JP2008021882A - Apparatus and method for controlling magnetization state - Google Patents

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Masahiro Hara
正大 原
Yoshichika Ootani
義近 大谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for controlling magnetization state of a magnetic material. <P>SOLUTION: A small magnetic material and a superconductor are disposed closely to each other, and thereby a magnetic field generated from the small magnetic material is caused to enter the superconductor as a vortex magnetic field. Then, the vortex magnetic field is moved by flowing current to the superconductor, thus controlling magnetization state of the small magnetic material. The shape of the small magnetic material to be employed may include a thin line shape, a ring shape, a disk shape and the like. When the small magnetic material is of disk shape and structured to form multiple magnetic domains, the position of a magnetic wall is controlled by current supply. When the small magnetic material is of disk shape and structured to form a single magnetic domain, magnetization direction is controlled by current supply. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁性体の磁化状態を制御する技術に関する。   The present invention relates to a technique for controlling the magnetization state of a magnetic material.

ハードディスクやMRAM(磁気抵抗メモリ)は微小磁性体を用いたメモリであり、個々の微小磁性体の磁化状態(スピンの向き)によって情報を記憶している。このような記憶装置では、微小磁性体の近くに配置した導線に電流を流して磁場を生じさせ、この磁場によって微小磁性体の磁化を反転させている。   A hard disk or an MRAM (magnetoresistance memory) is a memory using a minute magnetic material, and stores information according to the magnetization state (spin direction) of each minute magnetic material. In such a storage device, a magnetic field is generated by passing a current through a conducting wire arranged near the micromagnetic material, and the magnetization of the micromagnetic material is reversed by this magnetic field.

また、近年では、低消費電力化を目的として、スピン偏極した電流を微小磁性体に直接流し込むことによって微小磁性体の磁化を反転させるスピン注入磁化反転法も研究されている(非特許文献1)。
J. A. Katine, F. J. Albert, R. A. Buhrman, E. B. Myers, D. C. Ralph著, "Current-Driven Magnetization Reversal and Spin-Wave Excitations in Co/Cu/Co Pillars", Physical Review Letter Vol.84 No.14, The American Physical Society, pp. 3149-3152, 2000年
In recent years, for the purpose of reducing power consumption, a spin-injection magnetization reversal method for reversing the magnetization of a micromagnetic material by directly flowing a spin-polarized current into the micromagnetic material has been studied (Non-patent Document 1). ).
JA Katine, FJ Albert, RA Buhrman, EB Myers, DC Ralph, "Current-Driven Magnetization Reversal and Spin-Wave Excitations in Co / Cu / Co Pillars", Physical Review Letter Vol.84 No.14, The American Physical Society , pp. 3149-3152, 2000

素子の微細化および処理速度の高速化に伴って従来とは異なる磁化状態の制御手法が必要となってくる。そこで、本発明は、磁性体の磁化状態を制御することのできる新規な技術を提供することを目的とする。   Along with the miniaturization of elements and the increase in processing speed, a method for controlling the magnetization state different from the conventional one is required. Therefore, an object of the present invention is to provide a novel technique capable of controlling the magnetization state of a magnetic material.

上記目的を達成するために本発明では、以下の手段または処理によって磁性体の磁化状態を制御する。本発明に係る磁化状態制御装置は、磁性体と超伝導体と磁化状態制御手段とを有する。   In order to achieve the above object, in the present invention, the magnetization state of the magnetic material is controlled by the following means or processing. The magnetization state control device according to the present invention includes a magnetic body, a superconductor, and a magnetization state control means.

本発明における磁性体は、サブミクロンスケールに微小化された磁性体であり、その形状に応じた特徴的な磁化状態をとる。例えば、磁性体の形状や大きさによっては、単一の磁区から構成され磁化の向きが一定の単一磁区構造をとることができ、また、2つの磁区から構成され磁区の境目で磁化の向きが変化している磁壁を有する磁化状態をとることもできる。このような磁化状態をとる磁性体から磁場が生じる。   The magnetic body in the present invention is a magnetic body miniaturized on a submicron scale, and takes a characteristic magnetization state corresponding to its shape. For example, depending on the shape and size of the magnetic material, it can have a single magnetic domain structure that is composed of a single magnetic domain and has a constant magnetization direction, and is also composed of two magnetic domains and has a magnetization direction at the boundary between the magnetic domains. It is also possible to take a magnetization state having a domain wall in which is changed. A magnetic field is generated from a magnetic material having such a magnetization state.

超伝導体は、磁性体に近接して配置され、磁性体から生じる磁場が渦糸(ボルテックス)として内部に侵入した状態をとる。すなわち、本発明における超伝導体は、第2種超伝導体であり、超伝導相と常伝導相が混在した混合状態をとる。   The superconductor is disposed close to the magnetic body, and takes a state where a magnetic field generated from the magnetic body enters the inside as a vortex. That is, the superconductor in the present invention is a type 2 superconductor and takes a mixed state in which a superconducting phase and a normal conducting phase are mixed.

磁化状態制御手段は、超伝導体に電流を供給する。超伝導体に電流を流すことで、渦糸に対してローレンツ力が働き、渦糸が移動する。ここで、磁性体の磁化状態と超伝導体中の渦糸とは、磁気的に結合しているため、渦糸の移動に伴い磁性体の磁化状態が変化する。すなわち、磁化状態制御手段は、超伝導体に電流を供給することで、磁性体の磁化状態を制御することができる。ここで、磁化状態の制御とは、磁性体における磁壁の位置を変化させることや、磁性体の磁化の向きを変化させることをいう。なお、供給する電流の向きや大きさ、あるいは電流を供給する時間などにより、磁性体の磁化状態を所望の状態に制御することができる。   The magnetization state control means supplies a current to the superconductor. By passing a current through the superconductor, Lorentz force acts on the vortex and the vortex moves. Here, since the magnetization state of the magnetic material and the vortex in the superconductor are magnetically coupled, the magnetization state of the magnetic material changes as the vortex moves. That is, the magnetization state control means can control the magnetization state of the magnetic material by supplying a current to the superconductor. Here, the control of the magnetization state means changing the position of the domain wall in the magnetic material or changing the magnetization direction of the magnetic material. Note that the magnetization state of the magnetic material can be controlled to a desired state by the direction and magnitude of the current to be supplied or the time for supplying the current.

磁性体は、種々の形状を取ることができる。例えば、磁性体を細線形状とすることができる。細線形状の磁性体では、磁化の向きは細線方向となるのが安定である。この細線形状の磁性体の一部に屈曲部を設けることなどで磁化の向きが変化する磁壁を設けることができる。この場合、磁壁から漏れ磁場が生じており、漏れ磁場が超伝導体を渦糸として貫く。また、磁性体をリング形状とすることもできる。この場合、磁性体には磁壁が2つ存在し互いに逆向きの漏れ磁場が生じて、漏れ磁場が超伝導体を渦糸として貫く。これらの場合、磁化状態制御手段が、超伝導体に電流を供給することによって、ローレンツ力によって渦糸が移動し、渦糸と磁気的に結合している磁壁が移動する。このようにして、磁性体の磁化状態を制御することができる。   The magnetic body can take various shapes. For example, the magnetic body can be formed into a thin line shape. In a thin wire-shaped magnetic body, it is stable that the magnetization direction is the thin wire direction. A domain wall whose magnetization direction changes can be provided by providing a bent portion in a part of the fine-line-shaped magnetic body. In this case, a leakage magnetic field is generated from the domain wall, and the leakage magnetic field penetrates the superconductor as a vortex. Also, the magnetic material can be ring-shaped. In this case, there are two domain walls in the magnetic body, and leakage magnetic fields in opposite directions are generated, and the leakage magnetic field penetrates the superconductor as a vortex. In these cases, when the magnetization state control means supplies a current to the superconductor, the vortex moves by the Lorentz force, and the domain wall magnetically coupled to the vortex moves. In this way, the magnetization state of the magnetic material can be controlled.

また、磁性体をディスク形状とすることもできる。ディスク形状の磁性体は大きさが十分小さい場合には単一磁区構造をとり、磁性体から生じた磁場が超伝導体を渦糸として貫く。そして、磁化状態制御手段が、超伝導体に電流を供給することによって、ローレンツ力によって渦糸が移動し、渦糸と磁気的に結合した磁性体の磁化の向きが変化する。このようにして、磁性体の磁化状態を制御することができる。   Also, the magnetic material can be disk-shaped. When the disk-shaped magnetic material is sufficiently small, it takes a single domain structure, and the magnetic field generated from the magnetic material penetrates the superconductor as a vortex. Then, when the magnetization state control means supplies a current to the superconductor, the vortex is moved by the Lorentz force, and the magnetization direction of the magnetic material magnetically coupled to the vortex is changed. In this way, the magnetization state of the magnetic material can be controlled.

このように、磁性体に近接して配置され、磁性体から生じる磁場が渦糸として内部に侵入した超伝導体に電流を供給することで、磁性体の磁化状態を制御することが可能となる。また、超伝導体を用いているため、従来の手法に比べて、より少ない電流で磁化状態を制御できる。したがって、消費電力を低減することが可能となる。   In this way, it is possible to control the magnetization state of the magnetic material by supplying a current to the superconductor that is arranged close to the magnetic material and the magnetic field generated from the magnetic material enters the inside as a vortex. . Further, since the superconductor is used, the magnetization state can be controlled with a smaller current than in the conventional method. Therefore, power consumption can be reduced.

なお、上記で説明した磁性体の形状(細線形状、リング形状、ディスク形状)およびその磁化の状態は例示であって、本発明に係る磁化状態制御装置は任意の形状の磁性体の磁化状態を制御することができる。例えば、本発明に係る磁化状態制御装置は、上記以外の形状の磁性体の磁化状態を制御しても良いし、単一磁区構造を有する細線形状の磁性体や渦構造を有するディスク形状の磁性体の磁化状態を制御しても良い。   In addition, the shape (thin wire shape, ring shape, disk shape) and the magnetization state of the magnetic material described above are examples, and the magnetization state control device according to the present invention indicates the magnetization state of the magnetic material of any shape. Can be controlled. For example, the magnetization state control apparatus according to the present invention may control the magnetization state of a magnetic material having a shape other than those described above, or a thin wire-shaped magnetic material having a single magnetic domain structure or a disk-shaped magnetic material having a vortex structure. You may control the magnetization state of a body.

なお、本発明は上記処理を含む磁化状態制御方法として捉えることもできる。すなわち、本発明の一態様としての磁化状態制御方法は、磁性体と超伝導体とを、磁性体から生じる磁場が超伝導体に渦糸として侵入するように配置し、超伝導体に電流を流すことによって、渦糸を移動させ磁性体の磁化状態を制御することを特徴とする。   In addition, this invention can also be grasped | ascertained as the magnetization state control method containing the said process. That is, in the magnetization state control method as one aspect of the present invention, a magnetic body and a superconductor are arranged so that a magnetic field generated from the magnetic body enters the superconductor as a vortex, and a current is supplied to the superconductor. By flowing, the vortex is moved to control the magnetization state of the magnetic material.

本発明によれば、磁性体の磁化状態を制御することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to control the magnetization state of the magnetic material.

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
以下、図1〜図3を用いて第1の実施形態について説明する。
(First embodiment)
The first embodiment will be described below with reference to FIGS.

<構成>
図1は本実施形態に係る磁化状態制御装置の概略平面図であり、図2は図1におけるAA断面図である。図に示すように、本実施形態に係る磁化状態制御装置では、超伝導体2の上に、絶縁体3および微小磁性体1が配置されている。また、超伝導体2には、パルスジェネレータ4から、パルス電流を流すことができる。
<Configuration>
FIG. 1 is a schematic plan view of a magnetization state control device according to this embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. As shown in the drawing, in the magnetization state control apparatus according to the present embodiment, an insulator 3 and a minute magnetic body 1 are disposed on a superconductor 2. In addition, a pulse current can flow from the pulse generator 4 to the superconductor 2.

[微小磁性体]
磁性体をサブミクロンスケールに微小化すると、その形状に応じた特徴的な磁化状態を取る。本実施形態では微小磁性体1の形状として細線形状を採用する。細線形状を有する
微小磁性体1では、形状磁気異方性により細線方向に沿った向きに磁化は向きやすくなる。
[Micro magnetic material]
When a magnetic material is miniaturized to a submicron scale, it takes a characteristic magnetization state according to its shape. In the present embodiment, a fine wire shape is adopted as the shape of the minute magnetic body 1. In the fine magnetic body 1 having a fine line shape, the magnetization is easily oriented in the direction along the fine line direction due to the shape magnetic anisotropy.

細線形状の微小磁性体の細線方向に磁場を印加した後にその磁場をゼロにすると、細線方向に磁化の向きがそろった単一磁区構造を取ることが一般的であるが、本実施形態における微小磁性体1は、細線の一部を曲げた構造にすることで磁壁が導入されている。本実施形態における微小磁性体1は、図1,2に示すように磁壁1aにおいて磁化の向きが向かい合っているため、磁壁1aから漏れ磁場が生じる。そして、微小磁性体1を超伝導体2の上に設置しているので、図2に示すように、微小磁性体1の磁壁1aから漏れる漏れ磁場は、下向きに超伝導体2を貫く。   When a magnetic field is applied in the direction of the fine line of a fine magnetic substance having a thin line shape and then the magnetic field is made zero, it is common to adopt a single domain structure in which the direction of magnetization is aligned in the direction of the fine line. The magnetic body 1 has a domain wall introduced by bending a part of the thin wire. As shown in FIGS. 1 and 2, since the magnetization direction of the minute magnetic body 1 in the present embodiment is opposed to the domain wall 1 a, a leakage magnetic field is generated from the domain wall 1 a. Since the minute magnetic body 1 is installed on the superconductor 2, the leakage magnetic field leaking from the domain wall 1a of the minute magnetic body 1 penetrates the superconductor 2 downward as shown in FIG.

なお、微小磁性体1の材料としては任意の磁性体を用いることができるが、結晶磁気異方性を無視できるソフトな磁性体を用いることが好ましい。微小磁性体1に用いる材料の具体例としてはNiFe合金を挙げることができる。なお、微小磁性体1のサイズは、線幅が100nm程度、厚さが数10nm程度である。   Although any magnetic material can be used as the material of the minute magnetic material 1, it is preferable to use a soft magnetic material that can ignore the magnetocrystalline anisotropy. As a specific example of the material used for the minute magnetic body 1, a NiFe alloy can be cited. The size of the minute magnetic body 1 is about 100 nm in line width and about several tens of nm in thickness.

[超伝導体]
超伝導体2は、第2種超伝導体である。第2種超伝導体である超伝導体2が微小磁性体1に近接して配置されることで、微小磁性体1の磁壁1aから漏れる漏れ磁場の磁束が超伝導体2中に量子化磁束として侵入する。量子化磁束の回りには、超伝導電流が環流するため侵入した磁束のことをボルテックス(渦糸)ともいう。
[Superconductor]
The superconductor 2 is a type 2 superconductor. Since the superconductor 2 which is the second type superconductor is disposed close to the micromagnetic body 1, the magnetic flux of the leakage magnetic field leaking from the domain wall 1 a of the micromagnetic body 1 is quantized into the superconductor 2. Invade as. Around the quantized magnetic flux, the superconducting current circulates, and the magnetic flux that has entered is also called vortex.

超伝導体2は、このように内部にボルテックスが存在している第2種超伝導体であり、具体的な材料としてはNbや、Nb−Ti、Nb3Sn、NbNなどのNb合金を用いることができる。超伝導体2の形状はどのような形状であっても良い。また、超伝導体2の厚さは数10nm程度である。なお、微小磁性体1と超伝導体2の近接効果によって超伝導状態が壊れるのを防ぐために、微小磁性体1と超伝導体2の間に約10nm〜数10nm程度の絶縁体3を挟んでいる。 The superconductor 2 is a second type superconductor in which vortex exists in this way, and Nb, Nb—Ti, Nb 3 Sn, NbN or other Nb alloys are used as specific materials. be able to. The shape of the superconductor 2 may be any shape. The thickness of the superconductor 2 is about several tens of nm. In order to prevent the superconducting state from being broken by the proximity effect between the micromagnetic body 1 and the superconductor 2, an insulator 3 of about 10 nm to several tens of nm is sandwiched between the micromagnetic body 1 and the superconductor 2. Yes.

[パルスジェネレータ]
パルスジェネレータ4は、超伝導体2に直流電流を流す。パルスジェネレータ4は、供給する電流の大きさやパルス幅などを制御することが可能である。また、パルスジェネレータ4は、超伝導体2に供給する電流の向き(図1においてI→IIまたはII→I)も制御することができる。
[Pulse generator]
The pulse generator 4 passes a direct current through the superconductor 2. The pulse generator 4 can control the magnitude of the supplied current, the pulse width, and the like. The pulse generator 4 can also control the direction of current supplied to the superconductor 2 (I → II or II → I in FIG. 1).

<磁化状態制御の原理>
上述したように、微小磁性体1と超伝導体2を近接して配置することで、微小磁性体1の磁壁1aから漏れる磁束がボルテックスとして下向きに超伝導体2を貫いている。この状態で、パルスジェネレータ4によって超伝導体2に直流電流を供給すると、ボルテックスに対してローレンツ力が働く。
<Principle of magnetization state control>
As described above, by arranging the minute magnetic body 1 and the superconductor 2 close to each other, the magnetic flux leaking from the domain wall 1a of the minute magnetic body 1 penetrates the superconductor 2 downward as a vortex. When a direct current is supplied to the superconductor 2 by the pulse generator 4 in this state, Lorentz force acts on the vortex.

図3(a)のように、I→IIの方向に電流を流した場合には、超伝導体2を下向きに貫くボルテックスに対して左向きのローレンツ力が働く。逆に図3(b)のように、II→Iの方向に電流を流した場合には、ボルテックスに対して右向きのローレンツ力が働く。そして、このローレンツ力によってボルテックスが移動する。   As shown in FIG. 3A, when a current flows in the direction of I → II, a left Lorentz force acts on the vortex penetrating the superconductor 2 downward. Conversely, as shown in FIG. 3B, when a current is passed in the direction of II → I, a Lorentz force directed to the right acts on the vortex. The vortex is moved by this Lorentz force.

微小磁性体1中の磁壁1aと、超伝導体2中のボルテックスとは、磁気的に結合しているため、ボルテックスの運動に呼応して磁壁1aも左右に移動する。そして、電流の供給を停止した後でも、磁壁1aは移動後の位置を維持する。   Since the domain wall 1a in the minute magnetic body 1 and the vortex in the superconductor 2 are magnetically coupled, the domain wall 1a also moves left and right in response to the movement of the vortex. Even after the supply of current is stopped, the domain wall 1a maintains the moved position.

このように、図3(a)(b)に示すように超伝導体2に供給する電流の向きによって、磁壁1aの移動する向きを制御することができる。また、供給する電流の大きさや、電流を供給する時間(パルス幅)を制御することによって、磁壁1aの移動量も制御することができる。   Thus, as shown in FIGS. 3A and 3B, the moving direction of the domain wall 1a can be controlled by the direction of the current supplied to the superconductor 2. Further, the amount of movement of the domain wall 1a can also be controlled by controlling the magnitude of the current to be supplied and the time (pulse width) for supplying the current.

<実施形態の効果>
上述したように、微小磁性体1の磁壁1aから生じる磁場がボルテックスとして内部に侵入した超伝導体2に電流を流すことで、ローレンツ力によってボルテックスが移動し、ボルテックスの移動に伴い磁壁1aも移動する。すなわち、本実施形態に係る磁化状態制御装置によれば、微小磁性体の磁壁の位置を制御することが可能となる。
<Effect of embodiment>
As described above, when a magnetic field generated from the domain wall 1a of the minute magnetic body 1 flows into the superconductor 2 that has entered the inside as a vortex, the vortex is moved by the Lorentz force, and the domain wall 1a is also moved along with the movement of the vortex. To do. That is, according to the magnetization state control apparatus according to the present embodiment, the position of the domain wall of the minute magnetic body can be controlled.

この際、超伝導体2に電流を供給しているため、外部磁場やスピン電流の供給により磁化状態を変化する従来の手法と比べて、少ない消費電力で微小磁性体1の磁化状態を制御することができる。   At this time, since the current is supplied to the superconductor 2, the magnetization state of the minute magnetic body 1 is controlled with less power consumption compared to the conventional method of changing the magnetization state by supplying an external magnetic field or a spin current. be able to.

(第2の実施形態)
以下、図4〜図7を用いて第2の実施形態について説明する。なお、第2の実施形態は基本的に第1の実施形態と同様であるため、主に異なる部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described with reference to FIGS. Since the second embodiment is basically the same as the first embodiment, only different parts will be mainly described.

図4は本実施形態に係る磁化状態制御装置の概略平面図であり、図5は図4におけるBB断面図である。図に示すように、本実施形態においては、微小磁性体21として、リング形状の微小磁性体を用いる。また、超伝導体22は十字形状をしており、パルスジェネレータ24によって縦横いずれの方向にもパルス電流を供給できる構造となっている。   4 is a schematic plan view of the magnetization state control apparatus according to the present embodiment, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. As shown in the drawing, in the present embodiment, a ring-shaped minute magnetic body is used as the minute magnetic body 21. Further, the superconductor 22 has a cross shape, and has a structure in which the pulse generator 24 can supply a pulse current in both the vertical and horizontal directions.

微小磁性体21は、リング形状をしており、線幅が100nm程度であり、厚さは数10nm程度である。このようにリング形状をした微小磁性体21では、図4に示すような、HH磁壁21aとTT磁壁21bの2つの磁壁を持つオニオン状態と呼ばれる磁化状態が安定な磁化状態である。なお、HH磁壁とは磁化の矢印の頭同士が向き合っている磁壁(Head to Head Domain Wall)のことをいい、TT磁壁とは磁化の矢印の尾同士が向き合っている磁壁(Tail to Tail Domain Wall)のことをいう。図5に示すように、HH磁壁21aでは下向きの磁場が生じ、TT磁壁21bでは上向きの磁場が生じる。したがって、微小磁性体21に近接して配置された超伝導体22には、HH磁壁21aでは量子化磁束が下向きに貫き、TT磁壁21bでは量子化磁束が上向きに貫く。   The minute magnetic body 21 has a ring shape, a line width of about 100 nm, and a thickness of about several tens of nm. In the ring-shaped minute magnetic body 21, a magnetization state called an onion state having two domain walls of an HH domain wall 21a and a TT domain wall 21b as shown in FIG. 4 is a stable magnetization state. The HH domain wall is a domain wall (Head to Head Domain Wall) in which the heads of magnetization arrows face each other, and the TT domain wall is a domain wall (Tail to Tail Domain Wall) in which the tails of magnetization arrows are facing each other. ). As shown in FIG. 5, a downward magnetic field is generated in the HH domain wall 21a, and an upward magnetic field is generated in the TT domain wall 21b. Therefore, in the superconductor 22 arranged close to the minute magnetic body 21, the quantized magnetic flux penetrates downward in the HH domain wall 21a, and the quantized magnetic flux penetrates upward in the TT magnetic wall 21b.

次に、パルスジェネレータ24から超伝導体22に電流を供給して微小磁性体21の磁化状態を制御する方法について説明する。ここでは、図4においてI→II方向(上向き)に電流を流す場合を例にとって、微小磁性体21の磁化状態制御について説明する。   Next, a method for supplying a current from the pulse generator 24 to the superconductor 22 to control the magnetization state of the minute magnetic body 21 will be described. Here, the magnetization state control of the minute magnetic body 21 will be described with reference to an example in which a current is passed in the I → II direction (upward) in FIG.

図6は、超伝導体22にI→II方向に電流を供給したときに磁壁に作用する力を説明する図である。HH磁壁21aでは、ボルテックスが超伝導体22を下向きに貫くため、I→II方向の電流によってボルテックスには図中左向きのローレンツ力が働き、ボルテックスは左に移動する。そして、このボルテックスと磁気的に結合しているHH磁壁21aもこれに伴って左に移動する。また、TT磁壁21bでは、ボルテックスが超伝導体22を上向きに貫くため、電流供給に伴うローレンツ力は右向きに作用し、ボルテックスは右に移動する。そして、このボルテックスと磁気的に結合しているTT磁壁21bも右向きに移動する。すなわち、I→II方向の電流の供給によって、HH磁壁21aとTT磁壁21bからなる磁壁対は反時計回転することになる。   FIG. 6 is a diagram for explaining the force acting on the domain wall when a current is supplied to the superconductor 22 in the I → II direction. In the HH domain wall 21a, since the vortex penetrates the superconductor 22 downward, a current in the I → II direction causes a left-handed Lorentz force in the figure to move the vortex to the left. Then, the HH domain wall 21a magnetically coupled to the vortex also moves to the left along with this. In the TT domain wall 21b, since the vortex penetrates the superconductor 22 upward, the Lorentz force accompanying the current supply acts to the right and the vortex moves to the right. The TT domain wall 21b that is magnetically coupled to the vortex also moves to the right. That is, the domain wall pair consisting of the HH domain wall 21a and the TT domain wall 21b rotates counterclockwise by supplying a current in the I → II direction.

なお、リング形状の微小磁性体21では、超伝導体22に供給する電流の向きによって、4通りの磁化状態を遷移させることができる。図7は、超伝導体22への電流の供給方
向と、微小磁性体21の磁化状態を説明する図である。
In the ring-shaped minute magnetic body 21, four magnetization states can be changed depending on the direction of the current supplied to the superconductor 22. FIG. 7 is a diagram for explaining the current supply direction to the superconductor 22 and the magnetization state of the micromagnetic material 21.

図7に示すように、HH磁壁21aが12時の方向にあるときに、上向き(I→II)の電流を供給することで、磁壁対が反時計回りに回転し、HH磁壁21aは9時の方向に位置する。逆にHH磁壁21aが12時の方向にあるときに、下向き(II→I)に電流を供給することで、磁壁対が時計回りに回転し、HH磁壁21aは3時の方向に位置する。   As shown in FIG. 7, when the HH domain wall 21a is in the 12 o'clock direction, by supplying an upward (I → II) current, the domain wall pair rotates counterclockwise, and the HH domain wall 21a is 9 o'clock. Located in the direction of Conversely, when the HH domain wall 21a is in the 12 o'clock direction, by supplying current downward (II → I), the domain wall pair rotates clockwise, and the HH domain wall 21a is positioned in the 3 o'clock direction.

また、HH磁壁21aが3時の方向に位置するとき、右向き(III→IV)に電流を供給すると、磁壁対が反時計回りに回転しHH磁壁21aは12時の方向に位置する。逆に、左向き(IV→III)に電流を供給すると、磁壁対が時計回りに回転し、HH磁壁21aは6時の方向に位置する。   When the HH domain wall 21a is positioned in the 3 o'clock direction and a current is supplied to the right (III → IV), the domain wall pair rotates counterclockwise and the HH domain wall 21a is positioned in the 12 o'clock direction. Conversely, when a current is supplied to the left (IV → III), the domain wall pair rotates clockwise, and the HH domain wall 21a is positioned in the 6 o'clock direction.

また、HH磁壁21aが6時の方向に位置するとき、下向き(II→I)に電流を供給すると、磁壁対が反時計回りに回転しHH磁壁21aは3時の方向に位置する。逆に、上向き(I→II)に電流を供給すると、磁壁対が時計回りに回転し、HH磁壁21aは9時の方向に位置する。   When the HH domain wall 21a is positioned in the 6 o'clock direction and a current is supplied downward (II → I), the domain wall pair rotates counterclockwise and the HH domain wall 21a is positioned in the 3 o'clock direction. Conversely, when a current is supplied upward (I → II), the domain wall pair rotates clockwise, and the HH domain wall 21a is positioned in the 9 o'clock direction.

また、HH磁壁21aが9時の方向に位置するとき、左向き(IV→III)に電流を供給すると、磁壁対が反時計回りに回転しHH磁壁21aは6時の方向に位置する。逆に、右向き(III→IV)に電流を供給すると、磁壁対が時計回りに回転し、HH磁壁21aは12時の方向に位置する。   When the HH domain wall 21a is positioned in the 9 o'clock direction and a current is supplied to the left (IV → III), the domain wall pair rotates counterclockwise and the HH domain wall 21a is positioned in the 6 o'clock direction. Conversely, when a current is supplied in the right direction (III → IV), the domain wall pair rotates clockwise, and the HH domain wall 21a is positioned in the 12 o'clock direction.

このように、超伝導体22に供給する電流の向きを変えることで、微小磁性体21の磁化状態を4通りに制御することが可能となる。   Thus, by changing the direction of the current supplied to the superconductor 22, it is possible to control the magnetization state of the minute magnetic body 21 in four ways.

(第3の実施形態)
以下、図8〜図10を用いて第3の実施形態について説明する。第3の実施形態は基本的に第2の実施形態において微小磁性体の形状のみを変更している。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to FIGS. The third embodiment basically changes only the shape of the minute magnetic body in the second embodiment.

図8は本実施形態に係る磁化状態制御装置の概略平面図であり、図9は図8におけるCC断面図である。図に示すように、本実施形態においては、微小磁性体31として、ディスク形状の微小磁性体を用いる。微小磁性体31としてパーマロイを用い、その直径は100nm程度であり、厚さは数10nm程度である。このように十分に小さなディスク形状をした微小磁性体31では、図8に示すように1つの磁区からなる単一磁区構造をとる。そして、図9に示すように、微小磁性体から漏れる磁場により、上向きおよび下向きの磁束対が超伝導体22を貫く。   FIG. 8 is a schematic plan view of the magnetization state control apparatus according to the present embodiment, and FIG. 9 is a CC cross-sectional view in FIG. As shown in the figure, in the present embodiment, a disk-shaped minute magnetic body is used as the minute magnetic body 31. Permalloy is used as the minute magnetic body 31 and has a diameter of about 100 nm and a thickness of about several tens of nm. The micro magnetic material 31 having a sufficiently small disk shape as described above has a single magnetic domain structure composed of one magnetic domain as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 9, the upward and downward magnetic flux pairs penetrate the superconductor 22 due to the magnetic field leaking from the minute magnetic material.

パルスジェネレータ24から超伝導体22に電流を供給してディスク形状の微小磁性体31の磁化の向きを制御する方法について説明する。図10に示すように、超伝導体22に対して磁化の向きと同じ方向に電流を供給すると、超伝導体を下向きに貫くボルテックスと上向きに貫くボルテックスに対して、それぞれ反対方向にローレンツ力が働き、これらのボルテックスが移動する。ボルテックスの移動に伴い、ボルテックスと磁気的に結合している微小磁性体31の磁化の向きが変化する。図10の例では、磁化の向きは反時計回りに移動する。   A method for controlling the magnetization direction of the disk-shaped minute magnetic body 31 by supplying a current from the pulse generator 24 to the superconductor 22 will be described. As shown in FIG. 10, when a current is supplied to the superconductor 22 in the same direction as the magnetization direction, Lorentz forces are applied in opposite directions to the vortex penetrating the superconductor downward and the vortex penetrating upward. Working, these vortexes move. As the vortex moves, the magnetization direction of the minute magnetic body 31 that is magnetically coupled to the vortex changes. In the example of FIG. 10, the direction of magnetization moves counterclockwise.

本実施形態においても第2の実施形態と同様に、磁化の向きと電流の供給方向に応じて、4通りの磁化状態を遷移させることができる。図11は、超伝導体22への電流の供給方向と、微小磁性体31の磁化状態を説明する図である。   In the present embodiment, similarly to the second embodiment, the four magnetization states can be changed according to the magnetization direction and the current supply direction. FIG. 11 is a diagram for explaining the current supply direction to the superconductor 22 and the magnetization state of the minute magnetic body 31.

第1の実施形態に係る磁化状態制御装置の概略平面図である。1 is a schematic plan view of a magnetization state control device according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る磁化状態制御装置の断面図である。It is sectional drawing of the magnetization state control apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態における磁化状態制御の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of the magnetization state control in 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る磁化状態制御装置の概略平面図である。It is a schematic plan view of the magnetization state control apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る磁化状態制御装置の断面図である。It is sectional drawing of the magnetization state control apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態における磁化状態制御の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of the magnetization state control in 2nd Embodiment. 第2の実施形態における電流の供給方向と磁化状態の遷移の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the supply direction of the electric current in 2nd Embodiment, and the transition of a magnetization state. 第3の実施形態に係る磁化状態制御装置の概略平面図である。It is a schematic plan view of the magnetization state control apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る磁化状態制御装置の断面図である。It is sectional drawing of the magnetization state control apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態における磁化状態制御の原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of the magnetization state control in 3rd Embodiment. 第3の実施形態における電流の供給方向と磁化状態の遷移の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the supply direction of the electric current in 3rd Embodiment, and the transition of a magnetization state.

符号の説明Explanation of symbols

1,21,31 微小磁性体
2,22 超伝導体
3 絶縁体
4,24 パルスジェネレータ
1,21,31 Micro magnetic material 2,22 Superconductor 3 Insulator 4,24 Pulse generator

Claims (5)

磁性体と、
前記磁性体から生じる磁場が渦糸として内部に侵入するように前記磁性体に近接して配置された超伝導体と、
前記超伝導体に電流を流すことによって、前記渦糸を移動させ前記磁性体の磁化状態を制御する、磁化状態制御手段と、
を有する磁化状態制御装置。
Magnetic material,
A superconductor disposed close to the magnetic body so that a magnetic field generated from the magnetic body enters the inside as a vortex,
A magnetization state control means for controlling the magnetization state of the magnetic body by moving the vortex by passing a current through the superconductor;
A magnetized state control device.
前記磁性体は、細線形状であり、磁化の向きが変化する磁壁を有しており、
前記磁化状態制御手段は、前記超伝導体に電流を流すことによって、前記磁性体における前記磁壁の位置を移動させる
ことを特徴とする請求項1に記載の磁化状態制御装置。
The magnetic body has a thin wire shape and has a domain wall whose magnetization direction changes,
The magnetization state control apparatus according to claim 1, wherein the magnetization state control unit moves the position of the domain wall in the magnetic body by passing a current through the superconductor.
前記磁性体は、円環形状であり、磁化の向きが変化する磁壁を2つ有しており、
前記磁化状態制御手段は、前記超伝導体に電流を流すことによって、前記磁性体における前記2つの磁壁の位置を移動させる
ことを特徴とする請求項1に記載の磁化状態制御装置。
The magnetic body has an annular shape and has two domain walls whose magnetization directions change,
The magnetization state control device according to claim 1, wherein the magnetization state control unit moves the positions of the two domain walls in the magnetic body by passing a current through the superconductor.
前記磁性体は、円盤形状であり、単一の磁区からなり、
前記磁化状態制御手段は、前記超伝導体に電流を流すことによって、前記磁性体の磁化の向きを変化させる
ことを特徴とする請求項1に記載の磁化状態制御装置。
The magnetic body is disk-shaped and consists of a single magnetic domain,
The magnetization state control device according to claim 1, wherein the magnetization state control unit changes a magnetization direction of the magnetic body by passing a current through the superconductor.
磁性体と超伝導体とを、前記磁性体から生じる磁場が前記超伝導体に渦糸として侵入するように配置し、
前記超伝導体に電流を流すことによって、前記渦糸を移動させ前記磁性体の磁化状態を制御する、
ことを特徴とする磁化状態制御方法。
A magnetic body and a superconductor are arranged so that a magnetic field generated from the magnetic body enters the superconductor as a vortex,
By passing a current through the superconductor, the vortex is moved to control the magnetization state of the magnetic body.
A magnetization state control method characterized by the above.
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