JP2012151307A - スピン伝導素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電子流源Eにより、第1強磁性層1と第1電極4との間に電子流が供給されると、半導体層3内を電子が流れると共に、スピンが拡散する。このスピン流は、第2強磁性層2方向にも流れ、スピンの磁化方向に依存して、第2強磁性層2内に吸収される。スピン伝導素子における第1配線8aに電流を供給すると、その周囲に磁場Bが発生するが、半導体層3Cをスピンが走行する領域内において、磁場Bが印加されると、磁場Bの影響を受けて、スピンの方向が変わる。したがって、この磁場Bを制御することで、第2強磁性層2内に吸収されるスピン量を制御することができる。
【選択図】図1
Description
すなわち、第1強磁性層1の磁化方向D1を固定しないで、第2強磁性層2の磁化方向D2を固定する場合、第2強磁性層2の保持力は、第1強磁性層1の保持力よりも大きくなる。保持力の大きさは、上述のように、反強磁性層を用いるか、アスペクト比を高くすることで大きくすることができる。この場合、第2強磁性層2の磁化方向は、第1強磁性層1の磁化方向と比較して、動きにくい。もちろん、第1強磁性層1は、多少の異方性を有しており、単磁区化されており、磁場を印加しない状態においても、磁化方向は緩やかに一定の方向を向く傾向がある。換言すれば、第1強磁性層1の磁化方向を、外部磁場や、スピン注入により変更すると、出力電圧が変わることになり、第1磁性層1の磁化方向を、1つの情報として記憶している。配線による磁場Bも出力電圧の制御因子である。電子流の伝達過程において、磁場を印加すると、第2強磁性層2の直下の領域への特定偏極のスピンの到達率が変動するため、磁化方向に加えて、磁場の有無を制御することで、演算機能を有することができる。したがって、このスピン伝導素子は、第1強磁性層1と第2強磁性層2の磁化方向に対応した不揮発なメモリ素子、あるいは書き換え可能な論理素子における揮発なメモリ素子あるいは一時的な書き変えが可能なスピン伝導を利用した演算素子に用いることができる。また、第1強磁性層1の磁化方向を被計測磁場により変動させる場合には、このスピン伝導素子は、被計測磁場の計測センサとしても用いることができ、この場合、配線によって発生する外部磁場Bは、出力電圧のオン・オフに用いることができる。
(第2実施形態の場合)
(第4実施形態の場合)
(第5実施形態の場合)
(第6実施形態の場合)
Claims (12)
- 半導体層と、
前記半導体層上に第1トンネル障壁層を介して設けられた第1強磁性層と、
前記半導体層上に、前記第1強磁性層から離間し、第2トンネル障壁層を介して設けられた第2強磁性層と、
電流が供給されることにより、前記半導体層における、前記第1強磁性層と前記第2強磁性層との間に領域内に、磁場を発生させる第1配線と、
を備えることを特徴とするスピン伝導素子。 - 前記第1強磁性層の磁化方向と前記第2強磁性層の磁化方向とは反平行であり、
前記磁場の方向は、前記第1又は第2強磁性層の磁化方向に対して垂直である、
ことを特徴とする請求項1に記載のスピン伝導素子。 - 前記半導体層上の前記第1強磁性層と前記第2強磁性層との間の領域の外側であって、前記第1強磁性層側に設けられた第1電極と、
前記半導体層上の前記第1強磁性層と前記第2強磁性層との間の領域の外側であって、前記第2強磁性層側に設けられた第2電極と、
前記第1強磁性層と前記第1電極との間に電子を流す電子流源と、
前記第2強磁性層と前記第2電極との間の電圧を測定する電圧測定手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のスピン伝導素子。 - 前記第1強磁性層の磁化方向と前記第2強磁性層の磁化方向とは平行であり、
前記磁場の方向は、前記第1又は第2強磁性層の磁化方向に対して垂直である、
ことを特徴とする請求項3に記載のスピン伝導素子。 - 前記第1配線を囲む第1磁気ヨークを更に備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のスピン伝導素子。
- 前記第1配線と共に前記半導体層を挟む位置に配置され、電流が供給されることにより、前記半導体層における、前記第1強磁性層と前記第2強磁性層との間に領域内に、磁場を発生させる第2配線を、更に備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のスピン伝導素子。
- 前記第2配線を囲む第2磁気ヨークを更に備えることを特徴とする請求項6に記載のスピン伝導素子。
- 前記第1及び第2トンネル障壁層は、絶縁膜又はショットキ障壁から構成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のスピン伝導素子。
- 前記絶縁膜は、MgO、Al2O3、又は、MgAl2O4からなることを特徴とする請求項8に記載のスピン伝導素子。
- 前記第2強磁性層の保持力は、前記第1強磁性層の保持力よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のスピン伝導素子。
- 前記第2強磁性層に交換結合した反強磁性層を更に備えること、及び/又は、前記第2強磁性層が形状異方性を備えることにより、前記第2強磁性層の磁化方向が固定されていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のスピン伝導素子。
- 前記半導体層が中間絶縁層を介して形成される半導体基板と、
前記半導体基板にゲート電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載のスピン伝導素子。
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