JP2022042734A - 磁気抵抗効果デバイス - Google Patents

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Abstract

【課題】出力特性に優れる磁気抵抗効果デバイスを提供する。【解決手段】磁気抵抗効果デバイス１００は、複数のユニット１０と、複数の信号線路２０と、第１ポート３０と、直流印加端子４０と、を備える。複数のユニット１０は、磁気抵抗効果素子１１と高周波線路１２と磁性体１３とを備える。複数のユニットのそれぞれにおいて、第１部分１２Ａを流れる高周波電流に起因する高周波磁場は磁性体に印加される。磁性体１３が生じる高周波磁場は磁気抵抗効果素子の第１強磁性層に印加される。磁気抵抗効果素子１１の抵抗変化の正負の符号と磁気抵抗効果素子へ印加する直流電流の流れる方向である印加電流方向の正負の符号との積が正となる正ユニットの数と、抵抗変化の正負の符号と印加電流方向の正負の符号との積が負となる負ユニットの数と、が所定の条件を満たす。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気抵抗効果デバイスに関する。
近年、携帯電話等の移動通信端末の高機能化に伴い、無線通信の高速化が進められている。通信速度は使用する周波数の帯域幅に比例するため、通信に必要な周波数バンドは増加している。それに伴い、移動通信端末に必要な高周波部品の搭載数も増加している。
近年、新しい高周波用部品に応用できる可能性のある分野として研究されているのがスピントロニクスである。その中で注目されている現象が、磁気抵抗効果素子による強磁性共鳴現象やスピントランスファートルクによる発振現象である。
例えば特許文献１には、スピントランスファートルクによる発振現象を利用した高周波デバイスである発振器が記載されている。高周波デバイスは、磁気抵抗効果デバイスの一例である。
特開２００７－１２４３４０号公報
特許文献１に記載の発振器は、発振現象によって変化する磁気抵抗効果素子の抵抗と電流とを掛け合わせることで、高周波信号を出力している。しかしながら、特許文献１に記載の発振器は、出力特性が十分とは言えない。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、出力特性に優れる磁気抵抗効果デバイスを提供することを目的とする。
複数の信号が重なり合う場合、複数の信号が重なり合った合成信号の振幅は、それぞれの信号の位相によって変化する。一般に、複数の信号の位相が揃うと合成信号の振幅は大きくなり、ずれると振幅は小さくなる。磁気抵抗効果デバイスにおいても、信号線路内を伝搬する信号が他の信号と重なり、合成信号を生み出す場合がある。それぞれの信号の位相が揃わないと、磁気抵抗効果デバイスの出力特性が十分得られない場合がある。上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
（１）第１の態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、磁気抵抗効果素子と、高周波線路と、磁性体と、をそれぞれ備える複数のユニットと、前記複数のユニットのそれぞれの前記磁気抵抗効果素子に接続され、異なるユニットの間をそれぞれ接続する複数の信号線路と、前記複数のユニットのいずれかから出力された信号が出力される第１ポートと、一つの直流印加端子又は複数の直流印加端子と、を備え、前記磁気抵抗効果素子は、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とに挟まれたスペーサ層と、を備え、前記複数のユニットのそれぞれの前記磁気抵抗効果素子は、前記一つの直流印加端子又は前記複数の直流印加端子のうちの一つと接続され、前記一つの直流印加端子又は前記複数の直流印加端子は、接続された前記磁気抵抗効果素子に直流電流又は直流電圧を印加するための電源を接続でき、前記高周波線路は、前記複数の信号線路のいずれかに繋がる第１部分を有し、前記磁気抵抗効果素子と離間し、前記複数の信号線路のそれぞれは、異なるユニットの前記磁気抵抗効果素子と前記第１部分とを繋ぎ、前記複数のユニットは、前記複数の信号線路によって環状に繋がり、前記複数のユニットのそれぞれにおいて、前記第１部分を流れる高周波電流に起因する高周波磁場は前記磁性体に印加され、前記磁性体が生じる高周波磁場は前記第１強磁性層に印加され、前記信号線路を介して繋がっている前記磁気抵抗効果素子と前記第１部分とにおいて、前記磁気抵抗効果素子から前記第１部分に向かう直流電流の流れ方向を第１電流方向とし、前記第１部分から前記磁気抵抗効果素子に向かう電流の流れ方向を第２電流方向とし、前記複数のユニットのそれぞれにおいて、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値が、前記第１部分に対して直流電流が流れていない状態から前記第１電流方向に直流電流を流した際に、大きくなる場合の抵抗変化を正、小さくなる場合の抵抗変化を負とし、前記磁気抵抗効果素子に接続された前記直流印加端子から前記磁気抵抗効果素子に印加する直流電流の流れる方向である印加電流方向が、前記第２電流方向の場合を正、前記第１電流方向の場合を負とした際に、前記抵抗変化の正負の符号と前記印加電流方向の正負の符号との積が正となる正ユニットの数と、前記抵抗変化の正負の符号と前記印加電流方向の正負の符号との積が負となる負ユニットの数と、が一致する。
（２）上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記複数のユニットの数が２つであり、一方のユニットは正ユニットであり、他方のユニットは負ユニットであってもよい。
（３）上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記正ユニットと前記負ユニットとは、前記印加電流方向の正負が反対であってもよい。
（４）第２の態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、磁気抵抗効果素子と、高周波線路と、磁性体と、をそれぞれ備える複数のユニットと、前記複数のユニットのそれぞれの前記磁気抵抗効果素子に接続され、異なるユニットの間をそれぞれ接続する複数の信号線路と、前記複数のユニットのいずれかから出力された信号が出力される第１ポートと、一つの直流印加端子又は複数の直流印加端子と、を備え、前記磁気抵抗効果素子は、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とに挟まれたスペーサ層と、を備え、前記複数のユニットのそれぞれの前記磁気抵抗効果素子は、前記一つの直流印加端子又は前記複数の直流印加端子のうちの一つと接続され、前記一つの直流印加端子又は前記複数の直流印加端子は、接続された前記磁気抵抗効果素子に直流電流又は直流電圧を印加するための電源を接続でき、前記高周波線路は、前記複数の信号線路のいずれかに繋がる第１部分を有し、前記磁気抵抗効果素子と離間し、前記複数の信号線路のそれぞれは、異なるユニットの前記磁気抵抗効果素子と前記第１部分とを繋ぎ、前記複数のユニットは、前記複数の信号線路によって環状に繋がり、前記複数のユニットのそれぞれにおいて、前記第１部分を流れる高周波電流に起因する高周波磁場は前記磁性体に印加され、前記磁性体が生じる高周波磁場は前記第１強磁性層に印加され、前記信号線路を介して繋がっている前記磁気抵抗効果素子と前記第１部分とにおいて、前記磁気抵抗効果素子から前記第１部分に向かう直流電流の流れ方向を第１電流方向とし、前記第１部分から前記磁気抵抗効果素子に向かう電流の流れ方向を第２電流方向とし、前記複数のユニットのそれぞれにおいて、前記磁気抵抗効果素子の抵抗値が、前記第１部分に対して直流電流が流れていない状態から前記第１電流方向に直流電流を流した際に、大きくなる場合の抵抗変化を正、小さくなる場合の抵抗変化を負とし、前記磁気抵抗効果素子に接続された前記直流印加端子から前記磁気抵抗効果素子に印加する直流電流の流れる方向である印加電流方向が、前記第２電流方向の場合を正、前記第１電流方向の場合を負とした際に、前記抵抗変化の正負の符号と前記印加電流方向の正負の符号との積が正となる正ユニットの数、又は、前記抵抗変化の正負の符号と前記印加電流方向の正負の符号との積が負となる負ユニットの数、が４の倍数である。
（５）上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、前記複数のユニットのうちのいくつかの前記磁性体は互いに繋がっており、それぞれの前記第１部分から繋がった前記磁性体に印加される高周波磁場のうち最も大きい高周波磁場は、繋がった前記磁性体の異なる部分に印加されてもよい。
上記態様にかかる磁気抵抗効果デバイスは、出力特性に優れる。
第１実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。 第１実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの特徴部分の拡大図である。 第１実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの動作を説明するための図である。 第１実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスのそれぞれのユニットのＳ２１パラメータの周波数依存性を示す図である。 第１実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスのそれぞれのユニットのノイズの周波数依存性を示す図である。 磁性体又は第１強磁性層に印加される高周波磁場の位相と、磁性体の磁化の振動及び第１強磁性層の磁化の振動の位相と、の関係を示す。 第１部分に対して第１電流方向に直流電流を流した際に生じる磁性体の磁化及び第１強磁性層の磁化の変化の挙動の第１の例を示す図である。 第１電流方向に直流電流を流した際に生じる磁性体の磁化及び第１強磁性層の磁化の変化の挙動の第２の例を示す図である。 第１変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。 第２変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。 第３変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。 第４変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。 第５変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。 第６変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。 第７変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。 第７変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスにおいて、第１部分に対して第１電流方向に直流電流を流した際の磁性体の磁化及び第１強磁性層の磁化の変化の挙動を示す図である。 第８変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。 第９変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。 第１０変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。 第２実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。 第２実施形態の別の例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。 第１１変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。 第１２変形例にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を模式的に示す図である。
以下、磁気抵抗効果デバイスについて、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、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。
「第１実施形態」
図１は、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスの回路構成を示す図である。磁気抵抗効果デバイス１００は、複数のユニット１０と複数の信号線路２０と第１ポート３０と複数の直流印加端子４０を備える。
図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００は、ユニット１０が二つである。ユニット１０の数は、後述する所定の条件を満たせば、問わない。ユニット１０のそれぞれは、信号線路２０によって環状に接続されている。磁気抵抗効果デバイス１００は、フィードバックの信号経路を形成している。磁気抵抗効果デバイス１００は、第１ポート３０から高周波信号を外部に出力する。磁気抵抗効果デバイス１００は、例えば、直流印加端子４０のそれぞれに電源９０が接続されて動作する。
（ユニット）
ユニット１０はそれぞれ、例えば、磁気抵抗効果素子１１と高周波線路１２と磁性体１３と分岐部１５と周波数設定部１６とを有する。
＜磁気抵抗効果素子＞
磁気抵抗効果素子１１は、信号線路２０と線路９２とにそれぞれ接続されている。信号線路２０と線路９２はそれぞれ、磁気抵抗効果素子１１の積層方向の異なる面に接続されている。例えば、信号線路２０は上部電極１１Ａに接続され、線路９２は下部電極１１Ｂに接続される。磁気抵抗効果素子１１が積層方向における両端面に電極を有すると、各線路と磁気抵抗効果素子１１との接触が面になる。その結果、磁気抵抗効果素子１１の面内方向いずれの位置においても、信号（電流）の流れが積層方向に沿い、磁気抵抗効果素子１１への通電性が高まる。
線路９２は、基準電位端子９１に接続される。基準電位端子９１は基準電位に接続され、磁気抵抗効果デバイス１００の基準電位を決める。図１における基準電位は、グラウンドＧＤである。グラウンドＧＤは磁気抵抗効果デバイス１００の外部に設けられてもよい。基準電位は、グラウンドＧＤ以外でもよい。
磁気抵抗効果素子１１は、第１強磁性層１と第２強磁性層２とスペーサ層３とを備える。スペーサ層３は、第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に位置する。第１強磁性層１は、第２強磁性層２より高周波線路１２の近くにある。以下、第１強磁性層１、第２強磁性層２及びスペーサ層３の積層方向を単に「積層方向」という場合がある。
第１強磁性層１は、例えば、磁化自由層（第１の磁化自由層）である。第２強磁性層２は、例えば、磁化固定層又は磁化自由層（第２の磁化自由層）である。磁化自由層は、所定の外力が印加された際に磁化の向きが変化する磁性体からなる層であり、磁化固定層は、所定の外力が印加された際に磁化の向きが磁化自由層よりも変化しにくい磁性体からなる層である。所定の外力は、例えば外部磁場により磁化に印加される外力や、スピン偏極電流により磁化に印加される外力である。例えば、磁化固定層の保磁力は磁化自由層の保磁力よりも大きい。磁化固定層の磁化の方向としては、一例として、後述する高周波線路１２の第１部分１２Ａの延在方向（第１部分１２Ａの内部を高周波電流が流れる方向）に平行な方向や垂直な方向が挙げられる。磁気抵抗効果素子１１は、第１強磁性層１の磁化の向きと第２強磁性層２の磁化の向きとの相対角の変化に応じて、積層方向の抵抗値（積層方向に電流を流した場合の抵抗値）が変化する。第２強磁性層２の磁化の向きに対する第１強磁性層１の磁化の向きの相対角が変化すれば、第２強磁性層２は磁化固定層でも磁化自由層でもよい。
第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、強磁性体を含む。例えば第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ等の金属、または、これらの金属元素を１種以上含む合金を構成材料として用いることができる。また上記の金属元素と、Ｂ、Ｃ及びＮから選択される少なくとも１種以上の元素と、の合金を用いてもよい。例えば、第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、磁化自由層として機能する場合にはＣｏＦｅＢ合金を主成分として有するようにしてもよい。
また第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、ＸＹＺまたはＸ２ＹＺの化学組成で表される金属間化合物（ホイスラー合金）でもよい。Ｘは周期表上でＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ又はＣｕの族の遷移金属元素または貴金属元素である。ＹはＭｎ、Ｖ、Ｃｒ又はＴｉの族の遷移金属またはＸで表記される元素である。ＺはＩＩＩ族からＶ族の典型元素である。例えば、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２Ｍｎ１－ａＦｅａＡｌｂＳｉ１－ｂ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）等が、ホイスラー合金として知られている。
第２強磁性層２が磁化固定層として機能するように、第２強磁性層２に接するように強磁性層を付加し、第２強磁性層と強磁性層とを磁化結合させてもよい。また、結晶構造、形状などに起因する磁気異方性を利用して第２強磁性層２の磁化を固定してもよい。強磁性層には、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＦｅＳ２、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒまたはＭｎなどを用いることができる。
スペーサ層３は、第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に配置される非磁性層である。スペーサ層３は、導電体、絶縁体もしくは半導体によって構成される層、又は、絶縁体中に導体によって構成される通電点を含む層で構成される。
例えば、スペーサ層３が絶縁体からなる場合は、磁気抵抗効果素子１１はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果素子となり、スペーサ層３が金属からなる場合は巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果素子となる。
スペーサ層３が絶縁材料で構成される場合、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン又は酸化シリコン等の材料を用いることができる。第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に高いＴＭＲ効果が発現するようにスペーサ層３の膜厚を調整することで、高い磁気抵抗変化率が得られる。ＴＭＲ効果を効率よく利用するためには、スペーサ層３の膜厚は、０．５～１０．０ｎｍ程度としてもよい。
スペーサ層３を非磁性導電材料で構成する場合、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ又はＲｕ等の導電材料を用いることができる。ＧＭＲ効果を効率よく利用するためには、スペーサ層３の膜厚は、０．５～３．０ｎｍ程度としてもよい。
スペーサ層３を非磁性半導体材料で構成する場合、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫、酸化ゲルマニウム、酸化ガリウム又はＩＴＯ等の材料を用いることができる。この場合、スペーサ層３の膜厚は１．０～４．０ｎｍ程度としてもよい。
スペーサ層３として非磁性絶縁体中の導体によって構成される通電点を含む層を適用する場合、酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウムによって構成される非磁性絶縁体中に、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｃｕ、ＡｌまたはＭｇなどの導体によって構成される通電点を含む構造とすることが好ましい。この場合、スペーサ層３の膜厚は、０．５～２．０ｎｍ程度としてもよい。
磁気抵抗効果素子１１は、その他の層を有してもよい。例えば、磁気抵抗効果素子１１は、第２強磁性層２の第１強磁性層１と反対側の面に、シード層又はバッファ層を有してもよい。また磁気抵抗効果素子１１は、第１強磁性層１の第２強磁性層２と反対側の面に、キャップ層を有してもよい。キャップ層、シード層またはバッファ層としては、ＭｇＯ、Ｗ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒまたはこれらの積層膜などが挙げられる。これらの層の膜厚は、それぞれ２～１０ｎｍ程度としてもよい。
磁気抵抗効果素子１１と各端子は、線路によって接続されている。線路の形状は、マイクロストリップライン（ＭＳＬ）型やコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）型に規定してもよい。マイクロストリップライン（ＭＳＬ）型やコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）型に設計する場合、線路の特性インピーダンスと、回路系のインピーダンスとが等しくなるように、線路幅や線路とグラウンドとの間の距離を設計してもよい。このように設計することによって線路の伝送損失を抑えることができる。
＜高周波線路＞
高周波線路１２は、信号線路２０と第１ポート３０又は基準電位端子９５とを繋ぐ線路である。図１に示す一方のユニット１０Ａの高周波線路１２は、信号線路２０と第１ポート３０とを繋ぎ、他方のユニット１０Ｂの高周波線路１２は、信号線路２０と基準電位端子９５とを繋ぐ。図１において、高周波線路１２が第１ポート３０に繋がるユニット１０をユニット１０Ａと称し、高周波線路１２が基準電位端子９５に繋がるユニット１０をユニット１０Ｂと称する。複数のユニット１０の高周波線路１２は、いずれも第１ポート３０に接続されていてもよい。信号線路２０と高周波線路１２とは、連続な一体物でもよい。
高周波線路１２は、第１部分１２Ａを有する。図２は、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス１００の特徴部分の拡大図である。第１部分１２Ａは、磁気抵抗効果素子１１及び磁性体１３の近傍に位置する。第１部分１２Ａは、磁気抵抗効果素子１１及び磁性体１３と積層方向に離間して配置されている。第１部分１２Ａと磁気抵抗効果素子１１との間、第１部分１２Ａと磁性体１３との間には、例えば、絶縁体がある。第１部分１２Ａは、磁性体１３を挟んで高周波線路１２を見た際に、高周波線路１２と磁性体１３とが重なる部分である。例えば、図２に示す第１部分１２Ａは、磁気抵抗効果素子１１の積層方向から見て、高周波線路１２と磁性体１３とが重なる部分である。第１部分１２Ａと磁性体１３とは離間していなくてもよい。
ユニット１０から出力された高周波信号は、信号線路２０に沿って伝わり、高周波線路１２へ至る。高周波線路１２の内部には、高周波電流が流れる。第１部分１２Ａを流れる高周波電流に起因する高周波磁場は、磁性体１３に印加される。第１部分１２Ａは、内部を流れる高周波電流が生み出す高周波磁場を磁性体１３に印加できる位置に配置されている。磁性体１３の磁化は、磁性体１３に印加された高周波磁場の周波数が、磁性体１３の強磁性共鳴周波数の近傍の場合に大きく振動する。この現象が、強磁性共鳴現象である。
第１部分１２Ａの信号の伝送方向と直交する断面積は、信号線路２０の断面積より小さくてもよい。例えば、第１部分１２Ａの幅は信号線路２０の幅より狭くてもよく、第１部分１２Ａの厚みは信号線路２０の厚みより狭くてもよい。第１部分１２Ａの電流密度を高めることで、磁性体１３に印加される高周波磁場の強度を大きくできる。
＜磁性体＞
磁性体１３は、磁気抵抗効果素子１１及び高周波線路１２と離間して配置されている。磁性体１３と高周波線路１２との間及び磁性体１３と磁気抵抗効果素子１１との間には、例えば、絶縁体がある。磁性体１３は、磁気抵抗効果素子１１と共に高周波線路１２を挟む位置にあってもよく、磁気抵抗効果素子１１と高周波線路１２との間にあってもよい。図１に示す磁気抵抗効果デバイスは、磁性体１３が磁気抵抗効果素子１１と共に高周波線路１２を挟む位置にある。磁性体１３と高周波線路１２とは離間していなくてもよい。
磁性体１３は、軟磁性体を含む。磁性体１３は、例えば、絶縁性を有する磁性体である。磁性体１３は、例えば、フェライト等のセラミックスである。磁性体１３は、例えば、希土類鉄ガーネット（ＲＩＧ）である。イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）は、希土類鉄ガーネット（ＲＩＧ）の一例である。磁性体１３は、例えば、パーマロイ等の金属でもよい。
磁性体１３には、第１部分１２Ａで生じた高周波磁場が印加される。磁性体１３は、第１部分１２Ａで生じる高周波磁場を印加できる位置にある。また磁性体１３の磁化は、第１部分１２Ａで生じた高周波磁場を受けて振動し、高周波磁場を生み出す。磁性体１３で生じた高周波磁場は、磁気抵抗効果素子１１の第１強磁性層１に印加される。磁性体１３は、磁性体１３で生じた高周波磁場を第１強磁性層１に印加できる位置にある。
＜分岐部＞
分岐部１５は、信号線路２０と線路９３とが接続される接続点を含む部分である。分岐部１５は、例えば、インダクタＬとコンデンサＣとを有する。インダクタＬは、電流の高周波成分をカットし、電流の不変成分を通す。コンデンサＣは、電流の高周波成分を通し、電流の不変成分をカットする。インダクタＬは高周波電流の流れを抑制したい部分に配設し、コンデンサＣは直流電流の流れを抑制したい部分に配設する。インダクタＬは、線路９３上にあれば、分岐部１５に無くてもよい。また直流印加端子４０に接続される電源９０が、電流の高周波成分をカットすると同時に、電流の不変成分を通す機能を有する場合、インダクタＬは無くても良い。コンデンサＣは、信号線路２０と線路９３とが接続される接続点と第１部分１２Ａとの間にあれば、分岐部１５に無くてもよい。
インダクタＬは、磁気抵抗効果素子１１から出力された高周波電流が、電源９０に至ることを抑制する。インダクタＬには、チップインダクタ、パターン線路によるインダクタ、インダクタ成分を有する抵抗素子等を用いることができる。インダクタＬのインダクタンスは、例えば１０ｎＨ以上としてもよい。コンデンサＣには、公知のものを用いることができる。
＜周波数設定部＞
周波数設定部１６は、磁性体１３に静磁場である外部磁場を印加する。周波数設定部１６は、磁性体１３の近傍に設けられる。磁性体１３の強磁性共鳴周波数は外部磁場によって変化する。強磁性共鳴周波数は、例えば１～１００ＧＨｚである。周波数設定部１６は、磁性体１３の強磁性共鳴周波数を設定する。磁気抵抗効果デバイス１００が出力する信号の周波数は、磁性体１３の強磁性共鳴周波数により変動する。つまり、周波数設定部１６は、磁気抵抗効果デバイス１００の出力信号の周波数を設定できる。
図１では、周波数設定部１６が磁性体１３の膜面方向に平行な方向にあり、磁性体１３に外部磁場を磁性体１３の膜面方向と平行な方向に印加する例を示しているが、磁性体１３の膜面方向に垂直な方向の成分を有する外部磁場を、磁性体１３に印加するようにしても良い。
周波数設定部１６は、例えば、電圧又は電流のいずれかにより印加磁場強度を可変制御できる電磁石型又はストリップライン型の磁場印加部である。また周波数設定部１６は、例えば、印加磁場強度を可変制御できる電磁石型又はストリップライン型の磁場印加部と、一定磁場のみを供給する永久磁石と、が組み合わされていてもよい。
また周波数設定部１６は、電場を印加する電場印加部でもよい。電場印加部により磁性体１３に印加される電場を変化させると、磁性体１３における異方性磁場が変化し、磁性体１３に印加される有効磁場が変化する。そして、磁性体１３の強磁性共鳴周波数が設定される。
また周波数設定部１６は、圧電体と電場印加部とを組み合わせたものでもよい。磁性体１３の近傍に圧電体を設け、その圧電体に電場を印加する。電場が印加された圧電体は変形し、磁性体１３を歪ませる。磁性体１３が歪むと、磁性体１３における異方性磁場が変化し、磁性体１３における有効磁場が変化する。そして、磁性体１３の強磁性共鳴周波数が設定される。
また周波数設定部１６は、反強磁性体又はフェリ磁性体である電気磁気効果を有する制御膜と、制御膜に磁場を印加する磁場印加部と、制御膜に電場を印加する電場印加部を有してもよい。磁性体１３と磁気的に結合するように設けられた制御膜に電場及び磁場を印加する。制御膜に印加する電場及び磁場の少なくとも一方を変化させると、磁性体１３における交換結合磁場が変化し、磁性体１３における有効磁場が変化する。そして、磁性体１３の強磁性共鳴周波数が設定される。
また磁性体１３の強磁性共鳴周波数が所望の周波数である場合は、周波数設定部１６を有さなくてもよい。
（信号線路）
信号線路２０はそれぞれ、異なるユニット１０の磁気抵抗効果素子１１と第１部分１２Ａとを繋ぐ。以下、ユニット１０Ａの磁気抵抗効果素子１１に接続された信号線路２０を信号線路２０Ａと称し、ユニット１０Ｂの磁気抵抗効果素子１１に接続された信号線路２０を信号線路２０Ｂと称する。信号線路２０Ａは、ユニット１０Ａの磁気抵抗効果素子１１とユニット１０Ｂの第１部分１２Ａとを繋ぐ。信号線路２０Ｂは、ユニット１０Ｂの磁気抵抗効果素子１１とユニット１０Ａの第１部分１２Ａとを繋ぐ。
（第１ポート）
第１ポート３０は、信号線路２０又は高周波線路１２に接続される。図１に示す第１ポート３０は、ユニット１０Ａの高周波線路１２に接続されている。第１ポート３０は、ユニット１０Ａから出力された信号を出力する。第１ポート３０は、磁気抵抗効果素子１１の抵抗値の変化に応じて磁気抵抗効果素子１１から出力される高周波信号を外部に出力する。第１ポート３０は、磁気抵抗効果デバイス１００の出力端子である。第１ポート３０は、一つに限られず、複数のユニット１０のそれぞれに接続されていてもよい。
（直流印加端子）
直流印加端子４０は、電源９０に接続される端子である。図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００は、直流印加端子４０を複数有する。直流印加端子４０のそれぞれは、それぞれのユニット１０の線路９３に接続されている。線路９３は、分岐部１５において、信号線路２０に接続されている。
直流印加端子４０は、磁気抵抗効果素子１１の積層方向に直流電流又は直流電圧を印加する電源に接続される。本明細書において直流電流とは、時間によって方向が変化しない電流であり、時間によって大きさが変化する電流を含む。また、直流電圧とは、時間によって極性が変化しない電圧であり、時間によって大きさが変化する電圧も含む。
電源９０は、磁気抵抗効果デバイス１００の外部に設けられてもよい。電源９０は、公知の物を用いることができる。電源９０は直流電流源でも、直流電圧源でもよい。電源９０は、一定の直流電流を発生可能な直流電流源でも、一定の直流電圧を発生可能な直流電圧源でもよい。また、電源９０は、発生する直流電流値の大きさが変化可能な直流電流源でもよく、発生する直流電圧値の大きさが変化可能な直流電圧源でもよい。磁気抵抗効果素子１１に印加される電流の電流密度は、磁気抵抗効果素子１１の発振閾値電流密度よりも小さいことが好ましい。磁気抵抗効果素子１１の発振閾値電流密度とは、この値以上の電流密度の電流が印加されることにより、磁気抵抗効果素子１１の第１強磁性層１の磁化が一定周波数及び一定の振幅で歳差運動を開始し、磁気抵抗効果素子１１が発振する（磁気抵抗効果素子１１の出力（抵抗値）が一定周波数及び一定の振幅で変動する）閾値の電流密度のことである。
図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００は、ユニット１０Ａとユニット１０Ｂとで、電源９０から磁気抵抗効果素子１１に印加される直流電流の方向が異なる。それぞれのユニット１０における磁気抵抗効果素子１１に印加する直流電流の流れる方向である印加電流方向の詳細については、後述する。
＜磁気抵抗効果デバイスの動作＞
図３は、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス１００の動作を説明するための模式図である。
まずいずれかの信号線路２０に高周波信号である最初の信号Ｓｓが流れる。図３は、信号線路２０Ｂに最初の信号Ｓｓが生じた例である。高周波信号は、例えば、１００ＭＨｚ以上の周波数を有する信号である。高周波信号は信号線路２０Ｂ内を高周波電流として流れる。最初の信号Ｓｓは、例えば、ノイズである。ノイズは、例えば、電源９０をオンにした際に生じる。信号Ｓｓは、ユニット１０Ａの第１部分１２Ａを伝わり、第１ポート３０に至る。ユニット１０Ａの第１部分１２Ａを通過する信号Ｓｓは、高周波磁場ＨＡ１を生じる。
高周波磁場ＨＡ１は、磁性体１３に印加される。磁性体１３の磁化は、高周波磁場ＨＡ１を受けて振動する。磁性体１３の磁化は、高周波磁場ＨＡ１が磁性体１３の強磁性共鳴周波数の近傍の周波数の信号を含む場合に、その周波数で大きく振動する。磁性体１３の磁化の振動は、高周波磁場ＨＡ２を生じる。高周波磁場ＨＡ２は、磁気抵抗効果素子１１の第１強磁性層１に印加される。
第１強磁性層１の磁化は、高周波磁場ＨＡ２を受けて振動する。磁気抵抗効果素子１１の抵抗値は、第１強磁性層１の磁化の振動により変化する。電源９０は、磁気抵抗効果素子１１に直流電流を印加する。直流電流は、磁気抵抗効果素子１１の積層方向に流れる。直流電流は、線路９２を通りグラウンドＧＤへ流れる。磁気抵抗効果素子１１の電位は、オームの法則に従い変化する。磁気抵抗効果素子１１の電位の変化（抵抗値の変化）に応じて高周波信号である信号ＳｇＡ１が生じる。信号ＳｇＡ１は、磁気抵抗効果素子１１から信号線路２０Ａに出力される。
信号ＳｇＡ１は、ユニット１０Ｂに入力される。ユニット１０Ｂの動作は、ユニット１０Ａの動作と同様である。信号ＳｇＡ１は、高周波磁場ＨＢ１を生じ、高周波磁場ＨＢ１が印加された磁性体１３は高周波磁場ＨＢ２を生じる。高周波磁場ＨＢ２は、ユニット１０Ｂの第１強磁性層１に印加される。ユニット１０Ｂは、信号ＳｇＢ１を信号線路２０Ｂに出力する。
信号ＳｇＢ１は、ユニット１０Ａの第１部分１２Ａを通過し、高周波磁場ＨＡ１を生じる。高周波磁場ＨＡ１は、磁性体１３に印加され、磁性体１３の磁化の振動は、高周波磁場ＨＡ２を生じる。高周波磁場ＨＡ２は、ユニット１０Ａの第１強磁性層１に印加される。第１強磁性層１の磁化が振動することで、磁気抵抗効果素子１１の電位が変化（抵抗値の変化）し、高周波信号である信号ＳｇＡ２が生じる。磁気抵抗効果デバイス１００は、このサイクルを繰り返す。
図４は、それぞれのユニット１０のＳ２１パラメータ（以下、Ｓ２１と称する）の周波数依存性を示す図である。図４の横軸は、それぞれのユニット１０の第１部分１２Ａを流れる信号の周波数であり、縦軸はＳ２１である。Ｓ２１は、入力信号と出力信号との比である。入力信号は、それぞれのユニット１０の第１部分１２Ａを通過する信号である。出力信号は、それぞれのユニット１０の磁気抵抗効果素子１１から出力される信号である。Ｓ２１は、［Ｓ２１（ｄＢ）］＝１０×ｌｏｇ１０（［出力信号強度］／［入力信号強度］）で表される。以下、各ユニット１０において第１部分１２Ａを通過する入力信号（例えば、信号ＳｇＢ１）と磁気抵抗効果素子１１から出力される出力信号（例えば、信号ＳｇＡ２）との比を、第１Ｓパラメータ（第１部分１２Ａ及び磁気抵抗効果素子１１のＳ２１）と称する。
Ｓ２１は、磁気抵抗効果素子１１の抵抗変化が大きいと、大きくなる。磁気抵抗効果素子１１の抵抗変化は、第１強磁性層１の磁化が大きく振動すると大きくなる。第１強磁性層１の磁化は、磁性体１３の強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍又は第１強磁性層１の強磁性共鳴周波数ｆ１の近傍の周波数で大きく振動する。これに対し、第１強磁性層１の磁化は、これらの強磁性共鳴周波数ｆ１３、ｆ１の近傍から外れた周波数ではあまり振動しない。そのため、Ｓ２１は、磁性体１３の強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍又は第１強磁性層１の強磁性共鳴周波数ｆ１の近傍の周波数で大きくなる。
第１強磁性層１の磁化が磁性体１３の強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍の周波数で大きく振動する理由は、高周波磁場ＨＡ２、ＨＢ２が磁性体１３の強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍で大きくなるためである。高周波磁場ＨＡ２、ＨＢ２は、磁性体１３の磁化の振動により生じる。磁性体１３の磁化は強磁性共鳴周波数の近傍で大きく振動し、強磁性共鳴周波数の近傍から外れた周波数ではあまり振動しない。そのため、高周波磁場ＨＡ２、ＨＢ２は、磁性体１３の強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍で大きくなる。第１強磁性層１の磁化は、高周波磁場ＨＡ２、ＨＢ２によって振動する。
第１強磁性層１の磁化が第１強磁性層１の強磁性共鳴周波数ｆ１の近傍の周波数で大きく振動する理由は、第１強磁性層１の磁化が共振するためである。
図５は、それぞれのユニット１０のノイズの周波数依存性を示す図である。図５の横軸は、第１部分１２Ａを流れる信号の周波数であり、縦軸はノイズの大きさである。図５に示すように、それぞれのユニット１０のノイズは、第１強磁性層１の強磁性共鳴周波数ｆ１の近傍の周波数で大きくなる。これに対し、磁性体１３の強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍の周波数では、それぞれのユニット１０のノイズは大きくならない。
図６は、磁性体１３又は第１強磁性層１に印加される高周波磁場の位相と、磁性体１３の磁化の振動及び第１強磁性層１の磁化の振動の位相と、の関係を示す。図６の横軸は、磁性体１３又は第１強磁性層１に印加される高周波磁場の周波数であり、縦軸は磁性体１３又は第１強磁性層１に印加される高周波磁場の位相と、磁性体１３の磁化の振動又は第１強磁性層１の磁化の振動の位相と、の位相差Δθである。
磁性体に入力される高周波磁場の位相と磁性体の磁化の振動の位相とは、その磁性体の強磁性共鳴周波数より十分小さい周波数域で一致し（Δθ＝０°）、強磁性共鳴周波数でπ／２ずれ（Δθ＝９０°）、強磁性共鳴周波数より十分大きい周波数域でπずれる（Δθ＝１８０°）。図６に示すように、磁性体１３の磁化の振動の位相は、印加される高周波磁場ＨＡ１、ＨＢ１の周波数が、強磁性共鳴周波数ｆ１３より十分小さい場合に一致し（Δθ＝０°）、強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍の場合にπ／２ずれ（Δθ＝９０°）、強磁性共鳴周波数ｆ１３より十分大きい場合にπずれる（Δθ＝１８０°）。同様に図６に示すように、第１強磁性層１の磁化の振動の位相は、高周波磁場ＨＡ２、ＨＢ２の周波数が強磁性共鳴周波数ｆ１より十分小さい場合に一致し（Δθ＝０°）、強磁性共鳴周波数ｆ１の近傍の場合にπ／２ずれ（Δθ＝９０°）、強磁性共鳴周波数ｆ１より十分大きい場合にπずれる（Δθ＝１８０°）。
ここで、それぞれのユニット１０の入力信号と出力信号との位相の関係を、入力信号が、強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍の周波数の場合を例に説明する。
入力信号は、第１部分１２Ａを通過する信号であり、高周波磁場ＨＡ１、ＨＢ１を生み出す。入力信号の位相と高周波磁場ＨＡ１、ＨＢ１の位相とは一致する。高周波磁場ＨＡ１、ＨＢ１は、磁性体１３に印加される。磁性体１３の磁化は、高周波磁場ＨＡ１、ＨＢ１を受けて振動する。磁性体１３の磁化の振動は、図６に示すように、高周波磁場ＨＡ１、ＨＢ１の位相に対してπ／２ずれる。
磁性体１３の磁化の振動は、高周波磁場ＨＡ２、ＨＢ２を生じる。高周波磁場ＨＡ２、ＨＢ２は、磁気抵抗効果素子１１の第１強磁性層１に印加される。第１強磁性層１に印加される高周波磁場ＨＡ２、ＨＢ２の周波数は、磁性体１３の強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍の周波数である。高周波磁場ＨＡ２、ＨＢ２は、第１強磁性層１に印加される。第１強磁性層１の磁化は、高周波磁場ＨＡ２、ＨＢ２を受けて振動する。第１強磁性層１の磁化の振動の位相は、図６に示すように、強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍の周波数を有する高周波磁場ＨＡ２、ＨＢ２の位相と一致する（Δθ＝０°）。
磁気抵抗効果素子１１の抵抗値は、第１強磁性層１の磁化の振動により変化し、それぞれのユニット１０は出力信号を出力する。すなわち、それぞれのユニット１０からの出力信号の位相は、入力信号に対してπ／２（Δθ＝９０°）ずれる。
出力信号の位相が、それぞれのユニット１０の構成によって、入力信号の位相に対してπ／２進む、又は、π／２遅れる。以下、出力信号の位相が入力信号の位相に対してπ／２進むユニット１０を正ユニット、出力信号の位相が入力信号の位相に対してπ／２遅れるユニット１０を負ユニットと称する。
正ユニットまたは負ユニットを規定する要素は２つある。第１の要素は、所定の条件における磁気抵抗効果素子１１の抵抗変化である。第２の要素は、磁気抵抗効果素子１１へ印加する直流電流の流れる方向（印加電流方向）である。
まず第１の要素について説明する。所定の条件とは、直流電流が流れていない状態から第１部分１２Ａに対して第１電流方向に直流電流を流すことである。第１電流方向は、磁気抵抗効果素子１１から第１部分１２Ａに向かう直流電流の流れ方向である。第１電流方向は、第１部分１２Ａにおいては、信号線路２０との接続点から第１ポート３０又は基準電位端子９５へ向かう方向である。実際の動作において第１部分１２Ａには直流電流は流れなくてもよいため、この直流電流は仮想的に印加すればよい。第１の要素では、第１部分１２Ａに対して第１電流方向に直流電流を印加した際に、磁気抵抗効果素子１１の抵抗値が大きくなるか小さくなるかを検討する。
図７は、第１部分１２Ａに対して第１電流方向に直流電流を流した際に生じる磁性体１３の磁化Ｍ１３及び第１強磁性層１の磁化Ｍ１の変化の挙動の第１の例を示す図である。図７において、図１の紙面奥から手前に向かう方向を＋ｙ方向、手前から奥に向かう方向を－ｙ方向、磁気抵抗効果素子１１の積層方向をｚ方向、±ｙ方向及びｚ方向と直交する方向をｘ方向と称する。
図１のそれぞれのユニット１０の第１部分１２Ａに対して第１電流方向に直流電流を印加すると、第１部分１２Ａを中心に右ねじ方向に磁場Ｈ１２Ａが生じる。図１に示すユニット１０のように、磁性体１３が磁気抵抗効果素子１１と共に、第１部分１２Ａを挟む位置にある場合、＋ｙ方向に磁性体１３の磁化Ｍ１３の向きが変化する。
磁性体１３の磁化Ｍ１３の向きの変化により、磁性体１３から生じる磁場Ｈ１３の向きが変化し、磁場Ｈ１３は、第１強磁性層１の位置において、－ｙ方向に印加される。第１強磁性層１の磁化Ｍ１の向きは、磁場Ｈ１３の向きの変化により変化する。例えば、磁気抵抗効果素子１１の第２強磁性層２の磁化Ｍ２が＋ｙ方向に配向している場合、磁化Ｍ２と磁化Ｍ１の相対角は、第１強磁性層１に印加される磁場Ｈ１３の向きが変化することで大きくなる。すなわち、図７の構成を満たす場合、磁気抵抗効果素子１１の抵抗値は、第１部分１２Ａに対して第１電流方向に直流電流を印加することで大きくなる。以下、直流電流が流れていない状態から第１部分１２Ａに対して第１電流方向に直流電流を印加した際に、磁気抵抗効果素子１１の抵抗値が大きくなる場合の抵抗変化を正とする。
これに対し、図８は、第１電流方向に直流電流を流した際に生じる磁性体１３の磁化Ｍ１３及び第１強磁性層１の磁化Ｍ１の変化の挙動の第２の例を示す図である。図８において、図１の紙面奥から手前に向かう方向を＋ｙ方向、手前から奥に向かう方向を－ｙ方向、磁気抵抗効果素子１１の積層方向をｚ方向、±ｙ方向及びｚ方向と直交する方向をｘ方向と称する。
図８に示す第２の例は、第１部分１２Ａに第１電流方向に直流電流を流した際の、磁化Ｍ１３に加わる磁場Ｈ１２Ａ及び磁化Ｍ１に加わる磁場Ｈ１３の方向が、第１の例と反対である。第１部分１２Ａに第１電流方向に直流電流を流した際の、磁化Ｍ１３に加わる磁場Ｈ１２Ａ及び磁化Ｍ１に加わる磁場Ｈ１３の方向は、例えば、磁性体１３が磁気抵抗効果素子１１と第１部分１２Ａとの間にある場合に、第１の例と反対となる。
第２の例において、磁気抵抗効果素子１１の第２強磁性層２の磁化Ｍ２が＋ｙ方向に配向している場合、磁化Ｍ２と磁化Ｍ１の相対角は、第１強磁性層１に印加される磁場Ｈ１３の向きが変化することで小さくなる。すなわち、図８の構成を満たす場合、磁気抵抗効果素子１１の抵抗値は、第１部分１２Ａに対して第１電流方向に直流電流を印加することで小さくなる。以下、直流電流が流れていない状態から第１部分１２Ａに対して第１電流方向に直流電流を印加した際に、磁気抵抗効果素子１１の抵抗値が小さくなる場合の抵抗変化を負とする。
直流電流が流れていない状態から第１部分１２Ａに対して第１電流方向に直流電流を印加した際における磁気抵抗効果素子１１の抵抗変化の正負の符号が、正ユニット又は負ユニットを決定する第１の要素である。磁性体１３、磁気抵抗効果素子１１及び第１部分１２Ａのそれぞれの位置関係、第１部分１２Ａへ流す直流電流の流れる方向、磁気抵抗効果素子１１の磁化固定層（例えば、第２強磁性層）の磁化の配向方向によって、第１部分１２Ａに直流電流を印加した際に、磁気抵抗効果素子１１の抵抗値が大きくなるか小さくなるかは変わる。
次いで、第２の要素について説明する。上述のように、第２の要素は、磁気抵抗効果素子１１へ印加する直流電流の流れる方向（印加電流方向）である。磁気抵抗効果素子１１へ印加する直流電流の流れる方向は、２方向ある。
磁気抵抗効果素子１１へ印加する直流電流の流れる方向（印加電流方向）の一つは、磁気抵抗効果素子１１から直流印加端子４０へ向かって流れる方向である。この方向は、信号線路２０を介して繋がっている磁気抵抗効果素子１１と第１部分１２Ａとにおいて、磁気抵抗効果素子１１から第１部分１２Ａに向かう直流電流の流れ方向とも言え、第１電流方向である。
磁気抵抗効果素子１１へ印加する直流電流の流れる方向（印加電流方向）のもう一つは、先の印加電流方向と反対であり、直流印加端子４０から磁気抵抗効果素子１１へ向かって流れる方向である。この方向は、信号線路２０を介して繋がっている磁気抵抗効果素子１１と第１部分１２Ａとにおいて、第１部分１２Ａから磁気抵抗効果素子１１に向かう直流電流の流れ方向とも言え、この方向を第２電流方向と称する。
正ユニット又は負ユニットを決定する第２の要素は、磁気抵抗効果素子１１へ印加する直流電流の流れる方向である。直流電流が、直流印加端子４０から磁気抵抗効果素子１１へ向かう場合（第２電流方向に流れる場合）を正、磁気抵抗効果素子１１から直流印加端子４０へ向かう場合（第１電流方向に流れる場合）を負と規定する。
正ユニットは、第１の要素の正負の符号と第２の要素の正負の符号との積の符号が、正となるユニットである。負ユニットは、第１の要素の正負の符号と第２の要素の正負の符号との積の符号が、負となるユニットである。例えば、図１に示すユニット１０Ａは、第１の要素の符号が正であり、第２の要素の符号も正である。したがって、ユニット１０Ａは、正ユニットである。これに対し、図１に示すユニット１０Ｂは、第１の要素の符号が正であり、第２の要素の符号は負である。したがって、ユニット１０Ｂは、負ユニットである。
図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００は、正ユニットと負ユニットを一つずつ有する。図１に示す正ユニットと負ユニットとは、磁気抵抗効果素子１１へ印加する直流電流の流れる方向が反対である。
ユニット１０Ａは正ユニットであるため、ユニット１０Ａに入力される信号Ｓｓの位相に対してユニット１０Ａから出力される信号ＳｇＡ１の位相はπ／２進む。これに対し、ユニット１０Ｂは負ユニットであるため、ユニット１０Ｂに入力される信号ＳｇＡ１の位相に対してユニット１０Ｂから出力される信号ＳｇＢ１の位相はπ／２遅れる。その結果、信号線路２０Ｂを流れる信号Ｓｓと信号ＳｇＢ１の位相は一致する。また、信号線路２０Ａを流れる信号ＳｇＡ１と信号ＳｇＡ２の位相は一致する。すなわち、磁気抵抗効果デバイス１００は、サイクルを１周した際に、信号の位相のずれが抑制される。
それぞれの信号線路２０において、複数の信号の位相が一致すると、合成信号の振幅は大きくなる。そのため、第１実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００は、信号の出力を大きくできる。
また第１実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００は、磁性体１３の強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍の周波数で動作できる。磁性体１３の強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍の周波数において、磁気抵抗効果デバイス１００はＳ２１が大きく、ノイズが少ない。
また磁気抵抗効果デバイス１００は、強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍又は第１強磁性層１の強磁性共鳴周波数ｆ１の近傍の周波数で出力が大きく、その他の周波数では出力が小さい。したがって、各サイクルを行うたびに、出力信号及び入力信号において、強磁性共鳴周波数ｆ１３、ｆ１の近傍から外れた周波数の信号に対する強磁性共鳴周波数ｆ１３、ｆ１近傍の周波数の信号の相対強度が増大する（周波数のフィルタリングがされる）。したがって、磁気抵抗効果デバイス１００が強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍の周波数で動作すると、周波数選択性が向上する。
ここで、各ユニット１０において第１部分１２Ａを通過する入力信号に対して磁気抵抗効果素子１１から出力される出力信号が大きくなる場合は、第１Ｓパラメータは正となる。反対に、各サイクルにおいて第１部分１２Ａを通過する入力信号に対して磁気抵抗効果素子１１から出力される出力信号が小さくなる場合は、第１Ｓパラメータは負となる。
第１Ｓパラメータが正の場合、第１部分１２Ａを通過する入力信号及び磁気抵抗効果素子１１から出力される出力信号は、各ユニットを通過するごとに大きくなる。第１Ｓパラメータは、例えば、直流印加端子４０から磁気抵抗効果素子１１に印加する直流電流量を調整することで調整できる。磁気抵抗効果素子１１からの出力信号の強度は、入力信号の強度が大きくなるほど、ある一定値まで大きくなり、次第に飽和する。これに伴い、第１部分１２Ａを通過する入力信号の強度も次第に飽和する。
第１Ｓパラメータが負の場合、入力信号及び出力信号は、各ユニットを通過するごとに小さくなり減衰する。磁気抵抗効果デバイス１００は、各ユニットを通過するごとに、入力信号及び出力信号において、強磁性共鳴周波数ｆ１３、ｆ１近傍の周波数の信号のその他の周波数の信号に対する相対強度が増大する。強磁性共鳴周波数ｆ１３近傍において第１Ｓパラメータが正となり、強磁性共鳴周波数ｆ１３近傍から外れた周波数において第１Ｓパラメータを負となるように調整することで、強磁性共鳴周波数ｆ１３近傍の周波数の信号のその他の周波数の信号に対する相対強度は増大する。磁気抵抗効果デバイス１００は、各ユニット１０を通過するごとに、選択的に強磁性共鳴周波数ｆ１３近傍の周波数の信号の強度を磁気抵抗効果素子１１の出力飽和値まで増幅することができる。
磁気抵抗効果デバイス１００は、出力信号（例えば、信号Ｓｇｎ（ｎは２以上の自然数））の強度が磁気抵抗効果素子１１の出力飽和値に至ると、強磁性共鳴周波数近傍の周波数において安定した強度の信号を第１ポート３０から出力する。このように、磁気抵抗効果デバイス１００は、発振帯域とその他の帯域の出力特性の差が大きい発振器として機能する。
以上、第１実施形態について図面を参照して詳述したが、第１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。
（第１変形例）
図９は、第１変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０１の回路構成を模式的に示す図である。図９に示す第１変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０１は、信号線路２０が分岐部２１を有し、第１ポート３０が分岐部２１に接続されている点が、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と異なる。図９に示す磁気抵抗効果デバイス１０１において、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と同一の構成については同一の符号を付す。また第１変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０１において、磁気抵抗効果デバイス１００と共通の構成については説明を省く。
分岐部２１は、信号線路２０にある。分岐部２１は、信号線路２０と線路９４とが接続する接続点を含む部分である。分岐部２１は、信号を分岐できるものであればよい。分岐部２１は、例えば、方向性結合器である。一方のユニット１０の高周波線路１２は、第１ポート３０に変えて、基準電位端子９５に接続されている。磁気抵抗効果素子１１から出力された信号は、信号線路２０を流れ、その一部は分岐部２１で第１ポート３０に至る。
第１変形例に係る磁気抵抗効果デバイス１０１は、磁気抵抗効果デバイス１００と同様の効果が得られる。
（第２変形例）
図１０は、第２変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０２の回路構成を模式的に示す図である。図１０に示す第２変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０２は、信号線路２０が増幅器２２を有する点が、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と異なる。図１０に示す磁気抵抗効果デバイス１０２において、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と同一の構成については同一の符号を付す。また第２変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０２において、磁気抵抗効果デバイス１００と共通の構成については説明を省く。
増幅器２２は、信号線路２０にある。増幅器２２は、例えば、一方のユニット１０の磁気抵抗効果素子１１と他方のユニット１０の第１部分１２Ａとの間にある。増幅器２２は、信号を増幅する機器、装置等である。増幅器２２は、公知のものを用いることができる。増幅器２２が信号を増幅することで、磁気抵抗効果デバイス１０２は、早く出力が飽和し、安定した強度の信号を第１ポート３０から出力する。また、強磁性共鳴周波数ｆ１３近傍における第１Ｓパラメータが負の場合でも、増幅器２２が信号を増幅することで、強磁性共鳴周波数近傍における入力信号および出力信号をサイクルごとに大きくできる。
また、磁気抵抗効果デバイス１０２は、増幅器２２を有することにより、周波数選択性を向上させることができる。強磁性共鳴周波数ｆ１３近傍において、入力信号の強度が大きくなり磁気抵抗効果素子１１からの出力信号の強度が磁気抵抗効果素子１１の出力飽和値に至ると、強磁性共鳴周波数ｆ１３近傍における第１Ｓパラメータが小さくなり、周波数選択性が低くなる。強磁性共鳴周波数ｆ１３近傍において、磁気抵抗効果素子１１から出力される出力信号よりも増幅器２２から出力される信号が先に出力飽和値に至るように、磁気抵抗効果素子１１の出力飽和値、増幅器２２の出力飽和値及び、第１Ｓパラメータを設定すると、磁気抵抗効果素子１１からの出力信号の強度が磁気抵抗効果素子１１の出力飽和値に至らないので、磁気抵抗効果デバイス１０２の周波数選択性は向上する。例えば、第１Ｓパラメータが負の場合に、増幅器２２の出力飽和値を磁気抵抗効果素子１１の出力飽和値より小さくする。磁気抵抗効果素子１１の出力飽和値と増幅器２２の出力飽和値との関係は、例えば、増幅器２２を選択することで自由に調整できる。
また第２変形例に係る磁気抵抗効果デバイス１０２は、磁気抵抗効果デバイス１００と同様の効果が得られる。
（第３変形例）
図１１は、第３変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０３の回路構成を模式的に示す図である。図１１に示す第３変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０３は、信号線路２０がフィルタ２３を有する点が、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と異なる。図１１に示す磁気抵抗効果デバイス１０３において、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と同一の構成については同一の符号を付す。また第３変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０３において、磁気抵抗効果デバイス１００と共通の構成については説明を省く。
フィルタ２３は、信号線路２０内に位置する。フィルタ２３は、例えば、一方のユニット１０の磁気抵抗効果素子１１と他方のユニット１０の第１部分１２Ａとの間にある。フィルタ２３は、公知のフィルタを用いることができる。フィルタ２３は、例えば、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタ又はバンドエリミネーションフィルタである。フィルタ２３は、例えば、磁性体１３の強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍の周波数の信号を通過させ、第１強磁性層１の強磁性共鳴周波数ｆ１の近傍の周波数の信号をカットする。フィルタ２３でノイズが発生しやすい周波数の信号をカットすることで、ノイズの発生をより低減できる。
また第３変形例に係る磁気抵抗効果デバイス１０３は、磁気抵抗効果デバイス１００と同様の効果が得られる。
（第４変形例）
図１２は、第４変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０４の回路構成を模式的に示す図である。図１２に示す第４変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０４は、ユニット５０の構成が、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と異なる。図１２に示す磁気抵抗効果デバイス１０４において、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と同一の構成については同一の符号を付す。また第４変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０４において、磁気抵抗効果デバイス１００と共通の構成については説明を省く。
ユニット５０は、磁気抵抗効果素子１１を複数有する点が、第１実施形態に係るユニット１０と異なる。磁気抵抗効果素子１１のそれぞれは、信号線路２０と線路９２との間にある。磁気抵抗効果素子１１のそれぞれは、信号線路２０と線路９２との間で、互いに直列な接続関係を有しても並列な接続関係を有してもよい。磁気抵抗効果素子１１のそれぞれの第１強磁性層１は、磁性体１３で生じた高周波磁場を印加できる位置にある。また磁気抵抗効果素子１１のそれぞれには、電源９０から印加される直流電流又は直流電圧を印加できる。
信号線路２０には、それぞれの磁気抵抗効果素子１１からの出力を重ね合わせた信号が出力される。それぞれの磁気抵抗効果素子１１の出力を重ね合わせることで、磁気抵抗効果デバイス１０４はより大きな信号を出力できる。
また第４変形例に係る磁気抵抗効果デバイス１０４は、磁気抵抗効果デバイス１００と同様の効果が得られる。
（第５変形例）
図１３は、第５変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０５の回路構成を模式的に示す図である。図１３に示す第５変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０５は、ユニット１０Ｂがユニット１０Ｂ１となっている点が、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と異なる。図１３に示す磁気抵抗効果デバイス１０５において、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と同一の構成については同一の符号を付す。また第５変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０５において、磁気抵抗効果デバイス１００と共通の構成については説明を省く。
ユニット１０Ｂ１は、磁性体１３の磁気抵抗効果素子１１及び第１部分１２Ａに対する位置関係が、ユニット１０Ｂと異なる。ユニット１０Ｂ１において、磁性体１３は、第１部分１２Ａと磁気抵抗効果素子１１の間にある。
直流電流が流れていない状態からユニット１０Ｂ１の第１部分１２Ａに対して第１電流方向に直流電流を印加すると、磁化Ｍ１３に加わる磁場Ｈ１２Ａ及び磁化Ｍ１に加わる磁場Ｈ１３の方向が図８に示す第２の例となる。すなわち、ユニット１０Ｂ１は、第１の要素の符号が負である。
またユニット１０Ｂ’は、磁気抵抗効果素子１１へ印加する直流電流の流れる方向が、ユニット１０Ｂと反対である。ユニット１０Ｂ１は、直流印加端子４０から磁気抵抗効果素子１１へ向かう方向に直流電流が印加されており、第２の要素の符号が正である。
ユニット１０Ｂ１は、第１の要素の符号が負であり、第２の要素の符号は正である。したがって、ユニット１０Ｂ１は、負ユニットである。
磁気抵抗効果デバイス１０５は、正ユニットと負ユニットを一つずつ有する。従って、磁気抵抗効果デバイス１０５は、磁気抵抗効果デバイス１００と同様の効果が得られる。
（第６変形例）
図１４は、第６変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０６の回路構成を模式的に示す図である。図１４に示す第６変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０６は、ユニット１０Ｂがユニット１０Ｂ２となっている点が、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と異なる。図１４に示す磁気抵抗効果デバイス１０６において、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と同一の構成については同一の符号を付す。また第６変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０６において、磁気抵抗効果デバイス１００と共通の構成については説明を省く。
ユニット１０Ｂ２は、第１部分１２Ａに直流電流を第１電流方向に流した際に、磁気抵抗効果素子１１から見た場合の第１部分１２Ａを流れる直流電流の方向が、磁気抵抗効果デバイス１００とは反対である。
直流電流が流れていない状態からユニット１０Ｂ２の第１部分１２Ａに対して第１電流方向に直流電流を印加すると、磁化Ｍ１３に加わる磁場Ｈ１２Ａ及び磁化Ｍ１に加わる磁場Ｈ１３の方向が図８に示す第２の例となる。すなわち、ユニット１０Ｂ２は、第１の要素の符号が負である。
またユニット１０Ｂ２は、磁気抵抗効果素子１１へ印加する直流電流の流れる方向が、ユニット１０Ｂと反対である。ユニット１０Ｂ２は、直流印加端子４０から磁気抵抗効果素子１１へ向かう方向に直流電流が印加されており、第２の要素の符号が正である。
ユニット１０Ｂ２は、第１の要素の符号が負であり、第２の要素の符号は正である。したがって、ユニット１０Ｂ２は、負ユニットである。
磁気抵抗効果デバイス１０６は、正ユニットと負ユニットを一つずつ有する。従って、磁気抵抗効果デバイス１０６は、磁気抵抗効果デバイス１００と同様の効果が得られる。
（第７変形例）
図１５は、第７変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０７の回路構成を模式的に示す図である。図１５に示す第７変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０７は、ユニット１０Ｂがユニット１０Ｂ３となっている点が、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と異なる。図１５に示す磁気抵抗効果デバイス１０７において、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と同一の構成については同一の符号を付す。また第７変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０７において、磁気抵抗効果デバイス１００と共通の構成については説明を省く。
ユニット１０Ｂ３は、磁気抵抗効果素子１１の第２強磁性層２の磁化Ｍ２の向きが、磁気抵抗効果デバイス１００のユニット１０Ｂの磁気抵抗効果素子１１とは反対である。
図１６は、第１部分１２Ａに対して第１電流方向に直流電流を流した際に生じる磁性体１３の磁化Ｍ１３及び第１強磁性層１の磁化Ｍ１の変化の挙動を示す図である。図１６において、図１５の紙面奥から手前に向かう方向を＋ｙ方向、手前から奥に向かう方向を－ｙ方向、磁気抵抗効果素子１１の積層方向をｚ方向、±ｙ方向及びｚ方向と直交する方向をｘ方向と称する。
図１６に示すように、ユニット１０Ｂ３において、第１電流方向に直流電流を流した際の磁性体１３の磁化Ｍ１３及び第１強磁性層１の磁化Ｍ１の変化の挙動は、図７に示す第１の例と同じである。これに対し、図１６に示す第２強磁性層２の磁化Ｍ２は－ｙ方向に配向しており、この点が図７と異なる。
図１６に示す場合、磁化Ｍ２と磁化Ｍ１の相対角は、第１強磁性層１に印加される磁場Ｈ１３の向きが変化することで小さくなる。すなわち、図１６の構成を満たす場合、磁気抵抗効果素子１１の抵抗値は、第１部分１２Ａに対して第１電流方向に直流電流を印加することで小さくなる。すなわち、ユニット１０Ｂ３は、第１の要素の符号が負である。
またユニット１０Ｂ３は、磁気抵抗効果素子１１へ印加する直流電流の流れる方向が、ユニット１０Ｂと反対である。ユニット１０Ｂ３は、直流印加端子４０から磁気抵抗効果素子１１へ向かう方向に直流電流が印加されており、第２の要素の符号が正である。
ユニット１０Ｂ３は、第１の要素の符号が負であり、第２の要素の符号は正である。したがって、ユニット１０Ｂ３は、負ユニットである。
磁気抵抗効果デバイス１０７は、正ユニットと負ユニットを一つずつ有する。従って、磁気抵抗効果デバイス１０７は、磁気抵抗効果デバイス１００と同様の効果が得られる。
（第８変形例）
図１７は、第８変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０８の回路構成を模式的に示す図である。図１７に示す第８変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０８は、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００の２つの磁性体１３が互いに繋がったものである。図１７に示す磁気抵抗効果デバイス１０８において、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と同一の構成については同一の符号を付す。また第８変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０８において、磁気抵抗効果デバイス１００と共通の構成については説明を省く。
磁性体１３Ａは、ユニット１０Ａとユニット１０Ｂに亘っている。ユニット１０Ａの第１部分１２Ａは、磁性体１３Ａの第１領域Ａ１に高周波磁場を印加し、ユニット１０Ｂの第１部分１２Ａは、磁性体１３Ａの第２領域Ａ２に高周波磁場を印加する。第１領域Ａ１は、ユニット１０Ａの第１部分１２Ａから磁性体１３Ａに印加される高周波磁場のうち最も大きな高周波磁場が印加される領域である。ユニット１０Ａの第１部分１２Ａから高周波磁場が印加された際に、磁性体１３Ａ内における第１領域Ａ１の磁化が振動する。第２領域Ａ２は、ユニット１０Ｂの第１部分１２Ａから磁性体１３Ａに印加される高周波磁場のうち最も大きな高周波磁場が印加される領域である。第２領域Ａ２は、ユニット１０Ｂの第１部分１２Ａから高周波磁場が印加された際に、磁性体１３Ａ内における第２領域Ａ２の磁化が振動する。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とは十分に離れており、第１領域Ａ１内の磁化と第２領域Ａ２内の磁化とはそれぞれ独立に振動する。十分に離れているとは、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とが１０μｍ以上離れていることを意味する。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とは、１００μｍ以上離れていることが好ましい。
また第８変形例に係る磁気抵抗効果デバイス１０８は、磁気抵抗効果デバイス１００と同様の効果が得られる。また磁気抵抗効果デバイス１０８は、磁気抵抗効果デバイス１００より部品点数（磁性体の数）が少ない。また図１７では、磁性体１３Ａが２つのユニット１０Ａ、１０Ｂに亘っている例を示したが、ユニット１０の数が２以上の場合は、磁性体が３つ以上のユニットに亘っていてもよい。
（第９変形例）
図１８は、第９変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０９の回路構成を模式的に示す図である。図１８に示す第９変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０９は、直流印加端子４０が一つであり、直流印加端子４０が複数のユニット１０Ａ、１０Ｂ１に亘って接続されている点が、第５変形例に係る磁気抵抗効果デバイス１０５と異なる。図１８に示す磁気抵抗効果デバイス１０９において、図１３に示す磁気抵抗効果デバイス１０５と同一の構成については同一の符号を付す。また第９変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１０９において、磁気抵抗効果デバイス１０５と共通の構成については説明を省く。
ユニット１０Ａ、１０Ｂ１は、同じ電源９０に接続されている。電源９０は、直流印加端子４０を介して、それぞれのユニット１０Ａ、１０Ｂ１に接続されている。
また第９変形例に係る磁気抵抗効果デバイス１０９は、磁気抵抗効果デバイス１０５と同様の効果が得られる。また磁気抵抗効果デバイス１０９は、磁気抵抗効果デバイス１０５より部品点数（電源９０の数）が少ない。
（第１０変形例）
図１９は、第１０変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１１０の回路構成を模式的に示す図である。図１９に示す第１０変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１１０は、ユニット１０の数が４つである点が磁気抵抗効果デバイス１００と異なる。図１９に示す磁気抵抗効果デバイス１１０において、図１に示す磁気抵抗効果デバイス１００と同一の構成については同一の符号を付す。また第１０変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１１０において、磁気抵抗効果デバイス１００と共通の構成については説明を省く。
磁気抵抗効果デバイス１１０は、ユニット１０を４つ有する。ユニット１０はそれぞれ、信号線路２０で接続されている。それぞれの信号線路は、あるユニット１０の磁気抵抗効果素子１１と異なるユニット１０の第１部分１２Ａとを繋ぐ。複数のユニット１０は、信号線路２０によって環状に接続されている。
直流電流が流れていない状態からユニット１０の第１部分１２Ａに対して第１電流方向に直流電流を印加すると、いずれのユニット１０も磁化Ｍ１３に加わる磁場Ｈ１２Ａ及び磁化Ｍ１に加わる磁場Ｈ１３の方向が図７に示す第１の例となる。すなわち、ユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、いずれも第１の要素の符号が正である。
ユニット１０Ａ、１０Ｄは、直流印加端子４０から磁気抵抗効果素子１１へ向かう方向に直流電流が印加されており、第２の要素の符号が正である。これに対し、ユニット１０Ｂ、１０Ｃは、磁気抵抗効果素子１１から直流印加端子４０へ向かう方向に直流電流が印加されており、第２の要素の符号が負である。
したがって、ユニット１０Ａ及びユニット１０Ｄは正ユニットであり、ユニット１０Ｂ及びユニット１０Ｃは負ユニットである。すなわち、磁気抵抗効果デバイス１１０は、正ユニットの数と負ユニットの数が同じである。従って、磁気抵抗効果デバイス１１０は、磁気抵抗効果デバイス１００と同様の効果が得られる。
「第２実施形態」
図２０は、第２実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス１２０の回路構成を示す図である。図２０において、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス１００と同一の構成については同一の符号を付す。また第１実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイス１００と共通の構成については説明を省く。
磁気抵抗効果デバイス１２０は、複数のユニット１０を有する。ユニット１０はそれぞれ、信号線路２０で接続されている。それぞれの信号線路は、あるユニット１０の磁気抵抗効果素子１１と異なるユニット１０の第１部分１２Ａとを繋ぐ。複数のユニット１０は、信号線路２０によって環状に接続されている。
直流電流が流れていない状態からユニット１０の第１部分１２Ａに対して第１電流方向に直流電流を印加すると、いずれのユニット１０も磁化Ｍ１３に加わる磁場Ｈ１２Ａ及び磁化Ｍ１に加わる磁場Ｈ１３の方向が図７に示す第１の例となる。すなわち、ユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、いずれも第１の要素の符号が正である。
またユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、直流印加端子４０から磁気抵抗効果素子１１へ向かう方向に直流電流が印加されており、第２の要素の符号が正である。
したがって、ユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄはいずれも正ユニットである。すなわち、磁気抵抗効果デバイス１２０は、正ユニットを４つ有し、正ユニットの数が４の倍数である。ここで、４の倍数とは、４と０又は正の整数との掛け算したものであり、０を含む。
ユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄはそれぞれ、入力信号の位相に対して出力信号の位相をπ／２進める。すなわち、それぞれのユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄにおいて、第１部分１２Ａを流れる高周波電流の位相に対して、磁気抵抗効果素子１１から出力される高周波電流の位相はπ／２進んでいる。したがって、磁気抵抗効果デバイス１２０は、サイクルを１周した際に、信号の位相が２π進み、信号の位相のずれがなくなる。
それぞれの信号線路２０において、複数の信号の位相が一致すると、合成信号の振幅は大きくなる。そのため、第２実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１２０は、第１実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００と同様に、信号の出力を大きくできる。
また第２実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１２０は、磁性体１３の強磁性共鳴周波数ｆ１３の近傍の周波数で動作することで、第１実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００と同様に、ノイズを低減し、周波数選択性を高めることができる。
以上、第２実施形態について図面を参照して詳述したが、第２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、第１実施形態における変形例の特徴的な構成のそれぞれは、第２実施形態にかかる磁気抵抗効果デバイスにも適用できる。例えば、信号線路２０の一つ以上が、増幅器、フィルタ、第１ポート３０へ至る分岐部のいずれかを有してもよい。またユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄのうちの一つ以上が、磁気抵抗効果素子１１を複数有してもよい。また第８変形例と同様に、磁性体１３Ａが複数のユニットに亘っていてもよい。図２１に示す磁気抵抗効果デバイス１２１における磁性体１３Ａは、ユニット１０Ａとユニット１０Ｄに亘っている。
（第１１変形例）
図２２は、第１１変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１２２の回路構成を模式的に示す図である。図２２に示す第１１変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１２２は、それぞれの磁気抵抗効果素子１１に印加される直流電流の方向が、図２０に示す磁気抵抗効果デバイス１２０と異なる。図２２に示す磁気抵抗効果デバイス１２２において、図２０に示す磁気抵抗効果デバイス１２０と同一の構成については同一の符号を付す。また第１１変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１２２において、磁気抵抗効果デバイス１１０と共通の構成については説明を省く。
図２２におけるユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄの第１の要素の符号は、図２０と同様に正である。また図２２におけるユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは、磁気抵抗効果素子１１から直流印加端子４０へ向かう方向に直流電流が印加されており、第２の要素の符号が負である。
したがって、ユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄは負ユニットである。すなわち、磁気抵抗効果デバイス１１１は、負ユニットを４つ有し、負ユニットの数が４の倍数である。
ユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄはそれぞれ、入力信号の位相に対して出力信号の位相をπ／２遅れさせる。すなわち、それぞれのユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄにおいて、第１部分１２Ａを流れる高周波電流の位相に対して、磁気抵抗効果素子１１から出力される高周波電流の位相はπ／２遅れる。したがって、磁気抵抗効果デバイス１１１は、サイクルを１周した際に、信号の位相が２π遅れ、信号の位相のずれがなくなる。
第１１変形例に係る磁気抵抗効果デバイス１２２は、第２実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１２０と同様の効果が得られる。
（第１２変形例）
図２３は、第１２変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１２３の回路構成を模式的に示す図である。図２３に示す第１２変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１２３は、ユニットの数が、図２０に示す磁気抵抗効果デバイス１２０と異なる。図２３に示す磁気抵抗効果デバイス１２３において、図２０に示す磁気抵抗効果デバイス１２０と同一の構成については同一の符号を付す。また第１２変形例にかかる磁気抵抗効果デバイス１２３において、磁気抵抗効果デバイス１２０と共通の構成については説明を省く。
図２３におけるユニット１０はいずれも、図２０と同様に、第１の要素の符号は正である。
またユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｇ、１０Ｈは、直流印加端子４０から磁気抵抗効果素子１１へ向かう方向に直流電流が印加されており、第２の要素の符号が正である。これに対し、ユニット１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆは、磁気抵抗効果素子１１から直流印加端子４０へ向かう方向に直流電流が印加されており、第２の要素の符号が負である。
したがって、ユニット１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｇ、１０Ｈは正ユニットであり、ユニット１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆは負ユニットである。すなわち、磁気抵抗効果デバイス１２３は、正ユニット及び負ユニットをそれぞれ４つ有し、正ユニット及び負ユニットの数が４の倍数である。また磁気抵抗効果デバイス１２３は、正ユニットの数と負ユニットの数が同じでもある。
磁気抵抗効果デバイス１２３は、正ユニット及び負ユニットの数が４の倍数なので、サイクルを１周するごとに、信号の位相のずれがなくなる。
第１２変形例に係る磁気抵抗効果デバイス１２３は、第２実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１２０と同様の効果が得られる。
なお、第２実施形態及びその変形例では、ユニット１０の数が４個または８個の例を提示したが、ユニットの数はこの場合に限られない。正ユニット及び負ユニットの数はそれぞれ、４の倍数個（０を含む）であればよい。
１ 第１強磁性層
２ 第２強磁性層
３ スペーサ層
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｂ１、１０Ｂ２、１０Ｂ３、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ、５０ ユニット
１１ 磁気抵抗効果素子
１１Ａ 上部電極
１１Ｂ 下部電極
１２ 高周波線路
１２Ａ 第１部分
１３、１３Ａ 磁性体
１５、２１ 分岐部
１６ 周波数設定部
２０、２０Ａ、２０Ｂ 信号線路
２２ 増幅器
２３ フィルタ
３０ 第１ポート
４０ 直流印加端子
９０ 電源
９１、９５ 基準電位端子
９２、９３、９４ 線路
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１１０、１２０、１２１、１２２、１２３ 磁気抵抗効果デバイス
Ａ１ 第１領域
Ａ２ 第２領域
Ｃ コンデンサ
ＧＤ グラウンド
Ｌ インダクタ

Claims (5)

  1. 磁気抵抗効果素子と、高周波線路と、磁性体と、をそれぞれ備える複数のユニットと、
    前記複数のユニットのそれぞれの前記磁気抵抗効果素子に接続され、異なるユニットの間をそれぞれ接続する複数の信号線路と、
    前記複数のユニットのいずれかから出力された信号が出力される第１ポートと、
    一つの直流印加端子又は複数の直流印加端子と、を備え、
    前記磁気抵抗効果素子は、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とに挟まれたスペーサ層と、を備え、
    前記複数のユニットのそれぞれの前記磁気抵抗効果素子は、前記一つの直流印加端子又は前記複数の直流印加端子のうちの一つと接続され、
    前記一つの直流印加端子又は前記複数の直流印加端子は、接続された前記磁気抵抗効果素子に直流電流又は直流電圧を印加するための電源を接続でき、
    前記高周波線路は、前記複数の信号線路のいずれかに繋がる第１部分を有し、前記磁気抵抗効果素子と離間し、
    前記複数の信号線路のそれぞれは、異なるユニットの前記磁気抵抗効果素子と前記第１部分とを繋ぎ、前記複数のユニットは、前記複数の信号線路によって環状に繋がり、
    前記複数のユニットのそれぞれにおいて、前記第１部分を流れる高周波電流に起因する高周波磁場は前記磁性体に印加され、前記磁性体が生じる高周波磁場は前記第１強磁性層に印加され、
    前記信号線路を介して繋がっている前記磁気抵抗効果素子と前記第１部分とにおいて、前記磁気抵抗効果素子から前記第１部分に向かう直流電流の流れ方向を第１電流方向とし、前記第１部分から前記磁気抵抗効果素子に向かう電流の流れ方向を第２電流方向とし、
    前記複数のユニットのそれぞれにおいて、
    前記磁気抵抗効果素子の抵抗値が、前記第１部分に対して直流電流が流れていない状態から前記第１電流方向に直流電流を流した際に、大きくなる場合の抵抗変化を正、小さくなる場合の抵抗変化を負とし、
    前記磁気抵抗効果素子に接続された前記直流印加端子から前記磁気抵抗効果素子に印加する直流電流の流れる方向である印加電流方向が、前記第２電流方向の場合を正、前記第１電流方向の場合を負とした際に、
    前記抵抗変化の正負の符号と前記印加電流方向の正負の符号との積が正となる正ユニットの数と、前記抵抗変化の正負の符号と前記印加電流方向の正負の符号との積が負となる負ユニットの数と、が一致する、磁気抵抗効果デバイス。
  2. 前記複数のユニットの数が２つであり、
    一方のユニットは正ユニットであり、他方のユニットは負ユニットである、請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  3. 前記正ユニットと前記負ユニットとは、前記印加電流方向の正負が反対である、請求項２に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  4. 磁気抵抗効果素子と、高周波線路と、磁性体と、をそれぞれ備える複数のユニットと、
    前記複数のユニットのそれぞれの前記磁気抵抗効果素子に接続され、異なるユニットの間をそれぞれ接続する複数の信号線路と、
    前記複数のユニットのいずれかから出力された信号が出力される第１ポートと、
    一つの直流印加端子又は複数の直流印加端子と、を備え、
    前記磁気抵抗効果素子は、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とに挟まれたスペーサ層と、を備え、
    前記複数のユニットのそれぞれの前記磁気抵抗効果素子は、前記一つの直流印加端子又は前記複数の直流印加端子のうちの一つと接続され、
    前記一つの直流印加端子又は前記複数の直流印加端子は、接続された前記磁気抵抗効果素子に直流電流又は直流電圧を印加するための電源を接続でき、
    前記高周波線路は、前記複数の信号線路のいずれかに繋がる第１部分を有し、前記磁気抵抗効果素子と離間し、
    前記複数の信号線路のそれぞれは、異なるユニットの前記磁気抵抗効果素子と前記第１部分とを繋ぎ、前記複数のユニットは、前記複数の信号線路によって環状に繋がり、
    前記複数のユニットのそれぞれにおいて、前記第１部分を流れる高周波電流に起因する高周波磁場は前記磁性体に印加され、前記磁性体が生じる高周波磁場は前記第１強磁性層に印加され、
    前記信号線路を介して繋がっている前記磁気抵抗効果素子と前記第１部分とにおいて、前記磁気抵抗効果素子から前記第１部分に向かう直流電流の流れ方向を第１電流方向とし、前記第１部分から前記磁気抵抗効果素子に向かう電流の流れ方向を第２電流方向とし、
    前記複数のユニットのそれぞれにおいて、
    前記磁気抵抗効果素子の抵抗値が、前記第１部分に対して直流電流が流れていない状態から前記第１電流方向に直流電流を流した際に、大きくなる場合の抵抗変化を正、小さくなる場合の抵抗変化を負とし、
    前記磁気抵抗効果素子に接続された前記直流印加端子から前記磁気抵抗効果素子に印加する直流電流の流れる方向である印加電流方向が、前記第２電流方向の場合を正、前記第１電流方向の場合を負とした際に、
    前記抵抗変化の正負の符号と前記印加電流方向の正負の符号との積が正となる正ユニットの数、又は、前記抵抗変化の正負の符号と前記印加電流方向の正負の符号との積が負となる負ユニットの数、が４の倍数である、磁気抵抗効果デバイス。
  5. 前記複数のユニットのうちのいくつかの前記磁性体は互いに繋がっており、
    それぞれの前記第１部分から繋がった前記磁性体に印加される高周波磁場のうち最も大きい高周波磁場は、繋がった前記磁性体の異なる部分に印加される、請求項１～４のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
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