Tenké magnetické vrstvy na ÚTK SAV

Na Ústav Strojov a Automatizácie SAV, na Koceľovej ulici, v roku 1963 nastúpili traja čerstvo „promovaní“ spolužiaci: matematik P. Poliak, fyzici J. Haleš a ja. Pri prvom stretnutí nám vedúci oddelenia Ing. Ivan Plander, CSc. načrtol lákavé perspektívy, ktoré sa nám vzápätí čiastočne spochybnili, keď nás troch posadil k jednému požičanému písaciemu stolu. Mali sme za úlohu čo najskôr osvojiť si programovanie v strojovom kóde a stať sa programátormi na počítač ZRA-1. Po úspešnom odladení niekoľkých firemných podprogramov sme už mali samostatné úlohy vytvárať nové podprogramy, napríklad na hľadanie koreňov polynómov s reálnymi koeficientmi alebo na riešenie rozsiahlej sústavy lineárnych rovníc.

Videli sme, že na ústav sa prijímajú aj menej kvalifikovaní pracovníci, ktorým  sa vzápätí popri zamestnaní vybavilo doštudovanie na Prírodovedeckej fakulte UK v Bratislave. Prijímali sa aj absolventi z renomovaných pražských, či zahraničných univerzít, a tým, že boli v predstihu „patrične ohlásení“ u mnohých to vyvolalo dojem „mať sa na pozore“, lebo „latka“ sa nastavuje vyššie. Latka sa nedostala ešte vyššie, tá bola už predtým vysoko postavená vďaka ctižiadosti zakladateľov ústavu a vysokej vzdelanostnej úrovne mnohých vtedajších pracovníkov.

Spolu so „smenovými“ inžiniermi sa čoraz častejšie spomínala aj „hardvérová“ časť počítačov nielen na interných seminároch, ktoré  Plander nielen viedol, ale pôsobil aj ako vynikajúci „katalyzátor“. V roku 1965 v novej budove ústavu sa inštalovala vákuová naparovačka, na ktorej Ing. Ján Sepp a prom. fyz. Nevenka Pišútová za asistencie M. Bellu začali na mikroskopové sklíčka nanášať tenké magnetické vrstvy – TMV pre pamäťové účely. Boli to v podstate permalloyové vrstvy s malou koercitívnou silou a vysokou permeabilitou. Okrem približnej hrúbky a zloženia nikto nevedel povedať nič o ich magnetických či pamäťových vlastnostiach okrem sporadických prípadov, kedy sa v Prahe vykonali nejaké málovravné merania.

Začali sa preteky s časom, bolo potrebné vyvinúť a postaviť meracie zariadenie vlastnými prostriedkami, lebo na trhu nič podobné neexistovalo. Bolo potrebné vyriešiť aj elektronický problém – fázovú korekciu na nízkych frekvenciách, aby sa eliminovalo tvarové skreslenie hysteréznej slučky pri kvázistatickom meraní. Koncom roku už bol hotový hysterézigraf, opísaný v prvej výskumnej správe  Z 20/1-65 výskumu Rýchleho Programového Procesora, ktorý sa tešil veľkému záujmu aj „vedúcich súdruhov“, ktorí prichádzali na výstavu zhmotnených výsledkov desaťročného ústavu. Vďaka hysterézigrafu bolo možné zhotovovať nielen dobré anizotrópne jednoduché TMV, s lineárnou závislosťou magnetizácie v smere osi ťažkej magnetizácie, s pravouhlou hysteréznou slučkou a vysokou remanenciou v smere osi ľahkej magnetizácie, ale aj dvojvrstvy, v ktorých sa mala využiť väzbová energia na zabezpečenie nedeštruktívneho čítania.

Pamäťové vlastnosti sa dali odhaliť iba dynamickými meraniami. Bolo potrebné vymyslieť metódu a postaviť zariadenie na meranie dynamických vlastností TMV. Podobne, akoby na zelenej lúke, bez elektronického zázemia a súčiastkovej vybavenosti ústavu bolo potrebné konať rýchlo, vyvinúť a postaviť impulzné generátory schopné produkovať ampérové impulzy s konštantnou strmou nábehovou hranou, ako aj čítací zosilňovač na mikrovoltové signály. Všetky elektronické zariadenia  boli postavené na báze elektrónok, nielen preto lebo vhodné tranzistory neboli k dispozícii, ale aj preto, aby mali širšie vstupné aj výstupné pásma činnosti a tak možnosť premerať TMV v celej oblasti  impulzmi s 20 nanosekundovou nábehovou hranou.

Paralelne s vákuovou technológiou, kolega Haleš začal zhotovovať elektrolyticky TMV, najprv na rovinné podložky, neskôr na cylindrické – tenké drôty, za pomoci Parobekovej. Začali sa nové preteky s časom, lebo o meraní hysterézie cylindrických TMV ani v literatúre sa nenašiel žiaden odkaz. Medzitým som už síce zostrojil zariadenie na meranie dynamických vlastností TMV, ale pomocou neho získané informácie sa nedali priamo použiť na zavedenie spätnej väzby do technologického procesu. Štafetu od Haleša prevzal Ing. Feitscher a E. Podhorová. TMV sa zhotovovali, prácne sa hľadali vstupné technologické parametre, keďže pohyblivosť iónov niklu a železa v elektrolyte boli odlišné aj časom sa meniace, dynamické merania tvrdošijne odhaľovali ich nespôsobilosť pre pamäťové účely. Aj sa hovorilo, že TMV pamäťové elementy už máme, do ktorých sa dá zatiaľ iba zapisovať. Obrat nastal po zhotovení cylindrického hysterézigrafu. Ukázalo sa, že je potrebné podstatne zvýšiť koercitívnu silu, aby samotný číslicový prúd neovplyvnil lokálne magnetizáciu TMV. Onedlho bola na ústave vyvinutá vlastná technológia na zhotovovanie cylindrických TMV pamäťových prvkov, dokonca kontinuálnym spôsobom.

Vtedy sa ukázalo, že pôvodca myšlienky TMV pamäťových prvkov na ústave – (už Docent) Plander nielenže našiel zanietených riešiteľov danej problematiky, ale aj záujemcu z výrobnej sféry – Teslu Blatná, ktorá kúpila našu technológiu aj s meracími metódami a meracími zariadeniami. Bolo to úplne neobvyklé, aby akademický ústav odovzdal výrobnému pracovisku priamo použiteľné výsledky zo základného výskumu a pritom  zarobil nemalé peniaze, z ktorých aj riešitelia mohli byť odmenení.

Výskum TMV pamäťových prvkov sa tým neskončil, štafetu v technologickej oblasti prebrala RNDr. J. Dobrá, M. Vörösváryová a Š. Petrášová. Čakala nás ešte úloha vylepšovania technologického procesu, aby sa dosiahla možnosť vyššej hustoty záznamu bez poklesu čítaného signálu – ozvy – indukovaného napätia v dôsledku časovej zmeny lokálnej magnetizácie. Bolo potrebné zdolať problematiku inverzného javu magnetostrikcie na ťah aj skrut, ďalej lokálny odklon osi anizotropie – skew. Za krátky čas sa podarilo vyvinúť kompenzačnú metódu na určenie skew, s nemalým ohlasom v zahraničí, pomocou ktorej sa rýchlo určila nielen veľkosť, ale aj rozptyl. Vďaka tomu sa mohla nájsť optimálna podložná nemagnetická vrstva. Ďalej bola vypracovaná, nová metóda na impulzné meranie koercitívnej sily, nová metóda na meranie  kritickej krivky a našiel sa kvantitatívny súvis medzi ozvou a magnetizáciou. Bola vypracovaná aj nová metóda na lokálne dynamické meranie poľa anizotrópie TMV. Pôvodné vedecké výsledky boli publikované nielen v domácich, ale aj zahraničných vedeckých časopisoch a na domácich vedeckých konferenciách a seminároch. Napriek viacerým pozvánkam som sa na žiadnu zahraničnú „západnú“ akciu nedostal -z kádrových dôvodov. Niektoré charakteristické črty fyzikálnych vlastností TMV som „zviditeľnil“ na priečelí vlastnoručne postaveného rodinného domu, Obr.1.

Obr. 1:

Ďalšou úlohou bola aplikácia TMV pre pamäť počítača. Vhodným pracovným prostredím pre TMV sú pamäťové matice. V nich sú TMV o hrúbke jeden mikrometer nanesené na drôt o hrúbke dvesto mikrometrov nielen pamäťovými prvkami, ale súčasne aj číslicovými a čítacími vodičmi, ktoré slovné vodiče obopínajú vo forme závitov. Pre spoľahlivú činnosť bolo potrebné určiť magnetické pole ako vektorovej veličiny od elektrického impulzného prúdu slovným vodičom v konkrétnom usporiadaní a zabezpečiť jeho intenzitu v reálnych podmienkach, použitím dostupných spínacích tranzistorov. Podarilo sa vyvinúť spôsob výroby hustej dvojvrstvovej sústavy vodičov s prívodmi z oboch strán a skonštruovať pamäťovú maticu s plochými vodičmi. Dosiahli sme vyššiu hustotu záznamu s plochými leptanými vodičmi, v dôsledku rovnobežnosti plochy závitu slovného vodiča s osou ľahkej magnetizácie, než mal najlepší výrobca pamäťových matíc na svete s tkanou sústavou vodičov. Limitujúcim faktorom hustoty záznamu boli však v podstate iba vtedy dostupné konektory. Tesla Blatná odkúpila patenty na ich zhotovenie, a vyrobila pamäťové matice, ostala však pri výrobe tkaných pamäťových matíc, do technológie ktorých predtým investovala nemalé finančné prostriedky. Na obrázku vidieť pamäťové matice zhotovené na ústave a vyrobenú v Tesle Blatná.

Obr. 2: Pamäťové matice zhotovené v ÚTK SAV a vyrobené v závode Tesla Blatná

Do kolektívu dočasne pribudli Ing. J.Chudík, Ing. P. Králik a E. Weisshammer a postavili sme TMV pamäť s cyklom 400 nanosekúnd. Neskorších prác sa zúčastnili aj Ing. V. Barák a Ing. A. Šándor, ktorý mal za úlohu jemu vlastným spôsobom „znížiť“ spoľahlivosť TMV pamäti, nakoľko ako bolo známe, TMV pamäti sú natoľko spoľahlivé, že ich obsah nedokážu ovplyvniť ani veľké vibrácie, ani kozmické žiarenie, ani žiarenie z atómovej bomby. Záznam v TMV pamäti odolal aj psychotronickým vplyvom.

Napriek tomu, že pamäti na báze TMV sa vyrábali iba na špeciálne účely, teda v RPP neboli použité, predsa na pôde ÚTK, podľa mňa, sa im ušla dôležitá úloha pokiaľ ide o odvahu, (nie naivitu), o sebadôveru, v podstate holými rukami púšťať sa do nového, nebáť sa rizika, s potom na tvári so zanietenosťou sa dopátrať ku koreňu veci, bez zaručenej odmeny či pochvaly, pri nielen všedných ťažkostiach. Niekoľko rokov sme mohli bez cudzej pomoci „dôležitým“ návštevníkom zviditeľňovať hlboko ukryté fyzikálne tajomstvá, a možno ostatným pracovníkom ústavu snáď byť trochu „stimulátorom“ v práci.

Publikácie a patenty z toho obdobia:

Hamerlik R.: Fázová korekcia na nízkych frekvenciách, SDĚLOVACÍ TECHNIKA, č. 10, s. 387 – 388, 1967.

Hamerlik R.: Dynamické merania pamäťových elementov na cylindrických tenkých        magnetických vrstvách, Elektrotechnický časopis, č. 6, s. 486 – 489, 1967.

Hamerlik R.: Hysterézigraf na meranie cylindrických tenkých magnetických vrstiev pre rýchle pamäte počítačov, Fyzikálny časopis, č. 3, s. 176 – 181, 1968.

Hamerlik R.: Prístroj na dynamické meranie pamäťových elementov DYMEZA-4,              Elektrotechnický časopis, č. 8, s. 574 – 578, 1970.

Hamerlik R.: Magnetické pole priameho masívneho prúdovodiča obdĺžnikového prierezu,  Elektrotechnický časopis, č. 1, s. 40 – 48, 1972.

Hamerlik R.: Spôsob výroby pamäťovej matice, CS-Patent  No. 146098, 1972.

Hamerlik R.: Verfahren zum Herstellen einer Speichermatrix, DDR-Patent  No. 94658, 1972.

Hamerlik R.: A Compensating Method of Skew Determination in Cylindrical Thin Magnetic Films, IEEE Trans.MAGNETICS, č. 2, s. 110 – 111, 1973.

Hamerlik R.: Spôsob výroby dvojvrstvovej sústavy vodičov, CS-Patent   No. 149004, 1973.

Hamerlik R.: Verfahren zur Herstellung eines aus zwei Schichten bestehenden                     Leitersystems, DDR-Patent  No. 95610, 1973.

Hamerlik R.: Spôsob výroby hustej dvojvrstvovej sústavy vodičov s prívodmi z oboch strán. CS-Patent  No.158339, 1975.

Hamerlik R., Chudík J., Králik P., Weisshammer E.:  Tenkovrstvová pamäť s cyklom 400 ns, Elektrotechnický časopis, č. 1, s. 43 – 52, 1975.

Hamerlik R.: Measurement of Coercive Force and other Parameters of Cylindrical Thin Magnetic Films, Acta Physica Slovaca, č. 4, s. 256 – 263, 1975.

Hamerlik R.: Meranie odklonu ľahkej osi magnetizácie a skewmeter, Elektrotechnický     časopis, č. 6, s. 451 – 459, 1975.

Hamerlik R.: Meranie kritickej krivky TMV a súvis medzi ozvou a magnetizáciou,              Elektrotechnický časopis, č. 1, s. 29 – 35, 1977.

Hamerlik R.: The Measurement of the Anisotropy Field of Cylindrical Thin Mag netic Films, IEEE Trans.MAGNETICS, č. 2, s. 957 – 959, 1977.

 

RNDr. Rudolf Hamerlik, CSc. 18.4.2017.

Komentáre sú uzavreté.