JP2019079959A - 磁壁移動型磁気記録装置及び磁気記録アレイ - Google Patents

Abstract

【課題】磁壁が斜めに形成されることを抑制できる磁壁移動型磁気記録装置及び磁気記録アレイを提供する。【解決手段】この磁壁移動型磁気記録装置は、強磁性体を含む第１強磁性層と、前記第１強磁性層の積層方向と交差する第１の方向に延在し、磁壁を含む磁気記録層と、前記第１強磁性層と前記磁気記録層との間に挟まれた非磁性層と、前記磁気記録層に沿って前記第１の方向に延在する磁界印加線路と、を備え、前記磁界印加線路は、前記磁気記録層に電流を流すことによって生じる磁界と反対向きの磁界を、少なくとも最近接する前記磁気記録層の端部に印加する。【選択図】図１

Description

本発明は、磁壁移動型磁気記録装置及び磁気記録アレイに関する。

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に注目が集まっている。磁気記録装置の一例としては、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｒａｎｄｏｍｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＣＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等がある。

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。

特許文献１には、磁気記録層内における磁壁を移動させることで、多値のデータを記録することができる磁壁移動型磁気記録装置が記載されている。

国際公開第２００９／１０１８２７号

磁壁移動型磁気記録装置は、パルス電流を磁気記録層に印加することで磁壁の位置を制御する。磁気記録層に流れるパルス電流は、アンペールの法則により自身も磁界の発生源となる。この磁界は、磁気記録層の磁化に影響を及ぼし、磁壁の形状を変化させる場合がある。磁壁の形状が変化すると、磁壁移動型磁気記録装置から読み出されるデータ（磁壁移動型磁気記録装置の抵抗値）を正確に検出できなくなる場合がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、磁壁が斜めに形成されることを抑制できる磁壁移動型磁気記録装置及び磁気記録アレイを提供することを目的とする。

（１）第１の態様にかかる磁壁移動型磁気記録装置は、強磁性体を含む第１強磁性層と、前記第１強磁性層の積層方向と交差する第１の方向に延在し、磁壁を含む磁気記録層と、前記第１強磁性層と前記磁気記録層との間に挟まれた非磁性層と、前記磁気記録層に沿って前記第１の方向に延在する磁界印加線路と、を備え、前記磁界印加線路は、前記磁気記録層に電流を流すことによって生じる磁界と反対向きの磁界を、少なくとも最近接する前記磁気記録層の端部に印加する。

（２）上記態様にかかる磁壁移動型磁気記録装置は、前記磁気記録層を流れる電流の向きと、前記磁界印加線路を流れる電流の向きとが一致する構成でもよい。

（３）上記態様にかかる磁壁移動型磁気記録装置は、前記磁気記録層と前記磁界印加線路に電流を流すタイミングを同期させる制御部を備えてもよい。

（４）上記態様にかかる磁壁移動型磁気記録装置は、前記磁界印加線路が複数あり、複数の前記磁界印加線路のうち少なくとも２本の磁界印加線路は、前記磁気記録層を挟む位置にあってもよい。

（５）上記態様にかかる磁壁移動型磁気記録装置は、前記磁気記録層の前記積層方向における重心位置と前記磁界印加線路の前記積層方向における重心位置とが一致していてもよい。

（６）上記態様にかかる磁壁移動型磁気記録装置は、前記磁気記録層の前記積層方向における重心位置に対して、前記磁界印加線路の前記積層方向における重心位置が異なっていてもよい。

（７）上記態様にかかる磁壁移動型磁気記録装置は、前記磁気記録層を前記第１の方向と直交する面で切断した断面で切断した断面形状が下底の長さが上底の長さより長い台形である場合に、前記磁気記録層の前記積層方向における重心位置に対して、前記磁界印加線路の前記積層方向における重心位置が上方に位置してもよい。

（８）上記態様にかかる磁壁移動型磁気記録装置は、前記磁気記録層に接続され、前記第１強磁性層を前記第１の方向に挟む位置に設けられた二つの電極をさらに有し、前記磁界印加線路が前記第１の方向に延在する長さは、前記二つの電極の間の距離より長くてもよい。

（９）上記態様にかかる磁壁移動型磁気記録装置は、前記第１の方向から見て、前記磁界印加線路の重心と前記磁気記録層の前記磁界印加線路側の第１端部との距離Ｌ１と、前記磁界印加線路の重心と前記第１端部と反対側の第２端部との距離Ｌ２とが、Ｌ２／Ｌ１≧１．１を満たしてもよい。

（１０）上記態様にかかる磁壁移動型磁気記録装置は、前記磁気記録層と前記非磁性層との間に、前記磁気記録層の磁化状態を反映する第２強磁性層を備えてもよい。

（１１）第２の態様にかかる磁気記録アレイは、上記態様にかかる磁壁移動型磁気記録装置を複数備える。

上記態様にかかる磁壁移動型磁気記録装置によれば、磁壁が斜めに形成されることを抑制できる。

第１実施形態に係る磁壁移動型磁気記録装置を模式的に示した斜視図である。 磁気記録層に流れる電流が生み出す磁界と、その磁界が磁気記録層に与える影響を示した図である。 磁気記録層及び磁界印加線路に流れる電流が生み出す磁界と、その磁界が磁気記録層に与える影響を示した図である。 第１強磁性層が磁気記録層の磁化に与える影響が大きい場合の磁気記録層と磁界印加線路の位置関係を示す図である。 磁気記録層の断面形状が台形の場合の磁気記録層と磁界印加線路の位置関係を示す図である。 磁気記録層の端部と磁界印加線路の重心の位置関係を説明するための模式図である。 第２実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録装置の斜視模式図である。 第１強磁性層及び磁気記録層の磁化容易軸がｙ方向である磁壁移動型磁気記録素子を模式的に示した斜視図である。 第３実施形態にかかる磁気記録アレイの平面図である。

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。

（磁壁移動型磁気記録装置）
「第１実施形態」
図１は、第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録装置１００を模式的に示した斜視図である。磁壁移動型磁気記録装置１００は、第１強磁性層１０と磁気記録層２０と非磁性層３０と磁界印加線路５０とを備える。図１に示す磁壁移動型磁気記録装置１００は、平面視で第１強磁性層１０を挟む位置に、第１電極４１と第２電極４２とを備える。

以下、磁気記録層２０が延在する第１の方向をｘ方向、磁気記録層２０が延在する面内でｘ方向と直交する第２の方向をｙ方向、ｘ方向及びｙ方向と直交する方向をｚ方向とする。図１に示す磁壁移動型磁気記録装置１００の積層方向は、ｚ方向と一致している。

＜第１強磁性層＞
第１強磁性層１０は、強磁性体を含む。第１強磁性層１０を構成する強磁性材料としては、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、これらの金属を１種以上含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とが含まれる合金等を用いることができる。具体的には、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ、Ｎｉ−Ｆｅが挙げられる。

また第１強磁性層１０を構成する材料は、ホイスラー合金でもよい。ホイスラー合金はハーフメタルであり、高いスピン分極率を有する。ホイスラー合金は、Ｘ_２ＹＺの化学組成をもつ金属間化合物であり、Ｘは周期表上でＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、あるいはＣｕ族の遷移金属元素または貴金属元素であり、ＹはＭｎ、Ｖ、ＣｒあるいはＴｉ族の遷移金属又はＸの元素種であり、ＺはＩＩＩ族からＶ族の典型元素である。ホイスラー合金として例えば、Ｃｏ_２ＦｅＳｉ、Ｃｏ_２ＦｅＧｅ、Ｃｏ_２ＦｅＧａ、Ｃｏ_２ＭｎＳｉ、Ｃｏ_２Ｍｎ_１−ａＦｅ_ａＡｌ_ｂＳｉ_１−ｂ、Ｃｏ_２ＦｅＧｅ_１−ｃＧａ_ｃ等が挙げられる。

第１強磁性層１０の膜厚は、第１強磁性層１０の磁化容易軸をｚ方向とする（垂直磁化膜にする）場合は、１．５ｎｍ以下とすることが好ましく、１．０ｎｍ以下とすることがより好ましい。第１強磁性層１０の膜厚を薄くすると、第１強磁性層１０と他の層（非磁性層３０）との界面で、第１強磁性層１０に垂直磁気異方性（界面垂直磁気異方性）を付加できる。すなわち、第１強磁性層１０の磁化の向きをｚ方向にできる。

＜磁気記録層＞
磁気記録層２０は、ｘ方向に延在している。磁気記録層２０は、内部に磁壁２１を有する。磁壁２１は、互いに反対方向の磁化を有する第１の磁区２２と第２の磁区２３との境界である。図１に示す磁壁移動型磁気記録装置１００は、第１の磁区２２が−ｚ方向に配向した磁化を有し、第２の磁区２３が＋ｚ方向に配向した磁化を有する。

磁壁移動型磁気記録装置１００は、磁気記録層２０の磁壁２１の位置によって、データを多値で記録する。磁気記録層２０に記録されたデータは、第１強磁性層１０及び磁気記録層２０の積層方向の抵抗値変化として読み出される。磁壁２１が移動すると、磁気記録層２０における第１の磁区２２と第２の磁区２３との比率が変化する。第１強磁性層１０の磁化は、第１の磁区２２の磁化と反対方向（反平行）であり、第２の磁区２３の磁化と同方向（平行）である。磁壁２１がｘ方向に移動し、ｚ方向から見て第１強磁性層１０と重畳する部分における第１の磁区２２の面積が広くなると、磁壁移動型磁気記録装置１００の抵抗値は高くなる。反対に、磁壁２１が−ｘ方向に移動し、ｚ方向から見て第１強磁性層１０と重畳する部分における第２の磁区２３の面積が広くなると、磁壁移動型磁気記録装置１００の抵抗値は低くなる。

磁壁２１は、磁気記録層２０の延在方向に電流を流す、又は、外部磁場を印加することによって移動する。例えば、第１電極４１から第２電極４２に電流パルスを印加すると、第１の磁区２２は第２の磁区２３の方向へ広がり、磁壁２１が第２の磁区２３の方向へ移動する。つまり、第１電極４１及び第２電極４２に流す電流の方向、強度を設定することで、磁壁２１の位置が制御され、磁壁移動型磁気記録装置１００にデータが書き込まれる。

磁気記録層２０は、磁性体により構成される。磁気記録層２０を構成する磁性体は、第１強磁性層１０と同様のものを用いることができる。また磁気記録層２０は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｍｎ、Ｇｅ、Ｇａからなる群から選択される少なくとも一つの元素を有することが好ましい。例えば、ＣｏとＮｉの積層膜、ＣｏとＰｔの積層膜、ＣｏとＰｄの積層膜、ＭｎＧａ系材料、ＧｄＣｏ系材料、ＴｂＣｏ系材料が挙げられる。ＭｎＧａ系材料、ＧｄＣｏ系材料、ＴｂＣｏ系材料等のフェリ磁性体は飽和磁化が小さく、磁壁を移動するために必要な閾値電流を下げることができる。またＣｏとＮｉの積層膜、ＣｏとＰｔの積層膜、ＣｏとＰｄの積層膜は、保磁力が大きく、磁壁の移動速度を抑えることができる。

磁気記録層２０に流れる電流は、アンペールの法則により磁界を生み出す。図２は、磁気記録層２０に流れる電流が生み出す磁界と、その磁界が磁気記録層２０に与える影響を示した図である。

図２に示すように、磁気記録層２０に流れる電流は、電流の流れ方向に対して右ネジの方向に磁界Ｈ１を生み出す。磁界Ｈ１の影響により、図２に示す磁気記録層２０の第１端部２０ａ近傍の磁化Ｍａは−ｚ方向に配向しやすくなり、第２端部２０ｂ近傍の磁化Ｍｂは＋ｚ方向に配向しやすくなる。

−ｚ方向に磁化が配向する第１の磁区２２は第１端部２０ａ側で安定化し易く、＋ｚ方向に磁化が配向する第２の磁区２３は第２端部２０ｂ側で安定化し易い。そのため、第１の磁区２２と第２の磁区２３の境界である磁壁２１が曲がる。磁壁２１が曲がると、磁壁２１のｙ方向に対する傾斜角等も磁壁移動型磁気記録装置１００の抵抗値に影響を及ぼす。つまり、磁壁２１の位置だけで磁壁移動型磁気記録装置１００の抵抗値を制御できなくなり、データを安定的に記録することが難しくなる。

＜磁界印加線路＞
磁界印加線路５０は、磁気記録層２０に沿ってｘ方向に延在する。図１に示す磁界印加線路５０は２本あり、磁気記録層２０をｙ方向に挟む位置に配設されている。磁界印加線路５０は、導電性を有する材料により構成されている。例えば、アルミニウム、銅、銀、金等を磁界印加線路５０に用いることができる。

図３は、磁気記録層２０及び磁界印加線路５０に流れる電流が生み出す磁界と、その磁界が磁気記録層２０に与える影響を示した図である。上述のように、磁気記録層２０に流れる電流は、電流の流れ方向に対して右ネジの方向に磁界Ｈ１を生み出す。同様に、第１磁界印加線路５１に流れる電流は磁界Ｈ２を生み出し、第２磁界印加線路５２に流れる電流は磁界Ｈ３を生み出す。

第１磁界印加線路５１は、最近接する磁気記録層２０の第１端部２０ａにおいて、磁気記録層２０が生み出す磁界Ｈ１と反対向きの磁界Ｈ２を印加する。第２磁界印加線路５２は、最近接する磁気記録層２０の第２端部２０ｂにおいて、磁気記録層２０が生み出す磁界Ｈ１と反対向きの磁界Ｈ３を印加する。磁界Ｈ１と磁界Ｈ２及び磁界Ｈ１と磁界Ｈ３がそれぞれ打ち消し合うと、これらの磁界Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３が第１端部２０ａ近傍の磁化及び第２端部２０ｂ近傍の磁化に与える影響を抑制できる。

磁気記録層２０が生み出す磁界Ｈ１が磁気記録層２０の磁化に及ぼす影響を抑制すると、磁壁２１がｙ方向に対して曲がることを抑制できる。また磁壁２１の位置を磁界Ｈ１の影響を考慮せずに、電流パルスの回数、強度等により容易に制御できる。

磁気記録層２０を流れる電流の向きと、磁界印加線路５０を流れる電流の向きとは、一致することが好ましい。これらの電流の向きが一致することで、磁界印加線路５０と最近接する磁気記録層２０の端部に、磁気記録層２０が生み出す磁界Ｈ１と反対向きの磁界Ｈ２、Ｈ３を容易に印加することができる。

また磁気記録層２０と磁界印加線路５０に電流を流すタイミングを同期させることが好ましい。これらのタイミングがずれると、磁界印加線路５０が生み出す磁界Ｈ２、Ｈ３が磁気記録層２０の生み出す磁界Ｈ１を適切に打ち消すことができなくなる。磁気記録層２０と磁界印加線路５０に電流を流すタイミングは、制御部により制御することが好ましい。

磁気記録層２０のｚ方向における重心位置と、磁界印加線路５０のｚ方向における重心位置とは、第１強磁性層１０が磁気記録層２０の磁化に与える影響の強さ、磁気記録層２０の断面形状等によって制御することが好ましい。

例えば、磁気記録層２０の断面形状がｚ方向に対称であり、第１強磁性層１０が磁気記録層２０の磁化に与える影響が充分小さい場合は、磁気記録層２０のｚ方向における重心位置と磁界印加線路５０のｚ方向における重心位置とは一致させることが好ましい。ここで、「第１強磁性層１０が磁気記録層２０の磁化に与える影響が充分小さい」とは、磁気記録層２０内の磁化同士の相互作用が、第１強磁性層が磁気記録層２０の磁化に与える影響より強く、ｚ方向からの平面視で第１強磁性層１０と重畳しない部分の磁化が第１強磁性層１０の影響により傾かないことを意味する。

磁気記録層２０と磁界印加線路５０のｚ方向における重心位置が一致すると、磁気記録層２０が生み出す磁界Ｈ１と磁界印加線路５０が生み出す磁界Ｈ２、Ｈ３を効率的に打ち消すことができる。

これに対し、第１強磁性層１０が磁気記録層２０の磁化に与える影響が大きい場合、又は、磁気記録層２０をｙｚ平面で切断した断面形状が下底の長さが上底の長さより長い台形形状の場合は、磁気記録層２０のｚ方向における重心位置に対して、磁界印加線路５０のｚ方向における重心位置が上方に位置することが好ましい。重心位置の制御は、磁界印加線路５０の厚みを磁気記録層２０の厚みより厚くすることで行ってもよいし、磁界印加線路５０の下方に下地層を積層して行ってもよい。

図４は、第１強磁性層１０が磁気記録層２０の磁化に与える影響が大きい場合の磁気記録層２０と磁界印加線路５０の位置関係を示す図である。また図５は、磁気記録層２０の断面形状が台形の場合の磁気記録層２０と磁界印加線路５０の位置関係を示す図である。

図４に示す磁気記録層２０の第１端部２０ａ及び第２端部２０ｂの近傍の磁化Ｍａ、Ｍｂは、第１強磁性層１０が磁気記録層２０の磁化に与える影響が大きく、第１強磁性層１０に向かって傾斜している。また図５に示す磁気記録層２０の第１端部２０ａ及び第２端部２０ｂの近傍の磁化Ｍａ、Ｍｂは、第１端部２０ａ及び第２端部２０ｂの界面の影響を受けて、第１端部２０ａ及び第２端部２０ｂに沿って傾斜している。

磁気記録層２０のｚ方向における重心位置に対して磁界印加線路５０のｚ方向における重心位置を上方に位置させると、第１端部２０ａ及び第２端部２０ｂに斜め方向の磁場成分を印加することができ、傾斜した磁化Ｍａ、Ｍｂがｚ方向に配向するように磁界Ｈ２、Ｈ３を作用させることができる。

また図１に示すように、磁界印加線路５０のｘ方向に延在する長さは、第１電極４１と第２電極４２の間の距離より長いことが好ましい。磁壁２１がｚ方向から見て第１強磁性層１０と重畳する位置内を移動すると、磁壁移動型磁気記録装置１００の抵抗値が変化する。一方で、磁壁２１は、第１電極４１の第１強磁性層１０側の端部から第２電極４２の第１強磁性層１０側の端部まで移動できる。ｚ方向からの平面視で、第１電極４１と第１強磁性層１０との間、及び、第２電極４２と第１強磁性層１０との間の領域は、磁壁２１は移動できるが抵抗値変化には影響を及ぼさない領域である。これらの領域内で磁壁２１が曲がったとしても直接的に磁壁移動型磁気記録装置１００の抵抗値に影響を及ぼさない。しかしながら、これらの領域で磁壁２１が曲がると、磁壁２１が曲がった状態のままで第１強磁性層１０と重畳する位置に磁壁２１が伝搬しやすくなる。磁界印加線路５０のｘ方向に延在する長さは、第１電極４１と第２電極４２の間の距離より長ければ、磁壁２１が移動できる範囲全体で磁界印加線路５０により磁壁２１が曲がることを抑制できる。

また図６に示すように、ｘ方向から見て、磁界印加線路５０の重心と磁気記録層２０の第１端部２０ａとの距離Ｌ１と、磁界印加線路５０の重心と第２端部２０ｂとの距離Ｌ２とが、Ｌ２／Ｌ１≧１．１の関係を満たすことが好ましく、Ｌ２／Ｌ１≧１．３の関係を満たすことがより好ましく、Ｌ２／Ｌ１≧１．５の関係を満たすことがさらに好ましい。図６は、磁気記録層２０の端部と磁界印加線路５０の重心の位置関係を説明するための模式図である。

磁界印加線路５０は、磁界印加線路５０を中心に同心円状に磁界を発生する。第１磁界印加線路５１から生じた磁界は、磁界Ｈ２として第１端部２０ａに印加されるだけでなく、磁界Ｈ２’として第２端部２０ｂにも印加される。磁界Ｈ２は磁気記録層２０が生み出す磁界Ｈ１を打ち消す方向に生じるが、磁界Ｈ２’は磁気記録層２０が生み出す磁界Ｈ１を強める方向に生じる。磁壁２１が曲がることを抑制するためには、磁界Ｈ１を打ち消す方向に印加される磁界Ｈ２を強め、磁界Ｈ１を強める方向に印加される磁界Ｈ２’を弱めることが好ましい。

第１磁界印加線路５１の重心と磁気記録層２０の第１端部２０ａとの距離Ｌ１と、第１磁界印加線路５１の重心と第２端部２０ｂとの距離Ｌ２と、の差が小さい場合、磁界Ｈ２と磁界Ｈ２’の強度比は小さくなる。反対に距離Ｌ１と距離Ｌ２との差が大きいと、磁界Ｈ２と磁界Ｈ２’の強度比は大きくなる。磁界Ｈ２と磁界Ｈ２’の強度比を充分生み出すためには、距離Ｌ１と距離Ｌ２とはＬ２／Ｌ１≧１．１の関係を満たすことが好ましい。Ｌ２／Ｌ１≧１．１を満たせば、第１端部２０ａに印加される磁場強度と第２端部２０ｂに印加される磁場強度と差を、第１端部２０ａに印加される磁場強度の１０％以上とすることができる。またこの関係を実現する為には、磁界印加線路５０のｙ方向の幅を、磁気記録層２０のｙ方向の幅と同等とすることが好ましい。具体的には、磁界印加線路５０のｙ方向の幅は、磁気記録層２０のｙ方向の幅の０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましい。

＜非磁性層＞
非磁性層３０には、公知の材料を用いることができる。
例えば、非磁性層３０が絶縁体からなる場合（トンネルバリア層である場合）、その材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、及び、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４等を用いることができる。また、これらの他にも、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇの一部が、Ｚｎ、Ｂｅ等に置換された材料等も用いることができる。これらの中でも、ＭｇＯやＭｇＡｌ_２Ｏ_４はコヒーレントトンネルが実現できる材料であるため、スピンを効率よく注入できる。非磁性層３０が金属からなる場合、その材料としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等を用いることができる。さらに、非磁性層３０が半導体からなる場合、その材料としては、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ_２、ＣｕＧａＳｅ_２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２等を用いることができる。

上述のように、第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録装置１００は、磁気記録層２０の磁化に、磁気記録層２０自体が生み出す磁界Ｈ１の影響を磁界印加線路５０により抑制できる。磁界Ｈ１の影響を低減すると、磁壁２１がｙ方向に対して斜め方向に曲がることが抑制される。つまり、磁壁２１の位置だけで磁壁移動型磁気記録装置１００の抵抗値を制御でき、データを安定的に記録することができる。

「第２実施形態」
図７は、第２実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録装置１０１の斜視模式図である。図７に示す磁壁移動型磁気記録装置１０１は、磁気記録層２０と非磁性層３０との間に、第２強磁性層６０を備える点が、第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録装置１００と異なる。第１実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録装置１００と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省く。

第２強磁性層６０は、磁性体を含む。第２強磁性層６０を構成する磁性体は、第１強磁性層１０と同様のものを用いることができる。

第２強磁性層６０は、磁気記録層２０と隣接している。第２強磁性層６０の磁化は、磁気記録層２０の磁化と磁気結合している。そのため、第２強磁性層６０は、磁気記録層２０の磁気状態を反映する。第２強磁性層６０と磁気記録層２０とが強磁性カップリングする場合は第２強磁性層６０の磁気状態は磁気記録層２０の磁気状態と同一になり、第２強磁性層６０と磁気記録層２０とが反強磁性カップリングする場合は第２強磁性層６０の磁気状態は磁気記録層２０の磁気状態と反対になる。

磁気記録層２０と非磁性層３０との間に第２強磁性層６０を挿入すると、第２強磁性層６０と磁気記録層２０とが、磁壁移動型磁気記録装置１０１内で示す機能を分けることができる。磁壁移動型磁気記録装置１０１のＭＲ比は、非磁性層３０を挟む２つの磁性体（第１強磁性層１０と第２強磁性層６０）の磁化状態の変化により生じる。そのため、第２強磁性層６０にＭＲ比の向上する機能を主として担わせ、磁気記録層２０に磁壁２１を移動させる機能を主として担わせることができる。

第２強磁性層６０と磁気記録層２０の機能を分けると、それぞれを構成する磁性体の自由度が高まる。第２強磁性層６０に第１強磁性層１０とのコヒーレントトンネル効果を得られる材料を選択することができ、磁気記録層２０に磁壁の移動速度が遅くなる材料を選択することができる。

上述のように、第２実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録装置１０１においても、磁気記録層２０自体が生み出す磁界の影響を磁界印加線路５０により抑制できる。また第２強磁性層６０を挿入することで、これらの層に用いる材料選択の自由度を高めることができる。また材料選択の自由度が高まることで、磁壁移動型磁気記録装置１０１のＭＲ比をより高めることができる。

以上、本実施形態にかかる磁壁移動型磁気記録装置について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。

例えば、上述の実施形態においては、第１強磁性層及び磁気記録層の磁化容易軸がｚ方向である垂直磁化膜の場合を例に説明したが、図８に示す磁壁移動型磁気記録装置１０２のように、第１強磁性層１０及び磁気記録層２０の磁化容易軸がｙ方向に配向した面内磁化膜でもよい。磁界印加線路５０がない場合は、磁気記録層２０内を流れる電流が生み出す磁界の影響を受け、第１の磁区２２がｚ方向下方にせり出し、第２の磁区がｚ方向上方にせり出す。その結果、磁壁２１がｙｚ平面に対して−ｘ方向に傾斜する。これに対し、磁界印加線路５０を磁気記録層２０の上下の位置に設けることで、磁壁２１が傾斜することを抑制できる。

また例えば、上述の実施形態においては、磁界印加線路５０を２本としたが、磁界印加線路５０は一つの磁気記録層２０に対して１本又は３本以上設けてもよい。

「第３実施形態」
図９は、第３実施形態にかかる磁気記録アレイ２００の平面図である。図９に示す磁気記録アレイ２００は、磁壁移動型磁気記録装置１００が３×３のマトリックス配置をしている。図９は、磁気記録アレイの一例であり、磁壁移動型磁気記録装置１００の種類、数及び配置は任意である。

磁壁移動型磁気記録装置１００には、それぞれ１本のワードラインＷＬ１〜３と、１本のソースラインＳＬ１〜３、１本のリードラインＲＬ１〜３が接続されている。

電流を印加するワードラインＷＬ１〜３及びソースラインＳＬ１〜３を選択することで、任意の磁壁移動型磁気記録装置１００の磁気記録層２０にパルス電流を流し、書き込み動作を行う。また電流を印加するリードラインＲＬ１〜３及びソースラインＳＬ１〜３を選択することで、任意の磁壁移動型磁気記録装置１００の積層方向に電流を流し、読み込み動作を行う。電流を印加するワードラインＷＬ１〜３、ソースラインＳＬ１〜３、及びリードラインＲＬ１〜３はトランジスタ等により選択できる。それぞれが多値で情報を記録できる複数の磁壁移動型磁気記録装置１００にデータを記録することで、磁気記録アレイの高容量化を実現できる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 第１強磁性層
２０ 磁気記録層
２０ａ 第１端部
２０ｂ 第２端部
２１ 磁壁
２２ 第１の磁区
２３ 第２の磁区
３０ 非磁性層
４１ 第１電極
４２ 第２電極
５０ 磁界印加線路
５１ 第１磁界印加線路
５２ 第２磁界印加線路
６０ 第２強磁性層
１００、１０１、１０２ 磁壁移動型磁気記録装置
２００ 磁気記録アレイ
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３ 磁界
Ｍａ、Ｍｂ 磁化

Claims (11)

1. 強磁性体を含む第１強磁性層と、
   前記第１強磁性層の積層方向と交差する第１の方向に延在し、磁壁を含む磁気記録層と、
   前記第１強磁性層と前記磁気記録層との間に挟まれた非磁性層と、
   前記磁気記録層に沿って前記第１の方向に延在する磁界印加線路と、を備え、
   前記磁界印加線路は、前記磁気記録層に電流を流すことによって生じる磁界と反対向きの磁界を、少なくとも最近接する前記磁気記録層の端部に印加する、磁壁移動型磁気記録装置。
2. 前記磁気記録層を流れる電流の向きと、前記磁界印加線路を流れる電流の向きとが一致する、請求項１に記載の磁壁移動型磁気記録装置。
3. 前記磁気記録層と前記磁界印加線路に電流を流すタイミングを同期させる制御部を備える、請求項１又は２に記載の磁壁移動型磁気記録装置。
4. 前記磁界印加線路が複数あり、
   複数の前記磁界印加線路のうち少なくとも２本の磁界印加線路は、前記磁気記録層を挟む位置にある、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁気記録装置。
5. 前記磁気記録層の前記積層方向における重心位置と前記磁界印加線路の前記積層方向における重心位置とが一致している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁気記録装置。
6. 前記磁気記録層の前記積層方向における重心位置に対して、前記磁界印加線路の前記積層方向における重心位置が異なる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁気記録装置。
7. 前記磁気記録層を前記第１の方向と直交する面で切断した断面で切断した断面形状が下底の長さが上底の長さより長い台形である場合に、
   前記磁気記録層の前記積層方向における重心位置に対して、前記磁界印加線路の前記積層方向における重心位置が上方に位置する、請求項６に記載の磁壁移動型磁気記録装置。
8. 前記磁気記録層に接続され、前記第１強磁性層を前記第１の方向に挟む位置に設けられた二つの電極をさらに有し、
   前記磁界印加線路が前記第１の方向に延在する長さは、前記二つの電極の間の距離より長い、請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁気記録装置。
9. 前記第１の方向から見て、前記磁界印加線路の重心と前記磁気記録層の前記磁界印加線路側の第１端部との距離Ｌ１と、前記磁界印加線路の重心と前記第１端部と反対側の第２端部との距離Ｌ２とが、Ｌ２／Ｌ１≧１．１を満たす、請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁気記録装置。
10. 前記磁気記録層と前記非磁性層との間に、前記磁気記録層の磁化状態を反映する第２強磁性層を備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁気記録装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁気記録装置を複数備える、磁気記録アレイ。