JP2020194927A - 高速磁化反転方法、高速磁化反転デバイス、及び磁気メモリ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
補助スピン流注入工程が、同一の非磁性金属層から補助スピン流を注入することが好ましい。
補助スピン流注入工程が、別の非磁性金属層から補助スピン流を注入することが好ましい。
図1(a)は実施形態1に係る高速磁化反転デバイス1の斜視図であり、(b)はその平面図であり、(c)はその正面図である。
図10(a)は高速磁化反転デバイス1の実験装置の斜視図であり、(b)は高速磁化反転デバイス1の斜視図であり、(c)は高速磁化反転デバイス1の回路図である。前述した構成要素には同様の参照符号を付し、その詳細な説明は繰り返さない。
本発明の態様1に係る高速磁化反転方法は、ひとつまたはふたつの非磁性金属層と、強磁性金属層とを積層した金属層構造における前記強磁性金属層の磁化をスピン軌道トルクにより反転させる高速磁化反転方法であって、前記強磁性金属層には特定の方向が磁化容易軸になるように予め一軸磁気異方性を付与されており、前記強磁性金属層の前記磁化容易軸上での磁化反転を誘起するために前記非磁性金属層から前記強磁性金属層に反転スピン流を注入するスピン注入磁化反転工程と、これと同一または別の前記非磁性金属層から前記強磁性金属層に補助スピン流を短時間の間注入する補助スピン流注入工程とを有し、スピン流が持つ磁化の向きが互いに異なる前記反転スピン流と前記補助スピン流との2種類のスピン流を前記強磁性金属層へ時間差で注入する。
2 強磁性金属薄膜(強磁性金属層)
3 反転リード線(非磁性金属層、主リード層)
4 補助リード線(非磁性金属層、別の非磁性金属層、補助リード層)
5 絶縁層
6 固定層
7a 読出しリード線
7b 読出しリード線
9 TMR素子(トンネル磁気抵抗効果素子)
10 磁気メモリ装置
29 制御回路
Claims (18)
- ひとつまたはふたつの非磁性金属層と、強磁性金属層とを積層した金属層構造における前記強磁性金属層の磁化をスピン軌道トルクにより反転させる高速磁化反転方法であって、
前記強磁性金属層には特定の方向が磁化容易軸になるように予め一軸磁気異方性を付与されており、
前記強磁性金属層の前記磁化容易軸上での磁化反転を誘起するために前記非磁性金属層から前記強磁性金属層に反転スピン流を注入するスピン注入磁化反転工程と、
これと同一または別の前記非磁性金属層から前記強磁性金属層に補助スピン流を短時間の間注入する補助スピン流注入工程とを有し、
スピン流が持つ磁化の向きが互いに異なる前記反転スピン流と前記補助スピン流との2種類のスピン流を前記強磁性金属層へ時間差で注入することを特徴とする高速磁化反転方法。 - 前記ひとつまたはふたつの非磁性金属層が、ひとつの非磁性金属層であり、
前記補助スピン流注入工程が、前記同一の非磁性金属層から前記補助スピン流を注入することを特徴とする請求項1に記載の高速磁化反転方法。 - 前記ひとつまたはふたつの非磁性金属層が、ふたつの非磁性金属層であり、
前記補助スピン流注入工程が、前記別の非磁性金属層から前記補助スピン流を注入することを特徴とする請求項1に記載の高速磁化反転方法。 - 前記スピン注入磁化反転工程に加えて前記補助スピン流注入工程を実行する先後の適当なタイミングとして、前記スピン注入磁化反転工程の前記反転スピン流は磁化反転中の全体の時間を通じて前記強磁性金属層へ注入し、前記補助スピン流は前記反転スピン流が前記強磁性金属層へ注入されている間に注入することを特徴とする請求項1に記載の高速磁化反転方法。
- 前記補助スピン流は、前記スピン注入磁化反転工程の開始直後、若しくは、同時に前記強磁性金属層へ注入し始めることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の高速磁化反転方法。
- 前記補助スピン流は、前記スピン注入磁化反転工程の開始直前に前記強磁性金属層へ注入し始めることを特徴とする請求項1に記載の高速磁化反転方法。
- 前記スピン注入磁化反転工程の前記非磁性金属層から前記強磁性金属層へ、前記強磁性金属層の磁化容易軸方向と平行な方向の磁化の向きを持つ前記反転スピン流が注入されることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載の高速磁化反転方法。
- 前記非磁性金属層が、前記磁化容易軸と直交する方向に延伸する主リード層を含む請求項7に記載の高速磁化反転方法。
- 前記主リード層が、前記非磁性金属層と同じ素材、金属、もしくは、その他の電気抵抗が小さい材料で構成される請求項8に記載の高速磁化反転方法。
- 前記補助スピン流注入工程の前記非磁性金属層と前記別の非磁性金属層との何れかから前記強磁性金属層へ、前記強磁性金属層の磁化容易軸方向に直交する方向の磁化の向きを持つ前記補助スピン流が注入されることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載の高速磁化反転方法。
- 前記非磁性金属層と前記別の非磁性金属層との何れかが、前記強磁性金属層の磁化容易軸方向に対して平行な方向に延伸する補助リード層を含む請求項10に記載の高速磁化反転方法。
- 前記補助スピン流注入工程の前記別の非磁性金属層から前記強磁性金属層へ、前記強磁性金属層の磁化容易軸方向と直交する方向の磁化の向きを持つ前記補助スピン流が注入されることを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記載の高速磁化反転方法。
- 前記別の非磁性金属層が、前記強磁性金属層の磁化容易軸方向に対して直交する方向であって、且つ、前記反転スピン流の注入方向に対しても直交する方向に延伸する補助リード層を含む請求項12に記載の高速磁化反転方法。
- 前記非磁性金属層および前記別の非磁性金属層は、前記強磁性金属層の主面若しくは側面に当接して前記強磁性金属層に接合されることを特徴とする請求項13に記載の高速磁化反転方法。
- ひとつまたはふたつの非磁性金属層と、
前記非磁性金属層と積層した強磁性金属層とを備え、
前記非磁性金属層と前記強磁性金属層との金属層構造における前記強磁性金属層の磁化をスピン軌道トルクにより反転させる高速磁化反転デバイスであって、
前記強磁性金属層は、特定の方向が磁化容易軸になるように一軸磁気異方性を有し、
前記強磁性金属層の前記磁化容易軸上での磁化反転を誘起するために前記非磁性金属層から前記強磁性金属層に反転スピン流を注入するスピン注入磁化反転工程と、
これと同一または別の前記非磁性金属層から前記強磁性金属層に補助スピン流を短時間の間注入する補助スピン流注入工程とを実行し、
スピン流が持つ磁化の向きが互いに異なる前記反転スピン流と前記補助スピン流との2種類のスピン流を前記強磁性金属層へ時間差で注入することを特徴とする高速磁化反転デバイス。 - 前記強磁性金属層が、NiFe系二元合金、CoFeB合金、又は、室温近傍で有限のスピン偏極率を有する強磁性体を含み、
前記非磁性金属層と前記別の非磁性金属層との少なくとも一方が、Pt、Ru、及び、その他のスピンホール角の絶対値が大きい金属の少なくとも一つを含む請求項15に記載の高速磁化反転デバイス。 - 前記強磁性金属層の上に積層された絶縁層と、
前記絶縁層の上に積層されて前記磁化容易軸の方向に磁化された固定層と、
前記強磁性金属層の磁化方向を読み出すために前記固定層に接合された読出しリード線と、
前記反転スピン流のための電流の前記非磁性金属層への供給と、前記補助スピン流のための電流の前記別の非磁性金属層への供給と、前記強磁性金属層の磁化方向の前記読出しリード線からの読出しとを制御する制御回路とをさらに備える請求項15に記載の高速磁化反転デバイス。 - マトリックス状に配置された複数個のトンネル磁気抵抗効果素子を備え、
前記トンネル磁気抵抗効果素子が、固定層と自由層と前記固定層及び前記自由層の間に形成された絶縁層とを含み、
前記自由層の磁化容易軸に対応する第1方向と反対の反転方向に磁化された反転スピン流を前記自由層に注入するために、前記第1方向に交差する交差方向に沿って延伸して各自由層と接合する複数本の反転リード線と、
前記交差方向に磁化された補助スピン流を前記自由層に注入するために、前記第1方向に沿って延伸して各自由層と接合する複数本の補助リード線と、
各自由層の磁化方向を読出すために、前記第1方向又は前記交差方向に沿って延伸して各固定層と接合する複数本の読出しリード線とを備えることを特徴とする磁気メモリ装置。
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