JP2019033121A - Domain wall movable magnetic recording device, magnetic recording array and control method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁壁移動型磁気記録装置、磁気記録アレイ及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a domain wall motion type magnetic recording apparatus, a magnetic recording array, and a control method thereof.
微細化に限界が見えてきたフラッシュメモリ等に代わる次世代の不揮発性メモリとして、抵抗変化型素子を利用してデータを記憶する抵抗変化型の磁気記録装置、例えば、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)、ReRAM(Resistance Randome Access Memory)、PCRAM(Phase Change Random Access Memory)などが注目されている。 As a next-generation non-volatile memory that replaces flash memories and the like that have seen limitations in miniaturization, a resistance change type magnetic recording device that stores data using a resistance change type element, for example, MRAM (Magnetic Resistive Random Access Memory) , ReRAM (Resistance Random Access Memory), PCRAM (Phase Change Random Access Memory), and the like.
メモリの高密度化(大容量化)の方法としては、メモリを構成する素子自体を小さくする方法のほかに、メモリを構成する素子一つあたりの記録ビットを多値化する方法がある。 As a method of increasing the density (capacity) of the memory, there is a method of multi-value recording bits per element constituting the memory, in addition to a method of reducing the element itself constituting the memory.
MRAMの1つに、磁壁駆動型磁気記録装置または磁壁移動型磁気記録装置と呼ばれる種類のものがある。磁壁移動型磁気記録装置は、電流を磁気記録層(または磁壁移動層)の面内方向に流し、スピン偏極電子によるスピントランスファー効果によって磁壁を移動させ、強磁性膜の磁化を書込み電流の方向に応じた向きに反転させることでデータ書き込みを行う。 One type of MRAM is called a domain wall drive type magnetic recording device or a domain wall motion type magnetic recording device. The domain wall motion type magnetic recording device causes a current to flow in the in-plane direction of the magnetic recording layer (or domain wall motion layer), moves the domain wall by the spin transfer effect by spin-polarized electrons, and changes the magnetization of the ferromagnetic film to the direction of the write current. Data is written by reversing the direction according to the above.
図10及び図11に、従来の多値磁壁移動型磁気記録装置100の斜視模式図及び平面模式図を示す。多値磁壁移動型磁気記録装置100は、磁気記録層102と、非磁性層104を介して磁気記録層102に接続されたピン層105と、磁気記録層102の両端に接続され、互いに反対方向の磁化を有する第1の磁気固定層161と、第2の磁気固定層162と、を含む。ピン層105の磁化の方向は、第1の磁気固定層161または第2の磁気固定層162のいずれかの磁化の方向と同方向に固定されている。磁気記録層102は、第1の磁気固定層161の磁化と同方向の磁化を有する第1の磁区111と、第2の磁気固定層162の磁化と同方向の磁化を有する第2の磁区112を含み、第1の磁区111と第2の磁区112との境界には、磁壁103が形成されている。磁壁103は、ピン層105の直下の所定の位置に配置されている。
10 and 11 are a schematic perspective view and a schematic plan view of a conventional multi-value domain wall motion type
このように構成された多値磁壁移動型磁気記録装置100に、第2の磁気固定層162から第1の磁気固定層161の方向に電流パルスを印加すると、第1の磁気固定層161のスピンが磁気記録層102に流入する。そのため、第1の磁区111は第2の磁気固定層162の方向へ広がり、磁壁103が第2の磁気固定層162の方向へ移動する。従って、第1の磁区111がピン層105と重なる面積が大きくなり、第2の磁区112がピン層105と重なる面積が小さくなる。
When a current pulse is applied in the direction from the second magnetic pinned
ピン層105の磁化と、その直下の磁気記録層102の磁化とが同方向(平行)であると、ピン層105と磁気記録層102との間の電気伝導度が大きくなり、反対方向(反平行)であると、電気伝導度が小さくなる。磁壁103がピン層105の直下の所定の位置に停止すると、ピン層105と磁気記録層102との間の電気伝導度は、磁化が平行である部分の面積に比例して大きくなる。図12に、このように構成された多値磁壁移動型磁気記録装置100において、ピン層105の磁化と磁気記録層102の磁化とが平行な部分の面積と、ピン層105と磁気記録層102との間の電気伝導度の関係を表すグラフを示す。
If the magnetization of the
このように、ピン層と磁気記録層との間の電気伝導度は、磁壁の位置によって線形的に変化するため、磁壁を所定の位置に正確に停止させることにより、1つの磁壁移動型磁気記録装置を、0/1以外の複数の値を取り得るアナログ的な多値動作を行う多値記録型の磁壁移動型磁気記録装置として構成することができる。 As described above, since the electrical conductivity between the pinned layer and the magnetic recording layer linearly changes depending on the position of the domain wall, one domain wall motion type magnetic recording can be performed by accurately stopping the domain wall at a predetermined position. The apparatus can be configured as a multi-value recording type domain wall motion magnetic recording apparatus that performs an analog multi-value operation that can take a plurality of values other than 0/1.
このような多値記録型の磁壁移動型磁気記録装置では、精密な多値記録を行うために、パルス電流を印加することにより、磁壁の移動距離の精度を上げる必要がある。さらに、多値記録の階調を増加させるためには、磁壁移動速度を抑制し、磁壁の停止位置の誤差を小さくすることが必要である。また、任意記録を行うためには複数回パルス電流を印加する必要があり、動作遅延の要因となっている。 In such a multi-value recording type domain wall motion type magnetic recording apparatus, in order to perform precise multi-value recording, it is necessary to increase the accuracy of the domain wall travel distance by applying a pulse current. Furthermore, in order to increase the gradation of multilevel recording, it is necessary to suppress the domain wall moving speed and reduce the error of the domain wall stop position. Further, in order to perform arbitrary recording, it is necessary to apply a pulse current a plurality of times, which causes an operation delay.
本発明は、磁壁の移動距離を精密に制御し、多値記録の階調精度を向上させることを目的とする。さらに、磁壁の移動速度を抑制し、多値記録の階調を増加させること、または磁壁の移動速度を向上させ、多値記録の動作速度を向上させることを目的とする。 An object of the present invention is to precisely control the moving distance of a domain wall and improve the gradation accuracy of multilevel recording. It is another object of the present invention to suppress the moving speed of the domain wall and increase the gradation of multi-value recording, or improve the moving speed of the domain wall and improve the operating speed of multi-value recording.
本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、強磁性体からなり、磁壁を含む磁気記録層と、非磁性層を介して磁気記録層に接続された強磁性層と、磁気記録層に接続し、平面視して強磁性層を挟んで離間されるように配置された、磁気記録層に磁壁を移動させるための電圧を印加する少なくとも2つの電極と、磁気記録層に磁界を印加する磁界印加機構と、印加された電圧による電流パルスに応じて磁界印加機構を作動させ、磁気記録層に印加される磁界を変化させる磁界制御機構と、を備える。 A domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention is made of a ferromagnetic material, and includes a magnetic recording layer including a domain wall, a ferromagnetic layer connected to the magnetic recording layer via a nonmagnetic layer, and a magnetic recording layer. And at least two electrodes for applying a voltage for moving the domain wall to the magnetic recording layer, and a magnetic field application for applying a magnetic field to the magnetic recording layer. And a magnetic field control mechanism that operates the magnetic field application mechanism in response to a current pulse generated by the applied voltage to change the magnetic field applied to the magnetic recording layer.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、磁気記録層に印加される磁界を変化させることにより、磁壁の移動距離を精密に制御することができるため、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus configured as described above can precisely control the moving distance of the domain wall by changing the magnetic field applied to the magnetic recording layer. The gradation of multi-value recording can be increased.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、磁界制御機構が磁界印加機構を作動させ、磁界を磁気記録層に印加して磁壁の移動速度を制御する。 In the domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the magnetic field control mechanism operates the magnetic field application mechanism to apply a magnetic field to the magnetic recording layer to control the moving speed of the domain wall.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、磁壁の移動速度を制御して抑制するため、磁壁を停止させる位置を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。また、このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、磁壁の移動速度を制御して向上させるため、多値記録の動作速度を向上させることができる。 Since the domain wall motion type magnetic recording apparatus configured in this way controls and suppresses the domain wall moving speed, the position where the domain wall is stopped can be precisely controlled, and the gradation accuracy of multilevel recording is improved. The gradation of multi-value recording can be increased. Further, the domain wall motion type magnetic recording apparatus configured as described above can improve the operation speed of multilevel recording because the domain wall motion speed is controlled and improved.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、磁界制御機構が、電流パルスが所定の振幅であるとき、または電流パルスの立下り時に、磁気記録層に印加する磁界を第1の大きさから、第1の大きさよりも大きい第2の大きさに変化させるように、磁界印加機構を作動させる。 In the domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the magnetic field control mechanism has a first magnitude of the magnetic field applied to the magnetic recording layer when the current pulse has a predetermined amplitude or when the current pulse falls. Then, the magnetic field application mechanism is operated so as to change to a second size larger than the first size.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、電流パルスを停止し、磁壁の移動を停止させる際に磁壁の移動速度を抑制するため、磁壁を停止させる位置を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus configured in this way can precisely control the position where the domain wall is stopped to stop the current pulse and suppress the domain wall movement speed when stopping the domain wall movement. Therefore, the gradation accuracy of multi-value recording can be improved and the gradation of multi-value recording can be increased.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、第1の大きさが非ゼロである。 In the domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the first size is non-zero.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、電流パルスを印加し、磁壁移動を行う間、非ゼロである磁界を印加することにより磁壁移動の速度を抑制するため、磁壁の移動距離を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus configured in this way suppresses the domain wall motion speed by applying a non-zero magnetic field while applying a current pulse and performing domain wall motion. It is possible to precisely control, improve the gradation accuracy of multi-value recording, and increase the gradation of multi-value recording.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、第1の大きさがゼロである。 In the domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the first size is zero.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、磁壁停止の際にのみ磁界を印加するため、磁壁移動型磁気記録装置の消費電力を低減することができる。 Since the magnetic domain wall motion type magnetic recording apparatus configured as described above applies a magnetic field only when the domain wall is stopped, the power consumption of the magnetic domain wall motion type magnetic recording apparatus can be reduced.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、磁界制御機構が、電流パルスが所定の振幅であるとき、または電流パルスの立上り時に、磁気記録層に印加する磁界を第3の大きさから、第3の大きさよりも小さい第4の大きさに変化させるように、磁界印加機構を作動させる。 In the domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the magnetic field control mechanism applies the magnetic field applied to the magnetic recording layer from the third magnitude when the current pulse has a predetermined amplitude or when the current pulse rises. The magnetic field applying mechanism is operated so as to change the fourth size to be smaller than the third size.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、電流パルスを印加し、磁壁の移動を開始させる際に、個々のスピンのばらつきを抑制し、精度よく磁壁の移動を開始させることができるため、磁壁の移動距離を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus configured as described above can suppress the variation of individual spins and start the domain wall movement with high accuracy when applying the current pulse and starting the domain wall movement. In addition, the moving distance of the domain wall can be precisely controlled, the gradation accuracy of multilevel recording can be improved, and the gradation of multilevel recording can be increased.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、第4の大きさが非ゼロである。 In the domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the fourth size is non-zero.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、電流パルスを印加し、磁壁移動を行う間、非ゼロである磁界を印加することにより磁壁移動の速度を抑制するため、磁壁の移動距離を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus configured in this way suppresses the domain wall motion speed by applying a non-zero magnetic field while applying a current pulse and performing domain wall motion. It is possible to precisely control, improve the gradation accuracy of multi-value recording, and increase the gradation of multi-value recording.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、第4の大きさがゼロである。 In the domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the fourth size is zero.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、磁壁の移動開始の際にのみ磁界を印加するため、磁壁移動型磁気記録装置の消費電力を低減することができる。 Since the magnetic domain wall motion type magnetic recording apparatus configured as described above applies a magnetic field only when the domain wall motion starts, the power consumption of the magnetic domain wall motion type magnetic recording apparatus can be reduced.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、磁壁の強磁性層に対する位置に基づく値を保持する多値記録型記録装置である。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention is a multi-value recording type recording apparatus that holds a value based on the position of the domain wall with respect to the ferromagnetic layer.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、磁壁の停止位置に基づいて値を保持でき、多値記録を実現することができる。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus configured as described above can hold a value based on the stop position of the domain wall, and can realize multi-value recording.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、磁界を磁気記録層の面内方向に印加する。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention applies a magnetic field in the in-plane direction of the magnetic recording layer.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、磁界を磁気記録層に印加することにより磁壁移動の速度を抑制するため、磁壁の移動距離を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus configured in this way suppresses the domain wall motion speed by applying a magnetic field to the magnetic recording layer. The gradation accuracy can be improved and the gradation of multi-level recording can be increased.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、磁界を磁気記録層の面直方向に印加する。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention applies a magnetic field in the direction perpendicular to the magnetic recording layer.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、磁界を磁気記録層に印加することにより磁壁移動の速度を抑制するため、磁壁の移動距離を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus configured in this way suppresses the domain wall motion speed by applying a magnetic field to the magnetic recording layer. The gradation accuracy can be improved and the gradation of multi-level recording can be increased.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、磁界印加機構が、非磁性金属からなる線路である。 In the domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the magnetic field applying mechanism is a line made of a nonmagnetic metal.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、磁界を磁気記録層に印加することにより磁壁移動の速度を抑制するため、磁壁の移動距離を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus configured in this way suppresses the domain wall motion speed by applying a magnetic field to the magnetic recording layer. The gradation accuracy can be improved and the gradation of multi-level recording can be increased.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、磁界印加機構が、非磁性金属コイルと磁性体ヨークとを組み合わせた素子である。 In the domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the magnetic field application mechanism is an element in which a nonmagnetic metal coil and a magnetic yoke are combined.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、磁界を磁気記録層に印加することにより磁壁移動の速度を抑制するため、磁壁の移動距離を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus configured in this way suppresses the domain wall motion speed by applying a magnetic field to the magnetic recording layer. The gradation accuracy can be improved and the gradation of multi-level recording can be increased.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、磁界印加機構が、永久磁石と非磁性金属からなる線路とを組み合わせた素子である。 In the domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the magnetic field application mechanism is an element in which a permanent magnet and a line made of a nonmagnetic metal are combined.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、磁界を磁気記録層に印加することにより磁壁移動の速度を抑制するため、磁壁の移動距離を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus configured in this way suppresses the domain wall motion speed by applying a magnetic field to the magnetic recording layer. The gradation accuracy can be improved and the gradation of multi-level recording can be increased.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、磁界印加機構が、永久磁石と非磁性金属コイルと磁性体ヨークとを組み合わせた素子である。 In the domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the magnetic field application mechanism is an element in which a permanent magnet, a nonmagnetic metal coil, and a magnetic yoke are combined.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置は、磁界を磁気記録層に印加することにより磁壁移動の速度を抑制するため、磁壁の移動距離を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus configured in this way suppresses the domain wall motion speed by applying a magnetic field to the magnetic recording layer. The gradation accuracy can be improved and the gradation of multi-level recording can be increased.
また、本発明に係る磁気記録アレイは、前述の磁壁移動型磁気記録装置が2次元または3次元に複数配置される。 In the magnetic recording array according to the present invention, a plurality of the domain wall motion type magnetic recording devices described above are arranged two-dimensionally or three-dimensionally.
このように構成された磁気記録アレイは、多値磁壁移動型磁気記録装置を集積することにより、大容量の記録装置を実現することができる。 The magnetic recording array configured as described above can realize a large capacity recording device by integrating the multi-value domain wall motion type magnetic recording device.
また、本発明に係る磁気記録アレイは、磁壁移動型磁気記録装置のうちの一部または全部の磁壁移動型磁気記録装置の磁気記録層に電流パルスを印加し、電流パルスの印加に応じて、磁界制御機構が磁壁移動型磁気記録装置の磁界印加機構のそれぞれを個々に作動させ、磁気記録層に印加される磁界を変化させる。 Further, the magnetic recording array according to the present invention applies a current pulse to the magnetic recording layer of a part or all of the domain wall motion type magnetic recording device, and according to the application of the current pulse, The magnetic field control mechanism individually operates each of the magnetic field application mechanisms of the domain wall motion type magnetic recording apparatus to change the magnetic field applied to the magnetic recording layer.
このように構成された磁気記録アレイは、個々の磁壁移動型磁気記録装置の外部磁界強度を制御することにより、磁壁移動速度を個々に調整しつつ、1回の電流パルスで一括して複数の磁壁移動型磁気記録装置に任意の記録を行うことができる。 The magnetic recording array configured as described above controls the external magnetic field strength of each domain wall motion type magnetic recording apparatus to individually adjust the domain wall motion speed, and collectively controls a plurality of current domains with a single current pulse. Arbitrary recording can be performed on the domain wall motion type magnetic recording apparatus.
また、本発明に係る磁気記録アレイは、磁界印加機構が、磁壁移動型磁気記録装置の一部または全部に共有されている。 In the magnetic recording array according to the present invention, the magnetic field application mechanism is shared by a part or all of the domain wall motion type magnetic recording apparatus.
このように構成された磁気記録アレイは、外部磁界制御機構及び外部磁界印加機構の構成を単純化することができ、複数の磁壁移動型磁気記録装置の外部磁界強度を一括して制御することができる。 The magnetic recording array thus configured can simplify the configuration of the external magnetic field control mechanism and the external magnetic field application mechanism, and can collectively control the external magnetic field strength of a plurality of domain wall motion type magnetic recording devices. it can.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置の制御方法は、磁壁移動型磁気記録装置が、強磁性体からなり、磁壁を含む磁気記録層と、非磁性層を介して磁気記録層に接続された強磁性層と、磁気記録層に接続し、平面視して強磁性層を挟んで離間されるように配置された、磁気記録層に磁壁を移動させるための電圧を印加する少なくとも2つの電極と、磁気記録層に磁界を印加する磁界印加機構と、磁界印加機構を作動させ、磁気記録層に印加される磁界を変化させる磁界制御機構と、を備え、磁界制御機構が、印加された電圧による電流パルスに応じて磁気記録層に印加される磁界を変化させるステップを含む。 In addition, according to the control method of the domain wall motion type magnetic recording device according to the present invention, the domain wall motion type magnetic recording device is made of a ferromagnetic material and is connected to the magnetic recording layer through the magnetic recording layer including the domain wall and the nonmagnetic layer. And at least two magnetic layers that are connected to the magnetic recording layer and arranged to be separated from each other with the ferromagnetic layer interposed therebetween when viewed in plan. An electrode, a magnetic field application mechanism that applies a magnetic field to the magnetic recording layer, and a magnetic field control mechanism that operates the magnetic field application mechanism to change the magnetic field applied to the magnetic recording layer, and the magnetic field control mechanism is applied Changing a magnetic field applied to the magnetic recording layer in response to a current pulse due to the voltage.
このように構成された制御方法によれば、磁気記録層に印加される磁界を変化させることにより、磁壁の移動距離を精密に制御することができるため、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 According to the control method configured as described above, the moving distance of the domain wall can be precisely controlled by changing the magnetic field applied to the magnetic recording layer, so that the gradation accuracy of multilevel recording is improved. The gradation of multi-value recording can be increased.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置の制御方法は、磁界制御機構が磁界を変化させるステップが、磁界制御機構が磁界印加機構を作動させ、磁界を磁気記録層に印加して磁壁の移動速度を制御するステップを含む。 Further, in the method for controlling a domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the step of changing the magnetic field by the magnetic field control mechanism activates the magnetic field application mechanism by applying the magnetic field to the magnetic recording layer. Controlling the moving speed.
このように構成された制御方法によれば、磁壁の移動速度を制御して抑制するため、磁壁を停止させる位置を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。また、このように構成された制御方法によれば、磁壁の移動速度を制御して向上させるため、多値記録の動作速度を向上させることができる。 According to the control method configured as described above, since the moving speed of the domain wall is controlled and suppressed, the position where the domain wall is stopped can be precisely controlled, the gradation accuracy of multilevel recording is improved, The gradation of value recording can be increased. Further, according to the control method configured as described above, the moving speed of the domain wall is controlled and improved, so that the multi-value recording operation speed can be improved.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置の制御方法は、磁界制御機構が磁界を変化させるステップが、磁界制御機構が、電流パルスが所定の振幅である時、または電流パルスの立下り時に、磁気記録層に印加する磁界を第1の大きさから、第1の大きさよりも大きい第2の大きさに変化させるように、磁界印加機構を作動させるステップを含む。 The method for controlling a domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention includes the step of changing the magnetic field by the magnetic field control mechanism when the current pulse has a predetermined amplitude or when the current pulse falls. Activating the magnetic field applying mechanism so as to change the magnetic field applied to the magnetic recording layer from the first magnitude to the second magnitude greater than the first magnitude.
このように構成された制御方法によれば、電流パルスを停止し、磁壁の移動を停止させる際に磁壁の移動速度を抑制するため、磁壁を停止させる位置を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 According to the control method configured as described above, since the current pulse is stopped and the movement speed of the domain wall is suppressed when stopping the movement of the domain wall, the position where the domain wall is stopped can be precisely controlled. The gradation accuracy of value recording can be improved and the gradation of multi-value recording can be increased.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置の制御方法は、第1の大きさが非ゼロである。 In the method for controlling a domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the first magnitude is non-zero.
このように構成された制御方法によれば、電流パルスを印加し、磁壁移動を行う間、非ゼロである磁界を印加することにより磁壁移動の速度を抑制するため、磁壁の移動距離を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 According to the control method configured as described above, the magnetic domain wall moving distance is precisely controlled in order to suppress the domain wall moving speed by applying a non-zero magnetic field while applying the current pulse and moving the magnetic domain wall. It is possible to control, to improve the gradation accuracy of multi-value recording, and to increase the gradation of multi-value recording.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置の制御方法は、第1の大きさがゼロである。 In the method for controlling a domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the first magnitude is zero.
このように構成された制御方法によれば、磁壁停止の際にのみ磁界を印加するため、磁壁移動型磁気記録装置の消費電力を低減することができる。 According to the control method configured as described above, since the magnetic field is applied only when the domain wall is stopped, the power consumption of the domain wall motion type magnetic recording apparatus can be reduced.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置の制御方法は、磁界制御機構が磁界を変化させるステップが、磁界制御機構が、電流パルスが所定の振幅である時、または電流パルスの立上り時に、磁気記録層に印加する磁界を第3の値から、第3の大きさよりも小さい第4の大きさに変化させるように、磁界印加機構を作動させるステップを含む。 Further, in the method for controlling a domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the step of changing the magnetic field by the magnetic field control mechanism is performed when the current pulse has a predetermined amplitude or when the current pulse rises. Activating the magnetic field application mechanism to change the magnetic field applied to the magnetic recording layer from the third value to a fourth magnitude smaller than the third magnitude.
このように構成された制御方法によれば、電流パルスを印加し、磁壁の移動を開始させる際に、個々のスピンのばらつきを抑制し、精度よく磁壁の移動を開始させることができるため、磁壁の移動距離を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 According to the control method configured in this way, when applying a current pulse and starting the movement of the domain wall, it is possible to suppress variations in individual spins and start the domain wall movement with high accuracy. Can be precisely controlled, the gradation accuracy of multi-value recording can be improved, and the gradation of multi-value recording can be increased.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置の制御方法は、第4の大きさが非ゼロである。 In the control method for a domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the fourth magnitude is non-zero.
このように構成された制御方法によれば、電流パルスを印加し、磁壁移動を行う間、非ゼロである磁界を印加することにより磁壁移動の速度を抑制するため、磁壁の移動距離を精密に制御することができ、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 According to the control method configured as described above, the magnetic domain wall moving distance is precisely controlled in order to suppress the domain wall moving speed by applying a non-zero magnetic field while applying the current pulse and moving the magnetic domain wall. It is possible to control, to improve the gradation accuracy of multi-value recording, and to increase the gradation of multi-value recording.
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置の制御方法は、第4の大きさがゼロである。 In the method for controlling a domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention, the fourth size is zero.
このように構成された制御方法によれば、磁壁の移動開始の際にのみ磁界を印加するため、磁壁移動型磁気記録装置の消費電力を低減することができる。 According to the control method configured as described above, since the magnetic field is applied only when the domain wall starts to move, the power consumption of the domain wall motion type magnetic recording apparatus can be reduced.
本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置は、磁気記録層に印加される磁界を変化させることにより、磁壁の移動距離を精密に制御することができるため、多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。 The domain wall motion type magnetic recording apparatus according to the present invention can improve the gradation accuracy of multi-level recording because the travel distance of the domain wall can be precisely controlled by changing the magnetic field applied to the magnetic recording layer. The gradation of multi-value recording can be increased.
図1に、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置1の断面模式図を示す。磁壁移動型磁気記録装置1は、強磁性体からなり、磁壁3を含む磁気記録層2と、非磁性層4を介して磁気記録層2に接続された強磁性体からなるピン層5と、磁気記録層2に接続された少なくとも2つの電極61、62であって、平面視してピン層5を挟んで離間されるように配置された、磁気記録層2に磁壁3を移動させるための電圧を印加する少なくとも2つの電極61、62と、磁気記録層2に磁界10を印加する磁界印加機構7と、印加された電圧による電流パルスに応じて磁界印加機構7を作動させ、磁気記録層2に印加される磁界10を変化させる磁界制御機構9と、を備える。磁気記録層2は、互いに反対方向の磁化を有する第1の磁区11及び第2の磁区12を含み、第1の磁区11と第2の磁区12との間の境界が磁壁3を形成する。磁壁3はピン層5の直下の所定の位置に配置されている。ピン層5は、第1の磁区11または第2の磁区12のいずれかの磁化の方向と同方向に固定された磁化を含む。図1に示された実施形態では、ピン層5の磁化は第1の磁区11の磁化と同方向(平行)であり、第2の磁区11の磁化に対して反対方向(反平行)である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a domain wall motion type
ここで、本明細書における、“磁壁を移動させるための所定の振幅の電流パルス”とは、磁壁を移動させるために磁気記録層に印加される、立上り領域と立下り領域とを有し、それらの領域の間に所定の振幅を有するパルス状波形の電流をいう。図3〜図8は、本発明の技術思想をわかりやすく説明するために“磁壁を移動させるための所定の振幅の電流パルス”の典型的な波形として、立上り領域と立下り領域との間に定常値(「所定の振幅」に相当)を示す波形を挙げたものである。この典型的な波形において例えば、立上り領域や立下り領域の波形は図3〜図8に示したような波形に限らず、様々なバリエーションが可能であり、一例として、立上り領域の波形と立下り領域の波形が非対称のものなどを挙げることができる。また、この定常値の領域の波形についても、波形中にオーバーシュートなどがあっても構わないし、値が大きくなる又は小さくなる傾斜波形などでもよい。定常値ではない場合には、時間平均値を「所定の振幅」とする。 Here, in the present specification, the “current pulse having a predetermined amplitude for moving the domain wall” has a rising area and a falling area applied to the magnetic recording layer to move the domain wall, A pulse-shaped waveform current having a predetermined amplitude between these regions. 3 to 8 show typical waveforms of a “current pulse having a predetermined amplitude for moving the domain wall” between the rising region and the falling region in order to easily understand the technical idea of the present invention. This is a waveform showing a steady value (corresponding to “predetermined amplitude”). In this typical waveform, for example, the waveform of the rising region and the falling region is not limited to the waveform shown in FIGS. 3 to 8, and various variations are possible. As an example, the waveform of the rising region and the falling region are as follows. Examples include those in which the waveform of the region is asymmetric. Further, the waveform in the steady value region may have an overshoot or the like in the waveform, or may be an inclined waveform whose value increases or decreases. When it is not a steady value, the time average value is set to “predetermined amplitude”.
本明細書では、電流パルスにおいて、立上り領域と立下り領域との間の領域を所定の振幅領域という。ここで、「立上り領域」は、電流パルスの立上り開始時から電流が単調に増大して最大に達した時までの領域をいい、「立下り領域」は、電流パルスの立下り開始時から電流が単調に減少して電流が最小に達する時までの領域をいう。「所定の振幅領域」は、立上り領域と立下り領域との間の領域であるから、その最大に達した時から立下り開始時までの領域である。 In this specification, in the current pulse, a region between the rising region and the falling region is referred to as a predetermined amplitude region. Here, the “rising region” refers to the region from the start of the current pulse rising to the time when the current monotonously increases and reaches the maximum, and the “falling region” refers to the current pulse starting from the start of the current pulse falling. Is a region from when the current monotonously decreases until the current reaches a minimum. Since the “predetermined amplitude region” is a region between the rising region and the falling region, it is a region from the time when the maximum is reached until the time when the falling starts.
本明細書において、「電流パルスが所定の振幅であるとき」とは、“電流パルスが所定の振幅領域にあるとき”と同じ意味である。 In this specification, “when the current pulse has a predetermined amplitude” has the same meaning as “when the current pulse is in a predetermined amplitude region”.
このように構成された磁壁移動型磁気記録装置1に、電極61から62に電流パルスを印加すると、第1の磁区11は第2の磁区12の方向へ広がり、磁壁3が第2の磁区12の方向へ移動する。従って、第1の磁区11がピン層5と重なる面積が大きくなり、第2の磁区12がピン層5と重なる面積が小さくなる。
When a current pulse is applied to the
ピン層5の磁化と、その直下の磁気記録層2の磁化とが平行であると、ピン層5と磁気記録層2との間の電気伝導度が大きくなり、反平行であると、電気伝導度が小さくなる。磁壁3がピン層5の直下の所定の位置に停止すると、ピン層5と磁気記録層2との間の電気伝導度は、磁化が平行である部分の面積に比例して大きくなる。ピン層5と磁気記録層2との間の電気伝導度は、磁壁3の位置によって線形的に変化するため、磁壁3を所定の位置に正確に停止させることにより、1つの磁壁移動型磁気記録装置を、0/1だけでなく、0と1の間の複数の値を取り得るアナログ的な多値動作を行う多値記録型の磁壁移動型磁気記録装置として構成することができる。
If the magnetization of the pinned
また、本発明に係る磁壁移動型磁気記録装置1はさらに、磁界印加機構7及び磁界印加機構7を制御するための磁界制御機構9を含む。磁界印加機構7は、磁気記録層2に磁界10を印加する。磁界制御機構9は、磁気記録層2への電流パルスの印加に応じて、磁界印加機構7が磁気記録層2に印加する磁界10の大きさ及び印加タイミングを制御することにより、磁壁3の移動速度を制御することができる。
The domain wall motion type
非特許文献1によれば、電流駆動により磁壁が移動する際、磁壁内のスピンは、ブロッホ型とネール型の磁化方向の間を振動しながら移動する。ブロッホ型とネール型の磁化方向の磁気異方性エネルギーの差が大きいと、磁壁移動させるためのエネルギーが大きくなるので、移動に必要な電流密度が大きくなる。また、同じ電流密度で磁壁を移動させる場合、ブロッホ型とネール型の磁気異方性エネルギー差が大きいと、磁壁移動速度が遅くなる。この場合、非特許文献2によれば、外部から印加する磁界は、スピンの磁化方向に対して垂直であればどの方向でもよい。
According to
図1に示された磁気記録層2の第1の磁区11及び第2の磁区12は面直方向の磁化を有する。この場合、磁界10の方向は、磁気記録層2の面内方向とすることができる。磁界10が磁気記録層2の面内方向に印加されると、上述のように、磁気記録層2内のスピンのブロッホ型とネール型との間の磁気異方性エネルギーの差が大きくなり、歳差運動が阻害され、磁壁移動速度を抑制することができる。また、磁界10の方向は、磁気記録層2の面直方向とすることもできる。例えば、第1の磁区11を広げて磁壁3を第2の磁区12の方向へ移動させる場合、磁界10が磁気記録層2の面直方向に、第1の磁区11の磁化と反平行に印加されると、磁壁3の移動速度が抑制される。また、同様に第1の磁区11を広げて磁壁3を第2の磁区12の方向へ移動させる場合、磁界10が磁気記録2の面直方向に、第1の磁区11の磁化と平行に印加されると、磁界10と平行な方向への磁化が促進されるため、磁壁3の移動速度が向上する。
The first
また、磁気記録層2は、第1の磁区11及び第2の磁区12が面内方向の磁化を有するように構成することもできる。この場合、磁界10の方向は、磁気記録層2の面直方向とすることができる。磁界10が磁気記録層2の面直方向に印加されると、上述のように、磁気記録層2内のスピンのブロッホ型とネール型との間の磁気異方性エネルギーの差が大きくなり、歳差運動が阻害され、磁壁移動速度を抑制することができる。また、磁界10の方向は、磁気記録層2の面内方向とすることもできる。例えば、第1の磁区11を広げて磁壁3を第2の磁区12の方向へ移動させる場合、磁界が磁気記録層2の面内方向に、第1の磁区11の磁化と反平行に印加されると、磁壁3の移動速度が抑制される。また、同様に第1の磁区11を広げて磁壁3を第2の磁区12の方向へ移動させる場合、磁界が磁気記録層2の面内方向に、第1の磁区11の磁化と平行に印加されると、磁界10と平行な方向への磁化が促進されるため、磁壁3の移動速度が向上する。
The
磁界印加機構7としては、非磁性金属からなる線路を採用することができる。この場合、線路に電流を印加することにより、エルステッド磁界を発生させ、磁気記録層2に磁界を印加することができる。
As the magnetic
また、磁界印加機構7としては、非磁性金属コイルと、磁性体ヨークとを組み合わせた素子とすることができる。図2に示されるように、磁性体ヨーク72の両端が磁気記録層2を挟むように配置され、非磁性金属コイル71は磁性体ヨーク72の周囲に巻きつけられる。この場合、非磁性金属コイル71に電流を印加することにより発生した磁界を、磁性体ヨーク72により磁気記録層2に印加することができるため、隣り合う磁壁移動型磁気記録装置1への磁界の漏洩を防止し、所望の磁気記録層2にのみ磁界を印加することができる。
The magnetic
また、磁界印加機構7としては、永久磁石と非磁性金属からなる線路とを組み合わせた素子とすることができる。この場合、永久磁石による磁界と、線路に電流を印加することにより発生したエルステッド磁界の和が磁気記録層2に印加されることになる。そのため、磁界の大きさは、線路に印加する電流により決定される。
Further, the magnetic
また、磁界印加機構7としては、永久磁石と非磁性金属コイルと磁性体ヨークとを組み合わせた素子とすることができる。この場合、永久磁石による磁界と、コイルに電流を印加することにより発生し、ヨークにより導かれた磁界の和が磁気記録層2に印加されることになる。そのため、磁界の大きさは、コイルに印加する電流により決定される。
Further, the magnetic
図3に、磁気記録層2に印加する電流パルス20及び磁気記録層2に印加する磁界10の時間変化の第1の実施形態を示す。磁界制御機構9が磁界印加機構7を制御することによって、磁界10の磁気記録層2への印加が制御される。電流パルス20が印加される前は、磁気記録層2に印加される磁界10の大きさは第1の大きさに設定されている。電流パルス20が所定の振幅で印加され、所定の時間が経過した後に磁界10の大きさが第1の大きさよりも大きな第2の大きさに設定され、その後、電流パルス20の印加が終了する。
FIG. 3 shows a first embodiment of the time change of the
電流パルス20が印加されると、磁壁3が移動を開始する。このとき、磁界10の大きさは相対的に小さい第1の大きさであるため、磁界10による磁壁3の移動速度の抑制は小さい。次いで、磁界10が第1の大きさよりも大きな第2の大きさに設定されると、磁壁3の移動速度が抑制され、磁壁3は減速する。次いで、磁壁3を停止させる所望のタイミングで、電流パルス20の印加が終了する。このとき、磁壁3の移動速度が磁界10の印加により抑制されているため、電流パルス20の印加の終了により、磁壁3は所定の位置に正確に停止する。そのため、図2に示されたタイミングで電流パルス20及び磁界10を磁気記録層2に印加することにより、磁壁の移動距離を精密に制御することができ、磁壁移動型磁気記録装置1の多値記録の階調精度を向上させることが可能になる。
When the
図4に、磁気記録層2に印加する電流パルス20及び磁気記録層2に印加する磁界10の時間変化の第2の実施形態を示す。磁界制御機構9が磁界印加機構7を制御することによって、磁界10の磁気記録層2への印加が制御される。電流パルス20が印加される前は、磁気記録層2に印加される磁界10の大きさは第1の大きさに設定されている。電流パルス20が所定の振幅で印加され、所定の時間経過後に電流パルス20の印加が終了する。電流パルス20の立下り時に、磁界10の大きさが第1の大きさよりも大きい第2の大きさに設定される。
FIG. 4 shows a second embodiment of the time change of the
電流パルス20が所定の振幅で磁気記録層2に印加されると、磁壁3が移動を開始する。電流パルス20の印加を終了し、電流パルス20の立下り時に磁界10の大きさを第1の大きさよりも大きい第2の大きさに設定する。電流パルス20の印加終了により磁壁3が所定の位置に停止しようとする際に、磁界10によって磁壁3の移動速度が抑制されるため、磁壁3を所定の位置に正確に停止することが可能になり、磁壁の移動距離を精密に制御することができる。従って、磁壁移動型磁気記録装置1の多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。
When the
図3及び4に示された電流パルス20及び磁界10の時間変化の第1及び第2の実施形態において、磁界10の第1の大きさは、ゼロであっても、非ゼロであってもよい。磁界10の第1の大きさがゼロであれば、磁壁移動型磁気記録装置1の消費電力を低減することができる。さらに、磁壁3の移動速度が磁界10によって抑制されないため、磁壁移動型磁気記録装置1へのデータの書き込み速度が向上する。また、磁界10の第1の大きさが非ゼロである場合、磁界10の第1の大きさがゼロである場合に比べて磁壁3の移動速度が抑制される。そのため、磁壁3を所定の位置に正確に停止することが可能になり、磁壁の移動距離を精密に制御することができる。従って、磁壁移動型磁気記録装置1の多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。
In the first and second embodiments of the time variation of the
図5に、磁気記録層2に印加する電流パルス20及び磁気記録層2に印加する磁界10の時間変化の第3の実施形態を示す。磁界制御機構9が磁界印加機構7を制御することによって、磁界10の磁気記録層2への印加が制御される。電流パルス20が印加される前は、磁気記録層2に印加される磁界10の大きさは、第3の大きさに設定されている。電流パルスが所定の振幅で印加され、所定の時間が経過した後に磁界10の大きさが第3の大きさよりも小さな第4の大きさに設定される。その後、電流パルス20の印加が終了する。
FIG. 5 shows a third embodiment of the time change of the
電流パルス20の印加前は、磁気記録層2には相対的に大きな第3の大きさの磁界10が印加されているため、磁気記録層2内のスピンの歳差運動が抑制された状態となっている。次いで、電流パルス20を印加すると磁壁3は移動を開始しようとするが、磁界10によって磁気記録層2内のスピンの歳差運動が抑制された状態となっているため、磁壁3は移動することができないか、または移動したとしても移動速度が小さい状態となっている。次いで、磁界10の大きさが第3の大きさよりも小さな第4の大きさに設定されると、磁気記録層2内のスピンの歳差運動の抑制が低減され、磁壁3は移動を開始することができる。次いで、電流パルス20の印加が終了し、磁壁3は所定の位置に停止する。
Before application of the
磁界10を印加しない状態では磁気記録層2内のスピンの歳差運動にはばらつきがあるため、磁界10を印加しない状態で電流パルス20を印加するとスピンの方向の変化の開始にばらつきが生じ、磁壁3の移動開始のタイミングのばらつきにつながる。そのため、磁壁3の移動距離の精度が低くなる。一方、図5に示されたように、磁界10を印加した状態で電流パルス20を印加し、その後磁界10の大きさを小さくすると、スピンの方向は同時に変化を開始し、磁壁移動3の移動開始のタイミングの精度が向上する。そのため、磁壁3の移動距離を精密に制御することができる。従って、磁壁移動型磁気記録装置1の多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。
In the state where the
図6に、磁気記録層2に印加する電流パルス20及び磁気記録層2に印加する磁界10の時間変化の第4の実施形態を示す。磁界制御機構9が磁界印加機構7を制御することによって、磁界10の磁気記録層2への印加が制御される。電流パルス20が印加される前は、磁気記録層2に印加される磁界10の大きさは、第3の大きさに設定されている。電流パルスが所定の振幅で印加され、電流パルス20が立ち上がる際に磁界10の大きさが第3の大きさよりも小さな第4の大きさに設定され、その後、電流パルス20の印加が終了する。
FIG. 6 shows a fourth embodiment of the time change of the
電流パルス20の印加前は、磁気記録層2には相対的に大きな第3の大きさの磁界10が印加されているため、磁気記録層2内のスピンの歳差運動が抑制された状態となっている。次いで、電流パルス20を印加すると磁壁3は移動を開始しようとする。電流パルス20の立上り時に磁界10の大きさが第3の大きさよりも小さな第4の大きさに設定されると、磁気記録層2内のスピンの歳差運動の抑制が低減され、磁壁3は移動を開始することができる。次いで、電流パルス20の印加が終了し、磁壁3は所定の位置に停止する。
Before application of the
磁界10を印加しない状態では磁気記録層2内のスピンの歳差運動にはばらつきがあるため、磁界10を印加しない状態で電流パルス20を印加するとスピンの方向の変化の開始にばらつきが生じ、磁壁3の移動開始のタイミングのばらつきにつながる。そのため、磁壁3の移動距離の精度が低くなる。一方、図6に示されたように、磁界10を印加した状態で電流パルス20を印加し、電流パルス20の立上り時に磁界10の大きさを小さくすると、スピンの方向は同時に変化を開始し、磁壁移動3の移動開始のタイミングの精度が向上する。そのため、磁壁3の移動距離を精密に制御することができる。従って、磁壁移動型磁気記録装置1の多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。
In the state where the
図5及び6に示された電流パルス20及び磁界10の時間変化の第3及び第4の実施形態において、磁界10の第4の大きさはゼロであっても、非ゼロであってもよい。磁界10の第4の大きさがゼロであれば、磁壁移動型磁気記録装置1の消費電力を低減することができる。さらに、磁壁3の移動速度が磁界10によって抑制されないため、磁壁移動型磁気記録装置1へのデータの書き込み速度が向上する。また、磁界10の第4の大きさが非ゼロである場合、磁界10の第4の大きさがゼロである場合に比べて磁壁3の移動速度が抑制される。そのため、磁壁3を所定の位置に正確に停止することが可能になり、磁壁の移動距離を精密に制御することができる。従って、磁壁移動型磁気記録装置1の多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。
In the third and fourth embodiments of the time variation of the
図7に、磁気記録層2に印加する電流パルス20及び磁気記録層2に印加する磁界10の時間変化の第5の実施形態を示す。磁界制御機構9が磁界印加機構7を制御することによって、磁界10の磁気記録層2への印加が制御される。電流パルス20が印加される前は、磁気記録層2に印加される磁界10の大きさは、第5の大きさに設定されている。電流パルス20が所定の振幅で印加され、所定の時間が経過した後に磁界10の大きさが第5の大きさよりも小さな第6の大きさに設定される。次いで、電流パルス20が所定の振幅に維持されたまま所定の時間が経過した後に、磁界10の大きさが第6の大きさよりも大きな第7の大きさに設定される。その後、電流パルス20の印加が終了する。
FIG. 7 shows a fifth embodiment of the time change of the
電流パルス20の印加前は、磁気記録層2には相対的に大きな第5の大きさの磁界10が印加されているため、磁気記録層2内のスピンの歳差運動が抑制された状態となっている。次いで、電流パルス20を印加すると磁壁3は移動を開始しようとするが、磁界10によって磁気記録層2内のスピンの歳差運動が抑制された状態となっているため、磁壁3は移動することができないか、または移動したとしても移動速度が小さい状態となっている。次いで、磁界10の大きさが第5の大きさよりも小さな第6の大きさに設定されると、磁気記録層2内のスピンの歳差運動の抑制が低減され、磁壁3は移動を開始することができる。次いで、電流パルス20が所定の振幅に維持されたまま所定の時間が経過した後に、磁界10の大きさが第6の大きさよりも大きな第7の大きさに設定されると、磁壁3の移動速度が抑制され、磁壁3は減速する。次いで、磁壁3を停止させる所望のタイミングで、電流パルス20の印加が終了する。このとき、磁壁3の移動速度が磁界10の印加により抑制されているため、電流パルス20の印加の終了により、磁壁3は所定の位置に正確に停止する。そのため、図7に示されたタイミングで電流パルス20及び磁界10を磁気記録層2に印加することにより、磁壁の移動距離を精密に制御することができ、磁壁移動型磁気記録装置1の多値記録の階調精度を向上させることが可能になる。
Before the
図8に、磁気記録層2に印加する電流パルス20及び磁気記録層2に印加する磁界10の時間変化の第6の実施形態を示す。磁界制御機構9が磁界印加機構7を制御することによって、磁界10の磁気記録層2への印加が制御される。電流パルス20が印加される前は、磁気記録層2に印加される磁界10の大きさは、第5の大きさに設定されている。電流パルス20が所定の振幅で印加され、電流パルス20が立ち上がる際に磁界10の大きさが第5の大きさよりも小さい第6の大きさに設定される。所定の時間経過後に電流パルス20の印加が終了し、電流パルス20の立下り時に、磁界10の大きさが第6の大きさよりも大きい第7の大きさに設定される。
FIG. 8 shows a sixth embodiment of the time change of the
電流パルス20の印加前は、磁気記録層2には相対的に大きさな第5の大きさの磁界10が印加されているため、磁気記録層2内のスピンの歳差運動が抑制された状態となっている。次いで、電流パルス20を印加すると磁壁3は移動を開始しようとする。電流パルス20の立上り時に磁界10の大きさが第5の大きさよりも小さな第6の大きさに設定されると、磁気記録層2内のスピンの歳差運動の抑制が低減され、磁壁3は移動を開始することができる。次いで、電流パルス20の印加を終了し、電流パルス20の立下り時に磁界10の大きさを第6の大きさよりも大きい第7の大きさに設定する。電流パルス20の印加終了により磁壁3が所定の位置に停止しようとする際に、磁界10によって磁壁3の移動速度が抑制されるため、磁壁3を所定の位置に正確に停止することが可能になり、磁壁の移動距離を精密に制御することができる。従って、磁壁移動型磁気記録装置1の多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を向上させることができる。
Before the
図7及び8に示された電流パルス20及び磁界10の時間変化の第5及び第6の実施形態において、磁界10の第6の大きさは、ゼロであっても、非ゼロであってもよい。磁界10の第6の大きさがゼロであれば、磁壁移動型磁気記録装置1の消費電力を低減することができる。さらに、磁壁3の移動速度が磁界10によって抑制されないため、磁壁移動型磁気記録装置1へのデータの書き込み速度が向上する。また、磁界10の第6の大きさが非ゼロである場合、磁界10の第6の大きさがゼロである場合に比べて磁壁3の移動速度が抑制される。そのため、磁壁3を所定の位置に正確に停止することが可能になり、磁壁の移動距離を精密に制御することができる。従って、磁壁移動型磁気記録装置1の多値記録の階調精度を向上させ、多値記録の階調を増加させることができる。
In the fifth and sixth embodiments of the time variation of the
また、磁界10の第5の大きさ及び第7の大きさは、異なる大きさであっても、等しい大きさであってもよい。第5の大きさ及び第7の大きさが等しい場合、磁界制御機構9の構成を簡略化することができる。
Further, the fifth magnitude and the seventh magnitude of the
図9に、本発明に係る複数の磁壁移動型磁気記録装置1を配列した磁気記録アレイ50を示す。図9に示された磁気記録アレイ50は、複数の磁壁移動型磁気記録装置1を一列に配置したものを上下に重ねた2次元アレイの構成を有する。しかし、磁気記録アレイ50としては、複数の磁壁移動型磁気記録装置1を平面状に2次元的に配列した2次元アレイであってもよく、また複数の磁壁移動型磁気記録装置1を平面状に2次元的に配列した2次元アレイをさらに上下に重ねて配置した3次元アレイの構成であってもよい。
FIG. 9 shows a
このように構成された磁気記録アレイ50は、個々の磁壁移動型磁気記録装置1に対して書き込みの電流パルスを印加するとともに、個々の磁界印加機構7を用いて磁壁移動型磁気記録装置1のそれぞれについて磁気記録層2に印加される外部磁界を変化させることができる。
The
また、磁壁移動型磁気記録装置1のうちの一部または全部の磁壁移動型磁気記録装置の磁気記録層2に電流パルスを印加し、電流パルスの印加に応じて、磁界制御機構9が磁壁移動型磁気記録装置1の磁界印加機構7のそれぞれを個々に作動させ、磁気記録層2に印加される外部磁界を変化させることができる。従って、個々の磁壁移動型磁気記録装置1の外部磁界強度を制御することにより、磁壁移動速度を個々に制御しつつ、1回の電流パルスで一括して複数の磁壁移動型磁気記録装置に任意の記録を行うことができるため、記録動作の速度を向上させることができる。
Further, a current pulse is applied to the
また、磁気記録アレイ50は、複数の磁壁移動型磁気記録装置1が、1つの磁界印加機構7を共有するように構成することもできる。図9には、1列に配列された磁壁移動型磁気記録装置1が、1つの磁界印加機構7を共有する磁気記録アレイ50が示されているが、例えば、隣り合う2列に配列された磁壁移動型磁気記録装置1が1つの磁界印加機構7を共有してもよい。また、磁気記録アレイ50の全ての磁壁移動型磁気記録装置1が1つの磁界印加機構7を共有してもよい。このように構成された磁気記録アレイ50は、外部磁界制御機構9及び外部磁界印加機構7の構成を単純化することができ、複数の磁壁移動型磁気記録装置1の外部磁界強度を一括して制御することができる。
Further, the
また、図9に示されるように、磁気記録アレイ50が磁壁移動型磁気記録装置1を一列に配置したものを上下に重ねた2次元アレイの構成を有する場合、上下に重ねられた列の磁壁移動型磁気記録装置1は、1つの磁界印加機構7及び磁界制御機構9を共有することができる。従って、さらに磁気記録アレイ50の構成を簡略化することができる。
As shown in FIG. 9, when the
また、磁気記録アレイ50において、1つの磁界印加機構7及び磁界制御機構9を共有すると、一列に配置された磁壁移動型磁気記録装置1に一度に磁界を印加してデータを書き込んだ後、所定の遅延後、別の列に配置された磁壁移動型磁気記録装置1に一度に磁界を印加してデータを書き込むように構成することができる。このような書込み動作は、一列に配置された磁壁移動型磁気記録装置1に磁界を印加した後、シフトレジスタなどの遅延回路を用いて次の磁界印加までの遅延時間を発生させることにより実現することができる。
Further, when one magnetic
1 磁壁移動型磁気記録装置
2 磁気記録層
3 磁壁
4 非磁性層
5 ピン層
61、62 電極
7 磁界印加機構
71 非磁性金属コイル
72 磁性体ヨーク
9 磁界制御機構
10 磁界
11 第1の磁区
12 第2の磁区
20 電流パルス
50 磁気記録アレイ
100 従来の多値磁壁移動型磁気記録装置
102 磁気記録層
103 磁壁
104 非磁性層
105 ピン層
161 第1の磁気固定層
162 第2の磁気固定層
111 第1の磁区
112 第2の磁区
DESCRIPTION OF
Claims (26)
非磁性層を介して前記磁気記録層に接続された強磁性層と、
前記磁気記録層に接続し、平面視して前記強磁性層を挟んで離間されるように配置された、前記磁気記録層に前記磁壁を移動させるための電圧を印加する少なくとも2つの電極と、
前記磁気記録層に磁界を印加する磁界印加機構と、
印加された前記電圧による電流パルスに応じて前記磁界印加機構を作動させ、前記磁気記録層に印加される磁界を変化させる磁界制御機構と、を備えたことを特徴とする、磁壁移動型磁気記録装置。 A magnetic recording layer made of a ferromagnetic material and including a domain wall;
A ferromagnetic layer connected to the magnetic recording layer via a nonmagnetic layer;
At least two electrodes connected to the magnetic recording layer and arranged to be separated from each other with the ferromagnetic layer sandwiched in plan view, and applying a voltage for moving the domain wall to the magnetic recording layer;
A magnetic field application mechanism for applying a magnetic field to the magnetic recording layer;
A magnetic domain wall motion type magnetic recording comprising: a magnetic field control mechanism that operates the magnetic field application mechanism in response to a current pulse generated by the applied voltage and changes a magnetic field applied to the magnetic recording layer. apparatus.
前記磁壁移動型磁気記録装置が、
強磁性体からなり、磁壁を含む磁気記録層と、
非磁性層を介して前記磁気記録層に接続された強磁性層と、
前記磁気記録層に接続し、平面視して前記強磁性層を挟んで離間されるように配置された、前記磁気記録層に前記磁壁を移動させるための電圧を印加する少なくとも2つの電極と、
前記磁気記録層に磁界を印加する磁界印加機構と、
前記磁界印加機構を作動させ、前記磁気記録層に印加される磁界を変化させる磁界制御機構と、を備え、
前記磁界制御機構が、印加された前記電圧による電流パルスに応じて前記磁気記録層に印加される磁界を変化させるステップを含むことを特徴とする、制御方法。 A method for controlling a domain wall motion type magnetic recording apparatus, comprising:
The domain wall motion type magnetic recording apparatus comprises:
A magnetic recording layer made of a ferromagnetic material and including a domain wall;
A ferromagnetic layer connected to the magnetic recording layer via a nonmagnetic layer;
At least two electrodes connected to the magnetic recording layer and arranged to be separated from each other with the ferromagnetic layer sandwiched in plan view, and applying a voltage for moving the domain wall to the magnetic recording layer;
A magnetic field application mechanism for applying a magnetic field to the magnetic recording layer;
A magnetic field control mechanism that operates the magnetic field application mechanism and changes a magnetic field applied to the magnetic recording layer, and
The method according to claim 1, wherein the magnetic field control mechanism includes a step of changing a magnetic field applied to the magnetic recording layer in response to a current pulse generated by the applied voltage.
前記磁界制御機構が、前記電流パルスが前記所定の振幅である時、または前記電流パルスの立下り時に、前記磁気記録層に印加する磁界を第1の大きさから、前記第1の大きさよりも大きい第2の大きさに変化させるように、前記磁界印加機構を作動させるステップを含むことを特徴とする、請求項19に記載の制御方法。 The magnetic field control mechanism changing the magnetic field;
When the current pulse has the predetermined amplitude, or when the current pulse falls, the magnetic field control mechanism changes the magnetic field applied to the magnetic recording layer from the first magnitude to the first magnitude. The control method according to claim 19, further comprising a step of activating the magnetic field applying mechanism so as to be changed to a large second magnitude.
前記磁界制御機構が、前記電流パルスが前記所定の振幅である時、または前記電流パルスの立上り時に、前記磁気記録層に印加する磁界を第3の値から、前記第3の大きさよりも小さい第4の大きさに変化させるように、前記磁界印加機構を作動させるステップを含むことを特徴とする、請求項19または21に記載の制御方法。 The magnetic field control mechanism changing the magnetic field;
When the current pulse has the predetermined amplitude, or when the current pulse rises, the magnetic field control mechanism determines a magnetic field to be applied to the magnetic recording layer from a third value that is smaller than the third magnitude. The control method according to claim 19 or 21, further comprising a step of activating the magnetic field application mechanism so as to change the magnitude to four.
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---|---|---|---|
JP2017151702A JP2019033121A (en) | 2017-08-04 | 2017-08-04 | Domain wall movable magnetic recording device, magnetic recording array and control method therefor |
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---|---|---|---|---|
US11610617B2 (en) | 2020-09-07 | 2023-03-21 | Kioxia Corporation | Magnetic memory |
US11711925B2 (en) | 2020-03-06 | 2023-07-25 | Kioxia Corporation | Magnetic memory |
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- 2017-08-04 JP JP2017151702A patent/JP2019033121A/en active Pending
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