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SPINTRONICS ELEMENT, SPIN TRANSISTOR AND MAGNETIC RESISTANCE MEMORY

Patent code P200016845
File No. 6128
Posted date May 11, 2020
Application number P2018-126805
Publication number P2020-009802A
Date of filing Jul 3, 2018
Date of publication of application Jan 16, 2020
Inventor
  • (In Japanese)ドゥシェンコ セルゲイ
  • (In Japanese)白石 誠司
  • (In Japanese)外園 将也
  • (In Japanese)安藤 裕一郎
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人京都大学
Title SPINTRONICS ELEMENT, SPIN TRANSISTOR AND MAGNETIC RESISTANCE MEMORY
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spintronics element using metal material as a material of a channel part.
SOLUTION: The spintronics element includes a channel part for at least one of a spin flow and an electric current to flow. The channel part is formed from metal material whose a spin orbit interaction is at least 0.01 eV and controls on-off of a signal by applying an electric field to the channel part, thereby controlling the magnitude of the spin orbit interaction of the channel part.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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。

Field of industrial application (In Japanese)

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。

Scope of claims (In Japanese)
【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108V/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109V/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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2018126805thum.jpg
State of application right Published
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