magnéticos se diseñan mediante simulaciones micromagnéticas.
13. Uso según la reivindicación 11 caracterizado por que la calibración de los valores de campo necesarios para la grabación y lectura de los estados magnéticos se hace mediante un microscopio de dominios magnéticos por efecto Kerr.
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