JP2017520107A - 強度調整可能な結合型スピンホールナノ発振器 - Google Patents

Abstract

スピン結合材料（例えばスピンホール効果（ＳＨＥ）材料）を用いたインターコネクトと、２つの磁性層を有する磁気スタックであって、磁性層の１つがインターコネクトと結合し、２つの磁性層の各々は、磁気スタックを発振させるそれぞれの磁化方向を有する、磁気スタックとを備える発振装置が記載されている。

Description

信号品質（信号雑音比）が高いオンチップ組み込み発振器（または共振器）は、コンピューティングおよび通信のための、エネルギー効率の高いビルディングブロックを可能にする。しかしながら、オンチップ組み込み発振器のための既存のソリューションには、大きいフットプリント、および／または、高い動作電力という問題がある。これらの問題は、例えば、無線ＳｏＣｓ（システムオンチップ）などのプロセッサの設計空間を制限するか、著しく制約し得る。

スピントルク発振器（ＳＴＯ）は、組み込みナノスケール発振器に対し、実行可能なソリューションを提供する。ＳＴＯの一例が、図１に関連して説明されている。図１は、非磁性層（例えばＣｕ）の間に挟まれた固定強磁性体および自由強磁性体（例えばＣｏ）からなるＳＴＯ１００を図示する。固定磁性体および自由磁性体は、非磁性層と共に、磁気接合を形成する。強磁性体層の間の非磁性層がトンネル誘電体である場合、層のスタックは、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）と呼ばれる。電圧Ｖ_ＥがＳＴＯ１００の上部非磁性層と下部非磁性層との間に印加されると、電流ＴがＳＴＯ１００を流れる。この例では、外部磁場バイアス「Ｂ」が印加されることで、ＳＴＯ１００を発振させる。しかしながら、ＳＴＯ１００には制限がある。

例えば、トンネル接合ベースのＭＴＪは、バイアス電流の要件が大きく（例えば、１００μΑ以上）、バイアス電圧Ｖ_Ｅの要件が大きいので（例えば、０．７Ｖ以上）、ＳＴＯ１００は、動作電力の要件が大きい。また、ＳＴＯ１００には、ＭＴＪにおける高いトンネル電流による、信頼性の問題がある。ＳＴＯ１００は、外部磁気バイアス「Ｂ」を使用して、自励発振器として動作する。この外部磁気バイアス「Ｂ」は、追加的なコストであり、プロセッサ上の信号中にノイズをもたらし得る。また、ＳＴＯ１００には、個別の発振要素間の効率的な結合機構が無い。

本開示の複数の実施形態は、下記の詳細な説明から、および、本開示の様々な実施形態の添付図面から、より詳細に理解されるであろう。しかしながら、これらは本開示を特定の実施形態に制限するのではなく、説明および理解のみを目的とするものとして解釈されるべきである。

外部磁気バイアスを使用して発振する、スピントルク発振器（ＳＴＯ）を図示する。

本開示の一実施形態に係る、磁気スタックによる、自励スピンホール発振器（ＳＨＯ）を図示する。

本開示の一実施形態に係る、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを用いたＳＨＯを図示する。

図２Ｂの実施形態の上面図を図示する。

一実施形態に係る、ＳＨＯに関する時間の関数としての、ｘ、ｙ、ｚ平面におけるスピン射影を示すプロットを図示する。

ｘ‐ｙ平面と平行の平面における、定常状態から逸脱した、ＳＨＯの発振を示す３次元プロットを図示する。

本開示の一実施形態に係るＭＴＪの部分を、発振を引き起こすための磁化と共に図示する。

一実施形態に係る、ＳＨＯに印加される電圧の関数としての、ＳＨＯの発振周波数の調節を示すプロットを図示する。

本開示の一実施形態に係る、結合した複数のＳＨＯを有するＳＨＯを図示する。

本開示の一実施形態に係る、結合した複数のＳＨＯを有する、結合回路としての非磁性インターコネクトを備えたＳＨＯを図示する。

本開示の他の実施形態に係る、結合した複数のＳＨＯを有する、結合回路として非磁性インターコネクトを備えたＳＨＯを図示する。

本開示の一実施形態に係る、２つ結合したＳＨＯの回路モデルを図示するものの１つである。 本開示の一実施形態に係る、２つ結合したＳＨＯの回路モデルを図示するものの１つである。

本開示の一実施形態に係る、積層されたメモリに印加される電圧に関する、ＳＨＯの周波数シミュレーションを示すプロットを図示する。

本開示の一実施形態に係る、結合回路によって提供される結合制御に関する、ＳＨＯの注入同期を示すプロットを図示する。

本開示の一実施形態に係る、スマートデバイスもしくはコンピュータシステム、または、ＳＨＯを備えるＳｏＣ（システムオンチップ）である。

いくつかの実施形態は、上部電極および下部電極からスピン電流を注入することによって動作し、抵抗デバイスの自由磁性層において磁性発振を発生させる、三端子自励型スピンホール発振器（ＳＨＯ）である抵抗デバイス（例えば磁気接合デバイス）について説明する。

一実施形態において、スピンホール効果（ＳＨＥ）材料（ここで、ＳＨＥ電極またはインターコネクトとも呼ぶ）からのスピンホール電流（Ｉ_{ＳＨ−ｃｏｎｔｒｏｌ}）は、自由磁性層とインタラクトし、自励発振／発振のための励起を発生させる。一実施形態において、第２トンネル励起電流（Ｉ_{ｓｅｎｓｅ／ｃｏｎｔｒｏｌ}）は、鉛直方向に偏極した自由磁性層とインタラクトして、自励発振を発生させる／確実にする。一実施形態において、磁気接合を通る経路は、発振周波数で交流を発生させる検出経路を提供する。一実施形態において、ＳＨＯのＳＨＥインターコネクトを通る経路は、発振器の状態を結合するべく、他の複数のＳＨＯと結合するための経路を提供する。

実施形態には多くの技術的効果がある。例えば、ＳＨＯは外部磁気バイアスと無関係に動作する。これにより、外部磁場印加回路を有しない、一実施形態に係る、ＳＨＯのチップへの統合が可能になる。一実施形態において、複数のＳＨＯの結合回路は、例えば、フィルタリング、増幅、スイッチオフできる調整可能な結合を可能にする、電荷に基づく結合を提供する。いくつかの実施形態のＳＨＯは、既知のいかなるＳＴＯより正味の効率が高い結合を可能にするＳＨＥを使用する。他の技術的効果は、ここで説明される様々な実施形態から明らかになるであろう。

いくつかの実施形態のＳＨＯは、低電力および小面積デジタルクロックソースまたはＲＦ（無線周波数）ソースに使用できる。ＬＣ（インダクタ‐キャパシタ）発振器と比較して、いくつかの実施形態において、ＳＨＯは発振信号を発生させるのにインダクタを必要としない。従来のＣＭＯＳベースの発振器と比較して、いくつかの実施形態において、ＳＨＯは発振信号を発生させるのに電圧または電流バイアス回路（例えばバンドギャップ回路）を使用しない。ＣＭＯＳベースの発振器と比較して、ＳＨＯのいくつかの実施形態では、使用するトランジスタが少ないか、トランジスタを使用しない。複数のスピンデバイスを使用する極小ＲＦ（無線周波数）回路を可能にするべく、ＳＨＯの複数の実施形態を使用できる。ＳＨＯの複数の実施形態は、ハンドヘルドおよび低電力デバイス（例えば、タブレット、スマートフォンなど）のための自然のクロックソースをオンチップで提供するのに使用できる。また、ＳＨＯの複数の実施形態は、非ブール型ロジック用途、および、信号処理用途のための結合した発振器の形成を可能にし得る。

以下の説明において、本開示の複数の実施形態のより完全な説明を提供すべく、多くの詳細が説明される。しかしながら、当業者にとっては、これらの具体的な詳細が無くても本開示の複数の実施形態は実践可能であり得ることは明らかである。他の場合において、本開示の複数の実施形態を曖昧にすることを避けるべく、よく知られた構造およびデバイスが、詳細に示されるのではなく、ブロック図の形態で示されている。

複数の実施形態の対応する複数の図面において、複数の信号が複数の線で表されていることに留意されたい。いくつかの線は、より多くの構成信号経路を示すように、より太い線で描かれ、および／または、主な情報の流れる方向を示すように、１または複数の端部に矢印を備え得る。このように示すことで、限定することを意図するのではない。むしろ、これらの線は、回路または論理ユニットについてのより容易な理解を促すため、１または複数の例示的な実施形態と関連して使用されるものである。設計上の必要性または優先事項によって規定される、ここに表された任意の信号は、いずれの方向にも移動し得る１または複数の信号を実際には含んでよく、任意の適切なタイプの信号スキームで実装され得る。

明細書、および特許請求の範囲の全体を通して、「接続」という用語は、いかなる中間のデバイスもない、接続されている物体間の直接的な電気接続を意味する。「結合」という用語は、接続されている物体間の直接的な電気接続、または、１または複数の受動的または能動的な中間デバイスを通した間接的な接続のいずれかを意味する。「回路」という用語は、所望の機能を提供するべく互いに協働するように配置されている１または複数の受動部品および／または能動部品を意味する。「信号」という用語は、少なくとも１つの電流信号、電圧信号、またはデータ／クロック信号を意味する。「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の意味には、複数形の言及が含まれる。「ｉｎ」の意味には、「ｉｎ」および「ｏｎ」が含まれる。

「スケーリング」という用語は、一般的に、（概略図およびレイアウト上の）設計を、１つのプロセス技術から他のプロセス技術に変更し、その結果、レイアウト面積が減少することを指す。また、「スケーリング」という用語は、一般的に、同一のテクノロジーノード内でレイアウトおよびデバイスを小型化することを指す。また、「スケーリング」という用語は、例えば電源レベルなど他のパラメータに対する信号周波数の調節（例えば、遅延化または高速化‐すなわち、それぞれスケールダウンまたはスケールアップ）を指し得る。「実質的に」、「近く」、「約」、「近い」、「およそ」という用語は、一般的に、目標値の±２０％以内であることを指す。

別段の指定が無い限り、共通の物体を説明するための序数「第１」、「第２」、「第３」などの使用は、単に、同様の物体の異なる例が指されていることを示すに過ぎず、そのように説明された物体は、時間、空間、順位、または他の何らかのいずれかの態様で、所与の順番でなければならないことを示唆するよう意図しているわけではない。

複数の実施形態において、トランジスタは、ドレイン、ソース、ゲート、およびバルク端子を含む、金属‐酸化物‐半導体（ＭＯＳ）トランジスタである。また、トランジスタは、トライゲートおよびＦｉｎＦＥＴトランジスタ、ゲートオールアラウンド円筒状トランジスタ、または、カーボンナノチューブもしくはスピントロニクスデバイスなどのトランジスタ機能を実装する他のデバイスを含む。ソース端子およびドレイン端子は、同一の端子であってよく、ここでは、相互に置き換え可能に使用される。また、トランジスタは、非対称のソース端子およびドレイン端子を備えたトンネルＦＥＴ（ＴＦＥＴ）デバイスであってもよい。当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、例えば、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ ＰＮＰ／ＮＰＮ）、ＢｉＣＭＯＳ、ＣＭＯＳ、ｅＦＥＴなど、他のトランジスタが使用され得ることを理解するであろう。「ＭＮ」という用語は、Ｎ型トランジスタ（例えばＮＭＯＳ、ＮＰＮ、ＢＪＴなど）を示し、「ＭＰ」という用語は、Ｐ型トランジスタ（例えば、ＰＭＯＳ、ＰＮＰ、ＢＪＴなど）を示す。

図２Ａは、本開示の一実施形態に係る、磁気スタックを備えた、自励型のＳＨＯ２００を図示する。一実施形態において、ＳＨＯ２００は、スピン結合材料（例えばＳＨＥ材料）で形成されたインターコネクト２０２と結合する磁気スタック２０１を備える。一実施形態において、ＳＨＥインターコネクト２０２の水平方向に沿った一端または両端は、非磁性金属２０３ａ／ｂから形成される。一実施形態において、磁気スタック２０１は、強磁性体層をトンネル誘電体層および他の強磁性体層と共に積層させることによって形成されるＭＴＪを備える。一実施形態において、磁気スタック２０１は、強磁性体層を非磁性金属層および他の強磁性体層と共に積層させることによって形成されるスピンバルブを備える。他の複数の実施形態において、ＳＨＥ材料または他のスピン結合材料から形成されたインターコネクト２０２と結合できる、他の複数の磁気スタックが使用され得る。ここでの複数の実施形態は、ＳＨＥ材料インターコネクトであるインターコネクト２０２に関連して説明されている。しかしながら、これらの実施形態は、他のスピン結合材料で形成されたインターコネクトも使用し得る。

一実施形態において、ＳＨＥインターコネクト２０２は、複数のＳＨＥ特性を示す金属インターコネクトである。一実施形態において、ＳＨＥインターコネクト２０２は、磁気スタック２０１専用であり、すなわち、他の複数の磁気スタックと共有されない。ＳＨＥインターコネクトは、銅Ｃｕなど複数の従来型の導体を用いた他の複数のＳＨＥインターコネクトと接続され得る。一実施形態において、ＳＨＥインターコネクト２０２は、高いスピン軌道結合を示し得る、イリジウム、ビスマス、および、周期表における３ｄ、４ｄ、５ｄ、４ｆ、５ｆの周期群の元素の何れかなどの元素でドープされたβ‐タンタル（β‐Ｔａ）、Ｔａ、β‐タングステン（β‐Ｗ）、Ｗ、Ｐｔ、銅（Ｃｕ）からできている。一実施形態において、非磁性金属２０３ａ／ｂは、Ｃｕ、Ｃｏ、α‐Ｔａ、Ａｌ、ＣｕＳｉ、またはＮｉＳｉの１または複数から形成される。

一実施形態において、（例えば電圧源によって）ＳＨＯ２００に電圧が印加されると、電流Ｉ_{Ｅｘｃｉｔｅ}が磁気スタック２０１を流れ、その結果、発振電流Ｉ_ＯＳＣがＳＨＥインターコネクト２０２を流れる。発振の例は、図３Ａ‐Ｃに関連して説明される。

図２Ｂは、本開示の一実施形態に係る、ＭＴＪによるＳＨＯ２２０を図示する。他のいずれかの図の要素と同一の参照番号（または名前）を備える図２Ｂの要素は、説明された態様と同様な任意の態様で動作または機能し得るが、それに限定されないことに留意すべきである。

この実施形態において、磁気スタック２０１は、ＭＴＪを備える。複数の材料の幅広い組み合わせは、ＭＴＪデバイスの材料の積層に使用され得る。この実施形態において、複数の材料のスタックは、Ｃｏ_ｘＦｅ_ｙＢ_ｚ、ＭｇＯ、Ｃｏ_ｘＦｅ_ｙＢ_ｚ、Ｒｕ、Ｃｏ_ｘＦｅ_ｙＢ_ｚ、ＩｒＭｎ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｒｕを含み、「ｘ」、「ｙ」、「ｚ」は整数である。他の複数の実施形態において、非磁性誘電体（例えばＭｇＯ）の間に挟まれた固定磁性層および自由磁性層を含むＭＴＪデバイスを形成するのに、他の複数の材料が使用され得る。

一実施形態において、ＭＴＪスタックは、自由磁性層、ＭｇＯトンネル酸化物、合成反強磁性体（ＳＡＦ）ベースと呼ばれるＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅ層の組み合わせである固定磁性層、および反強磁性体（ＡＦＭ）を備える。ＳＡＦ層は、２つのＣｏＦｅ層における磁化が反対であるという特性を備え、漂遊双極子場が自由磁性層を抑制しないように、自由磁性層の周囲の双極子場を打ち消すことを可能にする。材料の幅広い組み合わせを材料の積層に使用できる。

一実施形態において、固定磁性層の磁化方向は、自由磁性層の磁化方向に対して垂直方向である（すなわち、自由磁性層および固定磁性層の磁化方向は、平行ではなく、むしろ直交する）。例えば、自由磁性層の磁化方向は面内であり、一方、固定磁性層の磁化方向は、その面内と垂直である。一実施形態において、固定磁性層の磁化方向は面内であり、一方、自由磁性層の磁化方向は面内と垂直である。

一実施形態において、固定磁性層の厚さは、磁化方向を決定する。例えば、固定磁性層の厚さが特定の閾値（磁性体の材料に応じて異なり、例えば、ＣｏＦｅの場合は約１．５ｎｍ）より上である場合、固定磁性層は面内である磁化方向を示す。同様に、固定磁性層の厚さが（磁性体の材料に応じて異なる）特定の閾値より低い場合、固定磁性層は、磁性層の平面と垂直である磁化方向を示す。また、一実施形態において、自由磁性層の厚さは、固定層と同一の態様で、磁化方向を決定する。また、他の複数の要素も磁化の方向を決定し得る。例えば、（強磁性体層の隣接層または多層構成に応じて異なる）表面異方性および／または（応力、および、ＦＣＣ、ＢＣＣ、またはＬ１０型などの結晶の結晶格子構造の変形形態に応じて異なり、Ｌ１０は垂直の磁化を示す結晶族の一種である）結晶異方性などの要素も、磁化の方向を決定し得る。図２Ｃは、図２Ｂの実施形態の上面図である２３０を図示している。

図３Ａは、一実施形態に係る、ＳＨＯの時間の関数としてのｘ、ｙ、ｚ平面におけるスピン射影を示すプロット３００を図示する。他のいずれかの図の要素と同一の参照番号（または名前）を備える図３Ａの要素は、説明された態様と同様な任意の態様で動作または機能し得るが、それに限定されないことに留意すべきである。

プロット３００において、水平軸はナノ秒（ｎｓ）単位の時間であり、垂直軸は、全磁化に正規化されたｘ、ｙ、ｚ軸上における、図３ＣのＭＴＪ３３０の、スピン射影のシミュレーション波形を示す。図３Ｃは、自由磁性層の磁化方向が面内である（右向きに示されている）一方で、固定磁性層の磁化方向は垂直である（上向きに示されている）、ＭＴＪデバイスの部分３３０を図示している。

再び図２Ｂにおいて、ＳＨＥインターコネクト２０２内を伝導する電流Ｉ_ＯＳＣのおよそ正方形のパルス形状は、ｍ_ｘ軸に沿って偏極される、ｚ軸（平面に垂直）に沿ったスピン電流を発生させる。この電流のスピントルクは、プロット３００（すなわち実線）、および、ｍ_ｙ軸（すなわち点線）におけるスピン射影の発振の原因であり、「ｍ」は、任意単位でのスピン射影を示す。ここで、ｚ軸のスピン射影（すなわちｍ_ｚ）は発振しない（すなわち、実質的に水平である実線）。プロット３００は、実施形態のＳＨＯが外部磁気バイアスなしで高い振幅の発振を発生させ得ることを図示する。

図３Ｂは、スピン発生軌道を示す３次元プロット３２０、すなわち、３軸上におけるＳＨＯのスピン射影の３次元プロットを図示する。他のいずれかの図の要素と同一の参照番号（または名前）を備える図３Ｂの要素は、説明された態様と同様な任意の態様で動作または機能し得るが、それに限定されないことに留意すべきである。この例において、ｘ軸およびｙ軸方向の物理的スピン射影は発振し（図３Ａの発振に対応）、一方でｚ軸の物理的スピン射影は実質的に一定のままである。

図４は、一実施形態に係る、ＳＨＯに印加された電圧の関数としてのＳＨＯの発振周波数の調節を示すプロット４００を図示する。他のいずれかの図の要素と同一の参照番号（または名前）を備える図４の要素は、説明された態様と同様な任意の態様で動作または機能し得るが、それに限定されないことに留意すべきである。

ここで、水平軸は、ＧＨｚ単位の周波数であり、垂直軸は、振幅スペクトル密度（ｖ／ｓｑｒｔ（Ｈｚ））である。プロット４００は、位相ノイズが（スペクトル密度の振幅によって示される）出力のスペクトル幅をどのように決定するか図示している。一実施形態において、磁性体が熱的により安定であるほど、発振信号における位相ノイズが小さくなる。磁性体の熱的安定性は、体積の増加、または、ナノ磁性体の磁気異方性の増加に伴って増加する。図２Ａ‐Ｂに関連して説明されているように、ＳＨＯ２００／２２０に電圧Ｖ_Ｅが印加されると、ＳＨＯ２００／２２０はＳＨＥインターコネクト２０２内に発振信号を発生させ始める。一実施形態において、発振信号の発振周波数は、Ｖ_Ｅを調節することによって調節され得る。Ｖ_ＥがＳＨＯ２００／２２０に印加されると、Ｉ_{Ｅｘｃｉｔｅ}が発生し、その結果、自由磁性体により発振信号Ｉ_ＯＳＣを処理し、その後発生させる。

この例において、Ｖ_Ｅの３つの電圧レベル、すなわち、０．４Ｖである４０１、０．６Ｖである４０２、および、０．８Ｖである４０３が考慮される。３つの印加電圧（４０１、４０２、４０３）の各々に関する発振周波数は異なっている。このことは、発振信号の発振周波数を微調整するための機構を示す。この例において、Ｖ_Ｅが４０１から４０３までで変化する場合、ＳＴＯ発振周波数の調整範囲は２０ＧＨｚである。

図５は本開示の一実施形態に係る、結合した複数のＳＨＯから形成されるＳＨＯ５００を図示する。他のいずれかの図の要素と同一の参照番号（または名前）を備える図５の要素は、説明された態様と同様な任意の態様で動作または機能し得るが、それに限定されないことに留意すべきである。実施形態は２つ結合したＳＨＯを示している一方、複数の発振信号を発生させるべく、任意の数のＳＨＯを１次元または２次元に結合できる。

一実施形態において、ＳＨＯ５００は、磁気スタック５０１ａ（磁気スタック２０１と同一）およびＳＨＥインターコネクト５０２ａ（ＳＨＥインターコネクト２０２と同一）を有する第１発振器を備える。この実施形態において、ＳＨＯ５００は更に、磁気スタック５０１ｂ（磁気スタック２０１と同一）およびＳＨＥインターコネクト５０２ｂ（ＳＨＥインターコネクト２０２と同一）を有する第２発振器を備える。一実施形態において、第１および第２発振器は、結合回路５０３ａによって共に結合している。

一実施形態において、結合回路５０３ａは、図で示すように、第１および第２発振器の非磁性金属部を結合させる。一実施形態において、追加の結合回路５０３ｂは、図のように、第２発振器を他の発振器（図示せず）に結合させるのに使用される。そのような実施形態において、一連の発振器は、それぞれの結合回路によって共に結合し、結合したＳＨＯを形成できる。ＳＨＯ５００の例示的な動作は、図８Ｂに関連して説明されている。

再び図５で、一実施形態において、各発振器（例えば第１または第２発振器）は、磁気スタックの上部の電極、および、横切る下部の電極（すなわちＳＨＥインターコネクト）からの充電電流の注入によって動作する３端子自励発振器である。一実施形態において、結合回路５０３ａおよび５０３ｂによって提供される結合は、双方向結合である。結合の双方向性は、次のように理解できる。磁性体間の結合は、発振器間を流れる充電電流に比例するスピン電流の注入によって発生する。結合回路内を流れる充電電流は、図７Ａに示すように、ノードＶ１およびＶ２の間の電圧差によって設定される。次にＶ１およびＶ２は、発振器１および２の実際の磁気状態によって設定される。従って、結合は発振器間で双方向である。再び図５において、一実施形態において、結合回路５０３ａ（および／または５０３ｂ）は、制御可能ゲート端子を有するトランジスタを備え、そのトランジスタのソース端子およびドレイン端子は第１および第２発振器のＳＨＥインターコネクトと結合する。

例えば、トランジスタのソース／ドレイン端子は、ＳＨＥインターコネクト５０２ａとも結合している非磁性金属と結合し、トランジスタのドレイン／ソース端子は、ＳＨＥインターコネクト５０２ｂとも結合している他の非磁性金属と結合している。一実施形態において、ＳＨＯ５００は更に、ゲート端子の電圧を制御するための電圧源を備え、ＳＨＥインターコネクト５０２ａ（ここでは第１インターコネクトとも呼ばれる）上で信号の発振を発生させ、ＳＨＥインターコネクト５０２ｂ（ここでは第２インターコネクトとも呼ばれる）上での信号の発振と同期する。

一実施形態において、結合回路５０３ａ（および／または５０３ｂ）は、第１および第２発振器を結合する非磁性インターコネクトである。一実施形態において、非磁性インターコネクトは、Ｃｕ、α‐Ｔａ、Ａｌ、ＣｕＳｉ、またはＮｉＳｉの１または複数から形成される。一実施形態において、結合回路５０３ａは、ＳＨＥインターコネクト５０２ａ／ｂと結合している非磁性金属部と同一の材料から形成される。一実施形態において、結合回路５０３ａは、ＳＨＥインターコネクト５０２ａ／ｂと結合している非磁性金属部とは異なる非磁性材料から形成される。

一実施形態において、結合回路５０３ａは、可変抵抗デバイスを備える。一実施形態において、結合回路５０３ａは、結合信号強度を増幅、減衰、フィルタリング、または位相シフトさせるべく動作可能な信号処理部であり、結合信号は、第１および第２発振器の間を横断する。

図６Ａは、本開示の一実施形態に係る、結合回路としての非磁性インターコネクトを有する、結合した複数のＳＨＯを含むＳＨＯ６００を図示する。他のいずれかの図の要素と同一の参照番号（または名前）を備える図６Ａの要素は、説明された態様と同様な任意の態様で動作または機能し得るが、それに限定されないことに留意すべきである。

ＳＨＯ６００の実施形態は、以下の差異を除き、ＳＨＯ５００の実施形態と類似している。ここで、２つより多い結合回路および発振器の代わりに、図のように、非磁性金属Ｃｕを介してＳＨＥインターコネクト６０２ａおよび６０２ｂと結合している結合回路６０３を備えた２つの発振器（第１および第２発振器）が示されている。この実施形態において、各磁気スタック５０１ａおよび５０１ｂは、図２Ｂの磁気スタック２２０と類似している。この実施形態において、第１および第２発振器の自由磁性体（Ｆｒｅｅ Ｍ）の磁化方向は、（右向き矢印で示されているように）面内であり、一方、第１および第２発振器の固定磁性体（Ｆｉｘ Ｍ）の磁化方向は、（上向き矢印で示されているように）垂直方向である。ここで、結合回路６０２は、Ｃｕから形成され、第１および第２発振器を共に結合させる。

一実施形態において、ＳＨＥインターコネクト６０２ａからのスピンホール電流（Ｉ_ＯＳＣ）は、第１発振器の自由磁性層（Ｆｒｅｅ Ｍ）とインタラクトし、自励発振／励起を発生させる。一実施形態において、第１発振器の第２トンネル励起電流（Ｉ_{Ｅｘｃｉｔｅ}）は、垂直方向に偏極した固定磁性層とインタラクトして、自励発振を発生させ、確実にする。一実施形態において、第１発振器のＭＴＪの経路は、発振周波数で交流を発生させる検出経路を提供する。一実施形態において、第１発振器のＳＨＥインターコネクト６０２ａを通る結合回路６０２は、第１発振器を第２発振器と結合させるための経路を提供する。図６Ａの実施形態は、２つの磁気スタックに関連して説明されているが、一方で、任意の数の磁気スタックが結合回路によって結合され、使用され得る。同様に、一実施形態において、結合回路６０３は、何らかの結合回路であり得、その一部は図５に関連して説明されている。

図６Ｂは、本開示の他の実施形態に係る、結合回路としての非磁性インターコネクトを含む、複数の結合したＳＨＯを有するＳＨＯ６２０を図示する。他のいずれかの図の要素と同一の参照番号（または名前）を備える図６Ｂの要素は、説明された態様と同様な任意の態様で動作または機能し得るが、それに限定されないことに留意すべきである。

図６Ｂの実施形態を曖昧にしないように、図６Ａと図６Ｂとの間の差異が説明される。ＳＨＯ６２０は、第１および第２発振器のそれぞれのＭＴＪの磁化方向が変更されるという点を除いて、ＳＨＯ６００と類似している。ここで、第１および第２発振器の固定磁性体（Ｆｉｘ Ｍ）の磁化方向は、（右向き矢印で示されているように）面内であり、一方、第１および第２発振器の自由磁性体（Ｆｒｅｅ Ｍ）の磁化方向は、（上向き矢印で示されているように）垂直方向である。一実施形態において、すべてのＳＨＯの自由磁性体の磁化方向は同一である。そのような実施形態において、すべてのＳＨＯの固定磁性体の磁化方向も同一である。

図７Ａ‐Ｂは、本開示の一実施形態に係る、複数の結合したＳＨＯ（例えば、図６Ａの第１および第２発振器）の回路モデル７００および７２０を図示する。他のいずれかの図の要素と同一の参照番号（または名前）を備える図７Ａ‐Ｂの要素は、説明された態様と同様な任意の態様で動作または機能し得るが、それに限定されないことに留意すべきである。

回路モデル７００は、２つの発振器のモデル（すなわち第１発振器および第２発振器）を備える。ここで、各発振器は、それぞれの磁気スタック７０１ａおよび７０１ｂを備え、これらは、一方の端部で電源ノードＶ_{ｓｕｐｐｌｙ}に結合し、それぞれの他方の端部で、ノードＶ１およびＶ２とそれぞれ結合する。一実施形態において、第１および第２発振器は、可変抵抗器として形成されている結合回路７０３によって、ノードＶ１およびＶ２で共に結合する。可変抵抗器の抵抗を変化させることで、結合係数を調節し、ノードＶ１およびＶ２における発振信号の発振周波数を同期できる。一実施形態において、ノードＶ１およびＶ２は、磁気スタック７０１ａおよび７０１ｂとそれぞれ直列に結合しているコンダクタンス素子によって、第３の共通端子（例えばグランド）と更に結合している。

回路モデル７２０は、磁気スタック７０１ａおよび７０２ｂがコンダクタンスによって置き換えられる点を除き、回路モデル７００と類似している。例えば、磁気スタック７０１ａは、電源ノードＶ_{ｓｕｐｐｌｙ}とノードＶ１との間のコンダクタンス（Ｇ_ＦＭ３（ｍ_３）およびＧ_ＦＭ０（ｍ_ＳＴＯ１））の連続した組み合わせによって置き換えられる。同様に、磁気スタック７０１ｂは、電源ノードＶ_{ｓｕｐｐｌｙ}とノードＶ２との間のコンダクタンス（Ｇ_ＦＭ３（ｍ_３）およびＧ_ＦＭ０（ｍ_ＳＴＯ２））の連続した組み合わせによって置き換えられる。モデル７００および７２０のスピン等価回路は、磁気スタック７０１ａおよび７０１ｂにおける磁性体の現在の状態によって左右されるテンソルスピン伝導マトリックスを備える。ここで、結合回路７２３は、トランジスタの抵抗を調節するためのゲート端子を備えるトランジスタとして形成されている。

一実施形態に係るＳＨＯ６００の機能は、スカラー電圧およびベクトルスピン電圧を計算するべく、ナノ磁性体を単一のスピン射影として扱い、スピン回路理論を使用する、マルチフィジックスシミュレーションを使用してシミュレートされる。第１および第２発振器の固定磁性体および自由磁性体は、ランダウ＝リフシッツ＝ギルバート方程式によって説明される。
ここで、Ｉ_ｓ１およびＩ_ｓ２は、ナノ磁性体に入るスピン偏極電流の磁化に垂直方向の射影である。これらの射影は、スピン回路解析から取得される。形状および材料の異方性から生じる、実効磁場Ｈ_ｅｆｆ、および、ギルバートダンピング定数「α」は、磁性体の特性である。スピン電流は、輸送モデル７００および７２０から得られる。一実施形態において、磁性体の熱的ノイズを説明するべく、セルフコンシステントな確率的ソルバが使用される。

図８Ａは、本開示の一実施形態に係る、積層されたメモリに印加される電圧に関する、ＳＨＯの周波数シミュレーションを示すプロット８００を図示する。他のいずれかの図の要素と同一の参照番号（または名前）を備える図８Ａの要素は、説明された態様と同様な任意の態様で動作または機能し得るが、それに限定されないことに留意すべきである。

ここで、ｘ軸は電圧（Ｖ）であり、ｙ軸は周波数（ＧＨｚ）である。プロット８００は、外部磁場バイアスなしの、調整可能バイアスフリー面内ＳＴＯのスピン電流シミュレーションを図示する。回路モデル７００／７２０がＳＨＯをシミュレートするのに使用される。ここで、回路シミュレーションは、回路を通るスピン依存的な輸送によって、セルフコンシステントな方法で、デバイスの磁性層の磁化動態を解く。プロット８００は、面内のデバイスの公称処理条件で、面内ＳＨＯについて、幅広い動作範囲における調整可能性が達成されることを示している。ここで、印加バイアスＶ_Ｅを０．４Ｖから０．８Ｖまで調整することで、１０ＧＨｚから２０ＧＨｚのオクターブにわたって、調整可能範囲が観察された。

図８Ｂは、本開示の一実施形態に係る、結合回路によって提供される結合制御に関するＳＨＯの注入同期を示すプロット８２０を図示する。他のいずれかの図の要素と同一の参照番号（または名前）を備える図８Ｂの要素は、説明された態様と同様な任意の態様で動作または機能し得るが、それに限定されないことに留意すべきである。

ここで、ｘ軸は、１／オーム単位の結合（すなわち、結合回路の伝導性）であり、ｙ軸は、ＧＨｚ単位の周波数である。この場合、結合回路７２３の抵抗は、トランジスタのゲート端子への電圧を変化させることで調節される。ここで、１０ＧＨｚおよび１２ＧＨｚで動作する２つのＳＨＯは、固定した位相差で同一の周波数に調整され、同期した発振器を生み出す。トランジスタのゲートへの結合電圧が０．１Ｖより低い場合、２つのＳＨＯは、非同期発振を有する。この例では、結合電圧を増加すると（例えば、０．５Ｖの近く）、２つのＳＨＯは、同期した発振を示す。

図９は、本開示の一実施形態に係る、スマートデバイス、コンピュータシステム、または、ＳＨＯを備えるＳｏＣ（システムオンチップ）を示す。他のいずれかの図の要素と同一の参照番号（または名前）を備える図９の要素は、説明された態様と同様な任意の態様で動作または機能し得るが、それに限定されないことに留意すべきである。

図９は、平面インターフェースコネクタが使用され得るモバイルデバイスの実施形態のブロック図を図示する。一実施形態において、コンピューティングデバイス１６００は、コンピューティングタブレット、携帯電話、もしくはスマートフォンなどのモバイルコンピューティングデバイス、無線対応ｅリーダ、または他の無線モバイルデバイスを表す。特定のコンポーネントは、一般的に示されており、そのようなデバイスのすべてのコンポーネントがコンピューティングデバイス１６００内で示されているわけではないことが理解されるであろう。

一実施形態において、説明される複数の実施形態に係るコンピューティングデバイス１６００は、ＳＨＯを有する第１プロセッサ１６１０を備える。コンピューティングデバイス１６００の他の複数のブロックも、それら複数の実施形態のＳＨＯを有し得る。本開示の様々な実施形態は、無線インターフェースなどの１６７０の内部にネットワークインターフェースを備えているので、システムの実施形態は、例えば、携帯電話、または、携帯情報端末などの無線デバイスに取り込まれ得る。

一実施形態において、プロセッサ１６１０（および／またはプロセッサ１６９０）は、マイクロプロセッサ、アプリケーションプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックデバイス、または他の処理手段など、１または複数の物理デバイスを含み得る。プロセッサ１６１０により実行される複数の処理動作は、複数のアプリケーションおよび／またはデバイス機能が実行されるオペレーティングプラットフォームまたはオペレーティングシステムの実行を含む。処理動作は、人間のユーザおよび複数の他のデバイスとのＩ／Ｏ（入力／出力）に関連する複数の動作、電力管理に関する複数の動作、および／または、コンピューティングデバイス１６００の別のデバイスへの接続に関連する複数の動作を含む。複数の処理動作は、オーディオＩ／Ｏおよび／またはディスプレイＩ／Ｏに関連する複数の動作も含み得る。

一実施形態において、コンピューティングデバイス１６００は、オーディオ機能をコンピューティングデバイスに提供することに関連する、ハードウェア（例えば、オーディオハードウェアおよびオーディオ回路）およびソフトウェア（例えば、ドライバ、コーデック）コンポーネントを表すオーディオサブシステム１６２０を含む。オーディオ機能は、マイク入力と同様に、スピーカおよび／またはヘッドフォンの出力を含み得る。そのような機能のデバイスは、コンピューティングデバイス１６００に統合され得るか、コンピューティングデバイス１６００に接続され得る。一実施形態において、プロセッサ１６１０によって受信、処理されるオーディオコマンドを提供することで、ユーザはコンピューティングデバイス１６００とインタラクトする。

ディスプレイサブシステム１６３０は、ユーザがコンピューティングデバイス１６００とインタラクトするための、ビジュアルディスプレイおよび／または触覚ディスプレイを提供するハードウェア（例えばディスプレイデバイス）およびソフトウェア（例えばドライバ）コンポーネントを表す。ディスプレイサブシステム１６３０は、ユーザに対してディスプレイを提供するために使用される特定のスクリーンまたはハードウェアデバイスを含むディスプレイインターフェース１６３２を含む。一実施形態において、ディスプレイインターフェース１６３２は、ディスプレイに関連する少なくともいくつかの処理を実行する、プロセッサ１６１０と別個のロジックを含む。一実施形態において、ディスプレイサブシステム１６３０は、出力および入力の両方をユーザに提供するタッチスクリーン（またはタッチパッド）デバイスを含む。

Ｉ／Ｏコントローラ１６４０は、ユーザとのインタラクションに関連するハードウェアデバイスおよびソフトウェアコンポーネントを表す。Ｉ／Ｏコントローラ１６４０は、オーディオサブシステム１６２０および／またはディスプレイサブシステム１６３０の一部であるハードウェアを管理するように動作可能である。加えて、Ｉ／Ｏコントローラ１６４０は、コンピューティングデバイス１６００に接続する追加デバイスの接続ポイントを図示し、ユーザはここを通ってシステムとインタラクトし得る。例えば、コンピューティングデバイス１６００に取り付けられ得るデバイスは、マイクデバイス、スピーカもしくはステレオシステム、ビデオシステムもしくは他のディスプレイデバイス、キーボードもしくはキーパッドデバイス、または、カードリーダもしくは他のデバイスなどの特定の用途に使用するための他のＩ／Ｏデバイスを含み得る。

上述のように、Ｉ／Ｏコントローラ１６４０は、オーディオサブシステム１６２０および／またはディスプレイサブシステム１６３０とインタラクトできる。例えば、マイクまたは他のオーディオデバイスによる入力は、コンピューティングデバイス１６００の１または複数の用途もしくは機能に入力またはコマンドを提供できる。加えて、ディスプレイ出力の代わりに、または、ディスプレイ出力に加えて、オーディオ出力が提供され得る。別の例において、ディスプレイサブシステム１６３０がタッチスクリーンを含む場合、ディスプレイデバイスは、Ｉ／Ｏコントローラ１６４０によって少なくとも部分的に管理できる入力デバイスとしても機能する。また、Ｉ／Ｏコントローラ１６４０によって管理されるＩ／Ｏ機能を提供するべく、コンピューティングデバイス１６００上に、複数の追加のボタンまたはスイッチが存在する。

一実施形態において、Ｉ／Ｏコントローラ１６４０は、加速度計、カメラ、光センサ、もしくは他の環境センサなどのデバイス、または、コンピューティングデバイス１６００内に含めることができる他のハードウェアを管理する。入力は、システムの複数の動作に影響を及ぼす、システムに対する環境入力（ノイズのフィルタリング、輝度の検出に関するディスプレイの調節、カメラに対するフラッシュの適用、または複数の他の特徴など）を提供することに加え、直接的なユーザインタラクションの一部であり得る。

一実施形態において、コンピューティングデバイス１６００は、バッテリ電力使用、バッテリの充電、および、節電動作に関連する複数の特徴を管理する、電力管理部１６５０を有する。メモリサブシステム１６６０は、コンピューティングデバイス１６００内に情報を格納するための複数のメモリデバイスを有する。メモリは、（メモリデバイスへの電力が遮断された場合でも状態が変化しない）不揮発性および／または（メモリデバイスへの電力が遮断された場合に状態を予想できない）揮発性メモリデバイスを有し得る。メモリサブシステム１６６０は、アプリケーションデータ、ユーザデータ、音楽、写真、ドキュメント、または他のデータ、ならびに、コンピューティングデバイス１６００のアプリケーションおよび機能の実行に関連する（長期または一時的な）システムデータを格納できる。

複数の実施形態の複数の要素はまた、コンピュータ実行可能な複数の命令（例えば、本明細書にて説明される任意の他の複数の処理を実施するための複数の命令）を格納するための機械可読媒体（例えばメモリ１６６０）としても提供される。機械可読媒体（例えばメモリ１６６０）には、フラッシュメモリ、光学ディスク、ＣＤ‐ＲＯＭ、ＤＶＤ ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気カード、光学カード、相変化メモリ（ＰＣＭ）、または、電子的もしくはコンピュータ実行可能な複数の命令を格納するのに適した他の種類の機械可読媒体が含まれるが、これらに限定されない。例えば、本開示の複数の実施形態は、リモートコンピュータ（例えばサーバ）から、要求中のコンピュータ（例えばクライアント）に対し、通信リンク（例えばモデムまたはネットワーク接続）を経由するデータ信号によって移され得るコンピュータプログラム（例えばＢＩＯＳ）としてダウンロードされ得る。

コンピューティングデバイス１６００が複数の外部デバイスと通信することを可能にするべく、接続１６７０は、複数のハードウェアデバイス（例えば無線および／または有線コネクタおよび通信ハードウェア）および複数のソフトウェアコンポーネント（例えばドライバ、プロトコルスタック）を含む。コンピューティングデバイス１６００は、他のコンピューティングデバイス、無線アクセスポイント、または基地局などの別個のデバイス、および、ヘッドセット、プリンタ、または他のデバイスなどの周辺機器であり得る。

接続１６７０は、複数の異なるタイプの接続を含むことが出来る。一般化するべく、コンピューティングデバイス１６００は、セルラー接続１６７２および無線接続１６７４と共に図示される。セルラー接続１６７２は概して、ＧＳＭ（登録商標）（汎欧州デジタル移動電話方式）または改変形態もしくは派生物、ＣＤＭＡ（符号分割多重接続）または改変形態もしくは派生物、ＴＤＭ（時分割多重化）または改変形態もしくは派生物、または他のセルラーサービス規格によって提供されるものなど、無線通信事業者によって提供されるセルラーネットワーク接続を指す。無線接続（または無線インターフェース）１６７４は、セルラーではない無線接続を指し、パーソナルエリアネットワーク（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ニアフィールドなど）、ローカルエリアネットワーク（Ｗｉ‐Ｆｉなど）、および／または、ワイドエリアネットワーク（ＷｉＭａｘなど）、または、他の無線通信を含み得る。

周辺機器接続１６８０は、ハードウェアインターフェースおよびコネクタを含み、同様に周辺機器接続を実現するためのソフトウェアコンポーネント（例えば、ドライバ、プロトコルスタック）を含む。コンピューティングデバイス１６００は、他のコンピューティングデバイスへの周辺機器（「ＴＯ」１６８２）であることも、それに接続された周辺機器（「ＦＲＯＭ」１６８４）を有することも、両方あり得ることが理解されるであろう。コンピューティングデバイス１６００は通常、コンピューティングデバイス１６００上のコンテンツを管理（例えば、ダウンロード、および／または、アップロード、変更、同期）するなどの目的で、他のコンピューティングデバイスに接続するための「ドッキング」コネクタを有する。加えて、ドッキングコネクタによって、コンピューティングデバイス１６００は、コンピューティングデバイス１６００が例えばオーディオビジュアルまたは他のシステムへのコンテンツ出力を制御することを可能にする特定の周辺機器に接続することが可能になる。

専有ドッキングコネクタまたは他の専有接続ハードウェアに加えて、コンピューティングデバイス１６００は、共通または規格ベースのコネクタを介して周辺機器接続１６８０を形成することができる。共通のタイプには、（多くの異なるハードウェアインターフェースのいずれかを含み得る）ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタと、ＭｉｎｉＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ（ＭＤＰ）を含むＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔと、高精細度マルチメディアインターフェース（ＨＤＭＩ（登録商標））と、Ｆｉｒｅｗｉｒｅ（登録商標）と、または他のタイプとが含まれ得る。

明細書における、「実施形態」、「一つの実施形態」、「いくつかの実施形態」、または「他の実施形態」という言及は、実施形態に関連して説明される、特定の特徴、構造、または特性は、少なくともいくつかの実施形態に含まれることを意味し、必ずしもすべても実施形態に含まれることを意味するものではない。「実施形態」、「一つの実施形態」、または「いくつかの実施形態」という様々な表現は、必ずしもすべて、同一の実施形態を指すわけではない。明細書において、コンポーネント、特徴、構造、または特性が、「含まれ得る」、「含まれて良い」、または「含めることができる」と記述されている場合、その特定のコンポーネント、特徴、構造、または特性は、含まれる必要がない。明細書または請求項において、「ａ」または「ａｎ」が付く要素に言及されている場合でも、その要素は１つしかないことを意味するものではない。明細書または請求項において、「追加の」要素と言及されている場合、追加の要素は１つより多く存在することを除外するものではない。

更に、複数の特定の特徴、構造、機能、又は特性は、１または複数の実施形態において任意の適した態様で組み合わせられてよい。例えば、第１の実施形態は、２つの実施形態に関連する複数の特定の特徴、複数の構造、複数の機能、または複数の特性が相互に排他的でない範囲で、第２の実施形態と組み合わされ得る。

本開示が、複数の特定の実施形態と併せて説明されてきたものの、上記の説明を考慮すると、当業者には、このような複数の実施形態の多くの代替手段、変形形態および改変形態が明らかとなるであろう。例えば、他のメモリアーキテクチャ、例えばＤｙｎａｍｉｃ ＲＡＭ（ＤＲＡＭ）などは、説明された実施形態を使用し得る。本開示の複数の実施形態は、付属の請求項の広い範囲に収まるように、そのようなすべての代替手段、変形形態および改変形態を包含することを意図している。

加えて、複数の集積回路（ＩＣ）チップおよびその他複数のコンポーネントとの、よく知られた電源／グランド接続は、図示および説明を簡略化し、本開示を曖昧にしないように、提示される複数の図面内に示されても示されなくてもよい。更に、本開示を曖昧にすることを回避するべく、また、ブロック図配置構成の実装に関する細目が、本開示がその中で実装されるプラットフォームに強く依存すること、すなわち、こうした細目が、十分に当業者の範囲内にあるべきであるということを考慮して、配置構成をブロック図の形態で示すことができる。例示的な本開示の複数の実施形態を説明するべく特定の詳細（例えば、回路）が説明される場合、本開示が、これらの特定の詳細がない状態でまたは特定の詳細の改変形態がある状態で実施され得ることが当業者に明らかになるべきである。したがって、説明は、限定的なものではなく例示的なものとしてみなされるべきである。

以下の複数の例は、更なる複数の実施形態に関する。複数の例における細目は、１または複数の実施形態のいずれの箇所でも使用され得る。また、本明細書に説明されている、装置のすべての任意の特徴は、方法またはプロセスに関連して実装され得る。

例えば、装置はスピン軌道結合材料を用いたインターコネクトと、２つの磁性層を有し、磁性層の１つがインターコネクトに結合する磁気スタックとを備え、２つの磁性層の各々は、磁気スタックを発振させる、それぞれの磁化方向を有する。一実施形態において、磁気スタックは、ＭＴＪデバイスを有する。一実施形態において、装置は更に、インターコネクト上の信号を発振させるべく、磁気スタックに電圧を印加するための電圧源を備える。一実施形態において、電圧源は、信号の発振周波数を調節するべく、磁気スタックに印加する電圧を調節するように動作可能である。

一実施形態において、インターコネクトは非磁性金属部に結合される。一実施形態において、非磁性金属部は、Ｃｕ、Ｃｏ、α‐Ｔａ、Ａｌ、ＣｕＳｉ、またはＮｉＳｉのうち１または複数から形成される。一実施形態において、スピン軌道結合材料はＳＨＥ材料である。一実施形態において、ＳＨＥ材料は、高いスピン軌道結合を有するＷ，Ｔａ、Ｐｔ、ＣｕＩｒ、４ｄまたは５ｄ金属のうち１または複数から形成される。一実施形態において、２つの磁性層は、自由磁性層および固定磁性層を含み、自由磁性層の磁化方向は面内であり、固定磁性層の磁化方向は自由磁性層の磁化方向に垂直である。

一実施形態において、２つの磁性層は、自由磁性層および固定磁性層を含み、固定磁性層の磁化方向は面内であり、自由磁性層の磁化方向は固定磁性層の磁化方向に垂直である。一実施形態において、２つの磁性層は、自由磁性層および固定磁性層を含み、固定磁性層の磁化方向は面内であり、固定磁性層および自由磁性層の磁化方向は面内である。

別の例において、メモリと、メモリに結合されたプロセッサであって、上述の装置に係る装置を含むプロセッサと、プロセッサが別のデバイスと通信可能に結合することを可能にする無線インターフェースとを備えるシステムが提供される。

別の例において、ＳＨＥ材料を用いた第１インターコネクトと、２つの磁性層を有し磁性層の１つが第１インターコネクトと結合する第１磁気スタックであって、２つの磁性層の各々は、第１磁気スタックに第１インターコネクト上で信号を発振させるためのそれぞれの磁化方向を有する、第１磁気スタックとを有する第１発振器を備えた装置が提供される。一実施形態において、装置は更に、ＳＨＥ材料を用いた第２インターコネクトと、２つの磁性層を有し磁性層の１つが第２インターコネクトと結合する第２磁気スタックであって、２つの磁性層の各々は、第２磁気スタックに第２インターコネクト上で信号を発振させるためのそれぞれの磁化方向を有する、第２磁気スタックと、第１発振器を第２発振器に結合させる結合回路とを有する第２発振器を備えた装置が提供される。

一実施形態において、結合回路は制御可能ゲート端子と、それぞれ第１および第２インターコネクトに結合したソース端子およびドレイン端子とを有するトランジスタを備える。一実施形態において、装置は更に、第１インターコネクト上で信号の発振を引き起こして第２インターコネクト上の信号の発振と同期させるべく、ゲート端子の電圧を制御する電圧源を備える。一実施形態において、結合回路は、第１インターコネクトを第２インターコネクトに結合させる非磁性インターコネクトである。

一実施形態において、結合回路は可変抵抗デバイスを有する。一実施形態において、第１および第２インターコネクトのＳＨＥ材料は、非磁性金属層に結合される。一実施形態において、第１および第２発振器各々の第１および第２インターコネクトのＳＨＥ材料は、高いスピン軌道結合を有するＷ，Ｔａ、Ｐｔ、ＣｕＩｒ、４ｄまたは５ｄ金属のうち１または複数から形成される。一実施形態において、結合回路は、結合信号強度を増幅、減衰、フィルタリング、または位相シフトさせるべく動作可能な信号処理部であり、結合信号は、第１および第２発振器の間を横断する。

別の例において、メモリと、メモリに結合されたプロセッサであって、上述の装置に係る装置を含むプロセッサと、プロセッサが別のデバイスと通信可能に結合することを可能にする無線インターフェースとを備えるシステムが提供される。

別の例において、スピン軌道結合材料を用いた第１インターコネクトと、第１インターコネクトに結合する第１磁気スタックとを含む第１発振器と、スピン軌道結合材料を用いた第２インターコネクトと、第２インターコネクトに結合する第２磁気スタックとを含む第２発振器と、第１発振器を第２発振器に結合する結合回路とを備える装置が提供される。

一実施形態において、第１磁気スタックは、自由磁性層および固定磁性層を有し、自由磁性層は第１インターコネクトと結合し、固定磁性層は、自由磁性層の磁化方向と垂直の磁化方向を有する。一実施形態において、第２磁気スタックは、自由磁性層および固定磁性層を備え、自由磁性層は、第２インターコネクトと結合し、固定磁性層は、自由磁性層の磁化方向と垂直の磁化方向を有する。

一実施形態において、第１および第２磁気スタックは、それぞれの自由磁性層および固定磁性層を有し、それぞれの自由磁性層は第１および第２インターコネクトとそれぞれ結合し、それぞれの固定磁性層は、それぞれの自由磁性層の磁化方向と平行の磁化方向を有する。一実施形態において、第１および第２磁気スタックは、それぞれの自由磁性層および固定磁性層を有し、それぞれの自由磁性層は第１および第２インターコネクトとそれぞれ結合し、それぞれの固定磁性層は、それぞれの自由磁性層の磁化方向と垂直の磁化方向を有する。一実施形態において、結合回路は、結合信号強度を増幅、減衰、フィルタリング、または位相シフトさせるべく動作可能な信号処理部であり、結合信号は、第１および第２発振器の間を横断する。

別の例において、メモリと、メモリに結合されたプロセッサであって、上述の装置に係る装置を含むプロセッサと、プロセッサが別のデバイスと通信可能に結合することを可能にする無線インターフェースとを備えるシステムが提供される。

別の例において、スピン軌道結合材料を用いたインターコネクトを形成する段階と、２つの磁性層を有する磁気スタック形成し、磁性層の１つはインターコネクトと結合され、２つの磁性層の各々は、磁気スタックを発振させるそれぞれの磁化方向を有する段階とを備えた方法が提供される。一実施形態において、磁気スタックは、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを有する。

一実施形態において、方法は更に、インターコネクト上の信号を発振させるべく、磁気スタックに電圧を印加する段階を更に備える。一実施形態において、方法は更に、信号の発振周波数を調節するべく、磁気スタックに印加する電圧を調節する段階を備える。一実施形態において、方法は更に、インターコネクトを非磁性金属部に結合する段階を備える。一実施形態において、方法は更に、Ｃｕ、α‐Ｔａ、Ａｌ、ＣｕＳｉ、またはＮｉＳｉのうち１または複数から非磁性金属部を形成する段階を備える。

一実施形態において、スピン軌道結合材料はスピンホール効果（ＳＨＥ）材料である。一実施形態において、方法は更に、高いスピン軌道結合を有するＷ、Ｔａ、Ｐｔ、ＣｕＩｒ、４ｄまたは５ｄ金属のうち１または複数からＳＨＥ材料を形成する段階を備える。一実施形態において、２つの磁性層は、自由磁性層および固定磁性層を含み、方法は更に、自由磁性層の磁化方向が面内となるように形成する段階と、固定磁性層の磁化方向が自由磁性層の磁化方向と垂直となるように形成する段階とを備える。

一実施形態において、２つの磁性層は、自由磁性層および固定磁性層を含み、方法は更に、固定磁性層の磁化方向が面内となるように形成する段階と、自由磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向と垂直となるように形成する段階とを備える。一実施形態において、２つの磁性層は、自由磁性層および固定磁性層を含み、方法は更に、固定磁性層および自由磁性層の磁化方向が面内となるように形成する段階を備える。

別の例において、スピン軌道結合材料を用いたインターコネクトを形成する手段と、２つの磁性層を有する磁気スタック形成し、磁性層の１つはインターコネクトと結合され、２つの磁性層の各々は、磁気スタックを発振させるそれぞれの磁化方向を有する、手段とを備える装置が提供される。一実施形態において、磁気スタックは磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを有する。

一実施形態において、装置は更に、インターコネクト上の信号を発振させるべく、磁気スタックに電圧を印加する手段を備える。一実施形態において、装置は更に、信号の発振周波数を調節するべく、磁気スタックに印加される電圧を調節する手段を備える。一実施形態において、装置は更に、インターコネクトを非磁性金属部に結合するための手段を備える。一実施形態において、装置は更に、Ｃｕ、α‐Ｔａ、Ａｌ、ＣｕＳｉ、またはＮｉＳｉのうち１または複数から非磁性金属部を形成する手段を備える。

一実施形態において、スピン軌道結合材料は、スピンホール効果（ＳＨＥ）材料である。一実施形態において、装置は更に、高いスピン軌道結合を有するＷ，Ｔａ、Ｐｔ、ＣｕＩｒ、４ｄまたは５ｄ金属のうち１または複数からＳＨＥ材料を形成するための手段を備える。一実施形態において、２つの磁性層は、自由磁性層および固定磁性層を含み、装置は更に、自由磁性層の磁化方向が面内となるように形成する手段と、固定磁性層の磁化方向が自由磁性層の磁化方向と垂直となるように形成する手段とを備える。

一実施形態において、２つの磁性層は、自由磁性層および固定磁性層を有し、装置は更に、固定磁性層の磁化方向を面内に形成するための手段と、自由磁性層の磁化方向を固定磁性層の磁化方向と垂直に形成するための手段とを備える。一実施形態において、２つの磁性層は、自由磁性層および固定磁性層を有し、装置は更に、固定磁性層および自由磁性層の磁化方向が面内となるように形成するための手段を備える。

この技術的開示の本質および趣旨を読者が確認できるようにする要約が提供される。要約は、請求項の範囲または意味を制限するように使用されないという了解の下で提出される。以下の複数の請求項は、本明細書において詳細な説明に組み込まれ、各請求項はそれ自身が別個の実施形態として独立している。

Claims (26)

1. スピン軌道結合材料を用いたインターコネクトと、
   ２つの磁性層を有する磁気スタックであって、複数の前記磁性層の１つは前記インターコネクトに結合し、前記２つの磁性層の各々は、前記磁気スタックを発振させるそれぞれの磁化方向を有する、磁気スタックと、
   を備える装置。
2. 前記磁気スタックは、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイスを有する、請求項１に記載の装置。
3. 前記磁気スタックに電圧を印加し、前記インターコネクト上の信号を発振させるための電圧源を更に備える、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記電圧源は、前記信号の発振周波数を調節するべく、前記磁気スタックに印加される前記電圧を調節するように動作可能である、請求項３に記載の装置。
5. 前記インターコネクトは非磁性金属部に結合する、請求項１、２、または４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記非磁性金属部は、Ｃｕ、α‐Ｔａ、Ａｌ、ＣｕＳｉ、またはＮｉＳｉのうち１または複数から形成される、請求項５に記載の装置。
7. 前記スピン軌道結合材料は、スピンホール効果材料（ＳＨＥ材料）である、請求項１、２、４、または５のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記ＳＨＥ材料は、高いスピン軌道結合を有するＷ、Ｔａ、Ｐｔ、ＣｕＩｒ、４ｄまたは５ｄ金属のうち１または複数から形成される、請求項７に記載の装置。
9. 前記２つの磁性層は、自由磁性層および固定磁性層を有し、前記自由磁性層の前記磁化方向は面内であり、前記固定磁性層の前記磁化方向は、前記自由磁性層の前記磁化方向に垂直である、請求項１、２、４、５、または７のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記２つの磁性層は、自由磁性層および固定磁性層を有し、前記固定磁性層の前記磁化方向は面内であり、前記自由磁性層の前記磁化方向は、前記固定磁性層の前記磁化方向に垂直である、請求項１、２、４、５、７、または９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記２つの磁性層は自由磁性層および固定磁性層を有し、前記固定磁性層および自由磁性層の前記磁化方向は面内である、請求項１、２、４、５、７、９、または１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 第１発振器と、第２発振器と、前記第１発振器を前記第２発振器に結合させる結合回路とを備える装置であって、
    前記第１発振器は、
    スピンホール効果（ＳＨＥ）材料を用いた第１インターコネクトと、
    ２つの磁性層を含む第１磁気スタックであって、複数の前記磁性層の１つは前記第１インターコネクトに結合し、前記２つの磁性層の各々は、前記第１磁気スタックに前記第１インターコネクト上の信号を発振させるそれぞれの磁化方向を有する、第１磁気スタックと、
    を有し、
    前記第２発振器は、
    ＳＨＥ材料を用いた第２インターコネクトと、
    ２つの磁性層を含む第２磁気スタックであって、複数の前記磁性層の１つは前記第２インターコネクトに結合し、前記２つの磁性層の各々は、前記第２磁気スタックに前記第２インターコネクト上の信号を発振させるそれぞれの磁化方向を有する、第２磁気スタックと、
    を有する、
    装置。
13. 前記結合回路は、制御可能ゲート端子と、それぞれ前記第１および第２インターコネクトに結合されたソース端子およびドレイン端子を含むトランジスタを有する、請求項１２に記載の装置。
14. 前記第１インターコネクト上で、前記信号の発振を前記第２インターコネクト上の前記信号の発振と同期させるべく、前記ゲート端子の電圧を制御する電圧源を更に備える、請求項１３に記載の装置。
15. 前記結合回路は、前記第１インターコネクトを前記第２インターコネクトに結合する、非磁性インターコネクトである、請求項１２または１３に記載の装置。
16. 前記結合回路は可変抵抗デバイスを有する請求項１２、１３、または１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 前記第１および第２インターコネクトの前記ＳＨＥ材料は非磁性金属層に結合している、請求項１２、１３、１５、または１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 前記第１および第２発振器の各々の前記第１および第２インターコネクトの前記ＳＨＥ材料は、高いスピン軌道結合を有するＷ、Ｔａ、Ｐｔ、ＣｕＩｒ、４ｄまたは５ｄ金属のうち１または複数から形成される、請求項１２、１３、１５、１６、または１７のいずれか一項に記載の装置。
19. 前記結合回路は、結合信号強度を増幅、減衰、フィルタリング、または位相シフトさせるべく動作可能な信号処理部であり、前記結合信号は、前記第１および第２発振器の間を横断する、請求項１２、１３、１５、１６、１７、または１８のいずれか一項に記載の装置。
20. メモリと、
    前記メモリに結合され、請求項１から１１の何れか１つに記載の装置を含むプロセッサと、
    前記プロセッサが別のデバイスと通信可能に結合することを可能にする無線インターフェースと、
    を備えるシステム。
21. スピン軌道結合材料を用いた第１インターコネクト、および、前記第１インターコネクトに結合される第１磁気スタックを有する第１発振器と、
    スピン軌道結合材料を用いた第２インターコネクト、および、前記第２インターコネクトに結合される第２磁気スタックを有する第２発振器と、
    前記第１発振器を前記第２発振器に結合する、結合回路と、
    を備える装置。
22. 前記第１磁気スタックは、自由磁性層および固定磁性層を有し、前記自由磁性層は、前記第１インターコネクトに結合し、前記固定磁性層は、前記自由磁性層の磁化方向に垂直な磁化方向を有する、請求項２１に記載の装置。
23. 前記第２磁気スタックは、自由磁性層および固定磁性層を有し、前記自由磁性層は、前記第２インターコネクトに結合され、前記固定磁性層は、前記自由磁性層の磁化方向に垂直な磁化方向を有する、請求項２１または２２に記載の装置。
24. 前記第１および第２磁気スタックは、それぞれの自由磁性層および固定磁性層を有し、それぞれの前記自由磁性層は、前記第１および第２インターコネクトにそれぞれ結合し、それぞれの前記固定磁性層は、それぞれの前記自由磁性層の磁化方向に平行な複数の磁化方向を有する、請求項２１から２３のいずれか一項に記載の装置。
25. 前記第１および第２磁気スタックは、それぞれの自由磁性層および固定磁性層を有し、それぞれの前記自由磁性層は、前記第１および第２インターコネクトにそれぞれ結合し、それぞれの前記固定磁性層は、それぞれの前記自由磁性層の複数の磁化方向に垂直な磁化方向を有する、請求項２１から２４のいずれか一項に記載の装置。
26. 前記結合回路は、結合信号強度を増幅、減衰、フィルタリング、または位相シフトするように動作可能な信号処理部であり、前記結合信号は前記第１および第２発振器の間を横断する、請求項２１から２５のいずれか一項に記載の装置。