JP2019009547A - 発振器及び演算装置 - Google Patents

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鶴美 永澤
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太郎 金尾
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Abstract

【課題】安定した動作が可能な発振器及び演算装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、発振器は、第１、第２素子を含む。第１素子は、第１、第２磁性層と、第１非磁性層と、を含む。第１磁性層は、第１、第２磁性膜と、第１非磁性膜と、を含む。第２磁性層と第１磁性膜との間に第２磁性膜が位置する。第１非磁性層は、第２磁性膜と第２磁性層との間に設けられる。第２素子は、第３、第４磁性層と、第２非磁性層と、を含む。第３磁性層は、第３、第４磁性膜と、第２非磁性膜と、を含む。第４磁性層と第３磁性膜との間に第４磁性膜が位置する。第２非磁性層は、第４磁性膜と第４磁性層との間に設けられる。第１磁性層は、第３磁性層と電気的に接続される。第２磁性層は、第４磁性層と電気的に接続される。第１磁性膜の第１磁化の向きは、第２磁性膜の第２磁化の向きとは反対の成分を有する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、発振器及び演算装置に関する。
複数の磁性層を含む素子に磁場を印加しつつ電流を流すことで、磁性層の磁化が発振する。このような現象を用いた発振器がある。発振器を用いた演算装置も提案されている。発振器及び演算装置において、安定した動作が望まれる。
Hitoshi Kubota, Kay Yakushiji, Akio Fukushima, Shingo Tamaru, Makoto Konoto, Takayuki Nozaki, Shota Ishibashi, Takeshi Saruya, Shinji Yuasa, Tomohiro Taniguchi, Hiroko Arai, and Hiroshi Imamura, "Spin-Torque Oscillator Based on Magnetic Tunnel Junction with a Perpendicularly Magnetized Free Layer and In-Plane Magnetized Polarizer", Applied Physics Express 6 (2013) 103003.
本発明の実施形態は、安定した動作が可能な発振器及び演算装置を提供する。
本発明の実施形態によれば、発振器は、第１素子と、第２素子と、を含む。前記第１素子は、第１磁性層と、第２磁性層と、第１非磁性層と、を含む。前記第１磁性層は、第１磁性膜と、第２磁性膜と、前記第１磁性膜と前記第２磁性膜との間に設けられた第１非磁性膜と、を含む。前記第２磁性層と前記第１磁性膜との間に前記第２磁性膜が位置する。前記第１非磁性層は、前記第２磁性膜と前記第２磁性層との間に設けられる。前記第２素子は、第３磁性層と、第４磁性層と、第２非磁性層と、を含む。前記第３磁性層は、第３磁性膜と、第４磁性膜と、前記第３磁性膜と前記第４磁性膜との間に設けられた第２非磁性膜と、を含む。前記第４磁性層と前記第３磁性膜との間に前記第４磁性膜が位置する。前記第２非磁性層は、前記第４磁性膜と前記第４磁性層との間に設けられる。前記第１磁性層は、前記第３磁性層と電気的に接続される。前記第２磁性層は、前記第４磁性層と電気的に接続される。前記第１磁性膜の第１磁化の向きは、前記第２磁性膜の第２磁化の向きとは反対の成分を有する。前記第１素子に、前記第２磁性膜から前記第１磁性膜に向かう第１方向に沿う第１磁界が印加される。前記第１素子に前記第１方向に沿う第１電流が流れたときに、前記第１素子は、第１状態となり、前記第１状態において、前記第１素子の電気抵抗は、交互に繰り返す第１電気抵抗及び第２電気抵抗を有し、前記第２電気抵抗は前記第１電気抵抗よりも低い。前記第１素子に前記第１方向に沿う第２電流が流れたときに、前記第１素子は、第２状態となり、前記第２電流の絶対値は前記第１電流の絶対値よりも小さく、前記第２状態における前記第１素子の第３電気抵抗は、前記第１電気抵抗及び第２電気抵抗の少なくともいずれかよりも低い。
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１実施形態に係る発振器を例示する模式図である。 図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係る別の発振器を例示する模式的断面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１実施形態に係る発振器の特性を例示する模式図である。 図４（ａ）〜図４（ｃ）は、発振器の特性のシミュレーションモデルを例示する模式図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、発振器の特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。 図６は、発振器の特性の測定結果を例示するグラフ図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１実施形態に係る別の発振器を例示する模式的断面図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１実施形態に係る別の発振器を例示する模式的断面図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第１実施形態に係る別の発振器を例示する模式的断面図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第１実施形態に係る別の発振器を例示する模式的断面図である。 図１１は、第１実施形態に係る別の発振器を例示する模式的断面図である。 図１２は、第１実施形態に係る別の発振器を例示する模式的断面図である。 図１３は、第２実施形態に係る演算装置を例示する模式図である。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１実施形態）
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１実施形態に係る発振器を例示する模式図である。
図１（ｂ）及び図１（ｃ）は、発振器の一部を例示する模式的断面図である。
図１（ａ）に示すように、実施形態に係る発振器２１０は、第１素子ＥＤ１を含む。この例では、発振器２１０は、複数の素子ＥＤｘ（第１素子ＥＤ１及び第２素子ＥＤ２など）を含む。
複数の素子ＥＤｘ（第１素子ＥＤ１及び第２素子ＥＤ２など）は、互いに並列に電気的に接続される。複数の素子ＥＤｘのそれぞれは、電流供給回路６０と電気的に接続される。例えば、複数の素子ＥＤｘのそれぞれの一端と、電流供給回路６０と、が、第１配線６１ａにより電気的に接続される。例えば、複数の素子ＥＤｘのそれぞれの他端と、電流供給回路６０と、が、第２配線６１ｂにより電気的に接続される。電流供給回路６０は、例えば、複数の素子ＥＤｘ（第１素子ＥＤ１及び第２素子ＥＤ２など）に電流を供給可能である。電流供給回路６０は、発振器２１０に含まれても良い。電流供給回路６０は、発振器２１０とは別に設けられても良い。
複数の素子ＥＤｘの１つは、磁性層１０ｘ、磁性層２０ｘ及び非磁性層１０ｎｘを含む。非磁性層１０ｎｘは、磁性層１０ｘ及び磁性層２０ｘの間に設けられる。複数の素子ＥＤｘの１つは、さらに、磁性部３０ｘを含む。磁性部３０ｘは、磁性層１０ｘ、磁性層２０ｘ及び非磁性層１０ｎｘと積層される。複数の素子ＥＤｘのそれぞれ（１つ）には、積層方向に沿った磁場Ｈｚｘが印加される。この磁場Ｈｚｘは、例えば、磁性部３０ｘから生じる磁場に基づいても良い。
例えば、第１素子ＥＤ１は、例えば、第１磁性層１０、第２磁性層２０、第１非磁性層１０ｎ及び第１磁性部３１を含む。第２素子ＥＤ２は、例えば、第３磁性層３０、第４磁性層４０、第２非磁性層２０ｎ及び第２磁性部３２を含む。これらの層及び磁性部の例については、後述する。
第１素子ＥＤ１には、第１磁場Ｈｚ１が印加される。第２素子ＥＤ２には、第２磁場Ｈｚ２が印加される。第１磁場Ｈｚ１は、例えば、第１磁性部３１から生じる磁場に基づいても良い。第２磁場Ｈｚ２は、例えば、第２磁性部３２から生じる磁場に基づいても良い。
複数の素子ＥＤｘ（第１素子ＥＤ１及び第２素子ＥＤ２など）に、しきい値以上の電流が流れたときに、複数の素子ＥＤｘにおいて、電気抵抗の交流的な変化が生じる。この電気抵抗の変化は、発振に対応する。例えば、発振器２１０の出力端子ＯＴ１において、この電気抵抗の変化が出力可能である。
この電気抵抗の変化（発振）は、例えば、これらの素子のそれぞれに含まれる磁性層の磁化の回転（例えば、歳差運動）に起因する。この磁化の回転は、例えば、スピントランスファトルクに基づく。
以下、複数の素子ＥＤｘ（第１素子ＥＤ１及び第２素子ＥＤ２など）の例について説明する。
図１（ｂ）は、第１素子ＥＤ１を例示している。第１素子ＥＤ１は、１つの発振器１１０と見なしても良い。
既に説明したように、第１素子ＥＤ１は、例えば、第１磁性層１０、第２磁性層２０、第１非磁性層１０ｎ及び第１磁性部３１を含む。
第１磁性層１０は、第１磁性膜１１、第２磁性膜１２及び第１非磁性膜１１ｎを含む。第１非磁性膜１１ｎは、第１磁性膜１１と第２磁性膜１２との間に設けられる。
第２磁性膜１２から第１磁性膜１１に向かう方向を第１方向とする。第１方向は、Ｚ軸方向に対応する。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
例えば、第１磁性膜１１、第２磁性膜１２及び第１非磁性膜１１ｎは、Ｘ−Ｙ平面に沿って広がる。
第２磁性層２０と第１磁性膜１１との間に、第２磁性膜１２が位置する。第１非磁性層１０ｎは、第２磁性膜１２と第２磁性層２０との間に設けられる。
第１磁性部３１から第１磁性層１０に向かう方向は、上記の第１方向（Ｚ軸方向）に沿う。第１磁性部３１の第１磁性部磁化３１Ｍは、第１方向（Ｚ軸方向）に沿う。第１磁性部３１は、例えば、垂直磁化膜である。
この例では、第１素子非磁性層３１ｎがさらに設けられている。第１磁性部３１と第１磁性層１０との間に第２磁性層２０が位置する。第１素子非磁性層３１ｎは、第１磁性部３１と第２磁性層２０との間に位置する。第１素子非磁性層３１ｎは、例えば、非磁性の金属などを含む。
第１磁性膜１１は、第１磁化１１Ｍを有する、第２磁性膜１２は、第２磁化１２Ｍを有する。第１磁化１１Ｍの向きは、第２磁化１２Ｍの向きとは反対の成分を有する。例えば、第１磁性膜１１及び第２磁性膜１２は、互いに、反強磁性的に結合している。
例えば、第１磁化１１Ｍ、及び、第２磁化１１Ｍは、第１方向（Ｚ軸方向）と交差する。例えば、電流が第１素子ＥＤ１に流れていない状態において、第１磁化１１Ｍ、及び、第２磁化１１Ｍは、Ｚ軸方向と交差する。これらの磁化の方向は、例えば、Ｘ−Ｙ平面に沿っても良い。第１磁性膜１１及び第２磁性膜１２は、例えば、面内磁化膜である。
第２磁性層２０は、第２磁性層磁化２０Ｍを有する。第２磁性層磁化２０Ｍは、第１方向（Ｚ軸方向）と交差する。第２磁性層２０は、例えば、面内磁化膜である。
この例では、第１導電層５１及び第１対向導電層５１ｏが設けられている。これらの導電層の間に、第１磁性層１０、第２磁性層２０、第１非磁性層１０ｎ及び第１磁性部３１が設けられる。
第１導電層５１が、第１配線６１ａ（図１（ａ）参照）と電気的に接続される。第１対向導電層５１ｏが、第２配線６１ｂ（図１（ａ）参照）と電気的に接続される。
第１素子ＥＤ１に、第１磁場Ｈｚ１が印加される。第１磁場Ｈｚ１は、Ｚ軸方向に沿う。第１素子ＥＤ１に電流Ｉ１が流れる。この電流Ｉ１は、Ｚ軸方向に沿って、第１素子ＥＤ１を流れる。電流Ｉ１は、電流供給回路６０から供給される。
電流Ｉ１の大きさがしきい値以上であるときに、第１素子ＥＤ１において発振が生じる。発振の例については、後述する。
図１（ｃ）は、第２素子ＥＤ２を例示している。第２素子ＥＤ２は、１つの発振器１１０の別の例と見なしても良い。
既に説明したように、第２素子ＥＤ２は、例えば、第３磁性層３０、第４磁性層４０、第２非磁性層２０ｎ及び第２磁性部３２を含む。
第３磁性層３０は、第３磁性膜１３、第４磁性膜１４及び第２非磁性膜１２ｎを含む。第２非磁性膜１２ｎは、第３磁性膜１３と第４磁性膜１４との間に設けられる。
第４磁性膜１４から第３磁性膜１３に向かう方向を第２素子方向とする。この例では、第２素子方向は、例えば、Ｚ軸方向（第１方向）に沿う。
第４磁性膜１４は、第４磁性層４０と第３磁性膜１３との間に位置する。第２非磁性層２０ｎは、第４磁性膜１４と第４磁性層４０との間に設けられる。
第２磁性部３２から第３磁性層３０に向かう方向は、第２素子方向（この例ではＺ軸方向）に沿う。第２磁性部３２の第２磁性部磁化３２Ｍは、第２素子方向（この例ではＺ軸方向）に沿う。第２磁性部３２は、例えば、垂直磁化膜である。
この例では、第２素子非磁性層３２ｎがさらに設けられている。第２磁性部３２と第３磁性層３０との間に第４磁性層４０が位置する。第２素子非磁性層３２ｎは、第２磁性部３２と第４磁性層４０との間に位置する。第２素子非磁性層３２ｎは、例えば、非磁性の金属などを含む。
第３磁性膜１３は第３磁化１３Ｍを有する。第４磁性膜１４は、第４磁化１４Ｍを有する。第３磁化１３Ｍの向きは、第４磁化１４Ｍの向きとは反対の成分を有する。例えば、第３磁性膜１３及び第４磁性膜１４は、互いに、反強磁性的に結合している。
第３磁化１３Ｍ、及び、第４磁化１３Ｍは、第２素子方向（この例ではＺ軸方向）と交差する。第３磁性膜１３及び第４磁性膜１４は、例えば、面内磁化膜である。
第４磁性層４０は、第４磁性層磁化４０Ｍを有する。第４磁性層磁化４０Ｍは、第２素子方向（この例ではＺ軸方向）と交差する。第４磁性層４０は、例えば、面内磁化膜である。
この例では、第２導電層５２及び第２対向導電層５２ｏが設けられている。これらの導電層の間に、第３磁性層３０、第４磁性層４０、第２非磁性層２０ｎ及び第２磁性部３２が設けられる。
第２導電層５２が、第１配線６１ａ（図１（ａ）参照）と電気的に接続される。第２対向導電層５２ｏが、第２配線６１ｂ（図１（ａ）参照）と電気的に接続される。
第１磁性層１０は、第３磁性層３０と電気的に接続される。第２磁性層２０は、第４磁性層４０と電気的に接続される。例えば、第１導電層５１が、第２導電層５２と電気的に接続される。例えば、第１対向導電層５１ｏが、第２対向導電層５２ｏと電気的に接続される。例えば、第１磁性膜１１は、第３磁性膜１３と電気的に接続される。
第２素子ＥＤ２に、第２磁場Ｈｚ２が印加される。第２磁場Ｈｚ１は、Ｚ軸方向に沿う。第２素子ＥＤ２に電流Ｉｘ１が流れる。この電流Ｉｘ１は、Ｚ軸方向に沿って、第２素子ＥＤ２を流れる。電流Ｉｘ１は、電流供給回路６０から供給される。
電流Ｉｘ１の大きさがしきい値以上であるときに、第２素子ＥＤ２において発振が生じる。発振器２１０に設けられる複数の素子ＥＤｘにおいて、発振が生じる。
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、第１実施形態に係る別の発振器を例示する模式的断面図である。
図２（ａ）に例示する第１素子ＥＤ１は、実施形態に係る別の発振器１１１に対応する。発振器１１１においては、第２磁性層２０は、複数の磁性膜を含む。発振器１１１におけるこれ以外の構成は、発振器１１０における構成と同様である。
発振器１１１の第１素子ＥＤ１において、第２磁性層２０は、第５磁性膜１５、第６磁性膜１６及び第３非磁性膜１３ｎを含む。第６磁性膜１６と第２磁性膜１２との間に、第５磁性膜１５が位置する。例えば、第６磁性膜１６と第１非磁性層１０ｎとの間に第５磁性膜１５が位置する。第５磁性膜１５と第６磁性膜１６との間に、第３非磁性膜１３ｎが位置する。
この例では、第２磁性層２０は、第９磁性膜１９をさらに含む。第９磁性膜１９は、例えば、バイアス印加膜である。第９磁性膜１９と第５磁性膜１５との間に第６磁性膜１６が位置する。第９磁性膜１９は、例えば、ＩｒＭｎ及びＰｔＭｎからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
第５磁性膜１５は、第５磁化１５Ｍを有する。第６磁性膜１６は、第６磁化１６Ｍを有する。第５磁化１５Ｍ及び第６磁化１６Ｍは、第１方向（Ｚ軸方向）と交差する。第５磁性膜１５及び第６磁性膜１６は、例えば、面内磁化膜である。第５磁化１５Ｍの向きは、第６磁化１６Ｍの向きとは反対の成分を有する。第５磁性膜１５及び第６磁性膜１６は、例えば、互いに反強磁性結合する。
図２（ｂ）に例示する第２素子ＥＤ２は、実施形態に係る別の発振器１１１の１つに対応すると見なしても良い。第４磁性層４０は、複数の磁性膜を含む。
例えば、第４磁性層４０は、第７磁性膜１７、第８磁性膜１８及び第４非磁性膜１４ｎを含む。第８磁性膜１８と第４磁性膜１４との間に第７磁性膜１７が位置する。例えば、第８磁性膜１８と第２非磁性層２０ｎとの間に第７磁性膜１７が位置する。第７磁性膜１７と第８磁性膜１８との間に第４非磁性膜１４ｎが位置する。
この例では、第４磁性層４０は、第１０磁性膜１０ｆをさらに含む。第１０磁性膜１０ｆは、例えば、バイアス印加膜である。第１０磁性膜１０ｆと第７磁性膜１７との間に第８磁性膜１８が位置する。第１０磁性膜１０ｆは、例えば、ＩｒＭｎ及びＰｔＭｎからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
第７磁性膜１７は、第７磁化１７Ｍを有する。第８磁性膜１８は、第８磁化１８Ｍを有する。第７磁化１７Ｍ及び第８磁化１８Ｍは、第２素子方向（この例では、Ｚ軸方向）と交差する。第７磁性膜１７及び第８磁性膜１８は、例えば、面内磁化膜である。第７磁化１７Ｍの向きは、第８磁化１８Ｍの向きとは反対の成分を有する。第７磁性膜１７及び第８磁性膜１８は、例えば、互いに反強磁性結合する。
このように、第２磁性層２０及び第４磁性層４０のそれぞれが、反強磁性結合した複数の磁性膜を含んでも良い。
第１素子ＥＤ１及び第２素子ＥＤ２は、例えば、ＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance）素子に対応する。
このような複数の素子ＥＤｘ（第１素子ＥＤ１及び第２素子ＥＤ２など）において、発振が生じる。第２素子ＥＤ２における動作は、例えば、第１素子ＥＤ１における動作と同様である。以下、第１素子ＥＤ１における発振の例について説明する。
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１実施形態に係る発振器の特性を例示する模式図である。
これらの図の横軸は、時間である。図３（ａ）の縦軸は、第１素子ＥＤ１に供給される電流Ｉ１である。電流Ｉ１は、例えば、直流電流である。図３（ｂ）の縦軸は、第１素子ＥＤ１の電気抵抗Ｒ０である。電気抵抗Ｒ０の変化は、例えば、第１磁性層１０と第２磁性層２０との間の電気抵抗の変化に対応する。電気抵抗Ｒ０の変化は、例えば、第１導電層５１と第１対向導電層５１ｏとの間の電気抵抗の変化に対応する。
図３（ａ）に示すように、１つの期間において、電流Ｉ１は、第１電流Ｉｃ１とされる。他の期間において、電流Ｉ１は、第２電流Ｉｃ２とされる。第１電流Ｉｃ１は、発振が生じるしきい値以上である。第２電流Ｉｃ２は、発振が生じるしきい値未満である。
図３（ｂ）に示すように、第１電流Ｉｃ１が流れるときに、電気抵抗Ｒ０は、繰り返し変化する。すなわち、発振する。
このように、第１素子ＥＤ１に第１方向（Ｚ軸方向）に沿う第１電流Ｉｃ１が流れたときに、第１素子ＥＤ１は、第１状態ＳＴ１となる。第１状態ＳＴ１は、発振状態に対応する。第１状態ＳＴ１において、第１素子ＥＤ１の電気抵抗Ｒ０は、交互に繰り返す第１電気抵抗Ｒ１及び第２電気抵抗Ｒ２を有する。第２電気抵抗Ｒ２は、第１電気抵抗Ｒ１よりも低い。第１電気抵抗Ｒ１は、発振状態の第１素子ＥＤ１における、相対的に高い電気抵抗に対応する。第２電気抵抗Ｒ２は、発振状態の第１素子ＥＤ１における、相対的に低い電気抵抗に対応する。
一方、第１素子ＥＤ１に第１方向（Ｚ軸方向）に沿う第２電流Ｉｃ２が流れたときに、第１素子ＥＤ１は、第２状態ＳＴ２となる。第２電流Ｉｃ２の絶対値は、第１電流Ｉｃ１の絶対値よりも小さい。第２状態ＳＴ２は、非発振状態に対応する。第２電流Ｉｃ２は、しきい値よりも小さい。第２状態ＳＴ２において、第１素子ＥＤ１は、第３電気抵抗Ｒ３を有する。第２状態ＳＴ２における第１素子ＥＤ１の第３電気抵抗Ｒ３は、第１電気抵抗Ｒ１よりも低い。例えば、第３電気抵抗Ｒ３は、第２電気抵抗Ｒ２以下でも良い。
第２電流Ｉｃ２は、例えば、非発振状態における第１素子ＥＤ１の電気抵抗Ｒ０を測定するための測定電流である。
このように、非発振状態における電気抵抗Ｒ０（第３電気抵抗Ｒ３）が、発振状態における相対的に高い電気抵抗（第１電気抵抗Ｒ１）よりも低い。これにより、安定した動作が可能になる。
例えば、１つの条件において、非発振状態において、第２磁性層２０の第２磁性層磁化２０Ｍの向きが、第２磁性膜１２の第２磁化１２Ｍの向きと同じ場合がある。別の１つの条件において、非発振状態において、第２磁性層２０の第２磁性層磁化２０Ｍの向きが、第２磁性膜１２の第２磁化１２Ｍの向きと逆である場合がある。前者は、平行磁化状態に対応する。後者は反平行磁化状態に対応する。
平行磁化状態においては、非発振状態における電気抵抗Ｒ０（第３電気抵抗Ｒ３）は、低い。平行磁化状態において、しきい値以上の電流Ｉ１（第１電流Ｉｃ１）により、第１素子ＥＤ１において発振が生じた時に、第１電気抵抗Ｒ１は、第３電気抵抗Ｒ３よりも高くなる。
一方、反平行磁化状態においては、非発振状態における電気抵抗Ｒ０（第３電気抵抗Ｒ３）は、高い。反平行磁化状態において、しきい値以上の電流Ｉ１（第１電流Ｉｃ１）により、第１素子ＥＤ１において発振が生じたときにおける電気抵抗Ｒ０（例えば第１電気抵抗Ｒ１）は、第３電気抵抗Ｒ３よりも低くなる。
このように２種類の状態（例えば平行状態及び反平行状態）が考えられる。複数の素子ＥＤｘ（例えば、第１素子ＥＤ１及び第２素子ＥＤ２など）が設けられる場合、複数の素子ＥＤｘにおける特性（例えばしきい値電流）が不均一である場合がある。このとき、上記の反平行磁化状態の場合、１つの素子ＥＤｘで発振が生じると、その１つの素子ＥＤｘの電気抵抗が低くなり、電流供給回路６０から供給される電流は、その１つの素子ＥＤｘに優先して流れる。このため、他の素子ＥＤｘには電流が流れ難くなる。これにより、安定した動作が得難くなる場合がある。
実施形態においては、例えば、上記の平行磁化状態に対応する条件が採用される。実施形態においては、第２状態ＳＴ２における第１素子ＥＤ１の第３電気抵抗Ｒ３は、第１電気抵抗Ｒ１よりも低い。これにより、１つの素子ＥＤｘで発振が生じたときに、その１つの素子ＥＤｘの電気抵抗が高くなる。電流供給回路６０から供給される電流は、他の素子ＥＤｘに流れやすくなる。これにより、他の素子ＥＤｘにおいて、発振し易くなる。複数の素子ＥＤｘが設けられる場合において、均一で安定した動作が得易くなる。実施形態によれば、安定した動作が可能な発振器が提供できる。
実施形態においては、例えば、第２状態ＳＴ２（非発振状態）において、第２磁性層２０の第２磁性層磁化２０Ｍの向きは、例えば、第２磁性膜１２の第２磁化１２Ｍの向きと同じである。
第２磁性層２０が、第５磁性膜１５、第６磁性膜１６及び第３非磁性膜１３ｎを含む場合（発振器１１１の場合）、第５磁性膜１５の第５磁化１５Ｍの向きは、例えば、第２磁性膜１２の第２磁化１２Ｍの向きと同じである。
実施形態において、第２素子ＥＤ２も発振する。例えば、第２素子ＥＤ２に第２素子方向（Ｚ軸方向）に沿う第３電流が流れたときに、第２素子ＥＤ２は、第３状態となる。第３状態において、第２素子ＥＤ２の電気抵抗は、交互に繰り返す第４電気抵抗Ｒ４及び第５電気抵抗Ｒ５を有する。第５電気抵抗Ｒ５は、第４電気抵抗Ｒ４よりも低い。
第２素子ＥＤ２に第２素子方向（Ｚ軸方向）に沿う第４電流が流れたときに、第２素子ＥＤ２は、第４状態となる。第４電流の絶対値は、第３電流の絶対値よりも小さい。第３状態は、例えば、発振状態である。第４状態は、例えば、非発振状態である。
第４電気抵抗Ｒ４及び第５電気抵抗Ｒ５の時間的な変化は、第１電気抵抗Ｒ１及び第２電気抵抗Ｒ２の時間的な変化と同期する。例えば、第２素子ＥＤ２における発振は、第１素子ＥＤ１における発振と同期する。
第２素子ＥＤ２においても、非発振状態における電気抵抗は、発振状態における電気抵抗よりも低いことが好ましい。例えば、第４状態における第２素子ＥＤ２の第６電気抵抗Ｒ６は、第４電気抵抗Ｒ４よりも低いことが好ましい。安定した動作（発振）が得易くなる。
第３状態は、例えば、第１状態ＳＴ１に対応する。第４状態は、例えば、第２状態ＳＴ２に対応する。第３電流は、例えば、第１電流Ｉｃ１に対応する。第４電流は、例えば、第２電流Ｉｃ２に対応する。第４電気抵抗Ｒ４は、例えば、第１電気抵抗Ｒ１に対応する。第５電気抵抗Ｒ５は、例えば、第２電気抵抗Ｒ２に対応する。第６電気抵抗Ｒ６は、例えば、第３電気抵抗Ｒ３に対応する。
実施形態に係る発振器１１０及び１１１においては、第１磁性層１０が、上記の第１磁性膜１１及び第２磁性膜１２を含む。これにより、より安定した発振が得られる。
以下、発振器１１１の例に関して、発振の特性の例について説明する。
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、発振器の特性のシミュレーションモデルを例示する模式図である。
図４（ａ）に示すように、第１構成ＣＦ１においては、第１磁性膜１１、第２磁性膜１２、第５磁性膜１５及び第６磁性膜１６が設けられる。第１磁性膜１１の第１磁化１１Ｍは、第２磁性膜１２の第２磁化１２Ｍの向きとは反対の成分を有する。第１磁性膜１１及び第２磁性膜１２は、互いに反強磁性結合している。
第２構成ＣＦ２においても、第１磁性膜１１、第２磁性膜１２、第５磁性膜１５及び第６磁性膜１６が設けられる。第１磁性膜１１の第１磁化１１Ｍの向きは、第２磁性膜１２の第２磁化１２Ｍの向きと同じである。第１磁性膜１１及び第２磁性膜１２は、互いに強磁性結合している。
第３構成ＣＦ３においては、第１磁性膜１１及び第２磁性膜１２が設けられず、１つの磁性膜１１Ｌが設けられる。磁性膜１１Ｌは、磁化１１ＬＭを有する。
第１〜第３構成ＣＦ１〜ＣＦ３において、第５磁性膜１５及び第６磁性膜１６は、互いに反強磁性結合している。第５磁性膜１５及び第６磁性膜１６は、例えば、面内磁化膜である。
図４（ａ）及び図４（ｂ）において、第１非磁性膜１１ｎが省略されている。図４（ａ）〜図４（ｃ）において、第３非磁性膜１３ｎが省略されている。第１〜第３構成ＣＦ１〜ＣＦ３においては、第１磁性部３１が設けられない。
シミュレーションでは、マイクロマグネティックスシミュレータが用いられる。シミュレーションにおいて、第１磁性膜１１、第２磁性膜１２、第５磁性膜１５及び第６磁性膜１６におけるギルバート緩和定数は、０．０２である。これらの磁性膜において、交換スティフネス定数は、１．６×１０−６ｅｒｇ／ｃｍである。これらの磁性膜において、飽和磁化は、１．２ｋｅｍｕ／ｃｍ３である。これらの磁性膜のそれぞれの厚さ（Ｚ軸方向に沿う長さ）は、２ｎｍである。
第３構成ＣＦ３の磁性膜１１Ｌにおけるギルバート緩和定数は、０．０２である。磁性膜１１Ｌにおいて、交換スティフネス定数は、１．６×１０−６ｅｒｇ／ｃｍである。磁性膜１１Ｌにおいて、飽和磁化は、１．２ｋｅｍｕ／ｃｍ３である。磁性膜１１Ｌの厚さ（Ｚ軸方向に沿う長さ）は、４ｎｍである。
第１磁性膜１１、第２磁性膜１２、第５磁性膜１５、第６磁性膜１６及び磁性膜１１Ｌおいて、Ｚ軸方向と交差する１つの方向（Ｘ−Ｙ平面に沿う１つの方向）の長さは、５４ｎｍである。これらの磁性膜のそれぞれにおいて、Ｚ軸方向と交差する別の１つの方向（Ｘ−Ｙ平面に沿う１つの方向）の長さは、４４ｎｍである。これらの磁性膜のそれぞれの平面形状（Ｘ−Ｙ平面に沿う形状）は、楕円である。
第１構成ＣＦ１において、第１磁性膜１１と第２磁性膜１２との間の反強磁性結合の大きさは、−０．６ｅｒｇ／ｃｍ２である。第１磁性膜１１と第２磁性膜１２との間の距離は、１ｎｍである。
第２構成ＣＦ２おいて、第１磁性膜１１と第２磁性膜１２との間の強磁性結合の大きさは、＋０．６ｅｒｇ／ｃｍ２である。第１磁性膜１１と第２磁性膜１２との間の距離は、１ｎｍである。
第１〜第３構成ＣＦ１〜ＣＦ３において、第５磁性膜１５と第６磁性膜１６との間の反強磁性結合の大きさは、−０．６ｅｒｇ／ｃｍ２である。第５磁性膜１５と第６磁性膜１５との間の距離は、１ｎｍである。
第２磁性膜１２と第５磁性膜１５との間の距離は、１ｎｍである。第２磁性膜１２と第５磁性膜１５との間の相互スピントルクが考慮される。スピン分極率は、０．６である。
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、発振器の特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。
図５（ａ）の横軸は、第１素子ＥＤ１（第１構成〜第３構成ＣＦ１〜ＣＦ３）に供給される電流Ｉ１（ｍＡ）である。図５（ｂ）の横軸は、第１素子ＥＤ１に印加される第１磁場Ｈｚ１（ｋＯｅ）である。これらの図の縦軸は、第１素子ＥＤ１の電気抵抗のパワースペクトル密度の最大値ＰＤ１である。
図５（ａ）に例示する特性において、第１磁場Ｈｚ１は、３ｋＯｅである。電流Ｉ１が正のときに、第１〜第３構成ＣＦ１〜ＣＦ３において、抵抗のパワースペクトル密度の最大値ＰＤ１はゼロよりも大きくなる。電流Ｉ１が正のときに、第１〜第３構成ＣＦ１〜ＣＦ３において、第１磁化１１Ｍ及び第２磁化１２Ｍにおいて、面外発振が生じていると考えられる。
図５（ａ）に示すように、第１構成ＣＦ１におけるパワースペクトル密度の最大値ＰＤ１は、第２構成ＣＦ２におけるパワースペクトル密度の最大値ＰＤ１よりも大きい。第３構成ＣＦ３におけるパワースペクトル密度の最大値ＰＤ１は、第２構成ＣＦ２におけるパワースペクトル密度の最大値ＰＤ１よりも小さい。
そして、第１構成ＣＦ１においては、大きなパワースペクトル密度の最大値ＰＤ１が得られる電流Ｉ１の範囲は、第２構成ＣＦ２のそれよりも広い。
電流Ｉ１が負のときに、第２構成ＣＦ２及び第３構成ＣＦ３においては、パワースペクトル密度の最大値ＰＤ１は、実質的にゼロである。これに対して、第１構成ＣＦ１においては、電流Ｉ１が負のときにおいても、大きな、パワースペクトル密度の最大値ＰＤ１が得られる。
このように、第１構成ＣＦ１においては、パワースペクトル密度の最大値ＰＤ１が大きい。そして、大きな、パワースペクトル密度の最大値ＰＤ１が得られる電流Ｉ１の範囲が広い。
図５（ｂ）に示すように、第１構成ＣＦ１においては、小さい第１磁場Ｈｚ１においても、大きな、パワースペクトル密度の最大値ＰＤ１が得られる。１つの第１磁場Ｈｚ１において、第１構成ＣＦ１におけるパワースペクトル密度の最大値ＰＤ１は、第２構成ＣＦ２におけるパワースペクトル密度の最大値ＰＤ１よりも大きい。１つの第１磁場Ｈｚ１において、第１構成ＣＦ１におけるパワースペクトル密度の最大値ＰＤ１は、第３構成ＣＦ３におけるパワースペクトル密度の最大値ＰＤ１よりも大きい。第１構成ＣＦ１においては、小さい外部磁場（第１磁場Ｈｚ１）においても、安定した面外発振が得られる。
このように、第１構成ＣＦ１においては、安定した発振が得られる。実施形態においては、安定した動作が可能である。
実施形態においては、２つの強磁性膜（第１磁性膜１１及び第２磁性膜１２）が互いに反強磁性結合する。そして、第２磁性層２０の第２磁性層磁化２０Ｍは、Ｚ軸方向と交差する。このような構造を有する第１素子ＥＤ１に、第１磁場Ｈｚ１（例えば、垂直磁場）が印加される。そして、第１素子ＥＤ１にＺ軸方向に沿った電流Ｉ１が供給される。これにより、安定した発振が得られる。安定した抵抗の変化が得られる。例えば、高出力の発振が得られる。
第１磁性膜１１及び第２磁性膜１２を用いることで、第３構成ＣＦ３（磁性膜１１Ｌ）に比べて、例えば、有効磁場の空間的な不均一性を抑制できる。例えば、空間的に均一な磁化振動を励起できる。これにより、第３構成ＣＦ３よりも大きな出力を得ることができる。
以下、発振器の特性の測定結果の例について説明する。
試料においては、第１磁性部３１が設けられない。試料において、サファイア基板の上に、下部電極として、Ｔａ／Ｃｕ／Ｔａを含む積層膜が形成される。この後、ＣＭＰ処理が行われる。この後、ＴＭＲ素子となる複数の膜が超高真空スパッタ装置にて形成される。
ＴＭＲ素子は、上部電極（例えば第１導電層５１）／Ｔａ／Ｒｕ／Ｔａ／第１磁性層１０／第１非磁性層１０ｎ／第２磁性層２０／Ｒｕ／Ｔａ／下部電極（第１対向導電層５１ｏ）の構成を有する。
第１磁性層１０において、第１磁性膜１１は、厚さが１．５ｎｍのＣｏＦｅ膜である。第１非磁性膜１１ｎは、厚さが０．８５ｎｍのＲｕ膜である。第２磁性膜１２は、厚さが２．０ｎｍのＣｏＦｅＢ膜である。
第１非磁性層１０ｎは、ＭｇＯ膜である。
第２磁性層２０において、第５磁性膜１５は、厚さが２．０ｎｍのＣｏＦｅＢ膜である。第３非磁性膜１３ｎは、厚さが０．８５ｎｍのＲｕ膜である。第６磁性膜１６は、厚さが２．５ｎｍのＣｏＦｅ膜である。第９磁性膜１９（バイアス印加膜）は、厚さが７．０ｎｍのＩｒＭｎ膜である。
第１導電層５１（上部電極）は、Ｔａ／Ｃｕ／Ｔａの積層膜である。この積層膜の厚さは、２００ｎｍである。第１対向導電層５１ｏ（下部電極）は、Ａｕ／Ｔｉの積層膜である。この積層膜の厚さ厚さは、２００ｎｍである。
第１非磁性層１０ｎにおける面積抵抗ＲＡは、０．５Ω・μｍ２である。面積抵抗ＲＡは、ＣＩＰＴ測定による。
上記の複数の膜の形成の後に、磁場中アニールが行われる。磁場中アニールにおいて、磁場は、６４００Ｏｅであり、温度は、３００℃であり、時間は、１時間である。これにより、例えば、ＭｇＯ膜及びＣｏＦｅＢ膜の結晶化が進む。
この後、上記の複数の膜を含む積層体が加工される。加工においては、ＥＢ描画リソグラフィー及びイオンミリングが行われる。これにより、第１素子ＥＤ１が得られる。第１素子ＥＤ１の１つの方向に沿った長さ（例えば、Ｘ軸方向に沿った長さ）は、５０ｎｍである。第１素子ＥＤ２の別の方向に沿った長さ（例えば、Ｙ軸方向に沿った長さ）は、１５０ｎｍである。
第１素子ＥＤ１に、第１磁場Ｈｚ１が印加され、電流Ｉ１が供給されると、面外発振が得られる。
図６は、発振器の特性の測定結果を例示するグラフ図である。
図６において、第１素子ＥＤ１に、５８００Ｏｅの外部磁場（第１磁場Ｈｚ１に対応）が印加される。そして、第１素子ＥＤ１に、３．８ｎＡの電流Ｉ１が流される。電流Ｉ１は、第２磁性層２０から第１磁性層１０に向かう。図６の横軸は、周波数である。縦軸は、パワースペクトル密度ＰＳＤ（×１０３ｎＷ／ＧＨｚ）である。
図６から分かるように、鋭いピークが観測される。ピークの位置において、周波数は、約３．６７ＧＨｚである。
図６に示す特性曲線から、フィッティングにより、出力を見積もることができる。見積もられた出力は、約３．７μＷである。実施形態においては、このように大きな出力が得られる。
実施形態において、第１磁性膜１１の第１磁化１１ＭのＺ軸方向と、第２磁性膜１２の第２磁化１２ＭのＺ軸方向の成分は、互いに同じ向きであることが好ましい。例えば、図２（ａ）に示す例において、第１磁化１１Ｍは、図中で上向きであり、第２磁化１２Ｍは、図中で上向きである。第１磁化１１Ｍは、図中で下向きであるときに、第２磁化１２Ｍは、図中で下向きでも良い。
例えば、第１磁化１１Ｍの向きの第１方向（Ｚ軸方向）に沿う成分は、第２磁性膜１２から第１磁性膜１１に向かい、第２磁化１２Ｍの向きの第１方向に沿う成分は、第２磁性膜１２から第１磁性膜１１に向かう。または、第１磁化１１Ｍの向きの第１方向に沿う成分は、第１磁性膜１１から第２磁性膜１２に向かい、第２磁化１２Ｍの向きの第１方向に沿う成分は、第１磁性膜１１から第２磁性膜１２に向かう。
このような場合に、例えば、安定な面外発振が得られる。結果として高い出力が得られる。例えば、２つの磁性膜のそれぞれの磁化は、１つの向きに向けて立ち上がり、面内では、互いに１８０度異なる方向で発振する。
実施形態において、例えば、第１磁性膜１１と第２磁性膜１２との間における反強磁性結合が過度に強い場合、第１磁化１１Ｍの向きの第１方向（Ｚ軸方向）に沿う成分の向きが、第２磁化１２Ｍの向きの第１方向に沿う成分の向きとは反対になる場合がある。この場合には、２つの磁性膜のそれぞれの磁化において、自然に回転する方向が互いに逆になる。このため、安定な発振が得難くなる場合がある。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１実施形態に係る別の発振器を例示する模式的断面図である。
図７（ａ）に例示する第１素子ＥＤ１は、実施形態に係る別の発振器１１０ａに対応する。発振器１１０ａにおける第１磁性部３１の位置は、発振器１１０における第１磁性部３１の位置とは異なる。発振器１１０ａにおけるこれ以外の構成は、発振器１１０における構成と同様である。
図７（ａ）に示すように、発振器１１０ａにおいても、第１素子非磁性層３１ｎが設けられる。第１磁性部３１と第２磁性層２０との間に、第１磁性層１０が位置する。第１素子非磁性層３１ｎは、第１磁性部３１と第１磁性層１０との間に位置する。第１素子非磁性層３１ｎは、第１磁性部３１と第１磁性膜１１との間に位置する。発振器１１０ａ（第１素子ＥＤ１）において、第１磁場Ｈｚ１は、第１磁性部３１から生じる磁場の少なくとも一部に基づく。
図７（ｂ）に例示する第２素子ＥＤ２における第２磁性部３２の位置は、図２（ｂ）に例示した第２素子ＥＤ２における第２磁性部３１の位置とは異なる。図７（ｂ）に例示する第２素子ＥＤ２におけるこれ以外の構成は、図２（ｂ）に例示した第２素子ＥＤ２における構成と同様である。
図７（ｂ）に示すように、第２素子非磁性層３２ｎが設けられる。第２磁性部３２と第４磁性層４０との間に、第３磁性層３０が位置する。第２素子非磁性層３２ｎは、第２磁性部３２と第３磁性層３０との間に位置する。例えば、第２素子非磁性層３２ｎは、第２磁性部３２と第３磁性膜１３との間に位置する。第２素子ＥＤ２において、第２磁場Ｈｚ２は、第２磁性部３２から生じる磁場の少なくとも一部に基づく。
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１実施形態に係る別の発振器を例示する模式的断面図である。
図８（ａ）に例示する第１素子ＥＤ１は、実施形態に係る別の発振器１１０ｂに対応する。発振器１１０ｂにおいては、第１磁性部３１に加えて第１対向磁性部３１ｏがさらに設けられる。発振器１１０ｂにおけるこれ以外の構成は、発振器１１０における構成と同様である。
図８（ａ）に示すように、第１素子ＥＤ１は、第１対向磁性部３１ｏをさらに含む。第１対向磁性部３１ｏの第１対向磁性部磁化３１ｏＭは、第１方向（Ｚ軸方向）に沿う。第１方向（Ｚ軸方向）において、第１磁性部３１と第１対向磁性部３１ｏとの間に、第１磁性層１０、第２磁性層２０及び第１非磁性層１０ｎが位置する。
この例では、第１素子非磁性層３１ｎ及び第１素子対向非磁性層３１ｏｎが設けられている。第１磁性部３１と第１対向磁性部３１ｏとの間に、第１磁性層１０が位置する。第１対向磁性部３１ｏと第１磁性層１０との間に、第２磁性層２０が位置する。第１磁性部３１と第１磁性層１０との間に、第１素子非磁性層３１ｎが位置する。第１対向磁性部３１ｏと第２磁性層２０との間に、第１素子対向非磁性層３１ｏｎが位置する。
第１素子ＥＤ１において、第１磁場Ｈｚ１は、第１磁性部３１及び第２対向磁性部３１ｏにより形成される磁場の少なくとも一部に基づく。
図８（ｂ）に例示する第２素子ＥＤ２において、第２磁性部３２に加えて、第２対向磁性部３２ｏがさらに設けられる。図８（ｂ）に例示する第２素子ＥＤ２におけるこれ以外の構成は、図２（ｂ）に例示した第２素子ＥＤ２における構成と同様である。
図８（ｂ）に示すように、第２素子ＥＤ２は、第２対向磁性部３２ｏをさらに含む。第２対向磁性部３２ｏの第２対向磁性部磁化３２ｏＭは、第２素子方向（この例では、Ｚ軸方向）に沿う。第２素子方向（この例ではＺ軸方向）において、第２磁性部３２と第２対向磁性部３２ｏとの間に、第３磁性層３０、第４磁性層４０及び第２非磁性層２０ｎが位置する。
第２素子ＥＤ２は、第２素子非磁性層３２ｎ及び第２素子対向非磁性層３２ｏｎをさらに含む。第２磁性部３２と第２対向磁性部３２ｏとの間に、第３磁性層３０が位置する。第２対向磁性部３２ｏと第３磁性層３０との間に、第４磁性層４０が位置する。第２磁性部３２と第３磁性層３０との間に、第２素子非磁性層３２ｎが位置する。例えば、第２磁性部３２と第３磁性膜１３との間に、第２素子非磁性層３２ｎが位置する。第２対向磁性部３２ｏと第４磁性層４０との間に、第２素子対向非磁性層３２ｏｎが位置する。
第２素子ＥＤ２において、第２磁場Ｈｚ２は、第２磁性部３２及び第２対向磁性部３２ｏにより形成される磁場の少なくとも一部に基づく。
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第１実施形態に係る別の発振器を例示する模式的断面図である。
図９（ａ）に例示する第１素子ＥＤ１は、実施形態に係る別の発振器１１１ａに対応する。発振器１１１ａにおける第１磁性部３１の位置は、発振器１１１（図２（ａ）参照）における第１磁性部３１の位置とは異なる。発振器１１１ａにおいて、第２磁性層２０は、第５磁性膜１５、第６磁性膜１６及び第３非磁性膜１３ｎを含む。
図９（ｂ）に例示する第２素子ＥＤ２における第２磁性部３２の位置は、図２（ｂ）に例示する第２素子ＥＤ２における第２磁性部３２の位置とは異なる。図９（ｂ）に例示する第２素子ＥＤ２において、第４磁性層４０は、第５磁性膜１５、第８磁性膜１８及び第４非磁性膜１４ｎを含む。
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第１実施形態に係る別の発振器を例示する模式的断面図である。
図１０（ａ）に例示する第１素子ＥＤ１は、実施形態に係る別の発振器１１１ｂに対応する。発振器１１１ｂにおいては、第１磁性部３１に加えて第１対向磁性部３１ｏが設けられる。発振器１１１ｂにおいて、第２磁性層２０は、第５磁性膜１５、第６磁性膜１６及び第３非磁性膜１３ｎを含む。第１対向磁性部３１ｏと第６磁性膜１６との間に、第１素子対向非磁性層３１ｏｎが位置する。
図１０（ｂ）に例示する第２素子ＥＤ２においては、第２磁性部３２に加えて第２対向磁性部３２ｏが設けられる。図１０（ｂ）に例示する第２素子ＥＤ２において、第４磁性層４０は、第５磁性膜１５、第８磁性膜１８及び第４非磁性膜１４ｎを含む。第２対向磁性部３２ｏと第８磁性膜１８との間に、第２素子対向非磁性層３２ｏｎが位置する。
図１１は、第１実施形態に係る別の発振器を例示する模式的断面図である。
図１１に示すように、発振器１１２においては、第２磁性層２０が発振する。例えば、第１素子ＥＤ１に第１方向（Ｚ軸方向）に沿う第１電流Ｉｃ１（電流Ｉ１）が流れたときに、第１磁化１１Ｍ及び第２磁化１２Ｍの少なくともいずれかは、第５磁化１５Ｍ及び第６磁化１６Ｍの少なくともいずれかと同期する。第２磁性層２０における発振は、面内発振である。
例えば、第２磁性層２０が面内発振した時の第２発振周波数と、第１磁性層１０が面外発振した時の第１発振周波数と、の差の絶対値の、第２発振周波数に対する比は、０．１倍以下でも良い。例えば、第２発振周波数は、第１発振周波数の実質的な整数倍（例えば２倍）でも良い。例えば、第１発振周波数は、第２発振周波数の実質的な整数倍（例えば２倍）でも良い。これにより、第１磁性層１０及び第２磁性層２０の間において、ダイポール相互作用が生じる。これにより、例えば、これらの磁性層において、同期振動を励起することができる。例えば、高出力で、安定した周波数の発振が得られる。
例えば、第１素子ＥＤ１に第１方向に沿う第１電流Ｉｃ１（電流Ｉ１）が流れたときに、第１磁化１１Ｍ及び第２磁化１２Ｍの少なくともいずれかは、第２磁性層２０の第２磁性層磁化２０Ｍ（図１（ｂ）参照）と同期しても良い。
実施形態において、第１磁性部３１及び第１対向磁性部３１ｏの少なくともいずれかを設けることで、これらの磁性部からの漏れ磁界が第１磁性層１０及び第２磁性層２０に印加される。外部から垂直磁場を印加しなくても良い。または、外部から加える磁場の大きさを小さくできる。
第１磁性部３１及び第１対向磁性部３１ｏを設けることで、第１磁性層１０及び第２磁性層２０に印加される磁場の均一性が向上する。例えば、第１磁性層１０において、空間的に均一で安定した発振が得られる。例えば、ＭＲ効果に基づく出力が、向上する。
図１２は、第１実施形態に係る別の発振器を例示する模式的断面図である。
図１２に示すように、実施形態に係る発振器１１３のように、第１磁性部３１の第１磁性部磁化３１Ｍが発振しても良い。第１磁性層１０の発振は、第１磁性部３１の発振と同期しても良い。例えば、第１素子ＥＤ１に第１方向（Ｚ軸方向）に沿う第１電流Ｉｃ１が流れたときに、第１磁化１１Ｍ及び第２磁化１２Ｍの少なくともいずれかの時間的変化は、第１磁性部磁化３１Ｍの時間的変化と同期しても良い。
第１対向磁性部３１ｏの第１対向磁性部磁化３１ｏＭが発振しても良い。例えば、第１素子ＥＤ１に第１方向に沿う第１電流Ｉｃ１が流れたときに、第１磁化１１Ｍ及び第２磁化１２Ｍの少なくともいずれかの時間的変化は、第１磁性部磁化３１Ｍ、及び、第１対向磁性部磁化３１ｏＭの少なくともいずれかの時間的変化と同期しても良い。
例えば、第１磁性部３１及び第１対向磁性部３１ｏの少なくともいずれかの共鳴周波数と、第１磁性層１０の発振周波数と、の差が小さくても良い。例えば、第１磁性部３１及び第１対向磁性部３１ｏの少なくともいずれかの共鳴周波数と、第１磁性層１０の発振周波数と、の差の絶対値の共鳴周波数に対する比は、例えば、０．１以下でも良い。例えば、共鳴周波数は、発振周波数の実質的な整数倍（例えば２倍）でも良い。例えば、発振周波数は、共鳴周波数の実質的な整数倍（例えば２倍）でも良い。例えば、第１磁性層１０と第１磁性部３１との間において、または、第１磁性層１０と第１対向磁性部３１ｏとの間において、ダイポール相互作用が生じる。例えば、同期振動させることができる。これにより、例えば、周波数安定性を向上させることができる。
実施形態において、第１〜第８磁性膜１１〜１８の少なくともいずれかは、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１〜第８磁性膜１１〜１８の少なくともいずれかは、さらに、ホウ素を含んでも良い。
第２磁性層２０及び第４磁性層４０の少なくともいずれかは、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２磁性層２０及び第４磁性層４０の少なくともいずれかは、さらに、ホウ素を含んでも良い。
第１〜第４非磁性膜１１ｎ〜１４ｎの少なくともいずれかは、例えば、Ｒｕ、Ｃｕ及びＣｒからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
第１非磁性層１０ｎ及び第２非磁性層２０ｎの少なくともいずれかは、例えば、Ｍｇ及びＡｌからなる群から選択された少なくとも１つを含む酸化物、その群から選択された少なくとも１つを含む窒化物、または、その群から選択された少なくとも１つを含む酸窒化物を含む。
第１磁性部３１、第１対向磁性部３１ｏ、第２磁性部３２及び第２対向磁性部３２ｏの少なくともいずれかは、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ及びＧｄよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。
第１素子非磁性層３１ｎ、第１素子対向非磁性層３１ｏｎ、第２素子非磁性層３２ｎ及び第２素子対向非磁性層３２ｏｎの少なくともいずれかは、例えば、Ｔａ及びＷよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。
既に説明したように、第９磁性膜１９及び第１０磁性膜１０ｆの少なくともいずれかは、ＩｒＭｎ及びＰｔＭｎからなる群から選択された少なくとも１つを含む。
上記の実施形態において、第１磁性部３１、第１対向磁性部３１ｏ、第２磁性部３２及び第２対向磁性部３２ｏの少なくともいずれかが省略されても良い。この場合、例えば、第１磁場Ｈｚ１は、第１素子ＥＤ１の外部に設けられる磁場発生部により、第１素子ＥＤ１に印加されても良い。例えば、第２磁場Ｈｚ２は、第２素子ＥＤ２の外部に設けられる磁場発生部により、第２素子ＥＤ２に印加されても良い。
（第２実施形態）
本実施形態は、演算装置に係る。演算装置は、第１実施形態に係る任意の複数の発振器を含む。
図１３は、第２実施形態に係る演算装置を例示する模式図である。
図１３に示すように、本実施形態に係る演算装置３１０は、複数の発振器（例えば、第１素子ＥＤ１、第２素子ＥＤ２、第３素子ＥＤ３及び第ｉ素子ＥＤｉなど）を含む。「ｉ」は、２以上の整数である。複数の発振器の少なくとも１つは、第１実施形態に係る発振器（素子）を含む。複数の発振器（複数の素子）は、互いに並列に接続される。
演算装置３１０は、電流供給回路６０及び検出回路６５を含む。電流供給回路６０は、例えば、複数の発振器（例えば、第１素子ＥＤ１及び第２素子ＥＤ２など）に電流を供給可能である。検出回路６５は、例えば、発振状態における複数の発振器の電気抵抗の時間的な変化を検出可能である。例えば、検出回路６５は、上記の第１状態ＳＴ１（発振状態）における第１素子ＥＤ１の第１電気抵抗Ｒ１及び第２電気抵抗Ｒ２の時間的な変化を検出可能である。
例えば、複数の発振器と検出回路６５とは、電気的に結合される。検出回路６５は、例えば、平均化回路である。
例えば、第１素子ＥＤ１、第２素子ＥＤ２、第３素子ＥＤ３、及び、第ｉ素子ＥＤｉにおける発振周波数ω１、ω２、ω３及びωｉは、以下の式で表される。
ω１＝ω０＋Δω（ｘ０，１−ｚｍ，１）
ω２＝ω０＋Δω（ｘ０，２−ｚｍ，２）
ω３＝ω０＋Δω（ｘ０，３−ｚｍ，３）
ωｉ＝ω０＋Δω（ｘ０，ｉ−ｚｍ，ｉ）
ω０は、基準周波数である。ｘ０，１、ｘ０，２、ｘ０，３、及び、ｘ０，ｉは、入力データである。ｚｍ，１、ｚｍ，２、ｚｍ，３、及び、ｚｍ，ｉは、参照データである。「Δω（ｘ０，ｉ−ｚｍ，ｉ）」の項は、周波数シフトに対応する。
例えば、複数の発振器（複数の素子）における発振周波数に応じた信号が検出回路６５に供給される。
複数の発振器（複数の素子）は、互いに並列に接続され、同期発振する。例えば、電流供給回路６０から複数の発振器のそれぞれに供給される電流が、入力データ（入力値）に応じて制御される。このとき、例えば、入力データに応じて同期発振の振幅が変化する。この振幅の変化が、検出回路６５において検出される。電流供給回路６０は、制御部の機能を有しても良い。
例えば、入力データに応じて同期発振の周波数が変化しても良い。この周波数の変化が、検出回路６５において検出されても良い。
電流供給回路６０から複数の発振器のそれぞれに供給される電流は、参照データ（参照値）に応じて変更されても良い。このとき、例えば、入力データに応じて同期発振の振幅及び周波数の少なくともいずれかが変化しても良い。この振幅及び周波数の少なくともいずれかの変化が、検出回路６５において検出されても良い。
このように、入力値及び参照値の少なくともいずれかに応じて変化する同期発振の振幅及び周波数の少なくともいずれかが検出される。これにより、例えば、積和演算が行われる。演算装置３１０は、例えば、積和演算を実施可能である。
本実施形態においては、複数の発振器において安定した動作が可能である。実施形態においては、複数の発振器から得られる信号が高出力である。例えば、高い電気的な結合が得られる。例えば、同期が容易になる。安定した演算が可能になる。
複数のスピントルク発振素子（ＳＴＯ）を互いに電気的に結合させ、同期現象を利用した演算器がある。ＳＴＯからの高周波出力を高くすることで、電気的な結合を強くすることができる。これにより、安定した同期が得られる。一方、ＳＴＯに含まれるピン層に面内磁化膜を用い、フリー層に面内磁化膜または垂直磁化膜を用い、フリー層を面外発振させる構成がある。ＳＴＯにおいて、高出力化及び周波数安定化が望まれる。
実施形態においては、例えば、ピン層として面内磁化膜が用いられ、フリー層に互いに反強磁性結合した複数の面内磁化膜が用いられる。そして、例えば、素子の積層方向に沿った磁場が印加され、フリー層を面外発振させる。例えば、素子の積層方向に沿った磁場が印加された時においても、フリー層の磁化は、面外に立ち上がり難くなる。フリー層の磁化の発振のコーン角度が例えば９０度に近い状態で、発振する。例えば、ＭＲ効果を有効に利用できる。例えば、安定した発振が得られる。例えば、安定して高い出力が得られる。
実施形態は、以下の構成（例えば技術案）を含んでも良い。
（構成１）
第１磁性層と、第２磁性層と、第１非磁性層と、を含む第１素子を備え、
前記第１磁性層は、第１磁性膜と、第２磁性膜と、前記第１磁性膜と前記第２磁性膜との間に設けられた第１非磁性膜と、を含み、
前記第２磁性層と前記第１磁性膜との間に前記第２磁性膜が位置し、
前記第１非磁性層は、前記第２磁性膜と前記第２磁性層との間に設けられ、
前記第１磁性膜の第１磁化の向きは、前記第２磁性膜の第２磁化の向きとは反対の成分を有し、
前記第１素子に、前記第２磁性膜から前記第１磁性膜に向かう第１方向に沿う第１磁界が印加され、
前記第１素子に前記第１方向に沿う第１電流が流れたときに、前記第１素子は、第１状態となり、前記第１状態において、前記第１素子の電気抵抗は、交互に繰り返す第１電気抵抗及び第２電気抵抗を有し、前記第２電気抵抗は前記第１電気抵抗よりも低い、発振器。
（構成２）
前記第１素子は、第１磁性部をさらに含み、
前記第１磁性部から前記第１磁性層に向かう方向は、前記第１方向に沿い、
前記第１磁性部の第１磁性部磁化は、前記第１方向に沿う、構成１記載の発振器。
（構成３）
第１素子と、
第２素子と、
を備え、
前記第１素子は、第１磁性層と、第２磁性層と、第１非磁性層と、を含み、
前記第１磁性層は、第１磁性膜と、第２磁性膜と、前記第１磁性膜と前記第２磁性膜との間に設けられた第１非磁性膜と、を含み、
前記第２磁性層と前記第１磁性膜との間に前記第２磁性膜が位置し、
前記第１非磁性層は、前記第２磁性膜と前記第２磁性層との間に設けられ、
前記第２素子は、第３磁性層と、第４磁性層と、第２非磁性層と、を含み、
前記第３磁性層は、第３磁性膜と、第４磁性膜と、前記第３磁性膜と前記第４磁性膜との間に設けられた第２非磁性膜と、を含み、
前記第４磁性層と前記第３磁性膜との間に前記第４磁性膜が位置し、
前記第２非磁性層は、前記第４磁性膜と前記第４磁性層との間に設けられ、
前記第１磁性層は、前記第３磁性層と電気的に接続され、
前記第２磁性層は、前記第４磁性層と電気的に接続され、
前記第１磁性膜の第１磁化の向きは、前記第２磁性膜の第２磁化の向きとは反対の成分を有し、
前記第１素子に、前記第２磁性膜から前記第１磁性膜に向かう第１方向に沿う第１磁界が印加され、
前記第１素子に前記第１方向に沿う第１電流が流れたときに、前記第１素子は、第１状態となり、前記第１状態において、前記第１素子の電気抵抗は、交互に繰り返す第１電気抵抗及び第２電気抵抗を有し、前記第２電気抵抗は前記第１電気抵抗よりも低く、
前記第１素子に前記第１方向に沿う第２電流が流れたときに、前記第１素子は、第２状態となり、前記第２電流の絶対値は前記第１電流の絶対値よりも小さく、前記第２状態における前記第１素子の第３電気抵抗は、前記第１電気抵抗及び第２電気抵抗の少なくともいずれかよりも低い、発振器。
（構成４）
前記第１素子は、第１磁性部をさらに含み、
前記第１磁性部から前記第１磁性層に向かう方向は、前記第１方向に沿い、
前記第１磁性部の第１磁性部磁化は、前記第１方向に沿い、
前記第２素子は、第２磁性部をさらに含み、
前記第２素子に、前記第４磁性膜から前記第３磁性膜に向かう第２素子方向に沿う第２磁界が印加され、
前記第２磁性部から前記第３磁性層に向かう方向は、前記第２素子方向に沿い、
前記第２磁性部の第２磁性部磁化は、前記第１方向に沿う、構成３記載の発振器。
（構成５）
第１磁性層と、第２磁性層と、第１非磁性層と、第１磁性部と、を含む第１素子を備え、
前記第１磁性層は、第１磁性膜と、第２磁性膜と、前記第１磁性膜と前記第２磁性膜との間に設けられた第１非磁性膜と、を含み、
前記第２磁性層と前記第１磁性膜との間に前記第２磁性膜が位置し、
前記第１非磁性層は、前記第２磁性膜と前記第２磁性層との間に設けられ、
前記第１磁性部から前記第１磁性層に向かう方向は、前記第２磁性膜から前記第１磁性膜に向かう第１方向に沿い、前記第１磁性部の第１磁性部磁化は、前記第１方向に沿い、
前記第１磁性膜の第１磁化の向きは、前記第２磁性膜の第２磁化の向きとは反対の成分を有し、
前記第１素子に前記第１方向に沿う第１電流が流れたときに、前記第１素子は、第１状態となり、前記第１状態において、前記第１素子の電気抵抗は、交互に繰り返す第１電気抵抗及び第２電気抵抗を有し、前記第２電気抵抗は前記第１電気抵抗よりも低い、発振器。
（構成６）
第１素子と、
第２素子と、
を備え、
前記第１素子は、第１磁性層と、第２磁性層と、第１非磁性層と、第１磁性部と、を含み、
前記第１磁性層は、第１磁性膜と、第２磁性膜と、前記第１磁性膜と前記第２磁性膜との間に設けられた第１非磁性膜と、を含み、
前記第２磁性層と前記第１磁性膜との間に前記第２磁性膜が位置し、
前記第１非磁性層は、前記第２磁性膜と前記第２磁性層との間に設けられ、
前記第１磁性部から前記第１磁性層に向かう方向は、前記第２磁性膜から前記第１磁性膜に向かう第１方向に沿い、前記第１磁性部の第１磁性部磁化は、前記第１方向に沿い、
前記第２素子は、第３磁性層と、第４磁性層と、第２非磁性層と、第２磁性部と、を含み、
前記第３磁性層は、第３磁性膜と、第４磁性膜と、前記第３磁性膜と前記第４磁性膜との間に設けられた第２非磁性膜と、を含み、
前記第４磁性層と前記第３磁性膜との間に前記第４磁性膜が位置し、
前記第２非磁性層は、前記第４磁性膜と前記第４磁性層との間に設けられ、
前記第２磁性部から前記第３磁性層に向かう方向は、前記第４磁性膜から前記第３磁性膜に向かう第２素子方向に沿い、前記第２磁性部の第２磁性部磁化は、前記第２素子方向に沿い、
前記第１磁性層は、前記第３磁性層と電気的に接続され、
前記第２磁性層は、前記第４磁性層と電気的に接続され、
前記第１磁性膜の第１磁化の向きは、前記第２磁性膜の第２磁化の向きとは反対の成分を有し、
前記第１素子に前記第１方向に沿う第１電流が流れたときに、前記第１素子は、第１状態となり、前記第１状態において、前記第１素子の電気抵抗は、交互に繰り返す第１電気抵抗及び第２電気抵抗を有し、前記第２電気抵抗は前記第１電気抵抗よりも低く、
前記第１素子に前記第１方向に沿う第２電流が流れたときに、前記第１素子は、第２状態となり、前記第２電流の絶対値は前記第１電流の絶対値よりも小さく、前記第２状態における前記第１素子の第３電気抵抗は、前記第１電気抵抗及び第２電気抵抗の少なくともいずれかよりも低い、発振器。
（構成７）
前記第２素子に前記第２素子方向に沿う第３電流が流れたときに、前記第２素子は、第３状態となり、前記第３状態において、前記第２素子の電気抵抗は、交互に繰り返す第４電気抵抗及び第５電気抵抗を有し、前記第５電気抵抗は前記第４電気抵抗よりも低く、
前記第２素子に前記第２素子方向に沿う第４電流が流れたときに、前記第２素子は、第４状態となり、前記第４電流の絶対値は前記第３電流の絶対値よりも小さく、
前記第４電気抵抗及び前記第５電気抵抗の時間的な変化は、前記第１電気抵抗及び前記第２電気抵抗の時間的な変化と同期した、構成６記載の発振器。
（構成８）
前記第４状態における前記第２素子の第６電気抵抗は、前記第４電気抵抗及び前記第５電気抵抗の少なくともいずれかよりも低い、構成６記載の発振器。
（構成９）
前記第２素子は、前記第２素子非磁性層をさらに含み、
前記第２磁性部と前記第３磁性層との間に前記第４磁性層が位置し、
前記第２素子非磁性層は、前記第２磁性部と前記第４磁性層との間に位置した、構成６〜８のいずれか１つに記載の発振器。
（構成１０）
前記第２素子は、前記第２素子非磁性層をさらに含み、
前記第２磁性部と前記第４磁性層との間に前記第３磁性層が位置し、
前記第２素子非磁性層は、前記第２磁性部と前記第３磁性層との間に位置した、構成６〜８のいずれか１つに記載の発振器。
（構成１１）
前記第２素子は、第２対向磁性部をさらに含み、
前記第２対向磁性部の第２対向磁性部磁化は、前記第２素子方向に沿い、
前記第２素子方向において前記第２磁性部と前記第２対向磁性部との間に、前記第３磁性層、前記第４磁性層及び前記第２非磁性層が位置した、構成６〜８のいずれか１つに記載の発振器。
（構成１２）
前記第２素子は、前記第２素子非磁性層及び第２素子対向非磁性層をさらに含み、
前記第２磁性部と前記第２対向磁性部との間に前記第３磁性層が位置し、
前記第２対向磁性部と前記第３磁性層との間に前記第４磁性層が位置し、
前記第２磁性部と前記第３磁性層との間に前記第２素子非磁性層が位置し、
前記第２対向磁性部と前記第４磁性層との間に前記第２素子対向非磁性層が位置した、構成１１記載の発振器。
（構成１３）
前記第３磁性膜の第３磁化の向きは、前記第４磁性膜の第４磁化の向きとは反対の成分を有した、構成６〜１２のいずれか１つに記載の発振器。
（構成１４）
前記第３磁化、及び、前記第４磁化は、前記第２素子方向と交差した、構成１３記載の発振器。
（構成１５）
前記第４磁性層の第４磁性層磁化は、前記第２素子方向と交差した、構成６〜１４のいずれか１つに記載の発振器。
（構成１６）
前記第４磁性層は、第７磁性膜、第８磁性膜及び第４非磁性膜を含み、
前記第８磁性膜と前記第４磁性膜との間に前記第７磁性膜が位置し、
前記第７磁性膜と前記第８磁性膜との間に前記第４非磁性膜が位置し、
前記第７磁性膜の第７磁化、及び、前記第８磁性膜の第８磁化は、前記第２素子方向と交差し、
前記第７磁化の向きは、前記第８磁化の向きとは反対の成分を有した、構成６〜１５のいずれか１つに記載の発振器。
（構成１７）
前記第４磁性層は、第１０磁性膜をさらに含み、
前記第１０磁性膜と第７磁性膜との間に前記第８磁性膜が位置し、
前記第１０磁性膜は、例えば、ＩｒＭｎ及びＰｔＭｎからなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成１６記載の発振器。
（構成１８）
前記第１磁化、及び、前記第２磁化は、前記第１方向と交差した、構成５〜１７のいずれか１つに記載の発振器。
（構成１９）
前記第２磁性層の第２磁性層磁化は、前記第１方向と交差した、構成５〜１８のいずれか１つに記載の発振器。
（構成２０）
前記第１素子は、前記第１素子非磁性層をさらに含み、
前記第１磁性部と前記第１磁性層との間に前記第２磁性層が位置し、
前記第１素子非磁性層は、前記第１磁性部と前記第２磁性層との間に位置した、構成５〜１９のいずれか１つに記載の発振器。
（構成２１）
前記第１素子は、前記第１素子非磁性層をさらに含み、
前記第１磁性部と前記第２磁性層との間に前記第１磁性層が位置し、
前記第１素子非磁性層は、前記第１磁性部と前記第１磁性層との間に位置した、構成５〜１９のいずれか１つに記載の発振器。
（構成２２）
前記第１素子に前記第１方向に沿う前記第１電流が流れたときに、前記第１磁化及び第２磁化の少なくともいずれかの時間的変化は、前記第１磁性部磁化の時間的変化と同期する、構成２０または２１に記載の発振器。
（構成２３）
前記第１素子は、第１対向磁性部をさらに含み、
前記第１対向磁性部の第１対向磁性部磁化は、前記第１方向に沿い、
前記第１方向において前記第１磁性部と前記第１対向磁性部との間に、前記第１磁性層、前記第２磁性層及び前記第１非磁性層が位置した、構成５〜１９のいずれか１つに記載の発振器。
（構成２４）
前記第１素子に前記第１方向に沿う前記第１電流が流れたときに、前記第１磁化及び第２磁化の少なくともいずれかの時間的変化は、前記第１磁性部磁化、及び、前記第１対向磁性部磁化の少なくともいずれかの時間的変化と同期する、構成２３記載の発振器。
（構成２５）
前記第１素子は、前記第１素子非磁性層及び第１素子対向非磁性層をさらに含み、
前記第１磁性部と前記第１対向磁性部との間に前記第１磁性層が位置し、
前記第１対向磁性部と前記第１磁性層との間に前記第２磁性層が位置し、
前記第１磁性部と前記第１磁性層との間に前記第１素子非磁性層が位置し、
前記第１対向磁性部と前記第２磁性層との間に前記第１素子対向非磁性層が位置した、構成２２または２３に記載の発振器。
（構成２６）
前記第２磁性層は、第５磁性膜、第６磁性膜及び第３非磁性膜を含み、
前記第６磁性膜と前記第２磁性膜との間に前記第５磁性膜が位置し、
前記第５磁性膜と前記第６磁性膜との間に前記第３非磁性膜が位置し、
前記第５磁性膜の第５磁化、及び、前記第６磁性膜の第６磁化は、前記第１方向と交差し、
前記第５磁化の向きは、前記第６磁化の向きとは反対の成分を有した、構成５〜２４のいずれか１つに記載の発振器。
（構成２７）
前記第１素子に前記第１方向に沿う前記第１電流が流れたときに、前記第１磁化及び第２磁化の少なくともいずれかは、前記第５磁化及び前記第６磁化の少なくともいずれかと同期する、構成５〜２６のいずれか１つに記載の発振器。
（構成２８）
前記第２磁性層は、第９磁性膜をさらに含み、
前記第９磁性膜と第５磁性膜との間に第６磁性膜１６が位置し、
前記第９磁性膜は、ＩｒＭｎ及びＰｔＭｎからなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成２６または２７に記載の発振器。
（構成２９）
前記第１磁化の前記向きの前記第１方向に沿う成分は、前記第２磁性膜から前記第１磁性膜に向かい、前記第２磁化の前記向きの前記第１方向に沿う成分は、前記第２磁性膜から前記第１磁性膜に向かう、または、
前記第１磁化の前記向きの前記第１方向に沿う成分は、前記第１磁性膜から前記第２磁性膜に向かい、前記第２磁化の前記向きの前記第１方向に沿う成分は、前記第１磁性膜から前記第２磁性膜に向かう、構成５〜２８のいずれか１つに記載の発振器。
（構成３０）
前記第１素子に前記第１方向に沿う前記第１電流が流れたときに、前記第１磁化及び第２磁化の少なくともいずれかは、前記第２磁性層磁化と同期する、構成５〜２９のいずれか１つに記載の発振器。
（構成３１）
前記第１非磁性層は、Ｍｇ及びＡｌからなる群から選択された少なくとも１つを含む酸化物、前記群から選択された少なくとも１つを含む窒化物、または、前記群から選択された少なくとも１つを含む酸窒化物を含む、構成５〜３０のいずれか１つに記載の発振器。
（構成３２）
構成６〜１６のいずれか１つに記載の発振器と、
前記第１素子及び前記第２素子に電流を供給可能な電流供給回路部と、
前記第１状態における前記第１電気抵抗及び前記第２電気抵抗の時間的な変化を検出可能な検出回路と、
を備えた演算装置。
実施形態によれば、安定した動作が可能な発振器及び演算装置が提供できる。
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
本願明細書において、電気的に接続される状態は、第１導体と第２導体とが互いに接する状態を含む。電気的に接続される状態は、第１導体と第２導体との間の電流経路に第３導体が設けられ、この電流経路に電流が流れる状態を含む。電気的に接続される状態は、第１導体と第２導体との間の電流経路にスイッチなどの制御素子が設けられ、制御素子の動作により、電流経路に電流が流れる状態を形成可能である状態を含む。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、発振器または演算装置に含まれる磁性層、磁性膜、磁性部、非磁性層、配線、電流供給回路及び検出回路などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した発振器及び演算装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての発振器及び演算装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０…第１磁性層、 １０ｆ…第１０磁性膜、 １０ｎ…第１非磁性層、 １０ｎｘ…非磁性層、 １０ｘ…磁性層、 １１〜１８…第１〜８磁性膜、 １１Ｌ…磁性膜、 １１ＬＭ…磁化、 １１Ｍ〜１８Ｍ…第１〜第８磁化、 １１ｎ〜１４ｎ…第１〜第４非磁性膜、 １９…第９磁性膜、 ２０…第２磁性層、 ２０Ｍ…第２磁性層磁化、 ２０ｎ…第２非磁性層、 ２０ｘ…磁性層、 ３０…第３磁性層、 ３０ｘ…磁性部、 ３１…第１磁性部、 ３１Ｍ…第１磁性部磁化、 ３１ｎ…第１素子非磁性層、 ３１ｏ…第１対向磁性部、 ３１ｏＭ…第１対向磁性部磁化、 ３１ｏｎ…第１素子対向非磁性層、 ３２…第２磁性部、 ３２Ｍ…第２磁性部磁化、 ３２ｎ…第２素子非磁性層、 ３２ｏ…第２対向磁性部、 ３２ｏＭ…第２対向磁性部磁化、 ３２ｏｎ…第２素子対向非磁性層、 ４０…第４磁性層、 ４０Ｍ…第４磁性層磁化、 ５１…第１導電層、 ５１ｏ…第１対向導電層、 ５２…第２導電層、 ５２ｏ…第２対向導電層、 ６０…電流供給回路、 ６１ａ…第１配線、 ６１ｂ…第２配線、 ６５…検出回路、 １１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１２、１１３…発振器、２１０…発振器、
３１０…演算装置、 ＣＦ１〜ＣＦ３…第１〜第３構成、 ＥＤ１〜ＥＤ３…第１〜第３素子、 ＥＤｉ…第ｉ素子、 ＥＤｘ…素子、 Ｈｚ１、Ｈｚ２…第１、第２磁場、 Ｈｚｘ…磁場、 Ｉ１、Ｉｘ１…電流、 Ｉｃ１、Ｉｃ２…第１、第２電流、 ＯＴ１…出力端子、 ＰＤ１…最大値、 ＰＳＤ…パワースペクトル密度、 Ｒ０…電気抵抗、 Ｒ１〜Ｒ３…第１〜第３電気抵抗、 ＳＴ１、ＳＴ２…第１、第２状態

Claims (10)

  1. 第１素子と、
    第２素子と、
    を備え、
    前記第１素子は、第１磁性層と、第２磁性層と、第１非磁性層と、を含み、
    前記第１磁性層は、第１磁性膜と、第２磁性膜と、前記第１磁性膜と前記第２磁性膜との間に設けられた第１非磁性膜と、を含み、
    前記第２磁性層と前記第１磁性膜との間に前記第２磁性膜が位置し、
    前記第１非磁性層は、前記第２磁性膜と前記第２磁性層との間に設けられ、
    前記第２素子は、第３磁性層と、第４磁性層と、第２非磁性層と、を含み、
    前記第３磁性層は、第３磁性膜と、第４磁性膜と、前記第３磁性膜と前記第４磁性膜との間に設けられた第２非磁性膜と、を含み、
    前記第４磁性層と前記第３磁性膜との間に前記第４磁性膜が位置し、
    前記第２非磁性層は、前記第４磁性膜と前記第４磁性層との間に設けられ、
    前記第１磁性層は、前記第３磁性層と電気的に接続され、
    前記第２磁性層は、前記第４磁性層と電気的に接続され、
    前記第１磁性膜の第１磁化の向きは、前記第２磁性膜の第２磁化の向きとは反対の成分を有し、
    前記第１素子に、前記第２磁性膜から前記第１磁性膜に向かう第１方向に沿う第１磁界が印加され、
    前記第１素子に前記第１方向に沿う第１電流が流れたときに、前記第１素子は、第１状態となり、前記第１状態において、前記第１素子の電気抵抗は、交互に繰り返す第１電気抵抗及び第２電気抵抗を有し、前記第２電気抵抗は前記第１電気抵抗よりも低く、
    前記第１素子に前記第１方向に沿う第２電流が流れたときに、前記第１素子は、第２状態となり、前記第２電流の絶対値は前記第１電流の絶対値よりも小さく、前記第２状態における前記第１素子の第３電気抵抗は、前記第１電気抵抗及び第２電気抵抗の少なくともいずれかよりも低い、発振器。
  2. 第１素子と、
    第２素子と、
    を備え、
    前記第１素子は、第１磁性層と、第２磁性層と、第１非磁性層と、第１磁性部と、を含み、
    前記第１磁性層は、第１磁性膜と、第２磁性膜と、前記第１磁性膜と前記第２磁性膜との間に設けられた第１非磁性膜と、を含み、
    前記第２磁性層と前記第１磁性膜との間に前記第２磁性膜が位置し、
    前記第１非磁性層は、前記第２磁性膜と前記第２磁性層との間に設けられ、
    前記第１磁性部から前記第１磁性層に向かう方向は、前記第２磁性膜から前記第１磁性膜に向かう第１方向に沿い、前記第１磁性部の第１磁性部磁化は、前記第１方向に沿い、
    前記第２素子は、第３磁性層と、第４磁性層と、第２非磁性層と、第２磁性部と、を含み、
    前記第３磁性層は、第３磁性膜と、第４磁性膜と、前記第３磁性膜と前記第４磁性膜との間に設けられた第２非磁性膜と、を含み、
    前記第４磁性層と前記第３磁性膜との間に前記第４磁性膜が位置し、
    前記第２非磁性層は、前記第４磁性膜と前記第４磁性層との間に設けられ、
    前記第２磁性部から前記第３磁性層に向かう方向は、前記第４磁性膜から前記第３磁性膜に向かう第２素子方向に沿い、前記第２磁性部の第２磁性部磁化は、前記第２素子方向に沿い、
    前記第１磁性層は、前記第３磁性層と電気的に接続され、
    前記第２磁性層は、前記第４磁性層と電気的に接続され、
    前記第１磁性膜の第１磁化の向きは、前記第２磁性膜の第２磁化の向きとは反対の成分を有し、
    前記第１素子に前記第１方向に沿う第１電流が流れたときに、前記第１素子は、第１状態となり、前記第１状態において、前記第１素子の電気抵抗は、交互に繰り返す第１電気抵抗及び第２電気抵抗を有し、前記第２電気抵抗は前記第１電気抵抗よりも低く、
    前記第１素子に前記第１方向に沿う第２電流が流れたときに、前記第１素子は、第２状態となり、前記第２電流の絶対値は前記第１電流の絶対値よりも小さく、前記第２状態における前記第１素子の第３電気抵抗は、前記第１電気抵抗及び第２電気抵抗の少なくともいずれかよりも低い、発振器。
  3. 前記第１磁化、及び、前記第２磁化は、前記第１方向と交差した、請求項１または２に記載の発振器。
  4. 前記第１素子は、前記第１素子非磁性層をさらに含み、
    前記第１磁性部と前記第１磁性層との間に前記第２磁性層が位置し、
    前記第１素子非磁性層は、前記第１磁性部と前記第２磁性層との間に位置した、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発振器。
  5. 前記第１素子は、前記第１素子非磁性層をさらに含み、
    前記第１磁性部と前記第２磁性層との間に前記第１磁性層が位置し、
    前記第１素子非磁性層は、前記第１磁性部と前記第１磁性層との間に位置した、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発振器。
  6. 前記第１素子に前記第１方向に沿う前記第１電流が流れたときに、前記第１磁化及び第２磁化の少なくともいずれかの時間的変化は、前記第１磁性部磁化の時間的変化と同期する、請求項４または５に記載の発振器。
  7. 前記第１素子は、第１対向磁性部をさらに含み、
    前記第１対向磁性部の第１対向磁性部磁化は、前記第１方向に沿い、
    前記第１方向において前記第１磁性部と前記第１対向磁性部との間に、前記第１磁性層、前記第２磁性層及び前記第１非磁性層が位置した、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発振器。
  8. 前記第２磁性層は、第５磁性膜、第６磁性膜及び第３非磁性膜を含み、
    前記第６磁性膜と前記第２磁性膜との間に前記第５磁性膜が位置し、
    前記第５磁性膜と前記第６磁性膜との間に前記第３非磁性膜が位置し、
    前記第５磁性膜の第５磁化、及び、前記第６磁性膜の第６磁化は、前記第１方向と交差し、
    前記第５磁化の向きは、前記第６磁化の向きとは反対の成分を有した、請求項１〜７のいずれか１つに記載の発振器。
  9. 前記第１磁化の前記向きの前記第１方向に沿う成分は、前記第２磁性膜から前記第１磁性膜に向かい、前記第２磁化の前記向きの前記第１方向に沿う成分は、前記第２磁性膜から前記第１磁性膜に向かう、または、
    前記第１磁化の前記向きの前記第１方向に沿う成分は、前記第１磁性膜から前記第２磁性膜に向かい、前記第２磁化の前記向きの前記第１方向に沿う成分は、前記第１磁性膜から前記第２磁性膜に向かう、請求項１〜８のいずれか１つに記載の発振器。
  10. 請求項１〜９のいずれか１つに記載の発振器と、
    前記第１素子及び前記第２素子に電流を供給可能な電流供給回路部と、
    前記第１状態における前記第１電気抵抗及び前記第２電気抵抗の時間的な変化を検出可能な検出回路と、
    を備えた演算装置。
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