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スピントロニクス素子、スピントランジスタ及び磁気抵抗メモリ

国内特許コード P200016845
整理番号 6128
掲載日 2020年5月11日
出願番号 特願2018-126805
公開番号 特開2020-009802
出願日 平成30年7月3日(2018.7.3)
公開日 令和2年1月16日(2020.1.16)
発明者
  • ドゥシェンコ セルゲイ
  • 白石 誠司
  • 外園 将也
  • 安藤 裕一郎
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 スピントロニクス素子、スピントランジスタ及び磁気抵抗メモリ
発明の概要 【課題】チャネル部の材料として金属材料を用いたスピントロニクス素子を提供する。
【解決手段】スピン流又は電流の少なくとも一方が流れるチャネル部を備えるものであって、前記チャネル部が、スピン軌道相互作用が0.01eV以上である金属材料から成り、前記チャネル部に電界を印加して前記チャネル部のスピン軌道相互作用の大きさを制御することにより信号のオン・オフを制御するスピントロニクス素子である。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要

近年、電子のスピンの自由度を利用したスピントロニクス素子が次世代の情報技術の担い手として注目を集めている。スピントロニクス素子の一つとして、例えば、スピン流や電流が流れるチャネル部を半導体材料で構成したスピントランジスタ(以下、半導体スピントランジスタともいう)が知られている(非特許文献1)。このスピントランジスタは、チャネル部にゲート電圧を印加することによりチャネル部内を伝導するスピンを制御するというものである。

しかしながら、半導体スピントランジスタでは、強磁性金属からなるソース電極からチャネル部にスピン偏極した電子を注入(スピン注入ともいう)する際には、強磁性金属と半導体との間で電気伝導度が大きく異なることによりスピン注入効率が大幅に低下する所謂伝導度ミスマッチの問題が生じ得る。

そのため、チャネル部を構成する材料としてスピン注入効率に優れた金属材料を用いたスピントランジスタ等のスピントロニクス素子の開発が求められている。

産業上の利用分野

本発明は、スピントロニクス素子、スピントランジスタ及び磁気抵抗メモリに関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
スピン流又は電流の少なくとも一方が流れるチャネル部を備えるスピントロニクス素子であって、
前記チャネル部が、スピン軌道相互作用が0.01eV以上である金属材料から成り、
前記チャネル部に電界を印加して前記チャネル部のスピン軌道相互作用の大きさを制御することにより信号のオン・オフを制御するスピントロニクス素子。

【請求項2】
前記チャネル部の厚みが4.0nm以下である請求項1に記載のスピントロニクス素子。

【請求項3】
前記チャネル部の厚みが2.5nm以下である請求項2に記載のスピントロニクス素子。

【請求項4】
前記チャネル部に印加する電界の強度が10V/m以上である請求項1~3のいずれか1項に記載のスピントロニクス素子。

【請求項5】
前記チャネル部に印加する電界の強度が10V/m以上である請求項4に記載のスピントロニクス素子。

【請求項6】
前記金属材料は、白金、パラジウム、タングステン、タンタル及びビスマスから選択される1種以上、又はビスマス及びセレンを基とする合金を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載のスピントロニクス素子。

【請求項7】
前記金属材料は、スピン軌道相互作用が0.01eV未満である1種以上の元素と、スピン軌道相互作用が0.01eV以上である1種以上の元素を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載のスピントロニクス素子。

【請求項8】
前記金属材料はスピン拡散長が50nm以下のものである、請求項1~7のいずれか1項に記載のスピントロニクス素子。

【請求項9】
イオン液体又はイオンゲルを用いて前記チャネル部への電界の印加を行う請求項4又は5に記載のスピントロニクス素子。

【請求項10】
ソース電極と、
ドレイン電極と、
前記ソース電極及びドレイン電極の間に設けられ、スピン流又は電流の少なくとも一方が流れるチャネル部と、
前記チャネル部に電界を印加するゲート電極と
を具備し、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極が強磁性材料から成り、
前記チャネル部が、スピン軌道相互作用が0.01eV以上である金属材料から成り、
前記ゲート電極から前記チャネル部に電界を印加して前記チャネル部のスピン軌道相互作用の大きさを制御することにより信号のオン・オフを制御するスピントランジスタ。

【請求項11】
前記ゲート電極から前記チャネル部に電界を印加することにより前記チャネル部のスピン拡散長を伸長することにより、前記ソース電極から注入されたスピン流を前記チャネル部を介して前記ドレイン電極に到達させる請求項10に記載のスピントランジスタ。

【請求項12】
スピン流又は電流の少なくとも一方が流れるチャネル部と、磁気トンネル接合素子とを具備し、前記チャネル部から注入されるスピン流により前記磁気トンネル接合素子を磁化反転させてデータの書換えを行う磁気抵抗メモリであって、
前記チャネル部が、スピン軌道相互作用が0.01eV以上である金属材料から成り、
前記チャネル部に電界を印加して前記チャネル部のスピン軌道相互作用の大きさを制御することにより信号のオン・オフを制御する磁気抵抗メモリ。

【請求項13】
前記チャネル部に電界を印加して前記金属材料のスピン軌道相互作用の大きさを制御することにより、前記磁気トンネル接合素子を磁化反転可能な書換え可能状態と、前記磁気トンネル接合素子を磁化反転できない書換え不可能状態とを切り替える、請求項12に記載の磁気抵抗メモリ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2018126805thum.jpg
出願権利状態 公開
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