JP2023062214A - 磁気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した動作が可能な磁気装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、磁気装置は、第１導電部材及び第１積層体を含む。第１導電部材は、第１部分と、第２部分と、第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含む。第１部分から第２部分への方向は、第１方向に沿う。第１積層体は、第１磁性層、第１対向磁性層、第１非磁性層、第１中間磁性層及び第１中間非磁性層を含む。第１中間磁性層は、第１方向と交差する第２方向において第３部分と第１対向磁性層との間にある。第１磁性層は、第２方向において、第１中間磁性層と第１対向磁性層との間にある。第１中間非磁性層は、第１中間磁性層と第１磁性層との間にある。第１非磁性層は、前記第１磁性層と第１対向磁性層との間にある。前記第１中間磁性層の総磁化量は、第１磁性層の総磁化量よりも小さい。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、磁気装置に関する。

磁気装置が、記憶装置または演算装置などに応用される。磁気装置において、安定した動作が望まれる。

特開２０１８－９８４３２号公報

本発明の実施形態は、安定した動作が可能な磁気装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、磁気装置は、第１導電部材及び第１積層体を含む。前記第１導電部材は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含む。前記第１部分から前記第２部分への方向は、第１方向に沿う。前記第１積層体は、第１磁性層、第１対向磁性層、第１非磁性層、第１中間磁性層及び第１中間非磁性層を含む。前記第１中間磁性層は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第３部分と前記第１対向磁性層との間にある。前記第１磁性層は、前記第２方向において、前記第１中間磁性層と前記第１対向磁性層との間にある。前記第１中間非磁性層は、前記第１中間磁性層と前記第１磁性層との間にある。前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間にある。前記第１中間磁性層の総磁化量は、前記第１磁性層の総磁化量よりも小さい。

図１は、第１実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。 図２は、第１実施形態に係る磁気装置を例示する模式的断面図である。 図３は、第１実施形態に係る磁気装置を例示する模式的断面図である。 図４は、第１実施形態に係る磁気装置を例示する模式的断面図である。 図５は、第１実施形態に係る磁気装置を例示する模式的断面図である。 図６は、磁気装置に関する試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。 図７（ａ）～図７（ｃ）は、磁気装置に関する試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、磁気装置に関する試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。 図９（ａ）及び図９（ｂ）は、磁気装置に関する試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、磁気装置に関する試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。 図１１は、第２実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。 図１２は、第２実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。 図１３は、第２実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。 図１４（ａ）～図１４（ｄ）は、第３実施形態に係る磁気装置を例示する模式的断面図である。 図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、第３実施形態に係る磁気装置の一部を例示する模式的斜視図である。 図１６（ａ）～図１６（ｃ）は、第４実施形態に係る磁気装置の動作を例示する模式的斜視図である。 図１７は、実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。 図１８は、実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。 図１９は、実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。 図２０は、実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。
図１に示すように、磁気装置１１０は、第１導電部材２１及び第１積層体ＳＢ１を含む。磁気装置１１０は、制御部７０をさらに含んでも良い。

第１導電部材２１は、第１部分２１ａ、第２部分２１ｂ及び第３部分２１ｃを含む。第３部分２１ｃは、第１部分２１ａと第２部分２１ｂとの間にある。第１部分２１ａから第２部分２１ｂへの方向は、第１方向に沿う。

第１方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向に対して垂直な１つの方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＺ軸方向と交差する方向をＹ軸方向とする。

第１積層体ＳＢ１は、第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ、第１非磁性層１１ｎ、第１中間磁性層１５ａ及び第１中間非磁性層１６ａを含む。

第１中間磁性層１５ａは、第２方向において、第３部分２１ｃと第１対向磁性層１１ｏとの間にある。第２方向は、第１方向と交差する。第２方向は、例えば、Ｚ軸方向である。第１中間磁性層１５ａは、例えば、第３部分２１ｃと接する。

第１磁性層１１は、第２方向（例えば、Ｚ軸方向）において、第１中間磁性層１５ａと第１対向磁性層１１ｏとの間にある。

第１中間非磁性層１６ａは、第１中間磁性層１５ａと第１磁性層１１との間にある。第１非磁性層１１ｎは、第１磁性層１１と第１対向磁性層１１ｏとの間にある。

第１中間磁性層１５ａは、Ｆｅ及びＣｏよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１中間磁性層１５ａは、Ｆｅ及びＣｏよりなる群から選択された少なくとも１つと、Ｂと、を含んでも良い。第１磁性層１１は、Ｆｅ及びＣｏよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１磁性層１１は、Ｆｅ及びＣｏよりなる群から選択された少なくとも１つと、Ｂと、を含んでも良い。

第１中間磁性層１５ａが、Ｆｅ及びＣｏよりなる群から選択された少なくとも１つと、Ｂと、を含む場合、第１中間磁性層１５ａにおけるＢの濃度がＺ軸方向に沿って変化しても良い。例えば、第１中間磁性層１５ａは、第１導電部材２１側の部分と、第１中間非磁性層１６ａ側の部分を含む。第１導電部材２１側の部分におけるＢの濃度は、第１中間非磁性層１６ａ側の部分におけるＢの濃度よりも高い。

実施形態においては、例えば、第１中間磁性層１５ａの総磁化量は、第１磁性層１１の総磁化量よりも小さい。総磁化量は、磁性層の飽和磁化と、磁性層の体積との積に対応する。第１中間磁性層１５ａの総磁化量は、第１中間磁性層１５ａの飽和磁化と、第１中間磁性層１５ａの厚さと、第１中間磁性層１５ａの面積と、の積に対応する。第１磁性層１１の総磁化量は、第１磁性層１１の飽和磁化と、第１磁性層１１の厚さと、第１磁性層１１の面積と、の積に対応する。厚さは、Ｚ軸方向に長さに対応する。

例えば、第１導電部材２１に電流が供給可能である。電流は、例えば、制御部７０から供給される。例えば、電流は、第１部分２１ａから第２部分２１ｂへの向きに流れることが可能である。例えば、電流は、第２部分２１ｂから第１部分２１ａへの向きに流れることが可能である。

第１積層体ＳＢ１の電気抵抗は、第１部分２１ａと第２部分２１ｂとの間に流れる電流により変更可能である。例えば、第１導電部材２１を流れる電流により、第１中間磁性層１５ａの磁化１５ａＭの向きが制御できる。これは、例えば、スピンホール効果に基づく。磁化１５ａＭの向きの変化に連動して、第１磁性層１１の磁化１１Ｍの向きが変化する。例えば、第１中間磁性層１５ａ及び第１磁性層１１は、強磁性結合している。例えば、第１中間磁性層１５ａの磁化１５ａＭの向きは、第１磁性層１１の磁化１１Ｍの向きの成分を有する。例えば、第１中間磁性層１５ａの磁化１５ａＭの向きは、第１磁性層１１の磁化１１Ｍの向きに対して実質的に平行である。

一方、第１対向磁性層１１ｏの磁化１１ｏＭの向きは、実質的に変化しない。第１磁性層１１の磁化１１Ｍの向きと、第１対向磁性層１１ｏの磁化１１ｏＭの向きと、の間の角度の変化に応じて、第１積層体ＳＢ１の電気抵抗が変化する。これは、例えば、磁気抵抗効果に基づく。第１対向磁性層１１ｏの磁化１１ｏＭの向きは、例えば、Ｙ軸方向に沿う。

第１積層膜１５Ｌａは、例えば、磁化自由層として機能する。第１対向磁性層１１ｏは、例えば、磁化参照層として機能する。第１積層体ＳＢ１は、例えば、１つのメモリセルとして機能する。第１積層体ＳＢ１は、１つの演算要素として機能しても良い。

実施形態においては、例えば、第１中間磁性層１５ａの総磁化量は、第１磁性層１１の総磁化量よりも小さい。これにより、第１中間磁性層１５ａの磁化１５ａＭの向きが、第１導電部材２１に流れる電流により、容易に制御できる。これにより、例えば、小さい電流（書き込み電流）により、磁化１５ａＭの向きを制御できる。一方、第１磁性層１１の総磁化量が大きいことにより、大きな磁化保持力を得ることができる。これにより、安定した記憶状態が得やすい。例えば、安定したリテンション特性が得やすい。

実施形態においては、例えば、第１中間磁性層１５ａは、書き込み電流を小さくする層として機能する。例えば、第１磁性層１１は、良好なリテンション特性を得る層として機能する。

実施形態においては、上記のような第１積層膜１５Ｌａが設けられることで、安定した磁化の方向が得やすくなる。安定した動作が可能な磁気装置を提供できる。

例えば、磁気装置において、磁性層を含む積層体のサイズが小さいことが望まれる。これにより、例えば、記憶密度などが向上する。積層体のサイズが小さくなり、磁性層の体積が小さくなると、例えば、リテンション特性が低下し易い。例えば、記憶された状態が不安定になる場合がある。

これに対して、実施形態においては、第１積層膜１５Ｌａは、上記のような、第１中間磁性層１５ａ及び第１磁性層１１を含む。例えば、積層体のサイズが小さくなった場合でも、安定した記憶状態が得られる。例えば、小さいサイズで安定した演算素子が得られる。実施形態においては、サイズが小さくても安定した動作が得られるため、消費電流（例えば書き込み電流）が低減できる。実施形態によれば、例えば、高記憶保持力（例えば、高信頼性）が得られる。実施形態によれば、例えば、低消費電力の磁気装置が提供できる。

実施形態において、第１中間磁性層１５ａの異方性磁界（Ｈｋ：例えば垂直異方性磁界）の絶対値は、第１磁性層１１の異方性磁界（Ｈｋ:例えば垂直異方性磁界）の絶対値よりも小さくても良い。この場合も、第１中間磁性層１５ａの磁化１５ａＭの向きが、第１導電部材２１に流れる電流により容易に制御できる。一方、第１磁性層１１の異方性磁界が大きいことにより、大きな磁化保持力を得ることができる。これにより、安定した記憶状態が得やすい。例えば、安定したリテンション特性が得やすい。

実施形態において、第１中間磁性層１５ａの総磁化量と第１中間磁性層１５ａの異方性磁界の絶対値との積が、第１磁性層１１の総磁化量と第１磁性層１１の異方性磁界の絶対値との積よりも小さくても良い。この場合も、第１中間磁性層１５ａの磁化１５ａＭの向きが、第１導電部材２１に流れる電流により容易に制御できる。一方、第１磁性層１１の総磁化量と異方性磁界の絶対値との積が大きいことにより、大きな磁化保持力を得ることができる。これにより、安定した記憶状態が得やすい。例えば、安定したリテンション特性が得やすい。

リテンション特性は、磁性層の飽和磁化Ｍｓと、磁性層の実効的な厚さｔｅｆｆと、磁性層の実効的な面積と、の積（例えば、磁化総量）と関係がある。上記のような第１積層膜１５Ｌａの構成を適用することで、高いリテンション特性が得られる。

例えば、書き込み電流に寄与するスイッチングエネルギーＥｓｗは、ＭｓｔとＨｋ／２との積で与えられる。「Ｈｋ」は、異方性磁界（例えば、垂直異方性磁界）である。磁性層の厚さｔを薄くすることで、書き込みエネルギーを低くすることができる。磁性層の厚さｔを薄くすると、Ｍｓｔと、Ｈｋの絶対値と、を小さくできる。しかしながら、Ｈｋの絶対値を小さくすると、垂直磁化膜となり、良好なリテンション特性が得難くなる。従って、小さい書き込みエネルギーと良好なリテンション特性は、二律背反の関係にある。

実施形態においては、第１積層膜１５Ｌａの構成を提供することで、書き込み電流を小さくする層と、良好なリテンション特性を得る層と、機能が分けることが可能である。実施形態によれば、例えば、良好なリテンション特性と、小さい書き込みエネルギーと、が得られる。

第１中間非磁性層１６ａは、例えば、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷよりなる群から選択された少なくとも１つと、ホウ素（Ｂ）と、を含む。第１中間非磁性層１６ａにおけるホウ素の濃度は、例えば、２０ａｔｍ％以上５０ａｔｍ％以下である。

第１中間非磁性層１６ａの厚さ（Ｚ軸方向に沿う長さ）は、例えば、０．１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下である。

第１中間非磁性層１６ａは、例えば、積層構造を有しても良い。第１中間非磁性層１６ａの少なくとも一部は、アモルファスでも良い。

図１に示すように、第３部分２１ｃは、第１領域２１ｐ及び第２領域２１ｑを含んでも良い。第１領域２１ｐの少なくとも一部は、第２方向（例えば、Ｚ軸方向において）、第２領域２１ｑと第１積層体ＳＢ１との間にある。例えば、第１領域２１ｐの第２方向（Ｚ軸方向）における位置は、第２領域２１ｑの第２方向における位置と、第１積層体ＳＢ１の第２方向における位置と、の間にある。この例では、第１積層体ＳＢ１と重ならない領域にも第１領域２１ｐが設けられる。

例えば、第１領域２１ｐの少なくとも一部は、アモルファスであることが好ましい。または、第１領域２１ｐの少なくとも一部の結晶性は、第２領域２１ｑの結晶性よりも低いことが好ましい。これにより、第１積層膜１５Ｌａは、高い平坦性を有する。第１積層膜１５Ｌａは、例えば、熱的に高い安定性を有する。例えば、記憶状態について、高いリテンション特性が得られる。例えば、消費電流（例えば書き込み電流）を小さくできる。

実施形態に係る１つの例において、第１導電部材２１は、例えば、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ及びＢｉよりなる群から選択された少なくとも１つと、Ｂと、を含む。例えば、このような材料により、大きなスピンホール効果が得られる。例えば、効率的な動作が得られる。第１導電部材２１がＢを含むことで、第１導電部材２１の少なくも一部（例えば第１領域２１ｐ）は、アモルファスになり易い。第１導電部材２１は、これらの材料を含む、１つの層、または、積層された複数の層を含んでも良い。

図１に示すように、制御部７０は、制御回路７５を含んでも良い。例えば、制御回路７５は、スイッチＳｃ１を介して第１導電部材２１と電気的に接続されても良い。スイッチＳｃ１のゲートは、配線７８ｅにより制御回路７５に接続される。スイッチＳｃ１の一端は、配線７８ａにより、制御回路７５と電気的に接続される。スイッチＳｃ１の他端は、配線７８ｄにより、第１部分２１ａと電気的に接続される。第２部分２１ｂは、配線７８ｂにより、制御回路７５と電気的に接続される。

例えば、制御回路７５は、スイッチＳｗ１を介して第１対向磁性層１１ｏと電気的に接続されても良い。スイッチＳｗ１のゲートは、配線７８ｆにより制御回路７５に接続される。スイッチＳｗ１の一端は、配線７８ｃにより、制御回路７５と電気的に接続される。スイッチＳｗ１の他端は、配線７８ｇにより、第１対向磁性層１１ｏと電気的に接続される。スイッチＳｃ１及びスイッチＳｗ１の少なくともいずれかは、制御部７０に含まれても良い。

後述するように、第１対向磁性層１１ｏに印加される電圧により、第１積層膜１５Ｌａに含まれる磁性層の磁化の向きの変化し易さが変化しても良い。

図２は、第１実施形態に係る磁気装置を例示する模式的断面図である。
図２に示すように、第１対向磁性層１１ｏは、磁性膜１１ｒ、磁性膜１１ｔ及び磁性部材１１ｕを含んでも良い。磁性膜１１ｒは、第１非磁性層１１ｎと磁性部材１１ｕとの間にある。磁性膜１１ｔは、磁性膜１１ｒと磁性部材１１ｕとの間にある。磁性膜１１ｒと磁性膜１１ｔとの間に金属膜１１ｓが設けられても良い。磁性膜１１ｒは、例えば、Ｆｅ及びＣｏよりなる群から選択された少なくとも１つと、Ｂと、を含む。磁性膜１１ｔは、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＢよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。磁性部材１１ｕは、例えば、ＩｎＭｎ及びＰｔＭｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。金属膜１１ｓは、例えばＲｕなどを含む。このような構成より、第１対向磁性層１１ｏにおいて、安定した磁化が得られる。磁性部材１１ｕは、例えば、反強磁性層である。

図３は、第１実施形態に係る磁気装置を例示する模式的断面図である。
図３に示すように、第１中間磁性層１５ａのＸ軸方向の長さが、Ｚ軸方向に沿って変化しても良い。例えば、第１中間磁性層１５ａは、第１部分領域１５ａｐ及び第２部分領域１５ａｑを含む。第１部分領域１５ａｐは、Ｚ軸方向において、第２部分領域１５ａｑと第１中間非磁性層１６ａとの間にある。第２部分領域１５ａｑの第１方向（Ｘ軸方向）に沿う長さＬ２は、第１部分領域１５ａｐの第１方向（Ｘ軸方向）に沿う長さＬ１よりも長い。このような構成により、例えば、高い記憶保持力が得られる。

図４及び図５は、第１実施形態に係る磁気装置を例示する模式的断面図である。
図４及び図５に示すように、第１導電部材２１の第３部分２１ｃの厚さは、第１導電部材２１の第３部分２１ｃを除く部分の厚さよりも厚くても良い。例えば、高い記憶保持力が得られる。

以下、磁気装置の特性の測定結果の例について、説明する。

試料の第１構造において、基板の上に設けられた第１導電部材２１の上に、ＦｅＢ層（第１中間磁性層１５ａに対応）、Ｔａ層（第１中間非磁性層１６ａに対応）、ＦｅＢ層（第１磁性層１１に対応）、ＭｇＯ層（第１非磁性層１１ｎに対応）、及び、Ｔａ層（キャップ層）が、この順で設けられる。

試料の第２構造においては、第１構造におけるＴａ層がＴａＢ層に変更される。第２構造におけるこれ以外の構成は、第１構造と同じである。

試料の第３構造においては、第１中間磁性層１５ａに対応する層、及び、第１中間非磁性層１６ａに対応する層が設けられない。第３構造においては、ＦｅＢ層（第１磁性層１１に対応）は、第１導電部材２１と接する。

第１～第３構造に含まれる上記の層が室温スパッタリングにより形成され、４００℃で１時間の熱処理が行われる。これにより、第１～第３構造の試料が得られる。

第１構造においてＴａ層の厚さは、０．１５ｎｍである。第２構造においてＴａＢ層の厚さは、０．１５ｎｍである。第１構造及び第２構造において、ＦｅＢ層（第１中間磁性層１５ａに対応）の厚さ、及び、ＦｅＢ層（第１磁性層１１に対応）の厚さが変更される。第３構造において、ＦｅＢ層（第１磁性層１１に対応）の厚さが変更される。これらの試料の磁気特性が測定される。

図６は、磁気装置に関する試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。
図６には、上記の第１～第３構造ＳＰ１～ＳＰ３の試料の評価結果が例示されている。図６の横軸は、総磁化量Ｍ０である。図６の縦軸は、異方性磁界Ｈｋ（垂直異方性磁界）である。磁性層の厚さが変更されることで、総磁化量Ｍ０及び異方性磁界Ｈｋが変化する。

図６に示すように、第３構造ＳＰ３と比べて、第１構造ＳＰ１及び第２構造ＳＰ２においては、同じ異方性磁界Ｈｋのときの総磁化量Ｍ０が大きい。例えば、特性は、図６中において、右方向にシフトする。第３構造ＳＰ３と比べて、第１構造ＳＰ１及び第２構造ＳＰ２においては、同じ総磁化量Ｍ０のときの異方性磁界Ｈｋの絶対値は小さい。図６中において、特性は、上方向にシフトする。

第１構造ＳＰ１及び第２構造ＳＰ２においては、第３構造ＳＰ３と比べて、同じ異方性磁界Ｈｋ（垂直異方性磁界）を維持しながら、総磁化量（例えば、磁化の保持力）を大きくできる。例えば、低消費書き込み電力と高い記録保持力とが得られる。

図７（ａ）～図７（ｃ）は、磁気装置に関する試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。
これらの図は、上記の第１構造ＳＰ１の試料及び第２構造ＳＰ２の試料の特性を例示している。

図７（ａ）に示すように、Ｔａ層（第１中間非磁性層１６ａに対応）を含む第１構造ＳＰ１において、ＴａＢ層（第１中間非磁性層１６ａに対応）を含む第２構造ＳＰ２と比べて、飽和磁化Ｍｓが大きい。

図７（ｂ）に示すように、Ｔａ層（第１中間非磁性層１６ａに対応）を含む第１構造ＳＰ１において、ＴａＢ層（第１中間非磁性層１６ａに対応）を含む第２構造ＳＰ２と比べて、磁気的なDead Layerの厚さｔＤＬが大きい。

図７（ｃ）に示すように、Ｔａ層（第１中間非磁性層１６ａに対応）を含む第１構造ＳＰ１において、ＴａＢ層（第１中間非磁性層１６ａに対応）を含む第２構造ＳＰ２と比べて、界面磁気異方性エネルギーＫｓが小さい。

図８（ａ）、図８（ｂ）、図９（ａ）及び図９（ｂ）は、磁気装置に関する試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、上記の第１構造ＳＰ１に対応する。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、上記の第２構造ＳＰ２に対応する。図８（ａ）及び図９（ａ）において、印加される外部磁界は、磁性層に対して平行である。図８（ｂ）及び図９（ｂ）において、印加される外部磁界は、磁性層に対して垂直（例えばＺ軸方向）である。これらの図の横軸は、印加される外部磁界の強度Ｈ１である。これらの図の縦軸は、磁化Ｍ１である。

これらの図から分かるように、第１構造ＳＰ１及び第２構造ＳＰ２において、ＦｅＢ層（第１中間磁性層１５ａに対応）、及び、ＦｅＢ層（第１磁性層１１に対応）は、互いに強磁性結合している。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、磁気装置に関する試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。
これらの図は、上記の第１～第３構造の試料の特性の測定結果を例示している。
図１０（ａ）に示すように、第１構造ＳＰ１のリテンション特性ＲＴＮは、第３構造ＳＰ３のリテンション特性ＲＴＮよりも高い。第２構造ＳＰ２のリテンション特性ＲＴＮは、第１構造ＳＰ１のリテンション特性ＲＴＮよりも高い。

図１０（ｂ）に示すように、第１構造ＳＰ１及び第２構造ＳＰ２の書き込みに関するパラメータＷＰは、第３構造ＳＰ３の書き込みに関するパラメータＷＰよりも低い。パラメータＷＰは、（書き込み電流）／（リテンション特性ＲＴＮ）に対応する。パラメータＷＰの値が小さいほど、書き込み効率が高いことを意味する。第１構造ＳＰ１及び第２構造ＳＰ２の書き込み効率は、第３構造ＳＰ３の書き込み効率よりも高い。

総磁化量に関する情報は、例えば、磁性層試料をＶＳＭ（振動試料型磁力計）測定し、印可磁界に対し磁化量が飽和する値を検出することで得られる。異方性磁界に関する情報は、例えば、磁性層試料をＶＳＭ測定する。その場合、磁性層の磁化困難軸方向（面内磁化膜の場合は垂直方向）に平行に磁界を印可し、磁化量が飽和するときの印可磁界の値を検出することで得られる。

（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。
図１１に示すように、磁気装置１２０は、第１導電部材２１及び第１積層体ＳＢ１を含む。第２実施形態においては、第１積層体ＳＢ１は、第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ、第１非磁性層１１ｎ、第１中間磁性層１５ａ及び第１中間非磁性層１６ａに加えて、第２中間磁性層１５ｂ及び第２中間非磁性層１６ｂを含む。第２中間磁性層１５ｂは、第１中間非磁性層１６ａと第１磁性層１１との間にある。第２中間非磁性層１６ｂは、第２中間磁性層１５ｂと第１磁性層１１との間にある。

１つの例において、第１中間磁性層１５ａの総磁化量は、第２中間磁性層１５ｂの総磁化量よりも小さい。例えば、第１中間磁性層１５ａの磁化１５ａＭの向きが、第１導電部材２１に流れる電流により容易に制御できる。例えば、小さい書き込み電流により、磁化１５ａＭの向きを制御できる。一方、第２中間磁性層１５ｂの総磁化量が大きいことにより、大きな磁化保持力を得ることができる。これにより、安定した記憶状態が得やすい。例えば、安定したリテンション特性が得やすい。

例えば、第１中間磁性層１５ａの異方性磁界の絶対値は、第２中間磁性層１５ｂの異方性磁界の絶対値よりも小さくても良い。例えば、第１中間磁性層１５ａの磁化１５ａＭの向きが、第１導電部材２１に流れる電流により容易に制御できる。例えば、小さい書き込み電流により、磁化１５ａＭの向きを制御できる。一方、第２中間磁性層１５ｂの異方性磁界の絶対値が大きいことにより、大きな磁化保持力を得ることができる。これにより、安定した記憶状態が得やすい。例えば、安定したリテンション特性が得やすい。

例えば、第１中間磁性層１５ａの総磁化量と第１中間磁性層１５ａの異方性磁界の絶対値との積は、第２中間磁性層１５ｂの総磁化量と第２中間磁性層１５ｂの異方性磁界の絶対値との積よりも小さくても良い。例えば、第１中間磁性層１５ａの磁化１５ａＭの向きが、第１導電部材２１に流れる電流により容易に制御できる。例えば、小さい書き込み電流により、磁化１５ａＭの向きを制御できる。一方、第２中間磁性層１５ｂの総磁化量と第２中間磁性層１５ｂの異方性磁界の絶対値との積が大きいことにより、大きな磁化保持力を得ることができる。これにより、安定した記憶状態が得やすい。例えば、安定したリテンション特性が得やすい。

他の１つの例において、第１中間磁性層１５ａの総磁化量は、第１磁性層１１の総磁化量よりも小さい。例えば、第１中間磁性層１５ａの異方性磁界の絶対値は、第１磁性層１１の異方性磁界の絶対値よりも小さくても良い。例えば、第１中間磁性層１５ａの総磁化量と第１中間磁性層１５ａの異方性磁界の絶対値との積は、第１磁性層１１の総磁化量と第１磁性層１１の異方性磁界の絶対値との積よりも小さくても良い。

この例において、第１中間磁性層１５ａの磁化１５ａＭの向きが、第１導電部材２１に流れる電流により容易に制御できる。例えば、小さい書き込み電流により、磁化１５ａＭの向きを制御できる。一方、第１磁性層１１の磁化１１Ｍは、大きな磁化保持力を得ることができる。これにより、安定した記憶状態が得やすい。例えば、安定したリテンション特性が得やすい。

この例では、第２中間磁性層１５ｂの磁化１５ｂＭの向きは、第１中間磁性層１５ａの磁化１５ａＭの向きと実質的に平行である。例えば、第１中間磁性層１５ａ及び第２中間磁性層１５ｂは、強磁性結合している。一方、例えば、第２中間磁性層１５ｂ及び第１磁性層１１は、反強磁性結合している。

例えば、第２中間磁性層１５ｂ、第２中間非磁性層１６ｂ、第１中間磁性層１５ａ、第１中間非磁性層１６ａ及び第１磁性層１１は、第１積層膜１５Ｌａに含まれる。第１積層膜１５Ｌａは、磁化自由層として機能する。このような第１積層膜１５Ｌａにおいて、安定した磁化が得られる。例えば、サイズを小さくした場合も、良好なリテンション特性が得られる、高い耐熱性が得られる。例えば、記憶密度を向上させ隣り合う積層体の距離が短くなった場合にも、漏洩磁界の影響を軽減でき、安定した磁化が得られる。

磁気装置１２０において、例えば、第１導電部材２１は、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ及びＢｉよりなる群から選択された少なくとも１つと、Ｂと、を含む。磁気装置１２０において、例えば、第１中間非磁性層１６ａは、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷよりなる群から選択された少なくとも１つと、ホウ素（Ｂ）と、を含む。磁気装置１２０において、例えば、第２中間磁性層１５ｂは、Ｆｅ及びＣｏよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２中間磁性層１５ｂは、Ｆｅ及びＣｏよりなる群から選択された少なくとも１つと、Ｂと、を含んでも良い。

磁気装置１２０において、例えば、第２中間非磁性層１６ｂは、例えば、Ｒｕ及びＩｒよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

第２中間非磁性層１６ｂは、第１元素を含む。第１元素は、Ｒｕ及びＩｒよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第２中間非磁性層１６ｂは、Ｒｕを含み、第２中間非磁性層１６ｂの厚さは、０．３ｎｍ以上１．１ｎｍ以下である。例えば、第２中間非磁性層１６ｂは、Ｒｕを含み、第２中間非磁性層１６ｂの厚さは、０．３ｎｍ以上０．５ｎｍ以下、または、０．７ｎｍ以上１．１ｎｍ以下である。または、第２中間非磁性層１６ｂは、Ｉｒを含み、第２中間非磁性層１６ｂの厚さは、０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下である。厚さは、Ｚ軸方向に沿う長さである。

第２中間非磁性層１６ｂは、第１元素及び第２元素を含んでも良い。第２元素は、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

図１２は、第２実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。
図１２に示すように、磁気装置１２１においては、第２中間磁性層１５ｂの磁化１５ｂＭは、第１中間磁性層１５ａの磁化１５ａＭに対して反平行である。第１磁性層１１の磁化１１Ｍは、第２中間磁性層１５ｂの磁化１５ｂＭに対して平行である。これを除く磁気装置１２１の構成は、磁気装置１２０の構成と同様である。

例えば、第２中間磁性層１５ｂ及び第１中間磁性層１５ａは、反強磁性結合している。第２中間磁性層１５ｂ及び第１磁性層１１は、強磁性結合している。

磁気装置１２１において、例えば、第１中間非磁性層１６ａは、Ｒｕ及びＩｒよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第２中間非磁性層１６ｂは、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷよりなる群から選択された少なくとも１つと、ホウ素（Ｂ）と、を含む。

磁気装置１２１においても、例えば、小さい書き込み電流により、磁化１５ａＭの向きを制御できる。一方、第１磁性層１１または第２中間磁性層１５ｂにおいて、大きな磁化保持力を得ることができる。良好なリテンション特性が得やすい。第２中間磁性層１５ｂ及び第１中間磁性層１５ａが反強磁性結合していることで、記憶密度を向上させ隣り合う積層体の距離が短くなった場合にも、漏洩磁界の影響を軽減でき、安定した磁化が得られる。安定した動作が可能な磁気装置を提供できる。

図１３は、第２実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。
図１３に示すように、磁気装置１２２においては、第２中間磁性層１５ｂの磁化１５ｂＭは、第１中間磁性層１５ａの磁化１５ａＭに対して反平行である。第１磁性層１１の磁化１１Ｍは、第２中間磁性層１５ｂの磁化１５ｂＭに対して反平行である。これを除く磁気装置１２２の構成は、磁気装置１２０の構成と同様である。

例えば、第１中間磁性層１５ａ及び第２中間磁性層１５ｂは、反強磁性結合している。第２中間磁性層１５ｂ及び第１磁性層１１は、反強磁性結合している。

磁気装置１２２において、例えば、第１中間非磁性層１６ａは、Ｒｕ及びＩｒよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第２中間非磁性層１６ｂは、Ｒｕ及びＩｒよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

磁気装置１２２においても、例えば、小さい書き込み電流により、磁化１５ａＭの向きを制御できる。一方、第１磁性層１１または第２中間磁性層１５ｂにおいて、大きな磁化保持力を得ることができる。良好なリテンション特性が得やすい。第１中間磁性層１５ａと第２中間磁性層１５ｂ、及び、第２中間磁性層１５ｂと第１中間磁性層１５ａ、が反強磁性結合していることで、記憶密度を向上させ隣り合う積層体の距離が短くなった場合にも、漏洩磁界の影響を軽減でき、安定した磁化が得られる。安定した動作が可能な磁気装置を提供できる。

磁気装置１２１または磁気装置１２２に関する１つの例において、第１導電部材２１は、例えば、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ及びＢｉよりなる群から選択された少なくとも１つと、Ｂと、を含む。第１導電部材２１がＢを含むことで、第１導電部材２１の少なくも一部（例えば第１領域２１ｐ）は、アモルファスになり易い。

この例において、第１中間非磁性層１６ａの少なくとも一部は、ｈｃｐ構造（六方晶構造）を有することが好ましい。これにより、第１中間磁性層１５ａと第２中間磁性層１５ｂとの間の磁気的結合の程度が高くなる。例えば、安定した反強磁性結合が得やすくなる。

この例において、第１中間磁性層１５ａの少なくとも一部は、ｆｃｃ構造（面心立方晶構造）またはｈｃｐ構造（六方晶構造）を有することが好ましい。これにより、第１中間非磁性層１６ａの少なくとも一部がｈｃｐ構造を有し易くなる。

第１導電部材２１の少なくとも一部がアモルファスであると、第１中間磁性層１５ａの少なくとも一部は、ｆｃｃ構造またはｈｃｐ構造を有し易くなる。これにより、第１中間非磁性層１６ａの少なくとも一部がｈｃｐ構造を有し易くなる。

磁気装置１２１または磁気装置１２２に関する別の１つの例において、例えば、第１導電部材２１は、Ｈｆ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つと、Ｐｔと、を含む。例えば、このような材料により、大きなスピンホール効果が得られる。例えば、効率的な動作が得られる。例えば、Ｈｆ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つと、Ｐｔと、を含む層は、ｆｃｃ構造またはｈｃｐ構造を有する。このような材料により、例えば、第１中間磁性層１５ａと第２中間磁性層１５ｂとの安定した反強磁性結合が得られる。第１導電部材２１におけるＰｔの比率は、例えば、５０ａｔｍ％以上であることが好ましい。これにより、第１中間磁性層１５ａと第２中間磁性層１５ｂとの安定した反強磁性結合が得易くなる。

この例において、第１導電部材２１は、例えば、ｆｃｃ構造、または、ｈｃｐ構造を有することが好ましい。第１導電部材２１の少なくとも一部がｆｃｃ構造またはｈｃｐ構造を有すると、第１中間磁性層１５ａの少なくとも一部は、ｆｃｃ構造またはｈｃｐ構造を有し易くなる。これにより、第１中間非磁性層１６ａの少なくとも一部がｈｃｐ構造を有し易くなる。

（第３実施形態）
図１４（ａ）～図１４（ｄ）は、第３実施形態に係る磁気装置を例示する模式的断面図である。
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、第３実施形態に係る磁気装置の一部を例示する模式的斜視図である。
図１４（ａ）～図１４（ｄ）に示すように、実施形態に係る磁気装置１３０は、第１積層体ＳＢ１に加えて、第２積層体ＳＢ２をさらに含む。第１導電部材２１は、第１部分２１ａ、第２部分２１ｂ及び第３部分２１ｃに加えて、第４部分２１ｄ、第５部分２１ｅ及び第６部分２１ｆを含む。この例では、第２部分２１ｂは、第１部分２１ａと第５部分２１ｅとの間にある。第４部分２１ｄは、第２部分２１ｂと第５部分２１ｅとの間にある。第６部分２１ｆは、第４部分２１ｄと第５部分２１ｅとの間にある。第４部分２１ｄは、第２部分２１ｂと連続している。第４部分２１ｄは、第２部分２１ｂと電気的に接続される。

図１５（ａ）に示すように、第２積層体ＳＢ２は、第２磁性層１２、第２対向磁性層１２ｏ及び第２非磁性層１２ｎを含む。第２磁性層１２は、第２方向（例えば、Ｚ軸方向）において、第６部分２１ｆと第２対向磁性層１２ｏとの間にある。第２非磁性層１２ｎは、第２磁性層１２と第２対向磁性層１２ｏとの間にある。この例では、第２積層体ＳＢ２は、第３中間磁性層１５ｃ及び第３中間非磁性層１６ｃを含む。第３中間磁性層１５ｃは、第２方向（例えばＺ軸方向）において、第６部分２１ｆと第２磁性層１２との間にある。第３中間非磁性層１６ｃは、第３中間磁性層１５ｃと第２磁性層１２との間にある。

図１５（ｂ）に示す磁気装置１３１のように、第２積層体ＳＢ２は、第４中間磁性層１５ｄ及び第４中間非磁性層１６ｄを含んでも良い。第４中間磁性層１５ｄは、第３中間非磁性層１６ｃと第２磁性層１２との間にある。第４中間非磁性層１６ｄは、第４中間磁性層１５ｄと第２磁性層１２との間にある。

第２磁性層１２、第２対向磁性層１２ｏ、第２非磁性層１２ｎ、第３中間磁性層１５ｃ、第３中間非磁性層１６ｃ、第４中間磁性層１５ｄ及び第４中間非磁性層１６ｄは、第１磁性層１１、第１対向磁性層１１ｏ、第１非磁性層１１ｎ、第１中間磁性層１５ａ、第１中間非磁性層１６ａ、第２中間磁性層１５ｂ及び第２中間非磁性層１６ｂの構成及び材料などがそれぞれ適用できる。

例えば、第４中間磁性層１５ｄの磁化１５ｄＭの向きは、第３中間磁性層１５ｃの磁化１５ｃＭの向きに対して「平行」である。第２磁性層１２の磁化１２Ｍの向きは、第３中間磁性層１５ｃの磁化１５ｃＭの向きに対して「反平行」である。第２対向磁性層１２ｏの磁化１２ｏＭの向きは、磁化１５ｄＭ、磁化１５ｃＭ及び磁化１２Ｍと比べて変化しにくい。

第２磁性層１２、第３中間磁性層１５ｃ、第３中間非磁性層１６ｃ、第４中間磁性層１５ｄ及び第４中間非磁性層１６ｄは、第２積層膜１５Ｌｂに含まれる。第２積層体ＳＢ２は、例えば、１つのメモリセルとして機能する。第２積層体ＳＢ２は、１つの演算要素として機能しても良い。

図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、第６部分２１ｆは、第３領域２１ｒ及び第４領域２１ｓを含んでも良い。第３領域２１ｒの少なくとも一部は、第２方向（例えば、Ｚ軸方向において）、第４領域２１ｓと第２積層体ＳＢ２との間にある。例えば、第３領域２１ｒの第２方向（Ｚ軸方向）における位置は、第４領域２１ｓの第２方向における位置と、第２積層体ＳＢ２の第２方向における位置と、の間にある。この例では、第２積層体ＳＢ２と重ならない領域にも第３領域２１ｒが設けられる。例えば、第３領域２１ｒの少なくとも一部は、アモルファスであることが好ましい。または、第３領域２１ｒの少なくとも一部の結晶性は、第４領域２１ｓの結晶性よりも低いことが好ましい。

図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、例えば、制御部７０は、スイッチＳｃ２を介して第４部分２１ｄ及び第５部分２１ｅと電気的に接続される。制御部７０は、例えば、スイッチＳｗ２を介して第２対向磁性層１２ｏと電気的に接続される。

図１４（ａ）～図１４（ｄ）においては、第１磁性層１１、第１非磁性層１１ｎ、第１対向磁性層１１ｏ、第２磁性層１２、第２非磁性層１２ｎ及び第２対向磁性層１２ｏが描かれ、他の層は省略されている。

図１４（ａ）～図１４（ｄ）に示すように、制御部７０は、第１部分２１ａ及び第２部分２１ｂと電気的に接続される。この例では、制御部７０は、第１部分２１ａ及び第５部分２１ｅと電気的に接続される。制御部７０は、第１対向磁性層１１ｏ及び第２対向磁性層１２ｏと電気的に接続される。制御部７０は、少なくとも第１動作ＱＰ１及び第２動作ＱＰ２を実施可能である。制御部７０は、第１～第４動作ＱＰ１～ＱＰ４を実施可能でも良い。

図１４（ａ）に示すように、第１動作ＱＰ１において、制御部７０は、第１部分２１ａから第２部分２１ｂへの第１電流Ｉｗ１を第１導電部材２１に供給する。図１４（ｂ）に示すように、第２動作ＱＰ２において、第２部分２１ｂから第１部分２１ａへの第２電流Ｉｗ２を第１導電部材２１に供給する。

このような第１電流Ｉｗ１と第２電流Ｉｗ２により、第１積層体ＳＢ１の電気抵抗を変化させることができる。図１４（ａ）の例では、第１動作ＱＰ１において、第１磁性層１１の磁化１１Ｍの向きは、第１対向磁性層１１ｏの磁化１１ｏＭの向きと「平行」である。図１４（ｂ）の例では、第２動作ＱＰ２において、第１磁性層１１の磁化１１Ｍの向きは、第１対向磁性層１１ｏの磁化１１ｏＭの向きと「反平行」である。図１４（ａ）の状態における電気抵抗は、図１４（ｂ）における電気抵抗よりも低い。

第１磁性層１１（及び第２磁性層１２）の磁化の変化のし易さは、第１対向磁性層１１ｏ（及び第２対向磁性層１２ｏ）への印加電圧により変化しても良い。図１４（ａ）の例では、第１対向磁性層１１ｏに第１電圧Ｖ１が印加され、第２対向磁性層１２ｏに第２電圧Ｖ２が印加される。第１電圧Ｖ１は、例えば、活性化電圧である。第２電圧Ｖ２は、例えば、非活性化電圧である。例えば、第２電圧Ｖ２の極性は、第１電圧Ｖ１の極性と異なる。例えば、第１電圧Ｖ１は負及び正の一方（例えば負）であり、第２電圧Ｖ２は、負及正の他方（例えば正）である。

図１４（ａ）に示すように、例えば、第１動作ＱＰ１において、第１部分２１ａと第１対向磁性層１１ｏとの間の第１電位差を第１電圧Ｖ１とし、第１部分２１ａから第２部分２１ｂへの第１電流Ｉｗ１を第１導電部材２１に供給する。図１４（ｂ）に示すように、第２動作ＱＰ２において、第１電位差を第１電圧Ｖ１とし、第２部分２１ｂから第１部分２１ａへの第２電流Ｉｗ２を第１導電部材２１に供給する。このような第１動作ＱＰ１及び第２動作ＯＰ２において、電気抵抗が変化する。

図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）に示すように、制御部７０は、第３動作ＱＰ３及び第４動作ＱＰ４をさらに実施しても良い。図１４（ｃ）に示すように、第３動作ＱＰ３において、制御部７０は、第１電位差を第１電圧Ｖ１とは異なる第２電圧Ｖ２とし、第１電流Ｉｗ１を第１導電部材２１に供給する。図１４（ｄ）に示すように、第４動作ＱＰ４において、第１電位差を第２電圧Ｖ２とし、第２電流Ｉｗ２を第１導電部材２１に供給する。図１４（ｃ）及び図１４（ｄ）の例では、第３動作ＱＰ３及び第４動作ＱＰ４において、電気抵抗は変化しない。第３動作ＱＰ３及び第４動作ＱＰ４において、電気抵抗は実質的に変化しない。第１磁性層１１の磁化１１Ｍの向きは、実質的に変化しない。

第１動作ＱＰ１後における第１対向磁性層１１ｏと第１導電部材２１との間の第１電気抵抗は、第２動作ＱＰ２の後における第１対向磁性層１１ｏと第１導電部材２１との間の第２電気抵抗とは異なる。第１電気抵抗と第２電気抵抗との差の絶対値は、第３動作ＱＰ３後における第１対向磁性層１１ｏと第１導電部材２１との間の電気抵抗と、第４動作ＱＰ４後における第１対向磁性層１１ｏと第１導電部材２１との間の電気抵抗と、の差の絶対値よりも大きい。

（第４実施形態）
図１６（ａ）～図１６（ｃ）は、第４実施形態に係る磁気装置の動作を例示する模式的斜視図である。
図１６（ａ）～図１６（ｃ）に示すように、磁気装置１４０は、磁気装置１３０と同様の構成を有して良い。磁気装置１４０は、第１～第５端子Ｔ１～Ｔ５を含んでも良い。第１端子Ｔ１は、第１部分２１ａと電気的に接続される。第２端子Ｔ２は、第５部分２１ｅと電気的に接続される。第３端子Ｔ３は、第２部分２１ｂ及び第４部分２１ｄと電気的に接続される。第４端子Ｔ４は、第１対向磁性層１１ｏと電気的に接続される。第５端子Ｔ５は、第２対向磁性層１２ｏと電気的に接続される。第４部分２１ｄは、第２部分２１ｂと連続しても不連続でも良い。

図１６（ａ）～図１６（ｃ）において、制御部７０は省略されている。制御部７０は、第１～第３動作ＯＰ１～ＯＰ３を実施可能である。

図１６（ａ）に示すように、第１動作ＯＰ１において、制御部７０は、第１部分２１ａから第２部分２１ｂへの電流Ｉ１を第１部分２１ａと第２部分２１ｂとの間に供給しつつ、第５部分２１ｅから第４部分２１ｄへの電流Ｉ３を第４部分２１ｄと第５部分２１ｅとの間に供給する。例えば、電流Ｉ１は、第１端子Ｔ１から第３端子Ｔ３に向けて流れる。電流Ｉ２は、第２端子Ｔ２から第３端子Ｔ３に向けて流れる。

図１６（ｂ）に示すように、第２動作ＯＰ２において、制御部７０は、第２部分２１ｂから第１部分２１ａへの電流Ｉ２を第１部分２１ａと第２部分２１ｂとの間に供給しつつ、第４部分２１ｄから第５部分２１ｅでの電流Ｉ４を第４部分２１ｄと第５部分２１ｅとの間に供給する。例えば、電流Ｉ２は、第３端子Ｔ３から第１端子Ｔ１に向けて流れる。電流Ｉ４は、第３端子Ｔ３から第２端子Ｔ２に向けて流れる。

図１６（ｃ）に示すように、第３動作ＯＰ３において、制御部７０は、第１対向磁性層１１ｏと第２対向磁性層１２ｏとの間に電圧Ｖａを印加する。例えば、制御部７０は、第４端子Ｔ４と第５端子Ｔ５との間に電圧Ｖａを印加する。制御部７０は、このときの、第２部分２１ｂと第４部分２１ｄとの接続点ＣＮ（第３端子Ｔ３）の電位を検出する。

接続点ＣＮの電位は、第１積層体ＳＢ１の電気抵抗と、第２積層体ＳＢ２の電気抵抗と、の相対的な関係に応じる。第１積層体ＳＢ１の電気抵抗と、第２積層体ＳＢ２の電気抵抗と、の相対的な関係を例えば記憶状態に対応させることができる。接続点ＣＮの電位を検出することで、記憶状態を読み出すことができる。

図１７～図２０は、実施形態に係る磁気装置を例示する模式的斜視図である。
図１７及び図１８に示すように、磁気装置１１０ａ及び１２０ａにおいては、第１導電部材２１は、第１領域２１ｐ及び第２領域２１ｑを含む。第１領域２１ｐは、第２方向（例えば、Ｚ軸方向において）、第２領域２１ｑと第１積層体ＳＢ１との間にある。磁気装置１１０ａにおけるこれ以外の構成は、磁気装置１１０の構成と同じである。磁気装置１２０ａにおけるこれ以外の構成は、磁気装置１２０の構成と同じである。

図１９及び図２０に示すように、磁気装置１３０ａ及び１３１ａにおいては、第１導電部材２１は、第３領域２１ｒ及び第４領域２１ｓを含む。第３領域２１ｒは、第２方向（例えば、Ｚ軸方向において）、第４領域２１ｓと第２積層体ＳＢ２との間にある。磁気装置１３０ａにおけるこれ以外の構成は、磁気装置１３０の構成と同じである。磁気装置１３１ａにおけるこれ以外の構成は、磁気装置１３１の構成と同じである。

実施形態は、例えば、以下の構成（例えば技術案）を含む。
（構成１）
第１導電部材と、
第１積層体と、
を備え、
前記第１導電部材は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み、前記第１部分から前記第２部分への方向は、第１方向に沿い、
前記第１積層体は、
第１磁性層と、
第１対向磁性層と、
第１非磁性層と、
第１中間磁性層と、
第１中間非磁性層と、
を含み、
前記第１中間磁性層は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第３部分と前記第１対向磁性層との間にあり、
前記第１磁性層は、前記第２方向において、前記第１中間磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
前記第１中間非磁性層は、前記第１中間磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
前記第１中間磁性層の総磁化量は、前記第１磁性層の総磁化量よりも小さい、磁気装置。

（構成２）
第１導電部材と、
第１積層体と、
を備え、
前記第１導電部材は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み、前記第１部分から前記第２部分への方向は、第１方向に沿い、
前記第１積層体は、
第１磁性層と、
第１対向磁性層と、
第１非磁性層と、
第１中間磁性層と、
第１中間非磁性層と、
を含み、
前記第１中間磁性層は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第３部分と前記第１対向磁性層との間にあり、
前記第１磁性層は、前記第２方向において、前記第１中間磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
前記第１中間非磁性層は、前記第１中間磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
前記第１中間磁性層の異方性磁界の絶対値は、前記第１磁性層の異方性磁界の絶対値よりも小さい、磁気装置。

（構成３）
第１導電部材と、
第１積層体と、
を備え、
前記第１導電部材は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み、前記第１部分から前記第２部分への方向は、第１方向に沿い、
前記第１積層体は、
第１磁性層と、
第１対向磁性層と、
第１非磁性層と、
第１中間磁性層と、
第１中間非磁性層と、
を含み、
前記第１中間磁性層は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第３部分と前記第１対向磁性層との間にあり、
前記第１磁性層は、前記第２方向において、前記第１中間磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
前記第１中間非磁性層は、前記第１中間磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
前記第１中間磁性層の総磁化量と前記第１中間磁性層の異方性磁界の絶対値との積は、前記第１磁性層の総磁化量と前記第１磁性層の異方性磁界の絶対値との積よりも小さい、磁気装置。

（構成４）
前記第１中間磁性層及び前記第１磁性層は、強磁性結合している、構成１～３のいずれか１つに記載の磁気装置。

（構成５）
前記第１積層体は、第２中間磁性層及び第２中間非磁性層を含み、
前記第２中間磁性層は、前記第１中間非磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
前記第２中間非磁性層は、前記第２中間磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
前記第１中間磁性層の前記総磁化量は、前記第２中間磁性層の総磁化量よりも小さい、構成１記載の磁気装置。

（構成６）
前記第１積層体は、第２中間磁性層及び第２中間非磁性層を含み、
前記第２中間磁性層は、前記第１中間非磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
前記第２中間非磁性層は、前記第２中間磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
前記第１中間磁性層の前記異方性磁界の前記絶対値は、前記第２中間磁性層の異方性磁界の絶対値よりも小さい、構成２記載の磁気装置。

（構成７）
前記第１積層体は、第２中間磁性層及び第２中間非磁性層を含み、
前記第２中間磁性層は、前記第１中間非磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
前記第２中間非磁性層は、前記第２中間磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
前記第１中間磁性層の前記総磁化量と前記第１中間磁性層の前記異方性磁界の前記絶対値との前記積は、前記第２中間磁性層の総磁化量と前記第２中間磁性層の異方性磁界の絶対値との積よりも小さい、構成３記載の磁気装置。

（構成８）
前記第１中間磁性層及び前記第２中間磁性層は、強磁性結合しており、
前記第２中間磁性層及び前記第１磁性層は、反強磁性結合している、構成５～７のいずれか１つに記載の磁気装置。

（構成９）
前記第１中間非磁性層は、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷよりなる群から選択された少なくとも１つと、ホウ素（Ｂ）と、を含み、
前記第２中間非磁性層は、Ｒｕ及びＩｒよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成５～８記載の磁気装置。

（構成１０）
前記第１中間非磁性層は、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷよりなる群から選択された少なくとも１つと、ホウ素（Ｂ）と、を含む、構成１～３のいずれか１つに記載の磁気装置。

（構成１１）
前記第１中間磁性層及び前記第２中間磁性層は、反強磁性結合しており、
前記第２中間磁性層及び前記第１磁性層は、強磁性結合している、構成５～７のいずれか１つに記載の磁気装置。

（構成１２）
前記第１中間非磁性層は、Ｒｕ及びＩｒよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２中間非磁性層は、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷよりなる群から選択された少なくとも１つと、ホウ素（Ｂ）と、を含む、構成５～７、１１記載の磁気装置。

（構成１３）
前記第１中間磁性層及び前記第２中間磁性層は、反強磁性結合しており、
前記第２中間磁性層及び前記第１磁性層は、反強磁性結合している、構成５～７のいずれか１つに記載の磁気装置。

（構成１４）
前記第１中間非磁性層は、Ｒｕ及びＩｒよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２中間非磁性層は、Ｒｕ及びＩｒよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成５～７、１３記載の磁気装置。

（構成１５）
前記第１中間磁性層の少なくとも一部は、ｆｃｃ構造を有する、構成１１～１４のいずれか１つに記載の磁気装置。

（構成１６）
前記第１中間非磁性層の少なくとも一部は、ｈｃｐ構造を有する、構成１１～１５のいずれか１つに記載の磁気装置。

（構成１７）
第１導電部材と、
第１積層体と、
を備え、
前記第１導電部材は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み、前記第１部分から前記第２部分への方向は、第１方向に沿い、
前記第１積層体は、
第１磁性層と、
第１対向磁性層と、
第１非磁性層と、
第１中間磁性層と、
第１中間非磁性層と、
を含み、
前記第１中間磁性層は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第３部分と前記第１対向磁性層との間にあり、
前記第１磁性層は、前記第２方向において、前記第１中間磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
前記第１中間非磁性層は、前記第１中間磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
前記第１中間非磁性層は、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷよりなる群から選択された少なくとも１つと、ホウ素（Ｂ）と、を含む、磁気装置。

（構成１８）
前期第１積層体は、第２中間磁性層及び第２中間非磁性層を含み、
前記第２中間磁性層は、前記第１中間非磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
前記第２中間非磁性層は、前記第２中間磁性層と前記第１磁性層との間にある、
構成１７記載の磁気装置。

（構成１９）
前記第３部分は、第１領域及び第２領域を含み、
前記第１領域の少なくとも一部は、前記第２方向において、前記第２領域と前記第１積層体との間にあり、
前記第１領域の前記少なくとも一部は、アモルファスである、または、前記第１領域の前記少なくとも一部の結晶性は、前記第２領域の結晶性よりも低い、構成１～１８のいずれか１つに記載の磁気装置。

（構成２０）
前記第１導電部材は、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ及びＢｉよりなる群から選択された少なくとも１つと、Ｂと、を含む、構成１～１９のいずれか１つに記載の磁気装置。

（構成２１）
前記第１導電部材の少なくとも一部は、アモルファスである、構成２０記載の磁気装置。

（構成２２）
前記第１導電部材は、Ｈｆ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つと、Ｐｔと、を含む、構成１～２１のいずれか１つに記載の磁気装置。

（構成２３）
前記第１導電部材は、ｆｃｃ構造、または、ｈｃｐ構造を有する、構成２２記載の磁気装置。

（構成２４）
前記第１中間磁性層は、Ｆｅ及びＣｏよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１磁性層は、Ｆｅ及びＣｏよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成１～２２のいずれか１つに記載の磁気装置。

（構成２５）
前記第１中間磁性層は、ホウ素をさらに含み、
前記第１磁性層は、ホウ素をさらに含む、構成１～２４のいずれか１つに記載の磁気装置。

実施形態によれば、安定した動作が可能な磁気装置が提供できる。

本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

以上、例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの例に限定されるものではない。例えば、磁気装置に含まれる磁性層、非磁性層、導電部材及び制御部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

各例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

本発明の実施の形態として上述した磁気装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１、１２…第１、第２磁性層、 １１Ｍ、１２Ｍ…磁化、 １１ｎ、１２ｎ…第１、第２非磁性層、 １１ｏ、１２ｏ…第１、第２対向磁性層、 １１ｏＭ、１２ｏＭ…磁化、 １１ｒ…磁性膜、 １１ｓ…金属膜、 １１ｔ…磁性膜、 １１ｕ…磁性部材、 １５Ｌａ、１５Ｌｂ…第１、第２積層膜、 １５ａ～１５ｄ…第１～第４中間磁性層、 １５ａＭ～１５ｄＭ…磁化、 １５ａｐ、１５ａｑ…第１、第２部分領域、 １６ａ～１６ｄ…第１～第４中間非磁性層、 ２１…第１導電部材、 ２１ａ～２１ｆ…第１～第６部分、 ２１ｐ、２１ｑ、２１ｒ、２１ｓ…第１～第４領域、 ７０…制御部、 ７５…制御回路、 ７８ａ～７８ｇ…配線、 １１０、１１０ａ、１２０、１２０ａ、１２１、１２２、１３０、１３０ａ、１３１、１３１ａ、１４０…磁気装置、 ＣＮ…接続点、 Ｈ１…強度、 Ｈｋ…異方性磁界、 Ｉ１～Ｉ４…電流、 Ｉｗ１、Ｉｗ２…第１、第２電流、 Ｌ１、Ｌ２…長さ、 Ｍ０…総磁化量、 Ｍ１…磁化、 Ｍｓ…飽和磁化、 ＯＰ１～ＯＰ３…第１～第３動作、 ＱＰ１～ＱＰ４…第１～第４動作、 ＲＴＮ…リテンション特性、 ＳＢ１、ＳＢ２…第１、第２積層体、 ＳＰ１～ＰＳ３…第１～第３構造、 Ｓｃ１、Ｓｃ２、Ｓｗ１、Ｓｗ２…スイッチ、 Ｔ１～Ｔ５…第１～第５端子、 Ｖ１、Ｖ２…第１、第２電圧、 Ｖａ…電圧、 ＷＰ…パラメータ、 ｔＤＬ…厚さ

Claims (12)

1. 第１導電部材と、
   第１積層体と、
   を備え、
   前記第１導電部材は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み、前記第１部分から前記第２部分への方向は、第１方向に沿い、
   前記第１積層体は、
   第１磁性層と、
   第１対向磁性層と、
   第１非磁性層と、
   第１中間磁性層と、
   第１中間非磁性層と、
   を含み、
   前記第１中間磁性層は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第３部分と前記第１対向磁性層との間にあり、
   前記第１磁性層は、前記第２方向において、前記第１中間磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
   前記第１中間非磁性層は、前記第１中間磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
   前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
   前記第１中間磁性層の総磁化量は、前記第１磁性層の総磁化量よりも小さい、磁気装置。
2. 第１導電部材と、
   第１積層体と、
   を備え、
   前記第１導電部材は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み、前記第１部分から前記第２部分への方向は、第１方向に沿い、
   前記第１積層体は、
   第１磁性層と、
   第１対向磁性層と、
   第１非磁性層と、
   第１中間磁性層と、
   第１中間非磁性層と、
   を含み、
   前記第１中間磁性層は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第３部分と前記第１対向磁性層との間にあり、
   前記第１磁性層は、前記第２方向において、前記第１中間磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
   前記第１中間非磁性層は、前記第１中間磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
   前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
   前記第１中間磁性層の異方性磁界の絶対値は、前記第１磁性層の異方性磁界の絶対値よりも小さい、磁気装置。
3. 第１導電部材と、
   第１積層体と、
   を備え、
   前記第１導電部材は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み、前記第１部分から前記第２部分への方向は、第１方向に沿い、
   前記第１積層体は、
   第１磁性層と、
   第１対向磁性層と、
   第１非磁性層と、
   第１中間磁性層と、
   第１中間非磁性層と、
   を含み、
   前記第１中間磁性層は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第３部分と前記第１対向磁性層との間にあり、
   前記第１磁性層は、前記第２方向において、前記第１中間磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
   前記第１中間非磁性層は、前記第１中間磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
   前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
   前記第１中間磁性層の総磁化量と前記第１中間磁性層の異方性磁界の絶対値との積は、前記第１磁性層の総磁化量と前記第１磁性層の異方性磁界の絶対値との積よりも小さい、磁気装置。
4. 前記第１中間磁性層及び前記第１磁性層は、強磁性結合している、請求項１～３のいずれか１つに記載の磁気装置。
5. 前記第１積層体は、第２中間磁性層及び第２中間非磁性層を含み、
   前記第２中間磁性層は、前記第１中間非磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
   前記第２中間非磁性層は、前記第２中間磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
   前記第１中間磁性層の前記総磁化量は、前記第２中間磁性層の総磁化量よりも小さい、請求項１記載の磁気装置。
6. 前記第１積層体は、第２中間磁性層及び第２中間非磁性層を含み、
   前記第２中間磁性層は、前記第１中間非磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
   前記第２中間非磁性層は、前記第２中間磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
   前記第１中間磁性層の前記異方性磁界の前記絶対値は、前記第２中間磁性層の異方性磁界の絶対値よりも小さい、請求項２記載の磁気装置。
7. 前記第１積層体は、第２中間磁性層及び第２中間非磁性層を含み、
   前記第２中間磁性層は、前記第１中間非磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
   前記第２中間非磁性層は、前記第２中間磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
   前記第１中間磁性層の前記総磁化量と前記第１中間磁性層の前記異方性磁界の前記絶対値との前記積は、前記第２中間磁性層の総磁化量と前記第２中間磁性層の異方性磁界の絶対値との積よりも小さい、請求項３記載の磁気装置。
8. 前記第１中間磁性層及び前記第２中間磁性層は、強磁性結合しており、
   前記第２中間磁性層及び前記第１磁性層は、反強磁性結合している、請求項５～７のいずれか１つに記載の磁気装置。
9. 前記第１中間非磁性層は、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷよりなる群から選択された少なくとも１つと、ホウ素（Ｂ）と、を含む、請求項１～３のいずれか１つに記載の磁気装置。
10. 前記第１中間磁性層及び前記第２中間磁性層は、反強磁性結合しており、
    前記第２中間磁性層及び前記第１磁性層は、強磁性結合している、請求項５～７のいずれか１つに記載の磁気装置。
11. 第１導電部材と、
    第１積層体と、
    を備え、
    前記第１導電部材は、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の第３部分と、を含み、前記第１部分から前記第２部分への方向は、第１方向に沿い、
    前記第１積層体は、
    第１磁性層と、
    第１対向磁性層と、
    第１非磁性層と、
    第１中間磁性層と、
    第１中間非磁性層と、
    を含み、
    前記第１中間磁性層は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第３部分と前記第１対向磁性層との間にあり、
    前記第１磁性層は、前記第２方向において、前記第１中間磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
    前記第１中間非磁性層は、前記第１中間磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
    前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第１対向磁性層との間にあり、
    前記第１中間非磁性層は、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷよりなる群から選択された少なくとも１つと、ホウ素（Ｂ）と、を含む、磁気装置。
12. 前期第１積層体は、第２中間磁性層及び第２中間非磁性層を含み、
    前記第２中間磁性層は、前記第１中間非磁性層と前記第１磁性層との間にあり、
    前記第２中間非磁性層は、前記第２中間磁性層と前記第１磁性層との間にある、
    請求項１１記載の磁気装置。

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