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強磁性細線素子 NEW

国内特許コード P180015488
整理番号 1529
掲載日 2018年11月21日
出願番号 特願2006-298840
公開番号 特開2008-117893
登録番号 特許第4834836号
出願日 平成18年11月2日(2006.11.2)
公開日 平成20年5月22日(2008.5.22)
登録日 平成23年10月7日(2011.10.7)
発明者
  • 小野 輝男
  • 仲谷 栄伸
出願人
  • 国立大学法人京都大学
  • 国立大学法人電気通信大学
発明の名称 強磁性細線素子 NEW
発明の概要 【課題】磁性細線中に現れる磁壁の磁気モーメント(磁化)を利用した強磁性細線素子を提供する。
【解決手段】磁壁中心部での磁気モーメントが細線の長軸方向に対して直角方向を向いた磁壁を内部に有する強磁性細線を用いる。反強磁性体などの磁壁固定手段を用いることにより磁壁が細線内を移動しないように該磁壁を固定しつつ直流電流を供給すると、磁壁は移動することなくその磁気モーメントが回転する。これにより、磁気モーメントの回転をTMR素子などで検出することが可能となる。この強磁性細線素子の構成を用いてマイクロ波発振器や磁気メモリを直ちに得ることも可能である。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


断面径が数nm~数十nm程度のサイズの強磁性細線中の内部には、磁壁と呼ばれる磁化構造が現れることが以前より知られている。また、磁壁を有する強磁性細線に対して磁界や電流を加えることにより、磁壁が細線内を移動することが知られている。特に非特許文献1にて開示されているような、電流供給によって磁壁の位置を制御する技術は、磁界の印加によるそれと比較して素子の構成を至極簡略化することができるというメリットを有している。



強磁性細線に電流を供給することで磁壁を移動させるとき、電流密度が増加するにつれて磁壁の移動速度は比例して増加するが、電流密度がある大きさ以上になると、突然に磁壁の移動速度が低下する。図9は電流密度と磁壁の移動速度との関係を幾つかの断面形状に関して示したグラフであり、移動速度が急激に低下する様子が示されている。図9によると、強磁性細線の断面形状が長方形から正方形に近づくにつれて、移動速度が急激に低下する閾値が減少してゆき、断面形状が正方形のときには閾値が存在しなくなることがわかる。



磁壁の移動速度が急激に低下した後、また断面形状が正方形の場合には常に、磁壁が細線の軸方向に移動するとともに、磁壁の中心部では磁気モーメントが回転し始めることもわかっている。このとき、強磁性細線内を移動している磁壁において磁気モーメントがどのように回転するかを図10に示す。図10では、複数並べられた小矢印の向きが磁気モーメントの向きを表しており、大矢印によって示される時間順に、磁壁内の磁気モーメントが変化する様子が描かれている。図10からわかるように、磁気モーメントは強磁性細線の長軸を回転中心として、断面の面内で回転する。



【非特許文献1】
山口明啓, 他6名, "スピントランスファー効果による磁壁の電流駆動", 日本応用磁気学会誌, Vol.28, No.3, 2004, pp.343-346
【非特許文献2】
Kiselev, S.I. et al. Microwave oscillations of a nanomagnet driven by a spin-polarized current. Nature 425, 380-383(2003)

産業上の利用分野


本発明は、強磁性細線に含まれる磁壁内の磁気モーメント(磁化)を利用した素子に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
強磁性細線に含まれる磁壁の磁気モーメントの向きを利用する素子であって、
a)磁壁中心部での磁気モーメントが細線の長軸方向に対して直角方向を向いた磁壁を内部に有する強磁性細線と、
b)前記強磁性細線の長軸方向に直流電流を供給する電流供給手段と、
c)前記電流供給手段によって電流が供給された際に前記磁壁が前記強磁性細線内を移動しないように該磁壁を固定する磁壁固定手段と、
d)前記磁壁内の磁気モーメントの向きを読み出す磁化読出手段と、
を備えることを特徴とする強磁性細線素子。

【請求項2】
前記磁壁固定手段が、前記強磁性細線の軸方向の両端部に設けられ、それぞれ磁気モーメントの向きが該強磁性細線の軸方向と平行であって且つ互いの磁気モーメントが反対の方向を向いている強磁性体である請求項1に記載の強磁性細線素子。

【請求項3】
前記磁壁固定手段が、磁壁を挟む両側の磁気モーメントが互いに異なる方向を向くように、該強磁性細線の軸方向に沿って磁壁の両側に設けられた反強磁性体である請求項1に記載の強磁性細線素子。

【請求項4】
前記磁化読出手段が、前記強磁性細線の磁壁が存在する領域を含んで構成されたTMR素子である請求項1~3のいずれかに記載の強磁性細線素子。

【請求項5】
強磁性細線に含まれる磁壁の磁気モーメントを利用するマイクロ波発振器であって、
磁壁中心部での磁気モーメントが細線の長軸方向に対して直角方向を向いた磁壁を内部に有する強磁性細線と、
前記強磁性細線の長軸方向に直流電流を供給する電流供給手段と、
前記電流供給手段によって電流が供給された際に前記磁壁が前記強磁性細線内を移動しないように該磁壁を固定する磁壁固定手段と、
前記磁壁における磁気モーメントの回転を検出する回転検出手段と、
を備えることを特徴とするマイクロ波発振器。

【請求項6】
前記強磁性細線は、断面の縦横比が1:1.1以内であって、且つ該断面の幅が20nm以下であることを特徴とする請求項5に記載のマイクロ波発振器。

【請求項7】
前記磁壁固定手段が、前記強磁性細線の軸方向の両端部に設けられ、それぞれ磁気モーメントの向きが該強磁性細線の軸方向と平行であって且つ互いの磁気モーメントが反対の方向を向いている強磁性体である請求項5又は6に記載のマイクロ波発振器。

【請求項8】
前記磁壁固定手段が、磁壁を挟む両側の磁気モーメントが互いに異なる方向を向くように、該強磁性細線の軸方向に沿って磁壁の両側に設けられた反強磁性体である請求項5又は6に記載のマイクロ波発振器。

【請求項9】
前記回転検出手段が、前記強磁性細線の磁壁が存在する領域を含んで構成されたTMR素子である請求項5~8のいずれかに記載のマイクロ波発振器。

【請求項10】
前記強磁性細線の材料がパーマロイである請求項5~9のいずれかに記載のマイクロ波発振器。

【請求項11】
磁壁中心部での磁気モーメントが細線の長軸方向に対して直角方向を向く磁壁を内部に有する強磁性細線の長軸方向に、前記磁壁が前記強磁性細線内で移動しないように該磁壁を固定しつつ直流電流を供給することにより、前記磁壁における磁気モーメントを長軸の軸中心に回転させ、該磁気モーメントの回転によるマイクロ波を取り出すマイクロ波生成方法。

【請求項12】
強磁性細線に含まれる磁壁の磁気モーメントを利用する磁気メモリであって、
磁化中心部での磁気モーメントの向きが前記断面幅方向の二方向のうちのいずれかで安定となる磁壁を内部に有する強磁性細線と、
前記強磁性細線内の長軸方向に直流パルス電流を供給することにより前記磁気モーメントの向きを反転させるパルス電流供給手段と、
前記パルス電流供給手段によって直流パルス電流が供給された際に前記磁壁が前記強磁性細線内を移動しないように該磁壁を固定する磁壁固定手段と、
前記磁壁における磁気モーメントの向きを検出する磁化方向検出手段と、
を備えることを特徴とする磁気メモリ。

【請求項13】
前記強磁性細線は、断面の縦横比が1:1.1~1:1.2であることを特徴とする請求項12に記載の磁気メモリ。

【請求項14】
前記磁壁固定手段が、前記強磁性細線の軸方向の両端部に設けられ、それぞれ磁気モーメントの向きが該強磁性細線の軸方向と平行であって且つ互いの磁気モーメントが異なる方向を向いている強磁性体である請求項12又は13に記載の磁気メモリ。

【請求項15】
前記磁壁固定手段が、磁壁を挟む両側の磁気モーメントが互いに異なる方向を向くように、該強磁性細線の軸方向に沿って磁壁の両側に設けられた反強磁性体である請求項12又は13に記載の磁気メモリ。

【請求項16】
前記回転検出手段が、前記強磁性細線の磁壁が存在する領域を含んで構成されたTMR素子である請求項12~15のいずれかに記載の磁気メモリ。

【請求項17】
前記強磁性細線の材料がパーマロイである請求項12~16のいずれかに記載の磁気メモリ。

【請求項18】
磁化中心部での磁気モーメントの向きが前記断面幅方向の二方向のうちのいずれかで安定となる磁壁を内部に有する強磁性細線と、
直流パルス電流が供給された際に前記磁壁が前記強磁性細線内を移動しないように該磁壁を固定する磁壁固定手段と、を含んで成り、前記磁気モーメントの向きによって二値情報の表現が可能な磁気メモリに対して、
前記強磁性細線の長軸方向に直流パルス電流を供給することによって前記磁気モーメントの向きを反転させることによる、磁気メモリの情報書込方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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