JP2021034480A - 磁気記録デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
図2(a)〜(c)は、マグノンUMR効果の原理を説明する図である。マグノンUMR効果は、図2(a)には、強磁性層212と非磁性層214の積層構造210が示される。マグノンUMR効果は、(i)非磁性層214と強磁性層212の界面216におけるマグノンの励起・吸収と、(ii)強磁性層212の内部218におけるマグノンによる伝導電子のスピン無秩序散乱の複合的な現象として把握される。図2(b)、(c)には、界面216と、強磁性層212の内部218の様子が拡大して示される。
1つ目は、強磁性層212内部でのスピン無秩序散乱を大きくするため、強磁性層材料としてs、p−dまたはs、p−f交換相互作用の強い高抵抗な強磁性材料を採用するという点である。
2つ目は、強磁性層212のマグノン励起効率を高めるため、非磁性層214にスピン流生成効率の高い材料を採用するという点である。
3つ目は、非磁性層214から強磁性層212へのスピン注入効率を高めるため、非磁性層214と強磁性層212との抵抗率を近づけるという点である。指針3より、強磁性層212は高抵抗材料であるから、非磁性層214も高抵抗でなければならない。ここで、非磁性層214の抵抗率は材料選択や成膜時の成膜条件、たとえば基板温度やスパッターの圧力などの制御により調整される。
(実施例1)
図3は、実施の形態に係る磁気記録デバイス300を示す図である。磁気記録デバイス300は、記憶セル302および外部回路304を備える。記憶セル302は、強磁性層312と非磁性層314の2層の積層構造310を備える。積層構造310は図2の積層構造210に対応する。
図4は、2ビットセルを有する磁気記録デバイス400を示す図である。磁気記録デバイス400は、二端子の記憶セル402および外部回路404を備える。記憶セル402は、2ビットに多値化されており、非磁性層414と強磁性層412、416からなる積層構造410を有する。外部回路404は、記憶セル402と電気的に接続され、記憶セル402にデータを書き込み、またデータを読み出し可能に構成される。
以下、上述の3つの設計指針1〜3のうち、設計指針1の妥当性について説明する。
212 強磁性層
214 非磁性層
216 界面
220 注入スピン
222 磁気モーメント
224 伝導電子
300 磁気記録デバイス
302 記憶セル
304 外部回路
310 積層構造
312 強磁性層
314 非磁性層
400 磁気記録デバイス
402 記憶セル
404 外部回路
410 積層構造
412 強磁性層
414 非磁性層
416 強磁性層
Claims (11)
- 非磁性層と、前記非磁性層に接合されたデータの記録を行う強磁性層とを含む積層構造の記憶セルを備え、
前記強磁性層は、前記非磁性層のスピンホール効果によって注入される純スピン流の量子化軸と平行な磁化容易軸を有し、
注入される純スピン流のスピン軌道トルクによる前記強磁性層の磁化反転をデータ書き込みに用い、
前記強磁性層中のマグノン励起・吸収とスピン無秩序散乱によるUMR(一方向性磁気抵抗)効果を読み出しに用いることを特徴とする磁気記録デバイス。 - 前記積層構造は、前記非磁性層に接合される複数の強磁性層を含み、前記が接合されており、前記記憶セルは多ビット化されていることを特徴とする請求項1に記載の磁気記録デバイス。
- 各強磁性層の書き込み電流およびマグノン励起・吸収とスピン無秩序散乱によるUMR効果の大きさが異なることを特徴とする請求項2に記載の磁気記録デバイス。
- 外部回路を通じて1つもしくは複数種類の構造を電気的に結合することにより構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気記録デバイス。
- 前記非磁性層は、強いスピン軌道相互作用を有するPt、Ta、W、Ir、3d、4d、5d、4f、5f元素のうち1つまたは複数からなる金属、または、前記金属と、N,P,O,Sの1つまたは複数、V属、VI属元素のいずれかとの化合物から構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気記録デバイス。
- 前記非磁性層は、Bi、Sb、Se、Teのうち1つまたは複数を構成元素に含むトポロジカル絶縁体を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の磁気記録デバイス。
- 前記強磁性層は、3d、4d、5d、4f、5f元素のうち1つまたは複数からなる金属、または前記金属とN,P,O,Sの1つまたは複数、V属、VI属元素のいずれかとの化合物から構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気記録デバイス。
- 前記強磁性層は、IV族、II−V族、I−VI族半導体に3d元素を1つまたは複数添加した強磁性半導体から構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気記録デバイス。
- 前記非磁性層と前記強磁性層の抵抗率の比は、0.2〜5であることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気記録デバイス。
- 前記非磁性層の抵抗率は、成膜温度、成膜圧力、成膜速度、基板バイアス電圧のうち、1つまたは複数を組み合わせることにより、前記強磁性層との比が0.2〜0.5となっていることを特徴とする請求項9に記載の磁気記録デバイス。
- 前記強磁性層は、形状磁気異方性、一軸結晶磁気異方性および、磁場中成膜、磁場中アニール、斜め蒸着による誘導磁気異方性のうち、1つまたは複数を組み合わせることにより、前記非磁性層のスピン軌道相互作用により注入されるスピン流の量子化軸と平行な磁化容易軸を有することを特徴とする請求項1または2に記載の磁気記録デバイス。
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