CN109690338B

CN109690338B - 使用逆自旋霍尔效应的磁传感器

Info

Publication number: CN109690338B
Application number: CN201780055834.4A
Authority: CN
Inventors: P·A·凡德赫顿; Q·勒; K·S·霍; X·刘; G·M·巴奥德阿布克尔克
Original assignee: Western Digital Technologies Inc
Current assignee: Western Digital Technologies Inc
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2021-09-21
Anticipated expiration: 2037-09-14
Also published as: WO2018118158A1; US9947347B1; CN109690338A

Abstract

本发明公开了一种磁传感器，所述磁传感器基于逆自旋霍尔效应产生信号。所述传感器包括磁性自由层和定位在相邻于所述磁性自由层的非磁性导电自旋霍尔层。电路被配置成供应电流，所述电流在大体垂直于所述层的平面或垂直于由在所述磁性自由层和所述自旋霍尔层之间的界面限定的平面的方向上穿过所述磁性自由层和所述自旋霍尔层。所述逆自旋霍尔效应由于所述电流引起所述自旋霍尔层中的电压，并且所述电压相对于所述磁性自由层的磁化的取向而改变。提供了用于测量在大体垂直于所述电流的方向的方向上所述自旋霍尔层中的所述电压的电路。

Description

使用逆自旋霍尔效应的磁传感器

相关申请的交叉引用

本发明要求2016年12月20日提交的美国申请15/385595的优先权，其全部内容以引用方式并入。

技术领域

本发明涉及磁数据记录，并且更特别地涉及利用逆自旋霍尔效应检测磁场的存在的磁读取传感器。

背景技术

在许多计算机系统的核心处是一个被称为磁盘驱动器的组件。磁盘驱动器包括旋转磁盘、由相邻于旋转磁盘的表面的悬架臂悬挂的读取头和写入头以及摆动悬架臂以将读取头和写入头放置在旋转磁盘上的所选择的轨道上的致动器。读取头和写入头直接定位在具有空气轴承表面(ABS)的滑块上。当磁盘不旋转时，悬架臂偏置滑块与磁盘的表面接触，但是当磁盘旋转时，空气被旋转的磁盘旋动。当滑块漂浮在空气轴承上时，读取头和写入头用于向旋转磁盘写入磁印痕和从旋转磁盘读取磁印痕。读取头和写入头连接到处理电路，处理电路根据计算机程序操作，以实现读取和写入功能。

写入头包括至少一个线圈、写入极和一个或多个返回极。当电流流过线圈时，产生的磁场引起磁通量流过写入极，这导致从写入极的尖端发出的磁写入场。该磁场足够强，使得它局部磁化相邻磁介质的一部分，从而记录数据位。然后，写入场穿过磁介质的软磁下层，返回到写入头的返回极。

磁阻传感器诸如巨磁阻(GMR)传感器、隧道结磁阻(TMR)传感器或剪刀型磁阻传感器已经被用来从磁介质读取磁信号。这种磁阻传感器具有响应于外部磁场而改变的电阻。电阻的这种改变可以由处理电路检测，以便从磁介质读取磁数据。传感器定位在第一磁屏蔽和第二磁屏蔽之间，在屏蔽之间的间距影响数据密度。在屏蔽之间的较小间距通过增加在给定长度的数据轨道上可记录和检测的位而导致数据密度的增加。

发明内容

本发明的一个实施方案提供了磁传感器，其包括磁性自由层和相邻于磁性自由层形成的由导电非磁性材料形成的自旋霍尔层。提供了电路，该电路被配置成引起电流在垂直于层的平面的方向上流过磁性自由层和自旋霍尔层。还提供了用于测量沿着自旋霍尔层的平面并在基本上垂直于电流方向的方向上自旋霍尔层两端的电压的电路。

本发明的一个实施方案可以包括磁性自由层、相邻于磁性自由层形成的非磁性导电层以及用于在非磁性层中由于逆自旋霍尔效应而产生电压的装置，其中电压受磁性自由层的磁化方向的影响。这可以通过上述电路来提供，该电路提供用于引起电流在垂直于由磁性自由层限定的平面的方向上流过磁性自由层的装置。

流过磁性自由层的电流变得自旋极化，并且由于自旋累积，将在横向方向上将自旋电流注入自旋霍尔层中。由于逆自旋霍尔效应，自旋电流将在自旋霍尔层中产生充电电流，因此产生电压差。该电压根据自旋电流的自旋极化而变化，自旋极化与磁性自由层的磁化的取向相同。因此，因为磁性自由层的磁化可以响应于外部磁场而改变，所以可以通过测量自旋霍尔层两端的该电压来检测外部磁场。

自旋霍尔层可以由具有强自旋轨道耦合和较大自旋霍尔效率的重金属形成。自旋霍尔层可以由Ta、W、Pt、Hf和Bi中的一种或多种形成。

虽然磁性自由层可以从面向介质的表面延伸到限定条高度的第一距离，但是自旋霍尔层可以进一步延伸到比第一距离更长的第二距离。例如，自旋霍尔层可以延伸超过第一距离到第二距离，并且在第一距离和第二距离之间的差可以约等于自旋扩散层的材料的自旋扩散长度。例如，在第一距离和第二距离之间的差可以等于自旋扩散层的材料的自旋扩散长度加上或减去10％。

可以在刚好超过由磁性自由层限定的条高度的位置处测量自旋霍尔层两端的电压。作为另外一种选择，电压可以在相邻于磁性自由层的位置处测量，该位置在面向介质的表面和由磁性自由层限定的条高度之间。

自旋霍尔层可以与磁性自由层直接接触，从而限定在自旋扩散层和磁性自由层之间的界面。自旋扩散层可以具有垂直于界面测量的厚度，该厚度约等于自旋霍尔层的自旋扩散长度或者等于自旋扩散长度加上或减去10％。

磁性自由层可以是厚度比磁性自由层的自旋扩散长度大的磁性层。具有高自旋极化和较短自旋扩散的材料是优选的，诸如赫斯勒基合金。自由层也可以是包括第一磁性层和第二磁性层的结构，该第一磁性层和第二磁性层横跨定位在磁性层之间的诸如Ru的非磁性层反平行耦合。作为另外一种选择，磁性自由层可以是定位在自旋霍尔层的第一侧处的第一磁性层，并且第二磁性自由层可以定位在自旋霍尔层的相对侧处。

这种磁传感器通过消除对磁被钉扎层或诸如反铁磁(AFM)层的钉扎层的需求，大大减小了间隙厚度，并且甚至消除了对非磁性间隔层或阻挡层的需求。此外，传感器有利地使电流(用于引起逆自旋霍尔效应)与自旋霍尔层两端测量的电压无关。这允许根据需要彼此独立地优化电流和电压两者。

通过结合附图阅读实施方案的以下详细描述，本发明的这些和其他特征和优点将变得显而易见，在附图中，相同的附图标号始终表示相同的元件。

附图说明

为了更全面地理解本发明的性质和优点，以及优选的使用模式，应该参考下面结合附图阅读的详细描述，这些附图不是按比例绘制的。

图1是可以具体体现本发明的磁盘驱动系统的示意图；

图2是从面向介质的表面观察的根据一个实施方案的磁传感器的视图；

图3是从图2的线3-3截取的图2的传感器的侧剖视图；

图4是从图3的线4-4看到的根据一个可能实施方案的磁传感器的俯视剖面图；

图5是根据另一可能实施方案的磁传感器的侧剖视图；

图6是从图5的线6-6看到的图5的传感器的俯视剖面图；

图7是从面向介质的表面观察的根据另一个实施方案的磁传感器的视图；并且

图8是从面向介质的表面观察的根据另一个实施方案的磁传感器的视图。

具体实施方式

以下描述是目前想到用于执行本发明的最佳实施方案。该描述是为了说明本发明的一般原理，并不意味着限制本文要求保护的发明构思。

现在参照图1，示出了磁盘驱动器/数据存储系统100。磁盘驱动器100包括外壳101。至少一个能够旋转的磁盘112支撑在主轴114上，并且由磁盘驱动马达118旋转。在每个磁盘上的磁记录可以是磁盘112上同心数据轨道(未示出)的环形图案的形式。

至少一个滑块113定位在磁盘112附近，每个滑块113支撑一个或多个磁头组件121。当磁盘旋转时，滑块113在磁盘表面122上方移入移出，使得磁头组件121可以访问写入期望数据的磁盘的不同轨道。每个滑块113通过悬架115附接到致动器臂119。悬架115提供轻微的弹簧力，该弹簧力抵靠磁盘表面122偏置滑块113。每个致动器臂119附接到致动器装置127。如图1所示的致动器装置127可以是音圈马达(VCM)。VCM包括能够在固定磁场内移动的线圈，线圈移动的方向和速度通过由控制单元129供应的马达电流信号来控制。

在磁盘存储系统的操作期间，在磁盘112的旋转在滑块113和磁盘表面122之间产生空气轴承，该空气轴承在滑块上施加向上的力或升力。因此，空气轴承抗衡悬架115的轻微弹簧力，并在正常操作期间以小的、基本上恒定的间距支撑滑块113离开并稍微高于磁盘表面。

磁盘存储系统的各种部件在操作中由控制单元129所产生的控制信号来控制，诸如访问控制信号和内部时钟信号。通常，控制单元129包括逻辑控制电路和微处理器。控制单元129产生控制信号以控制各种系统操作，诸如线123上的驱动马达控制信号以及线128上的磁头位置和寻道控制信号。线128上的控制信号提供期望的电流分布，以最佳地将滑块113移动和定位到介质112上的期望数据轨道。写入信号和读取信号通过记录通道125传送到写入和读取头121和从写入和读取头121传送。

图2示出了从面向介质的表面观察的根据一个可能实施方案的磁传感器200。传感器可以包括磁性自由层202和相邻于磁性自由层202形成的非磁性自旋霍尔层204。可以在磁性自由层202上方形成覆盖层206。磁性自由层202、自旋霍尔层204和覆盖层206可以定位在第一磁屏蔽208和第二磁屏蔽210之间。在磁屏蔽208、210之间的距离限定了间隙间距。为了最大化数据密度，希望使间隙间距尽可能小。这是因为较小的间隙间距允许传感器沿着数据轨道读取具有较小位长度的磁信号，从而允许传感器每英寸数据轨道读取更多位。

磁性自由层202可以由磁性材料构成，诸如一层或多层Co-Fe、Co-Fe-B或赫斯勒合金。磁性自由层的厚度优选比自由层的自旋扩散长度厚，以便完全极化电流并增加向自旋霍尔层204中的自旋电流注入。自旋霍尔层204可以由非磁性金属构成，其优选具有大的自旋轨道耦合。自旋扩散层204优选由重金属构成，诸如Ta、W、Pt、Hf、Bi或其合金。覆盖层206可以由诸如Ta和/或Ru或Rh的材料形成。

磁性自由层202的磁化大体取向在与面向介质的表面平行的方向上，如由箭头212所示，但它可以响应于外部磁场自由移动其取向。对自由层的偏置可以由永久磁性偏置层214提供，永久磁性偏置层214可以定位在磁性自由层202的任一侧处，并且可以与顶部屏蔽层210电分离；或者由类似地定位的软磁侧屏蔽提供，软磁侧屏蔽可以直接与顶部屏蔽层210接触。磁性偏置层214中的每一个可以通过非磁性电绝缘层216与磁性自由层202和自旋霍尔层204分离。其他偏置机构也是可能的，诸如后边缘偏置结构、平面内偏置结构等。

继续参照图2，可以提供电路218以供应电流i通过传感器，该电流取向在垂直于层204、202、206的平面的方向上。换句话说，电路在与传感器要读取的数据轨道的方向大体平行的方向上施加电流i。电路218提供了用于在自旋霍尔层204中由于逆自旋霍尔效应而产生电压的装置的一个示例，这将在下文中更详细地解释。

由于自由层202的磁化，穿过磁性自由层202的电子将变得自旋极化。自旋极化的取向将受磁性自由层202的磁化方向的影响。因此，随着磁性自由层202的磁化响应于磁场而改变，自旋极化的取向也将改变。

当这些自旋极化电子穿过在自由层202和自旋霍尔层204之间的界面时，由于在界面处的自旋累积，将存在由于在自由层202和自旋霍尔层204之间的界面处的自旋累积而被感应并注入到自旋霍尔层204中的自旋电流。由于逆自旋霍尔效应，这种自旋电流可以在自旋霍尔层204内侧产生电压。该电压将被取向为平行于由在自旋霍尔层204和磁性自由层202之间的界面限定的平面。该电压可以被取向在这样的方向上，该方向垂直于从图2中的顶部到底部(或者反之亦然)的电流i的流动方向，并且也垂直于磁性自由层的自旋极化方向。

可以提供电路220来测量该电压。由逆自旋霍尔效应产生的电压将基于磁性自由层202的磁化212横跨轨道宽度方向的相对取向而改变。通过检测电压的改变，从而电路220可以检测外部磁场的存在，诸如来自相邻磁介质的磁场。电路220可以与形成在自旋霍尔层204任一侧处的引线222连接。下文中将更详细地讨论的引线222可以与自旋霍尔层204(由相同的材料形成，并且甚至在相同的图案化过程中形成)成一体，或者也可以是由不同于自旋霍尔层204的材料的导电材料形成的单独结构。

如图2所示，可以在引线222和相邻屏蔽208之间提供电绝缘层224，使得屏蔽208与自旋霍尔层204在传感器区域中电连接，以便防止电流i从引线222分流到屏蔽208。这可以通过在电绝缘层224之间的屏蔽208的顶部处形成向上延伸的导电部分226来实现。该部分226可以由屏蔽材料208形成，或者可以是单独形成的特征，并且可以在共同的掩模和离子研磨过程中与层204自对准。

图3是从图2的线3-3看到的侧剖视图，并且图4是从图3的线4-4看到的俯视剖面图。参照图3，可以看到，磁性自由层202从面向介质的表面MFS延伸到距离SH，该距离限定了传感器的条高度。另一方面，自旋霍尔层204可以从面向介质的表面进一步延伸到第二距离LSHL。优选，在LSHL和SH之间的距离约等于自旋霍尔层204的材料的自旋扩散长度。例如，自旋霍尔层204可以延伸超过条高度距离SH一定距离，该距离等于自旋霍尔层204的自旋扩散长度加上或减去10％。电压测量值(在图3中由点V表示)可以在定位在从面向介质的表面MFS测量的距离LV处的位置处在自旋霍尔层两端测量。距离LV可以稍微大于条高度SH，使得可以在刚好稍微超过磁性自由层202的后边缘的位置处测量电压。

参照图4可以更清楚地看到这一点，该图示出了磁性自由层202和自旋霍尔层204的俯视剖面图。在图4中可以看出，引线222可以形成在自旋霍尔层204的任一侧处，并且可以定位在刚好超过磁性自由层202的后边缘的位置处。如上所讨论，引线222可以由与自旋霍尔层204相同的材料形成，并且可以在与自旋霍尔层相同的图案化步骤中形成。或者，作为另外一种选择，引线222可以由不同的导电材料形成，诸如Cu或Au。在引线222中的每一个的端部处或附近，可以形成通孔302以允许在电路220和引线222之间的电连接。超过自由层202和自旋霍尔层204背面的空间可以用诸如氧化铝、MgO、SiN或Ta₂O₅的电绝缘填充层304填充。

将电引线222放置在磁性自由层的后边缘稍微靠后处有助于与引线222的电连接，同时避免与磁性偏置结构214(图2)的干扰。然而，将引线222进一步远离磁性自由层202移动减小传感器200的性能。引线222离自由层202越远，传感器将遭受越差的性能。在一个实施方案中，我们可以将电引线222置于磁性自由层202正下方，这将在下面进一步描述。还应该指出的是，虽然图2、3和4示出了在自旋霍尔层204上方的磁性自由层202，但是这只是示例。磁性自由层202也可以在自旋霍尔层204下方。

在磁屏蔽208、210之间的空间限定了读取间隙，并且减小读取间隙对于在磁数据记录系统中增加沿着数据轨道的数据密度是期望的。通过消除对磁被钉扎层的需求，以及也消除对诸如反铁磁材料层(AFM层)的钉扎结构的需求，并且还消除对在这种自由层和被钉扎层结构之间的间隔层或阻挡层的需求，上述磁传感器200大大减小了读取间隙。在更传统的磁传感器设计中，被钉扎层由一层反铁磁材料钉扎，并且该层必须非常厚，以执行其作为钉扎机构的功能。因此，在传统的磁传感器中，这些层(钉扎层、被钉扎层和间隔层或阻挡层)需要很大的厚度才能正常工作，因此，极大地限制了可以减小的读取间隙的量。上述传感器200提供了用于产生磁信号的新型方法，与诸如巨磁阻传感器或隧道结传感器的其他更常规的传感器相比，这种方法允许大大减小间隙间距，这两种常规传感器都需要厚的被钉扎磁层结构、磁钉扎结构(诸如厚的反铁磁层)以及间隔层或阻挡层结构。

参照图5和6，在根据另一个可能实施方案的传感器500中，可以在直接在磁性自由层202的区域中的位置(在图5中指定为V)处测量电压。这可以通过将引线222定位在如图所示在面向介质的表面MFS和条高度SH之间的区域中来实现。在这种情况下，LV可以小于或等于SH。只要注意不干扰磁性偏置层214和绝缘层216(图2)的存在，这种配置可以最大化传感器的性能。例如，堆叠内偏置结构(未示出)可以用于偏置磁性自由层202，或者后边缘偏置结构(也未示出)可以用于偏置磁性自由层202。再次，应该指出的是，尽管在图5和6中磁性自由层202被示出为在自旋霍尔层204上方，但这仅仅是作为示例。磁性自由层202也可以在自旋霍尔层204下方。

图7示出了根据另一个可能实施方案的磁传感器的视图。传感器700包括反平行耦合的自由层结构702，其包括第一磁性层704和第二磁性层706，它们通过定位在磁性层704、706之间的薄的非磁性反平行耦合层(诸如Ru 708)彼此反平行耦合。反平行耦合层708的厚度被选择成以便引起第一磁性层704和第二磁性层706的磁化使它们自己取向在彼此大体相对(反平行)的方向上。该传感器用作差分传感器以检测位转换区域中的磁场，并且与前述实施方案一样，响应是经由由逆自旋霍尔效应感应的平面内电压。与上述实施方案一样，磁性层704、706可以由各种磁性材料构成，诸如Co-Fe、Ni-Fe和/或赫斯勒合金中的一种或多种。再次应该指出的是，虽然磁性自由层结构702被示出为在自旋霍尔层之上，但是这只是示例。磁性自由层结构702也可以在自旋霍尔层204下方。

图8示出了根据又一个可能实施方案的磁传感器800。传感器800可以具有定位在自旋霍尔层204相对侧处的第一磁性自由层结构802和第二磁性自由层结构804。换句话说，自旋霍尔层204可以直接定位在第一磁性自由层802和第二磁性自由层804之间。这导致在自由层802和自旋霍尔层204之间的第一界面803以及在第二磁性自由层804和自旋霍尔层204之间的第二界面805。这种配置基本上使自旋电流翻倍，并且因此使输出电压翻倍。然而，可以看出，由于第二磁性自由层占据的空间，信号输出的增加可能以增加读取间隙为代价。磁性自由层802、804中的每一个可以由磁性偏置结构214偏置。由偏置结构214提供的偏置可以使得磁性自由层802、804具有在平行于面向介质的表面的相对方向上偏置的磁化，如由箭头806、808所示。这将引起通过在第一界面803处的透射和在第二界面805处的反射直接自旋注入自旋霍尔层中，以具有相同的极化方向以获得最大信号输出。同样，磁性自由层802、804可以由一种或多种磁性材料构成，诸如Co-Fe、Ni-Fe或赫斯勒合金中的一种或多种。

可以看出，所有上述实施方案都提供了通过消除对被钉扎层结构、诸如反铁磁材料层的钉扎结构以及间隔层或阻挡层的需求来大大减小读取间隙厚度并从而提高分辨率的能力。此外，基于逆自旋霍尔效应的读取器传感器，诸如上文关于各种可能实施方案所述，提供了额外的优点，因为用于产生逆自旋霍尔效应的电流垂直于用于读取信号的电压。相比之下，在诸如隧道结传感器的更常规的传感器中，通过例如在上屏蔽和下屏蔽之间的传感器层供应感测电流，并且在屏蔽之间的相同路径两端测量电压。相比之下，在诸如上文所述的传感器中，电流和电压沿着彼此独立的不同的路径。然后可以在不受该电流影响的方向上独立于电流来测量电压。

虽然上文已经描述了各种实施方案，但是应当理解，它们仅仅是通过示例而非限制方式呈现的。落入本发明的范围内的其他实施方案对本领域技术人员来说可能也变得显而易见。因此，本发明的广度和范围不应受上述示例性实施方案中的任一个限制，而应仅根据以下权利要求及其等同物来限定。

Claims

1.一种磁传感器，包括：

磁性自由层；

自旋霍尔层，所述自旋霍尔层相邻于所述磁性自由层形成、由导电非磁性材料形成；

电路，所述电路被配置成引起电流在垂直于所述层的平面并且与所述磁传感器要读取的数据轨道的方向平行的方向上流过所述磁性自由层和所述自旋霍尔层；以及

电路，所述电路用于测量在垂直于所述电流的方向的方向上所述自旋霍尔层两端的电压。

2.根据权利要求1所述的磁传感器，其中由于逆自旋霍尔效应，所述电流流过所述磁性自由层和所述自旋霍尔层导致所述自旋霍尔层中的电压。

3.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述自旋霍尔层由重金属构成。

4.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述自旋霍尔层包括下列中的一者或多者：Ta、W、Pt、Hf和Bi。

5.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述磁性自由层从面向介质的表面延伸到限定条高度的第一距离，并且所述自旋霍尔层从所述面向介质的表面延伸到比所述第一距离大的第二距离。

6.根据权利要求5所述的磁传感器，其中所述自旋霍尔层由具有自旋扩散长度的材料形成，并且其中在所述第一距离和所述第二距离之间的差等于自旋霍尔层的所述自旋扩散长度。

7.根据权利要求5所述的磁传感器，其中所述自旋霍尔层由具有自旋扩散长度的材料形成，并且其中在所述第一距离和所述第二距离之间的差等于所述自旋扩散长度加上或减去10％。

8.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述自旋霍尔层与所述磁性自由层直接接触。

9.根据权利要求1所述的磁传感器，其中：

所述自旋霍尔层与所述磁性自由层直接接触，限定在所述自旋霍尔层和所述磁性自由层之间的界面；

所述自旋霍尔层包括具有自旋扩散长度的材料；并且

所述自旋霍尔层具有垂直于所述界面测量的厚度，所述厚度等于所述自旋扩散长度。

10.根据权利要求1所述的磁传感器，其中：

所述自旋霍尔层包括具有自旋扩散长度的材料；并且

所述自旋霍尔层具有垂直于所述界面测量的厚度，所述厚度等于所述自旋扩散长度加上或减去10％。

11.根据权利要求5所述的磁传感器，其中所述电压在超过所述条高度的区域中测量。

12.根据权利要求1所述的磁传感器，其中：

所述自旋霍尔层包括具有自旋扩散长度的材料；并且

所述磁性自由层具有垂直于所述界面测量的厚度，所述厚度大于所述自旋扩散长度。

13.根据权利要求5所述的磁传感器，其中所述电压在所述面向介质的表面和所述条高度之间的区域中测量。

14.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述磁性自由层是单个磁性层。

15.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述磁性自由层是包括第一磁性层和第二磁性层的结构，所述第一磁性层和所述第二磁性层通过定位在所述第一磁性层和所述第二磁性层之间的非磁性层反平行耦合。

16.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述磁性自由层是定位在所述自旋霍尔层的第一侧处的第一磁性自由层，所述传感器还包括定位在所述自旋霍尔层的与所述自旋霍尔层的所述第一侧相对的第二侧处的第二磁性自由层。

17.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述自旋霍尔层包括具有强自旋轨道耦合效应的材料。

18.一种磁数据记录系统，包括：

外壳；

磁介质，所述磁介质安装在所述外壳内；

致动器；

滑块，所述滑块与所述致动器连接，用于相邻于所述磁介质移动；以及

磁传感器，所述磁传感器形成在所述滑块上，所述磁传感器包括磁性自由层和相邻于所述磁性自由层形成的由导电非磁性材料形成的自旋霍尔层；

19.根据权利要求18所述的磁数据记录系统，其中由于逆自旋霍尔效应，所述电流流过所述磁性自由层和所述自旋霍尔层导致所述自旋霍尔层中的电压。

20.根据权利要求18所述的磁数据记录系统，其中所述自旋霍尔层包括下列中的一者或多者：Ta、W、Pt、Hf和Bi。

21.一种磁传感器，包括：

磁性自由层；

非磁性导电层，所述非磁性导电层相邻于磁性自由层形成；

装置，所述装置用于引起电流在垂直于由所述磁性自由层限定的平面并且与所述磁传感器要读取的数据轨道的方向平行的方向上流过所述磁性自由层；以及

装置，所述装置用于在所述非磁性导电层中由于逆自旋霍尔效应而产生电压，所述电压受所述磁性自由层的磁化方向的影响。

22.根据权利要求21所述的磁传感器，还包括用于检测所述非磁性导电层中的所述电压的装置。

23.根据权利要求21所述的磁传感器，其中所述电压在垂直于电流的方向的方向上测量。

24.根据权利要求21所述的磁传感器，其中所述非磁性导电层是重金属。

25.根据权利要求21所述的磁传感器，其中所述非磁性导电层包括下列中的一者或多者：Ta、W、Pt、Hf和Bi。

26.根据权利要求21所述的磁传感器，其中所述磁性自由层从面向介质的表面延伸到第一距离，并且所述非磁性导电层从所述面向介质的表面延伸到比所述第一距离大的第二距离。

27.根据权利要求26所述的磁传感器，其中所述非磁性导电层具有自旋扩散长度，并且其中所述第一距离和所述第二距离之间的差等于所述非磁性导电层的所述自旋扩散长度。

28.根据权利要求26所述的磁传感器，其中所述非磁性导电层具有自旋扩散长度，并且其中所述第一距离和所述第二距离之间的差等于所述非磁性导电层的所述自旋扩散长度加上或减去10％。

29.根据权利要求21所述的磁传感器，其中

所述磁性自由层与所述非磁性导电层接触，从而限定在所述磁性自由层和所述非磁性导电层之间的界面；

所述非磁性导电层包括具有自旋扩散长度的材料；并且

所述非磁性导电层具有垂直于所述界面测量的厚度，所述厚度等于所述非磁性导电层的所述自旋扩散长度加上或减去10％。