Magneetiline mälu

Ferromagneetilistes (püsivalt magneetilised raua, nikli ja teiste sisaldusega materjalid) materjalides olevad mikroskoopilised magneetilised osad (domeenid) suunavad oma magnetvälja samas suunas nagu on neile sellel ajal mõjuv magnetväli.
Magneetilise mõju tekkepõhjuseks võib olla nendes domeenides vabade mittepaaris olevate elektronide spinnide paralleelseks saamine magnetväljaga. Domeenides võib olla intentsiivne magnetväli kuid kui need ei asu samasuunaliselt, siis võib suurem materjali tükk paista mittemagneetiline. Domeenide magnetvälja suuna muutmine elektromagnetis jätab vähemalt osad domeenid samasuunaliseks ja sellise magneetilise "mälu" nimetus on hüstereesis. Hüstereesise efekti on kasutatud magneetilist linti sisaldavates heli- ja filmilintides ning arvutite kõvaketastes. Salvestamisel põhjustatakse võimalikelt väikestes domäänides võimalikult suurt ja küllastavat magnetvälja, et välise mõju lõpetamisel ja osade domeenide taastumisel jääks võimalikult paljud domeenid siiski soovitud suunaga.
Raud kaotab temperatuuril 1043 K (Curie temperatuur, mis on eri materjalidel erinev) magneetilisuse (soojusenergia osakese kohta 0,135 eV võrreldes toatemperatuuri 0,04 eV). Sellise soojusenergiaga aetakse aatomite magnetväljade suunad kaootilisemaks kuid sellest väiksemat energiat suudavad raua magneetilise domeeni osakesed kannatada.
Magneetilisuse tekitamisel suudavad aatomite magnetväljad joonduda ühes suunas sellise stabiilsusega, et toatemperatuuril ei suuda soojuse vibratsioone tekitav toime magnetväljasid sassi ajada. Selliste stabiilsete domeenide suurus on tavaliselt 0,1 mm kuni mitu millimeetrit.
Magnetvälja lisamisel kasvavad peamiselt sellised domeenid, kus suund oli juba sarnane välise magnetvälja suunaga ning kasv on osaliselt teiste domeenide arvelt.
Raua domeenis võib tekitada 1 teslast magnetvälja välise magnetväljaga, mis on 5000 korda nõrgem (0,0002 teslat).
Illustratsioon magnetvälja B mõjust magneetilistele domeenidele. Mida tugevam on magnetväli seda suuremaks kasvavad sellega samasuunalise magnetväljaga domeenid. Mikroskoobi vaatluste järgi paistab võimalik, et magnetvälja lisamisel ei muuda domeenid lihtsalt suunda vaid suuremaltjaolt kasvavad magnetväljaga samasuunalised domeenid nii suureks, et teiste suundadega domeenid hääbuvad. Domeene saab teha nähtavaks magneetiliste ainetega, mis kogunevad domeenide piirialadele.
Domeenides tekkinud magnetväljad võivad olla raual 200 korda tugevamad, kui nende domeenide teket põhjustanud magnetväli ja see võimendav toime sõltub materjalide suhtelisest magnetilisest läbitavusest.

μ_r tähistab suhtelist magnetilist läbitavust, mille leiab keskkonna magnetilise läbitavuse ja vaakumi magnetilise läbitavuse (μ₀ = 4π x 10^-7 T m/A) jagamisega. Enamike ainete läbitavus kaldub olema μ₀ lähedal kuid kui materjal on ferromagneetiline, siis on nende läbitavus palju suurem.

Näiteks raua puhul tähendab 200 seda, et tekitas juhtmekeerdude vahel magnetvälja oleks see magnetväli juhtmekeerdude vahelises õhus või vaakumis ~200 korda nõrgem rauas tekkivast magnetväljast.

Tabel magnetilistest läbitavustest.
99,8% puhtusega raual on suhteline magnetiline läbitavus 200-5000.
99,95% puhtusega vesinikuga töödeldud raual võib see olla 10 000- 200 000.
Ühel kindla jahutusega metallil võib see olla 100 000- 1 000 000.

Hüstereesise illustratsioon. Pärast domeenide magnetvälja muutmist säilib nendes osa magnetväljast ja selle kaotamiseks või ümbersuunamiseks tuleb tekitada umbes sama tugevat magnetvälja vastupidises suunas. H tähistab välise magnetvälja tugevust vastavas suunas ja M materjalis tekkinud magneetiliste osade tihedust.

Helilindil kasutatakse magneetilisi kroomoksiidi ja raudoksiidi domeene (umbes 500 nanomeetrised), mille magnetvälja suundi muudetakse elektromagnetiga. Helisalvestuste heliks muutmisel liigub see elektromagnet magneetiliste domeenide kohal, mis põhjustavad moonutusi elektromagneti magnetvoos ja kui magnetvoog muutub, siis tekivad ka muutused selle ümber oleva juhtme elektrivoolus, mida saab võimendada kõlarite jaoks.
Stereoheli salvestusel võib kasutada ühte magnetlinti, mille mustreid muudetakse mitme elektromagnetiga, mis salvestavad eraldi näiteks parema ja vasaku kõrva/kõlari jaoks ning nende radade vahel on väikesed ribad, kuhu ei salvestata.

Sõltuvalt voolust saab kasutada sarnaseid elektromagneteid magnetlindi sisu kustutamiseks, muutmiseks või tuvastamiseks. Kustutamiseks kasutatakse intentsiivset vahelduvvoolu. Salvestamisel saab läbisegi saata elektromagnetile signaale heli sagedusest ja tugevusest. Heli esitlusel ei pea sensorist elektromagnetile tingimata voolu saatma, sest magneti liikumine läbi teiste magnetite magnetväljade põhjustab ka algselt vooluta juhtmes elektrilise pinge kõikumist, mida saab hiljem elektriga võimendada.

Arvutite kõvaketastes kasutatakse helilindiga sarnaselt elektromagneteid, mis salvestavad ja tuvastavad pisikeste magneetiliste domeenide orientatsioone.

Kaks tavalist domeenide muutmise viisi. Varem kasutati horisontaalseid orientatsioone nagu esimesel näitel aga lisakihti ja vertikaalseid domeene kasutav teine näide on uuem (alates 2005) ning on levinud terabaidise mäluga kõvaketastel.
Info lugemiseks liigub ketta kohal paari nanomeetri kõrgusel lugeja, mis tekitab magnetvälja mõjul muutusi elektrivoolus kuigi see võib ka oma elektriga põhjustada magentvälja, millega ketta domeenide suunasid muuta. Suhteliselt tugevam magnetväli on vastandsuundadega magnetväljade piirialadel ja sellised kohad tekitavad tugevamalt signaale olles vahel tähistatud ühega ja samasuunaliste järjestike domeenide nõrgem võime elektrilisi kõikumisi põhjustada võib olla tähistatud nulliga. Uuematel kõvaketastel on see lugeja/kirjutaja aja jooksul kettale järjest lähemale viidud väiksemate domeenide tuvastuseks ja muutmiseks kuigi kontakt ise võib ketta ära rikkuda.

Magneetilised domeenid on kõvakettal ~10 nanomeetrised (sellise ala mahtuvus on mõnesajast aatomist mõnetuhande aatomini). 7200 ringi minutis töötavate kõvaketaste plaatide kiirus võib nende servas olla 120 km/h. Vertikaalse orientatsiooniga magentväljad ei ole suunatud naaberdomeenide suunas ning seetõttu ei summuta need hüstereesise muutmisega naaberalade magnetvälju nii kergesti. Väiksema vastastikkuse tõuke tõttu saab neid domeene kõvakettale tihedamalt kokku ajada, mistõttu saab nende abil teha mahukamaid mälusid.