JP5613402B2 - 磁壁移動を利用した情報保存装置、及び磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法 - Google Patents

磁壁移動を利用した情報保存装置、及び磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法 Download PDF

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Description

磁壁移動を利用した情報保存装置及びその動作方法に関する。
電源が遮断されても記録された情報が保持される不揮発性情報保存装置には、ＨＤＤ（ｈａｒｄ ｄｉｓｋ ｄｒｉｖｅ）、不揮発性ＲＡＭ（ｒａｍｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）などがある。
最近、磁性物質の磁壁（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｏｍａｉｎ ｗａｌｌ）移動原理を利用する新たな情報保存装置に関する研究がなされている。
本発明の目的は、磁区及び磁壁の移動原理を利用する情報保存装置及びその動作方法を提供することである。
本発明の一実施例は、多数の磁区及びそれらの間に磁壁を有する磁性トラックと、前記磁区のうち、少なくとも２つをカバーする大きさを有する第１動作ユニット（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｕｎｉｔ）と、を含む。
前記磁性トラックに連結された磁壁移動手段がさらに備えられる。
前記第１動作ユニットに連結された臨時情報保存素子がさらに備えられる。
前記臨時情報保存素子は、不揮発性メモリ素子でありうる。
前記臨時情報保存素子は、前記第１動作ユニットがカバーする前記磁区と同数のメモリセルで構成されうる。
前記第１動作ユニットと前記臨時情報保存素子との間にそれらと連結された制御素子がさらに備えられる。
前記第１動作ユニットは、記録ユニット、再生ユニット及び記録／再生ユニットのうち、いずれか１つでありうる。
前記第１動作ユニットは、ＴＭＲ（ｔｕｎｎｅｌ ｍａｇｎｅｔｏ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子またはＧＭＲ（ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子でありうる。
前記第１動作ユニットと離隔された第２動作ユニットがさらに備えられる。
前記第１及び第２動作ユニットのうち、いずれか１つは、記録ユニットであり、他の１つは、再生ユニットでありうる。
前記第２動作ユニットは、前記多数の磁区のうち連続した少なくとも２つをカバーしうる。
前記第１及び第２動作ユニットがカバーする前記磁区の数は同一でありえる。
前記第１及び第２動作ユニットに連結された臨時情報保存素子がさらに備えられる。
前記第２動作ユニットは、ＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子でありうる。
前記第１及び第２動作ユニットは、互いに隣接して配されうる。
前記第１動作ユニットは、前記磁性トラックの一端に備えられ、前記第２動作ユニットは前記磁性トラックの他端に備えられる。
別途の動作ユニットがさらに複数個備えられ、前記複数の別途の動作ユニットと前記第１動作ユニットは、前記磁性トラックに互いに離隔されて備えられる。
本発明の他の実施例は、多数の磁区及びそれらの間に磁壁を有する磁性トラック、及び前記磁区のうち、少なくとも２つをカバーする大きさを有する動作ユニットを含む情報保存装置の動作方法において、前記磁性トラックに情報を記録する記録段階を含み、前記記録段階は前記動作ユニットに第１記録電流を印加して前記動作ユニットがカバーする磁区を同じ第１方向に磁化させる段階を含む情報保存装置の動作方法を提供する。
前記磁性トラックに連結された磁壁移動手段がさらに備えられる。
前記記録段階は、前記第１記録電流を印加する段階の後、前記磁性トラックの磁壁を少なくとも１ビットほど移動させる段階をさらに含みうる。
前記記録段階は、前記磁壁を少なくとも１ビットほど移動させる段階の後、前記動作ユニットに第２記録電流を印加して前記動作ユニットがカバーする磁区を同じ第２方向に磁化させる段階をさらに含みうる。
前記第１記録電流による磁化方向と前記第２記録電流による磁化方向は、互いに反対でありうる。
前記記録段階は、前記第２記録電流を印加する段階の後、前記磁性トラックの磁壁を少なくとも１ビットほど移動させる段階を含みうる。
前記記録段階の前、前記磁性トラックの前記磁区をいずれも同じ方向に磁化させる段階を行ってよい。
前記情報保存装置は、前記動作ユニットに連結された臨時情報保存素子をさらに含みうる。
前記臨時情報保存素子は、前記動作ユニットがカバーする前記磁区と同数のメモリセルで構成されうる。
本実施例の動作方法は、前記磁性トラックに記録する情報を前記臨時情報保存素子に保存する段階をさらに含みうる。
本実施例の動作方法は、前記磁性トラックに記録された情報を再生する再生段階をさらに含み、前記再生段階で前記臨時情報保存素子の情報を利用しうる。
前記再生段階は、前記動作ユニットまたは別途の再生ユニットを使用して行ってよい。
前記再生段階は前記動作ユニットまたは再生ユニットがカバーする磁区の情報を読取る第１段階と、前記磁性トラックの磁壁を１ビットほど移動させる第２段階と、前記第２段階の後、前記動作ユニットまたは再生ユニットがカバーする磁区の情報を読取る第３段階と、を含みうる。
前記再生段階は、前記第１段階で読み出した情報を前記臨時情報保存素子に保存する段階を含みうる。
前記再生段階は、前記第３段階で読み出した情報と前記臨時情報保存素子に保存された情報とを比較して、前記第２段階により新規で前記動作ユニットまたは再生ユニットが形成された領域に移動した磁区の情報を判別する判別段階を含みうる。
前記判別段階の後、前記臨時情報保存素子の情報を前記第３段階で読み出した情報と同一にする段階をさらに行ってよい。
本発明の他の実施例は、多数の磁区及びそれらの間に磁壁を有する磁性トラック、前記磁性トラックに連結された磁壁移動手段及び前記磁区のうち、少なくとも２つをカバーする大きさを有する動作ユニットを含む情報保存装置の動作方法において、前記磁性トラックの磁壁を１ビットほど移動させる段階と、前記磁壁移動により前記磁性トラックの前記動作ユニットが形成された領域（以下、第１領域）に新たに入ってきた磁区の情報を判別する判別段階と、を含む情報保存装置の動作方法を提供する。
前記判別段階は、前記磁壁移動後の前記第１領域の情報と前記磁壁移動前の前記第１領域の情報とを比較する段階を含みうる。
前記情報保存装置は、前記磁壁移動前の前記第１領域の情報を保存するための臨時情報保存素子をさらに含みうる。
前記判別段階の後、前記臨時情報保存素子の情報を前記磁壁移動後の前記第１領域の情報と同一にする段階をさらに行える。
本実施例の動作方法は、前記磁壁移動により前記磁性トラックの前記第１領域から出た情報を確認する段階をさらに含み、前記第１領域から出た情報によって前記情報の判別方式を異ならせうる。
本発明によれば、１ビットに対応する磁区領域より大きなユニットを使って単位磁区領域についての情報の記録及び再生を行える。したがって、磁区領域を縮めて記録密度を高め、記録/再生ユニットを容易に形成しうる。
本発明の実施例による情報保存装置を示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置を示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置を示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置を示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置に備えられる記録／再生ユニットを示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置に備えられる記録／再生ユニットを示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置の情報記録方法を示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置の情報記録方法を示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置の情報記録方法を示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置の情報記録方法を示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置の情報記録方法を示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置に備えられる再生ユニットの状態別抵抗を示すグラフである。 本発明の実施例による情報保存装置の情報再生方法を示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置の情報再生方法を示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置の情報再生方法を示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置の情報再生方法を示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置の情報再生方法を示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置の情報再生方法を示す断面図である。 本発明の実施例による情報保存装置の情報再生方法を示す断面図である。 本発明の他の実施例による情報保存装置の情報再生方法を示す断面図である。 本発明の他の実施例による情報保存装置の情報再生方法を示す断面図である。 本発明の他の実施例による情報保存装置の情報再生方法を示す断面図である。 本発明の他の実施例による情報保存装置の情報再生方法を示す断面図である。 本発明の他の実施例による情報保存装置の情報再生方法を示す断面図である。 本発明の他の実施例による情報保存装置を示す断面図である。 図１１の情報保存装置の動作方法を示す断面図である。 図１１の情報保存装置の動作方法を示す断面図である。 図１１の情報保存装置の動作方法を示す断面図である。 本発明の他の実施例らによる情報保存装置を示す断面図である。 本発明の他の実施例らによる情報保存装置を示す断面図である。
以下、本発明の実施例による磁壁移動を利用した情報保存装置及びその動作方法を添付された図面を参照して詳細に説明する。この過程で、図面に図示された層や領域の厚さは、明細書の明確性のために多少誇張して図示した。詳細な説明全体にわったて、同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
図１は、本発明の一実施例による磁壁移動を利用した情報保存装置を示す。
図１を参照すれば、所定方向、例えば、Ｘ軸方向に延びている磁性トラック１００が備えられる。磁性トラック１００は、強磁性（ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ）物質で形成された情報保存トラックでありうる。磁性トラック１００は、連続した多数の磁区領域Ｄを有し、隣接した２つの磁区領域Ｄ間に磁壁領域ＤＷが備えられる。磁壁領域ＤＷは、二次元的に示されているが、実際は所定の体積を有する３次元領域であり、ドーピング領域であるかノッチ（ｎｏｔｃｈ）が形成された領域でありうる。換言すれば、ドーピングやノッチを形成する方法で磁壁領域ＤＷを限定しうる。ここで、ノッチは、磁性トラック１００のＹ軸方向による両側面に形成されたものでありうる。磁壁領域ＤＷの限定によって、磁区領域Ｄが限定されうる。
磁性トラック１００に連結された磁壁移動手段１５０が備えられる。磁壁移動手段１５０は、電源を含みうる。前記電源は、パルス電流を発生させる電流源でありうる。磁壁移動手段１５０は、前記電源と磁性トラック１００との間にトランジスタやダイオードのようなスイッチング素子をさらに含みうる。図１で、磁壁移動手段１５０は、磁性トラック１００の一端に連結されたものと図示されているが、磁性トラック１００の他端または両端に連結されうる。磁壁移動手段１５０で磁性トラック１００に印加される電流により磁区領域Ｄに位置する磁区及び磁壁領域ＤＷに位置する磁壁が所定方向に移動しうる。電子と電流との方向は反対であるために、磁区及び磁壁は電流と反対方向に移動することができる。
磁性トラック１００の第１領域Ａ１に第１ユニット２００が備えられる。第１ユニット２００は、多数の磁区領域Ｄのうち連続した少なくとも二領域を覆うことができる。すなわち、前記第１領域Ａ１は、連続した少なくとも２つの磁区領域Ｄ及びそれらの間の磁壁領域ＤＷを含みうる。第１ユニット２００は動作ユニット（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｕｎｉｔ）でありうる。例えば、第１ユニット２００は、記録ユニット、再生ユニット及び記録／再生ユニットのうち、いずれか１つであって、具体的に、ＴＭＲ（ｔｕｎｎｅｌ ｍａｇｎｅｔｏ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を利用する素子（以下、ＴＭＲ素子）であるか、ＧＭＲ（ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を利用する素子（以下、ＧＭＲ素子）でありうる。図１で、第１ユニット２００は、第１領域Ａ１の下面に備えられたものと図示したが、下面でない上面に備えられるか、下面及び上面に分けられて備えられることもできる。第１ユニット２００については後述する。
図２に示されたように、第１ユニット２００に連結された臨時保存素子３００がさらに備えられる。臨時保存素子３００は、第１ユニット２００に、読み出した情報を臨時保存するための素子でありうる。また臨時保存素子３００は、第１ユニット２００に、磁性トラック１００に記録した情報を保存するための素子でありうる。臨時保存素子３００は、一般的な不揮発性メモリ素子、例えば、ＳＲＡＭ（ｓｔａｔｉｃ ＲＡＭ）、フラッシュメモリ（ＮＡＮＤまたはＮＯＲ）またはその他の異なる形のメモリでありうる。臨時保存素子３００は、第１ユニット２００が形成された磁性トラック１００領域、すなわち、第１領域Ａ１の磁区領域Ｄの数に対応するメモリセルＣを有することができる。このような臨時保存素子３００は、体積が小さく、従来の半導体工程を利用して容易に形成されうる。したがって、臨時保存素子３００は、記録密度及び集積度にほとんど影響を与えず、製造工程上の難点も誘発しない。
第１ユニット２００と臨時保存素子３００との間にそれら２００、３００と連結された制御素子２５０が備えられる。制御素子２５０は、抵抗測定及び論理演算などを行う素子でありうる。このような制御素子２５０により第１領域Ａ１の情報と臨時保存素子３００の情報とを検出及び比較し、第１ユニット２００で読み出した第１領域Ａ１の情報を臨時保存素子３００に記録しうる。具体的に、制御素子２５０は、少なくとも１つの感知素子とそれと連結された少なくとも１つの論理素子などを含みうる。前記少なくとも１つの感知素子により第１領域Ａ１と臨時保存素子３００との情報が検出され、前記少なくとも１つの論理素子により前記第１領域Ａ１の情報と臨時保存素子３００の情報とが比較されうる。また、制御素子２５０は、情報記録のための電流制御装置をさらに含み、前記電流制御装置により第１領域Ａ１で読み出した情報を臨時保存素子３００に記録しうる。
図１及び図２で、第１ユニット２００が形成された第１領域Ａ１は磁性トラック１００の所定領域、例えば、中央部であるが、第１ユニット２００の形成位置は多様に変化されうる。例えば、図３及び図４に示されたように、第１ユニット２００は、磁性トラック１００の一端または他端に備えられる。ここで、図示していないが、図３及び図４の構造は、図１の磁壁移動手段１５０を含みうる。また、図３及び図４の構造は、図２の制御素子２５０及び臨時保存素子３００をさらに含みうる。
以下、図５及び図６を参照して、図１ないし図４の第１ユニット２００の構造をさらに具体的に説明する。
図５を参照すれば、第１ユニット２００Ａは、磁性トラック１００の下面及び上面のうち、いずれか１つ、例えば、下面に備えられた第１固定層（ｐｉｎｎｅｄ ｌａｙｅｒ）４０ａを含み、第１固定層４０ａと磁性トラック１００との間に介在された（ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｄ）第１分離層２０ａを含みうる。第１分離層２０ａは、絶縁層または導電層でありうる。第１分離層２０ａが絶縁層である場合、第１ユニット２００ＡはＴＭＲ素子であり、第１分離層２０ａが導電層である場合、第１ユニット２００ＡはＧＭＲ素子である。この際、第１ユニット２００Ａが備えられた磁性トラック１００部分を第１ユニット２００Ａの一部とも見られる。また、第１ユニット２００Ａは、第１固定層４０ａの下面に備えられた第１電極６０ａと磁性トラック１００上に備えられた第２電極６０ｂとをさらに含みうる。第２電極６０ｂと磁性トラック１００との間には、磁性トラック１００より電気抵抗が高い抵抗性層３０がさらに備えられる。抵抗性層３０は、磁性トラック１００に磁区及び磁壁移動のための電流を印加した時、前記電流の第１ユニット２００Ａへの漏れを防止する電気的バリヤー（ｂａｒｒｉｅｒ）のような役割を行い、第１電極６０ａと第２電極６０ｂとの間に電流を印加した時は、その流れをほとんど妨害しない。このために、抵抗性層３０は、適切な電気抵抗を有する物質で、適当に薄く形成しうる。例えば、抵抗性層３０の比抵抗は、磁性トラック１００の比抵抗の５００〜１００００倍、さらには、１０００〜３０００倍ほどでありうる。このような比抵抗差のために、磁性トラック１００は、ＮｉＦｅ、Ｃｏ、ＣｏＮｉ、ＣｏＦｅ、ＣｏＣｒ、ＣｏＣｕ、ＮｉＣｕ、ＦｅＰｔ、ＦｅＰｄ、ＣｏＣｒＰｔ、ＣｏＦｅＴｂ、ＣｏＦｅＧｄ、ＣｏＴｂ及びＣｏＦｅＮｉのうち、いずれか１つで形成し、抵抗性層３０は、非晶質のＣｏＺｒＮｂ及びＣｏＦｅＢのうち、いずれか１つで形成するか、Ｓｉ、Ｂなどの不純物を含んで高い比抵抗を有する磁性物質で形成しうる。第１分離層２０ａが導電層である場合、磁性トラック１００と第１分離層２０ａとの間にも前記抵抗性層３０と同じ層がさらに備えられる。
図５に図示していないが、第１固定層４０ａと第１電極６０ａとの間に第１固定層４０ａの磁化方向を固定させるための少なくとも一層がさらに備えられる。前記少なくとも一層は、反強磁性層（ａｎｔｉ−ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｌａｙｅｒ）を含みうる。第１固定層４０ａの磁化方向を固定させるための層（または層ら）の構成はよく知られているので、それについての詳細な説明は省略する。また、第１固定層４０ａと第１分離層２０ａとの間に自由層（ｆｒｅｅ ｌａｙｅｒ）がさらに備えられる。この場合、前記自由層と第１固定層４０ａとの間に他の分離層がさらに備えられる。
図６は、図５の第１ユニット２００Ａとは異なる構造の第１ユニット２００Ｂを示す。
図６を参照すれば、第１ユニット２００Ｂは、磁性トラック１００の下面に備えられた第１固定層４０ａと磁性トラック１００の上面に備えられた第２固定層４０ｂを含みうる。第１固定層４０ａと第２固定層４０ｂの磁化方向は、互いに反対でありうる。第１固定層４０ａと磁性トラック１００との間に第１分離層２０ａが備えられ、第２固定層４０ｂと磁性トラック１００との間に第２分離層２０ｂが備えられる。第１分離層２０ａ及び第２分離層２０ｂは、絶縁層であるか導電層でありうる。第１分離層２０ａ及び第２分離層２０ｂが導電層である場合、第１分離層２０ａと磁性トラック１００との間、及び第２分離層２０ｂと磁性トラック１００との間に図５の抵抗性層３０と同じ層が備えられる。第１固定層４０ａの下面に第１電極６０ａが備えられ、第２固定層４０ｂの上面に第２電極６０ｂが備えられる。磁性トラック１００の下及び上に互いに反対の磁化方向を有する第１及び第２固定層４０ａ、４０ｂが備えられた第１ユニット２００Ｂの場合、第１ユニット２００Ｂを利用して記録動作を行う時、第１及び第２固定層４０ａ、４０ｂから磁性トラック１００にスピン転移トーク（ｓｐｉｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｔｏｒｑｕｅ）が加えられうる。よって、第１ユニット２００Ｂを使用すれば、図５の第１ユニット２００Ａを使用する場合より小さな電流で情報を記録しうる。
図６に図示していないが、第１固定層４０ａと第１分離層２０ａとの間、及び第２固定層４０ｂと第２分離層２０ｂとの間のうち、少なくとも１つに自由層がさらに備えられる。この場合、前記自由層とそれに対応する固定層４０ａ及び／または４０ｂの間に他の分離層がさらに備えられうる。
以下、本発明の実施例による情報の記録方法及び再生方法を説明する。
＜記録方法＞
図７Ａないし図７Ｅは、本発明の実施例による情報の記録方法を示す。本実施例では、図５の第１ユニット２００Ａが磁性トラック１００の一端に備えられた情報保存装置を使用する。この際、第１ユニット２００Ａは、記録ユニットまたは記録／再生ユニットであり、第１固定層４０ａは第１方向Ｄ１（すなわち、Ｘ軸方向）に磁化された状態である。第１固定層４０ａに示した矢印は、その磁化方向を示す。
図７Ａを参照すれば、初期状態で磁性トラック１００のあらゆる磁区領域Ｄは所定方向、例えば、第２方向Ｄ２（すなわち、Ｘ軸の逆方向）に磁化されている。換言すれば、記録動作を行う前に、磁性トラック１００の磁区領域Ｄをいずれも同じ方向に磁化させる初期化（ｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ）段階を行える。前記初期化段階は、多様な方法で行える。一例として、第１ユニット２００Ａにいずれか一方向の記録電流を印加しつつ、磁性トラック１００のあらゆる磁区が第１ユニット２００Ａを通過するようにすることによって、磁性トラック１００のあらゆる磁区領域Ｄを同じ方向に磁化させうる。しかし、前記初期化段階は、選択的（ｏｐｔｉｏｎａｌ）である。場合によっては、多数の磁区領域Ｄの一部は第１方向Ｄ１に、残りは第２方向Ｄ２に磁化され、または磁区領域Ｄが特定方向に磁化されていない状態でもありうる。
図７Ｂを参照すれば、第２電極６０ｂから第１電極６０ａに第１記録電流を印加すると、第１電極６０ａから第２電極６０ｂに電子が移動する。前記電子により第１ユニット２００Ａが形成された磁区領域Ｄの磁化方向が第１方向Ｄ１に反転されうる。すなわち、前記電子が通過する磁区領域Ｄは、第１固定層４０ａと同じ磁化方向を有することができる。これは、第１方向Ｄ１のスピンを有する電子のみ第１固定層４０ａを通過して磁性トラック１００にスピン転移トークを印加するためである。
図７Ｃを参照すれば、磁性トラック１００に対して第２方向Ｄ２に磁壁移動電流を印加すると、磁性トラック１００内で磁壁を第１方向Ｄ１に１ビットほど移動させうる。すなわち、磁区領域Ｄの磁区を第１方向Ｄ１に１ビットほど移動させうる。したがって、第１ユニット２００Ａのすぐ右側に位置した磁区領域Ｄは、第１方向Ｄ１に磁化された磁区を有することができる。第１方向Ｄ１に磁化された磁区は、情報“０”に対応しうる。一方、磁性トラック１００の左端の磁区領域Ｄの磁区は、第１方向Ｄ１の磁化方向を有することができる。これは、右側方向に磁壁を移動させる時、磁性トラック１００の左端に位置する磁区はすぐ横の磁区領域Ｄに拡張されうるためである。もし、第１ユニット２００Ａの左側に他の磁区領域が存在するならば、その磁区領域の磁区が右に１ビットほど移動することができる。
図７Ｄを参照すれば、第１電極６０ａから第２電極６０ｂに第２記録電流を印加すると、第２電極６０ｂから第１電極６０ａに電子が移動する。前記電子により第１ユニット２００Ａが形成された磁区領域Ｄの磁化方向が第２方向Ｄ２、すなわち、第１固定層４０ａの磁化方向と反対方向に反転されうる。これは、第１方向Ｄ１のスピンを有する電子は、第１固定層４０ａを通過して第１電極６０ａに抜け出るが、第２方向Ｄ２のスピンを有する電子は、第１固定層４０ａを通過できず、磁性トラック１００に戻り、磁性トラック１００にスピン転移トークを印加するためである。
図７Ｅを参照すれば、磁性トラック１００に、第２方向Ｄ２に磁壁移動電流を印加すると、磁性トラック１００内で磁壁を第１方向Ｄ１に１ビットほど移動させうる。すなわち、磁区領域Ｄの磁区を第１方向Ｄ１に１ビットほど移動させうる。したがって、第１ユニット２００Ａのすぐ右側に位置した磁区領域Ｄは第２方向Ｄ２に磁化された磁区を有することができる。第２方向Ｄ２に磁化された磁区は、情報“１”に対応しうる。この際、図７Ｃ段階で、第１ユニット２００Ａのすぐ右側に位置した磁区、すなわち、情報“０”に対応する磁区は、右に１ビットほど移動することができる。
もし、図７Ｃ段階で、磁壁をもう一回右に移動させれば、第１ユニット２００Ａ右側の２つの磁区領域Ｄに情報“０”が記録されうる。これと同様に、図７Ｅ段階で、磁壁をもう一回右に移動させれば、第１ユニット２００Ａ右側の２つの磁区領域Ｄに情報“１”が記録されうる。
このように、第１ユニット２００Ａに所定の記録電流を印加する段階と、磁性トラック１００内で磁壁を少なくとも１ビットほど移動させる段階を反復すれば、第１ユニット２００Ａ右側の磁性トラック１００に一連の情報を記録しうる。
図７Ａないし図７Ｅに図示していないが、第１ユニット２００Ａに連結された臨時保存素子（図２の臨時保存素子３００と等価）が備えられる。この場合、第１ユニット２００Ａに磁性トラック１００に記録する情報を前記臨時保存素子に保存することができる。さらに詳細に説明すれば、図７Ｂ段階で、前記臨時保存素子の最初のセルに“０”に対応する情報を保存し、図７Ｃ段階で、前記最初セルに保存された情報“０”を２番目のセルに移すことができる。図７Ｄ段階では、前記臨時保存素子の最初のメモリセルに“１”に対応する情報を保存し、図７Ｅ段階で、前記最初及び２番目のセルに保存された情報を各々２番目及び３番目のセルに移すことができる。図７Ｃ及び図７Ｅ段階では、前記臨時保存素子のＮ番目のセルの情報がＮ＋１番目のセルに移されうる。同様に、磁性トラック１００に記録する情報を前記臨時保存素子に保存することができる。したがって、記録動作を完了した時、前記記録動作で最終的に記録した５つの情報が前記臨時保存素子に保存されうる。このように臨時保存素子に保存された情報は、情報再生動作時に利用されうる。これについては、後述する。
図６の第１ユニット２００Ｂを利用した記録方法は、基本的に図７Ａないし図７Ｅの方法と同様である。但し、図６の第１ユニット２００Ｂを使用すれば、磁性トラック１００の下及び上側の２つの固定層４０ａ、４０ｂから磁性トラック１００にスピン転移トークが印加されうるので、小さな電流でも記録動作を行える。
＜再生方法＞
本発明の実施例による情報保存装置の情報再生過程を説明するに先立ち、情報再生に必要な基本的な原理について説明する。
図５で、第１ユニット２００Ａが覆っている磁区領域Ｄは５つである。この５つの磁区領域Ｄに“０”または“１”の情報が記録されうる。この際、情報“０”が第１固定層４０ａと同じ磁化方向を有するならば、情報“１”は、第１固定層４０ａと反対の磁化方向を有する。すなわち、情報“０”が第１固定層４０ａと平行状態（ｐａｒａｌｌｅｌ ｓｔａｔｅ）であれば、情報“１”は、第１固定層４０ａと反平行状態（ａｎｔｉ−ｐａｒａｌｌｅｌ ｓｔａｔｅ）である。再生電流の大きさは、第１ユニット２００Ａが覆っている前記５つの磁区領域Ｄで情報“１”の数がいくつかによって変わりうる。第１ユニット２００Ａが覆っている多数の磁区領域Ｄのうち、第１固定層４０ａと反平行状態の磁区領域Ｄの数が多いほど前記再生電流の大きさは小さくなりうる。
付加的に、前記再生電流は、第１電極６０ａと第２電極６０ｂとの間に印加するか、第１電極６０ａと磁性トラック１００との両端のうち、いずれか１つの間に印加しうる。第１電極６０ａと磁性トラック１００との両端のうち、いずれか１つの間に前記再生電流を印加しても、第１ユニット２００Ａが形成された磁区領域Ｄを除いた残りの磁区領域Ｄの磁化状態は、前記再生電流に大きな影響を与えないことがある。すなわち、第１ユニット２００Ａが形成された磁区領域Ｄの磁化状態が前記再生電流の大きさを決定する支配的な（ｄｏｍｉｎａｎｔ）役割を行える。一方、図６の第１ユニット２００Ｂの場合、第１電極６０ａ及び第２電極６０ｂのうち、いずれか１つと磁性トラック１００の両端のうち、いずれか１つの間に前記再生電流を印加しうる。
図８は、図５で第１ユニット２００Ａが覆っている５つの磁区領域Ｄのうち、第１固定層４０ａと反平行状態の磁区領域Ｄの数Ｋが増加することによって、再生電流の大きさ、換言すれば、第１及び第２電極６０ａ、６０ｂの間、または第１電極６０ａと磁性トラック１００との両端のうち、いずれか１つの間の電気抵抗（以下、“第１ユニット２００Ａで測定した抵抗”と称する）が、どのように変化されるかを示すグラフである。この際、前記５つの磁区領域Ｄのうち、第１固定層４０ａと平行状態である磁区領域Ｄの数は５−Ｋである。図８で、参照符号Ｓ１ないしＳ６は、各々第１ユニット２００Ａが有する多様な状態（第１ないし第６状態）を示し、その下の括弧内の数字は、第１固定層４０ａと反平行状態である磁区領域Ｄの数を示す。
図８を参照すれば、第１固定層４０ａと反平行状態である磁区領域Ｄの数は０から５まで変化し、第１固定層４０ａと反平行状態である磁区領域Ｄの数が増加することによって、第１ユニット２００Ａで測定した抵抗は大きくなることが分かる。
図８の結果は、数学的計算によっても裏付けられる。これについて説明すれば、次の通りである。磁区領域Ｄは、第１電極６０ａと第２電極６０ｂとの間に並列に連結されていると言える。そして、磁性比（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｔｉｏ）ＭＲが１００％であると仮定すれば、反平行状態の抵抗ＲＡＰは平行状態の抵抗ＲＰの２倍である。この場合、総抵抗ＲＴは、次の数式１で示すことができる。
Figure 0005613402
数式１で、Ｎは、第１ユニット２００Ａが覆っている磁区領域Ｄの総数を、Ｋは、第１ユニット２００Ａが覆っている多数の磁区領域Ｄのうち、第１固定層４０ａと反平行状態である磁区領域Ｄの数を示す。
もし、数式１で、Ｎが５であれば、総抵抗ＲＴは、下記数式２のようである。
Figure 0005613402
数式２で、Ｋは０、１、２、３、４または５でありうる。Ｋが０、１、２、３、４及び５である時、それぞれの総抵抗ＲＴを計算すれば、０．２×Ｒｐ、０．２２２×Ｒｐ、０．２５×Ｒｐ、０．２８６×Ｒｐ、０．３３３×Ｒｐ及び０．４×Ｒｐである。このように数学的計算によっても、第１ユニット２００Ａが覆っている多数の磁区領域Ｄのうち、第１固定層４０ａと反平行状態である磁区領域Ｄの数Ｋが増加することによって、総抵抗ＲＴも増加することが分かる。
以下、図９Ａないし図９Ｇを参照して、本発明の実施例による情報の再生方法を説明する。本実施例では、図５の第１ユニット２００Ａが磁性トラック１００の所定領域に備えられ、第１ユニット２００Ａに図２の制御素子２５０及び臨時保存素子３００が連結された情報保存装置を使用する。この際、第１ユニット２００Ａは、再生ユニットまたは記録／再生ユニットであり、第１固定層４０ａは第１方向Ｄ１に磁化された状態である。第１固定層４０ａに図示した矢印は、その磁化方向を示す。図９Ａないし図９Ｇで、“０”が表示された磁区領域Ｄは第１方向Ｄ１に磁化された磁区を有し、“１”が表示された磁区領域Ｄは第２方向Ｄ２に磁化された磁区を有する。これは図１０Ａないし図１０Ｅでも同様である。そして、以下では第１ユニット２００Ａが形成された磁性トラック１００領域を“再生領域”と称する。また前記再生領域の磁区領域Ｄを左側から第１ないし第５磁区領域ｄ１〜ｄ５と称する。
図９Ａを参照すれば、初期状態で前記再生領域の第１ないし第５磁区領域ｄ１〜ｄ５はいずれも“０”に対応する情報を有することができる。すなわち、第１ないし第５磁区領域ｄ１〜ｄ５は第１方向Ｄ１に磁化された状態、換言すれば、第１固定層４０ａと平行状態でありうる。この際、第１ユニット２００Ａで測定した抵抗は、図８の第１状態Ｓ１に対応しうる。この際、臨時保存素子３００の第１ないし第５メモリセルｃ１〜ｃ５にはいずれも“０”に対応する情報が記録されうる。第１ないし第５メモリセルｃ１〜ｃ５には別途の記録装置（ｗｒｉｔｅｒ）を利用して情報を記録しうる。前記記録装置は、制御素子２５０に含まれても、制御素子２５０と別途に存在しても良い。このように、前記初期状態で第１ないし第５磁区領域ｄ１〜ｄ５の情報と第１ないし第５メモリセルｃ１〜ｃ５の情報は、同一でありえる。一方、再生しようとする情報は第１ユニット２００Ａの一側、例えば、左側に存在しうる。
図９Ｂを参照すれば、磁性トラック１００に第２方向Ｄ２に電流を印加して、磁壁を第１方向Ｄ１に１ビットほど移動させうる。これにより、前記再生領域に“１”に対応する情報が入力され、前記再生領域から“０”に対応する情報が出力されうる。次いで、第１ユニット２００Ａで前記再生領域の情報を検出しうる。すなわち、第１ユニット２００Ａで前記再生領域の抵抗を測定しうる。磁壁移動により再生領域に情報“１”が入力され、再生領域から情報“０”が出力されたので、第１ユニット２００Ａで検出した情報は、図８の第２状態Ｓ２に対応する情報“ＡＰ１”でありうる。このように前記再生領域の情報を検出すると共に、臨時保存素子３００の情報も検出しうる。臨時保存素子３００の情報は、図８の第１状態Ｓ１に対応する情報“ＡＰ０”であって、これは前記磁壁移動前の前記再生領域の情報に対応しうる。前記再生領域及び前記臨時保存素子３００の情報検出は、制御素子２５０に含まれる少なくとも１つの感知素子を利用して行える。
次いで、前記再生領域の情報“ＡＰ１”と臨時保存素子３００の情報“ＡＰ０”とを比較しうる。このような比較は、制御素子２５０に備えられた少なくとも１つの論理素子により行われる。前記情報“ＡＰ１”と情報“ＡＰ０”とが各々論理値１及び０に対応するならば、前記比較段階で論理値１に対応する情報“ＡＰ１”が論理値０に対応する情報“ＡＰ０”より大きいということが確認されうる。すなわち、前記磁壁移動後、第１ユニット２００Ａで測定した前記再生領域の抵抗が磁壁移動前より増加することを意味する。したがって、前記磁壁移動により前記再生領域に新たに入力された情報が“１”であることが分る。換言すれば、磁壁移動により前記再生領域から情報“０”が出力された場合、第１ユニット２００Ａで測定した前記再生領域の抵抗が磁壁移動前より増加したならば、前記再生領域に新たに入力された情報は“１”であることが分る。すなわち、磁壁移動により前記再生領域に新たに入力された情報に対する再生過程でありうる。
図９Ｃを参照すれば、図９Ｂ段階で前記再生領域に入力された情報、すなわち、情報“１”に対応する情報を臨時保存素子３００の第１メモリセルｃ１に記録しうる。このような記録動作は、制御素子２５０に含まれる電流制御装置を利用して行える。また、この際、図９Ｂの第１ないし第４メモリセルｃ１〜ｃ４の情報は各々第２ないし第５メモリセルｃ２〜ｃ５に移動させうる。このような情報の移動動作は、前記電流制御装置により行われるか、別途の記録装置（ｗｒｉｔｅｒ）により行われる。したがって、図９Ｃで、臨時保存素子３００の第１ないし第５メモリセルｃ１〜ｃ５の情報は、各々第１ないし第５磁区領域ｄ１〜ｄ５の情報に対応しうる。このように、臨時保存素子３００の情報を前記再生領域の情報と同一にさせることで、臨時保存素子３００の情報を次回の再生動作時に参照情報として使用しうる。
図９Ｄを参照すれば、磁性トラック１００に対して第２方向Ｄ２に電流を印加して磁壁を第１方向Ｄ１に１ビットほど移動させうる。これにより、前記再生領域に“０”に対応する情報が入力され、前記再生領域から“０”に対応する情報が出力されうる。次いで、第１ユニット２００Ａで前記再生領域の情報を検出しうる。すなわち、第１ユニット２００Ａで前記再生領域の抵抗を測定しうる。磁壁移動により再生領域に情報“０”が入力され、再生領域から情報“０”が出力されたので、第１ユニット２００Ａで検出した情報は、図８の第２状態Ｓ２に対応する情報“ＡＰ１”でありうる。このように前記再生領域の情報を検出すると共に、臨時保存素子３００の情報も検出しうる。臨時保存素子３００の情報は、図８の第２状態Ｓ２に対応する情報“ＡＰ１”であって、これは前記磁壁移動前の前記再生領域の情報に対応しうる。次いで、前記再生領域の情報“ＡＰ１”と臨時保存素子３００の情報“ＡＰ１”とを比較しうる。前記比較段階で二情報が同じであることが確認されうる。すなわち、前記磁壁移動後、第１ユニット２００Ａで測定した前記再生領域の抵抗が磁壁移動前と同一であることを意味する。したがって、前記磁壁移動により前記再生領域に新たに入力された情報が“０”であることが分る。
図９Ｅを参照すれば、図９Ｄの段階で、前記再生領域に入力された情報、すなわち、情報“０”に対応する情報を臨時保存素子３００の第１メモリセルｃ１に記録しうる。また図９Ｄの第１ないし第４メモリセルｃ１〜ｃ４の情報は各々第２ないし第５メモリセルｃ２〜ｃ５に移動させうる。したがって、図９Ｅで、臨時保存素子３００の第１ないし第５メモリセルｃ１〜ｃ５の情報は各々第１ないし第５磁区領域ｄ１〜ｄ５の情報に対応しうる。このような図９Ｅの動作は図９Ｃのそれと類似している。
図９Ｆを参照すれば、磁性トラック１００に対して第２方向Ｄ２に電流を印加して磁壁を第１方向Ｄ１に１ビットほど移動させうる。これにより、前記再生領域に“１”に対応する情報が入力され、前記再生領域から“０”に対応する情報が出力されうる。このように、情報“１”が入力され、情報“０”が出力された場合、第１ユニット２００Ａで検出した情報は、図８の第３状態Ｓ３に対応する情報“ＡＰ２”でありうる。一方、臨時保存素子３００の情報は、前記磁壁移動前の前記再生領域の状態に対応する情報“ＡＰ１”でありうる。そして、再生領域の情報“ＡＰ２”と臨時保存素子３００の情報“ＡＰ１”とを比較することによって、前記磁壁移動により前記再生領域に新たに入力された情報が“１”であることが分かる。
図９Ｇを参照すれば、図９Ｃ及び図９Ｅと同様に、第１ないし第５メモリセルｃ１〜ｃ５の情報を第１ないし第５磁区領域ｄ１〜ｄ５の情報と同一にしうる。
前述した再生過程で磁壁移動により前記再生領域から出た情報の種類が重要でありえる。なぜなら、同じ情報が入力されたとしても、情報“０”が出力された場合と情報“１”が出力された場合との抵抗変化が異なるためである。図９Ａないし図９Ｇは、いずれも情報“０”が出力された場合についての図面である。この際、情報“１”が入力されれば、第１ユニット２００Ａで測定した再生領域の抵抗が増加し、情報“０”が入力されれば、第１ユニット２００Ａで測定した再生領域の抵抗がそのまま保持されうる。しかし、情報“１”が出力された場合には、情報“１”が入力されれば、第１ユニット２００Ａで測定した再生領域の抵抗がそのまま保持され、情報“０”が入力されれば、第１ユニット２００Ａで測定した再生領域の抵抗が減少しうる。したがって、磁壁移動により再生領域から出た情報が何かによって情報の判別方式を異ならせる必要がある。
以下、磁区壁移動により情報“１”が出力された場合の再生方法について説明する。図１０Ａないし図１０Ｅは、本発明の他の実施例による情報保存装置の再生方法を示す。
図１０Ａを参照すれば、第１ないし第５磁区領域ｄ１〜ｄ５情報は各々０、１、０、１、１であり、この際、第１ないし第５メモリセルｃ１〜ｃ５の情報も各々０、１、０、１、１でありうる。このような情報の配列は一例に過ぎない。
図１０Ｂを参照すれば、磁性トラック１００に対して第２方向Ｄ２に電流を印加して磁壁を第１方向Ｄ１に１ビットほど移動させうる。これにより、前記再生領域に“１”に対応する情報が入力され、前記再生領域から“１”に対応する情報が出力されうる。このように、情報“１”が入力され、情報“１”が出力された場合、前記再生領域の抵抗はそのまま保持されうる。したがって、第１ユニット２００Ａで測定した再生領域の情報“ＡＰ３”と臨時保存領域３００の情報“ＡＰ３”が同一であれば、情報“１”が入力されたと判別する。
図１０Ｃを参照すれば、図１０Ｂ段階で前記再生領域に入力された情報、すなわち、情報“１”に対応する情報を臨時保存素子３００の第１メモリセルｃ１に記録しうる。また、図１０Ｂの第１ないし第４メモリセルｃ１〜ｃ４の情報は各々第２ないし第５メモリセルｃ２〜ｃ５に移動させうる。したがって、図１０Ｃで、臨時保存素子３００の第１ないし第５メモリセルｃ１〜ｃ５の情報は各々第１ないし第５磁区領域ｄ１〜ｄ５の情報に対応しうる。
図１０Ｄを参照すれば、図１０Ｂと類似した方法で磁壁を移動させうる。この際、再生領域に情報“０”が入力され、前記再生領域から情報“１”が出力されうる。この場合、第１ユニット２００Ａで測定した前記再生領域の抵抗は減少しうる。したがって、第１ユニット２００Ａで測定した前記再生領域の情報“ＡＰ２”と臨時保存素子３００の情報“ＡＰ３”とを比較して、前記再生領域の情報“ＡＰ２”の論理値が、臨時保存素子３００の情報“ＡＰ３”の論理値より小さいと確認されれば、前記磁壁移動により再生領域に情報“０”が入力されたと判別する。
図１０Ｅを参照すれば、図１０Ｃと同じ方法で第１ないし第５メモリセルｃ１〜ｃ５の情報を第１ないし第５磁区領域ｄ１〜ｄ５の情報と同一にしうる。
このように、再生過程で同じ情報が再生領域に入力されたとしても情報“０”が出力された場合と情報“１”が出力された場合との抵抗変化が異なるために、磁壁移動により前記再生領域から出た情報の種類が重要でありえる。したがって、磁壁移動により前記再生領域から出た情報が何かを確認した後、それによって情報判別方式を異ならせねばならない。もし、出力された情報が“０”であれば、磁壁移動後、第１ユニット２００Ａで測定した再生領域の抵抗が増加したならば、情報“１”が入力されたと認識せねばならない。一方、出力された情報が“１”であれば、磁壁移動後、第１ユニット２００Ａで測定した再生領域の抵抗がそのまま保持されたならば、情報“１”が入力されたと認識せねばならない。また、出力された情報が“０”であれば、磁壁移動後第１ユニット２００Ａで測定した再生領域の抵抗がそのまま保持されたならば、情報“０”が入力されたと認識せねばならず、出力された情報が“１”であれば、磁壁移動後、第１ユニット２００Ａで測定した再生領域の抵抗が減少したならば、情報“０”が入力されたと認識せねばならない。出力された情報が何かは、例えば、磁壁移動前に臨時保存素子３００の第５メモリセルｃ５に保存された情報により確認されうる。なぜなら、第１ないし第５メモリセルｃ１〜ｃ５の状態は、第１ないし第５磁区領域ｄ１〜ｄ５の状態と同一に保持されうるためである。したがって、第５メモリセルｃ５の情報を確認し、それによって、情報判別方式を異ならせねばならない。出力された情報の種類が２種であるために、情報判別方式も２種であり、２種の再生方式のうち、いずれか１つを選択することは、制御素子２５０に含まれた論理素子により行われる。このような論理素子については、当業者ならば十分理解できるので、それについての詳細な説明は省略する。
図１の構造のように、第１ユニット２００が磁性トラック１００の端部ではない所定の第１領域Ａ１に備えられた場合、第１領域Ａ１は磁性トラック１００の中央部でありうる。この場合、第１ユニット２００の一側の磁性トラック１００領域はバッファ領域であって、他側の磁性トラック１００領域は有効な保存領域でありうる。すなわち、第１ユニット２００一側の磁性トラック１００の磁区領域Ｄの磁区を第１ユニット２００の他側に移動させながら、情報の記録及び再生を行い、記録及び再生が完了した後には、第１ユニット２００の他側に移動した磁区を再び第１ユニット２００の一側に移動させうる。したがって、このような情報保存装置では、磁壁をＸ軸及びＸ軸の逆方向に移動させうる。
図１の構造は、多様な変形構造を有することができる。その一例が図１１に示されている。
図１１を参照すれば、磁性トラック１００に第１及び第２ユニット２００、２００’が備えられる。第１及び第２ユニット２００、２００’は、磁性トラック１００の端部以外の所定領域にすぐ隣接して配されうる。第１及び第２ユニット２００、２００’は、それら２００、２００’間に磁区領域Ｄなしに近接して配されうるが、少なくとも１つの磁区領域Ｄを介して配されうる。本図面は、第１及び第２ユニット２００、２００’の間に磁区領域Ｄのない場合である。便宜上、第１及び第２ユニット２００、２００’は互いに接触されたものと図示したが、実際は分離されたものでもありうる。第１及び第２ユニット２００、２００’間の磁壁領域ＤＷは所定の体積を有することができる。第１及び第２ユニット２００、２００’のうち、いずれか１つは、磁性トラック１００の下面に、他の１つは上面に具備させうる。第１及び第２ユニット２００、２００’のうち、いずれか１つ、例えば、第１ユニット２００は、記録ユニットであって、他の１つ、例えば、第２ユニット２００’は再生ユニットでありうる。第１及び第２ユニット２００、２００’に連結された臨時保存素子３００が備えられる。第１及び第２ユニット２００、２００’のうち、少なくともいずれか１つ、例えば、第２ユニット２００’と臨時保存素子３００との間には、制御素子２５０がさらに備えられる。第１及び第２ユニット２００、２００’の構造は同一か、異なりうる。第１ユニット２００を利用して磁性トラック１００に多数の情報を記録し、第２ユニット２００’を利用して記録された情報を再生しうる。前記情報の記録段階で、磁性トラック１００に記録される情報を臨時保存素子３００に保存し、臨時保存素子３００に保存された情報は前記再生段階で利用されうる。以下、図１１の情報保存装置を利用した情報の記録及び再生方法をさらに詳細に説明する。
図１２Ａないし図１２Ｃは、図１１の情報保存装置の動作方法を説明するための断面図である。
図１２Ａを参照すれば、第１ユニット２００に第１記録電流を印加し、磁壁を第１方向Ｄ１に１ビットほど移動させ、第１ユニット２００の右側最初の磁区領域Ｄに“０”を記録しうる。この過程で、臨時保存素子３００の第１メモリセルｃ１にも“０”を記録しうる。
図１２Ｂを参照すれば、第１ユニット２００に第２記録電流を印加し、磁壁を第１方向Ｄ１に１ビットほど移動させ、第１ユニット２００の右側最初の磁区領域Ｄに“１”を記録しうる。第１ユニット２００の右側２番目の磁区領域Ｄには、図１２Ａ段階で記録した情報“０”が位置されうる。この過程で、臨時保存素子３００の第１メモリセルｃ１に“１”を記録しうる。本来第１メモリセルｃ１に存在した情報“０”は、第２メモリセルｃ２に移動しうる。このように、第１ユニット２００で磁性トラック１００に記録する情報を臨時保存素子３００に保存しうる。
図１２Ｃは、所定の記録動作が完了した情報保存装置を示す。
図１２Ｃを参照すれば、第１ユニット２００右側の磁区領域Ｄに所定の情報が記録されている。第２ユニット２００’が形成された磁性トラック領域の情報０、１、１、０、１と臨時保存素子３００の情報０、１、１、０、１とが同一である。すなわち、記録動作で記録された最後の５つの情報が臨時保存素子３００に保存されている。以後、磁性トラック１００の磁壁を第２方向Ｄ２に１ビットずつ移動させつつ、第２ユニット２００’を利用して記録された情報を再生しうる。情報再生方法は、図９Ａないし図１０Ｅの説明と同様である。再生動作を始める時、第２ユニット２００’が形成された磁性トラック領域の情報と臨時保存素子３００の情報は、同一でありえる。すなわち、情報の再生のために磁壁を移動する前第２ユニット２００’が形成された磁性トラック１００領域の情報と臨時保存素子３００の情報とが同一でありえる。したがって、再生動作時、臨時保存素子３００の情報は比較情報として利用されうる。再生動作を行う間には、図９Ａないし図１０Ｅの説明と同様に、臨時保存素子３００は、第２ユニット２００’が形成された磁性トラック１００領域の情報と同じ情報を有するように更新（ｕｐｄａｔｅ）されうる。
もし、第１及び第２ユニット２００、２００’間に少なくとも１つの磁区領域Ｄが存在するならば、記録動作を完了した後、磁性トラック１００内で磁壁を移動させて第２ユニット２００’が形成された磁性トラック１００領域の情報と臨時保存素子３００の情報とを同一にしうる。例えば、図１２Ｃで第１及び第２ユニット２００、２００’間に５つの磁区領域Ｄが存在するならば、第１方向Ｄ１に磁壁を５ビットほど移動させれば、第２ユニット２００’が形成された磁性トラック１００領域の情報と臨時保存素子３００の情報とが同一になりうる。
図１３及び図１４は、本発明の他の実施例による情報保存装置を示す断面図である。
図１３を参照すれば、磁性トラック１００の一端に第１ユニット２００が備えられ、磁性トラック１００の他端に第２ユニット２００’が備えられる。第１及び第２ユニット２００、２００’のうち、いずれか１つ、例えば、第１ユニット２００は記録ユニットであって、他の１つ、例えば、第２ユニット２００’は再生ユニットでありうる。第２ユニット２００’に臨時保存素子３００が連結され、第２ユニット２００’と臨時保存素子３００との間に制御素子２５０が備えられる。このような情報保存装置を利用した情報の再生方法では、磁壁を１ビット単位で移動させつつ、第２ユニット２００’で磁性トラック１００の他端で情報を再生し、再生した情報を第１ユニット２００を利用して磁性トラック１００の一端に記録しうる。すなわち、磁性トラック１００の他端で再生した情報を一端に転写（ｔｒａｎｓｆｅｒ）しうる。磁壁を移動させつつ、他端の再生情報を一端に転写する過程を反復すれば、磁性トラック１００の情報再生過程を終えた時、磁性トラック１００の状態は再生過程を始める前と同一でありえる。したがって、一方向にのみ、すなわち、磁性トラック１００の一端から他端方向にのみ磁壁を移動させつつ、情報を再生することが可能である。ここで、図示していないが、第２ユニット２００’で読み出した情報を第１ユニット２００に伝達するための他の制御素子が第１及び第２ユニット２００、２００’間にさらに備えられる。前記他の制御素子は、臨時保存素子３００または制御素子２５０と連結されうる。一方、情報の記録のためには、第１ユニット２００に所定の記録電流を印加し、磁壁を磁性トラック１００の他端方向に移動させうる。このような記録方法は、図７Ａないし図７Ｅの説明と同様でありえる。
図１４は、本発明の他の実施例による情報保存装置を示す。
図１４を参照すれば、図１の第１ユニット２００と等価の多数のユニット、例えば、３つのユニット（以下、第３ないし第５ユニット）２００ａ、２００ｂ、２００ｃが磁性トラック１００に互いに離隔されて備えられる。第３ないし第５ユニット２００ａ、２００ｂ、２００ｃは記録／再生ユニットでありうる。図示していないが、第３ないし第５ユニット２００ａ、２００ｂ、２００ｃ各々に制御素子及び臨時保存素子が連結されうる。第３ないし第５ユニット２００ａ、２００ｂ、２００ｃは、等間隔で備えられ、第３ないし第５ユニット２００ａ、２００ｂ、２００ｃにより磁性トラック１００が４つの領域（以下、第１ないし第４領域）Ｒ１〜Ｒ４に分割されうる。第１領域Ｒ１は、磁性トラック１００の左端から第３ユニット２００ａの左端までの領域であり、第２領域Ｒ２は、第３ユニット２００ａの右端から第４ユニット２００ｂの左端までの領域であり、第３領域Ｒ３は第４ユニット２００ｂの右端から第５ユニット２００ｃの左端までの領域であり、第４領域Ｒ４は第５ユニット２００ｃの右端から磁性トラック１００の右端までの領域でありうる。このような情報保存装置を利用した情報の記録方法では、磁区壁を第１方向Ｄ１に移動させつつ、第３ないし第５ユニット２００ａ、２００ｂ、２００ｃを利用して所定の情報を記録することによって、第２ないし第４領域Ｒ２〜Ｒ４の磁区領域Ｄに所定の情報を記録しうる。そして、記録された情報の再生時は、磁壁を第２方向Ｄ２に移動させつつ、第３ないし第５ユニット２００ａ、２００ｂ、２００ｃを利用して情報を再生しうる。そして、再生過程が完了した後には、情報を再生過程前の位置に移動させうる。この場合、第１領域Ｒ１は、バッファ領域として使われうる。このように多数のユニットを使用して記録及び再生を行えば、記録及び再生速度を高めうる。また図１のように、１つのユニット２００を使用する場合より、磁性トラック１００でバッファ領域対比での有効保存領域の比率を高めうる。
前述したように、本発明の実施例によれば、磁区領域Ｄより大きいユニットを使用して単位磁区領域Ｄについての情報の記録及び再生を行える。したがって、磁区領域Ｄの大きさを小さくして記録密度を高め、記録ユニット、再生ユニットまたは記録／再生ユニットを容易に形成しうる。例えば、磁区は１０ｎｍ程度の幅を持たせ、記録ユニット、再生ユニットまたは記録／再生ユニットは５０〜６０ｎｍ程度の幅を持たせうる。
前記で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは発明の範囲を限定するものというより、具体的な実施例の例示として解釈されねばならない。例えば、本発明が属する技術分野で当業者ならば、図１ないし図６、図１１、図１３及び図１４の構造は多様に変形され、図７Ａないし図７Ｅ、図９Ａないし図１０Ｅ及び図１２Ａないし図１２Ｃの動作方法も多様に変化されうるということが分かる。また、図７Ａないし図７Ｅ及び図９Ａないし図１０Ｅでは、磁性トラック１００及び第１固定層４０ａが水平自己異方性を有する場合について図示したが、磁性トラック１００及び第１固定層４０ａ、そして第２固定層４０ｂは垂直自己異方性を有することもできる。したがって、本発明の範囲は説明された実施例によって決められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により定められねばならない。
１００ 磁性トラック
Ｄ 磁区領域
ＤＷ 磁壁領域
１５０ 磁壁移動手段
Ａ１ 第１領域
２００ 第１ユニット

Claims (23)

  1. 多数の磁区及びそれらの間に磁壁を有する磁性トラックと、
    該磁性トラックに連結されて前記磁壁の移動を行う磁壁移動手段と、
    前記磁区のうち少なくとも２つをカバーする大きさを有し、前記磁壁移動手段による磁壁移動に連動して前記カバーしている磁性トラックに対して情報の記録及び再生を行う動作ユニットと、
    前記動作ユニットに連結されて該動作ユニットがカバーする磁区と同数のメモリセルを有する臨時情報保存素子と、
    前記動作ユニットと前記臨時情報保存素子との間に位置して、前記動作ユニットがカバーする磁区の情報を読取って前記臨時情報保存素子に臨時記憶させる制御素子と、を含む磁壁移動を利用した情報保存装置。
  2. 前記臨時情報保存素子は、不揮発性メモリ素子であることを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置。
  3. 前記動作ユニットは、ＴＭＲ素子またはＧＭＲ素子であることを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置。
  4. 多数の磁区及びそれらの間に磁壁を有する磁性トラックと、
    該磁性トラックに連結されて前記磁壁の移動を行う磁壁移動手段と、
    前記磁区のうち少なくとも２つをカバーする大きさを有し、前記磁壁移動手段による磁壁移動に連動して前記カバーしている磁性トラックに対して情報の記録及び再生を行う動作ユニットと、
    前記動作ユニットに連結されて該動作ユニットがカバーする磁区と同数のメモリセルを有する臨時情報保存素子と、
    前記動作ユニットと前記臨時情報保存素子との間に位置して、前記動作ユニットがカバーする磁区の情報を読取って前記臨時情報保存素子に臨時記憶させる制御素子と、を含む磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法であって、
    前記磁性トラックに情報を記録する記録段階を含み、
    前記記録段階は、前記動作ユニットに第１記録電流を印加して前記動作ユニットがカバーする磁区を同じ第１方向に磁化させる段階を含む磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  5. 前記磁性トラックに連結された磁壁移動手段がさらに備えられ、
    前記記録段階は、
    前記第１記録電流を印加する段階の後、前記磁性トラックの磁壁を少なくとも１ビットほど移動させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  6. 前記記録段階は、
    前記磁壁を少なくとも１ビットほど移動させる段階の後、前記動作ユニットに第２記録電流を印加して前記動作ユニットがカバーする磁区を同じ第２方向に磁化させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  7. 前記第１記録電流による磁化方向と前記第２記録電流による磁化方向は、互いに反対であることを特徴とする請求項６に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  8. 前記記録段階は、
    前記第２記録電流を印加する段階の後、前記磁性トラックの磁壁を少なくとも１ビットほど移動させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  9. 前記記録段階前、
    前記磁性トラックの前記磁区をいずれも同じ方向に磁化させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  10. 前記情報保存装置は、前記動作ユニットに連結された臨時情報保存素子をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  11. 前記臨時情報保存素子は、前記動作ユニットがカバーする前記磁区と同数のメモリセルで構成されることを特徴とする請求項１０に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  12. 前記磁性トラックに記録する情報を前記臨時情報保存素子に保存する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  13. 前記磁性トラックに記録された情報を再生する再生段階をさらに含み、
    前記再生段階で、前記臨時情報保存素子の情報を利用することを特徴とする請求項１２に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  14. 前記再生段階は、前記動作ユニットまたは別途の再生ユニットを使用して行うことを特徴とする請求項１３に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  15. 前記再生段階は、
    前記動作ユニットまたは再生ユニットがカバーする磁区の情報を読取る第１段階と、
    前記磁性トラックの磁壁を１ビットほど移動させる第２段階と、
    前記第２段階の後、前記動作ユニットまたは再生ユニットがカバーする磁区の情報を読取る第３段階と、を含むことを特徴とする請求項１４に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  16. 前記再生段階は、
    前記第１段階で読み出した情報を前記臨時情報保存素子に保存する段階を含むことを特徴とする請求項１５に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  17. 前記再生段階は、
    前記第３段階で読み出した情報と前記臨時情報保存素子に保存された情報とを比較して、前記第２段階により新規で前記動作ユニットまたは再生ユニットが形成された領域に移動した磁区の情報を判別する判別段階を含むことを特徴とする請求項１６に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  18. 前記判別段階の後、
    前記臨時情報保存素子の情報を前記第３段階で読み出した情報と同一にする段階をさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  19. 多数の磁区及びそれらの間に磁壁を有する磁性トラックと、
    該磁性トラックに連結されて前記磁壁の移動を行う磁壁移動手段と、
    前記磁区のうち少なくとも２つをカバーする大きさを有し、前記磁壁移動手段による磁壁移動に連動して前記カバーしている磁性トラックに対して情報の記録及び再生を行う動作ユニットと、
    前記動作ユニットに連結されて該動作ユニットがカバーする磁区と同数のメモリセルを有する臨時情報保存素子と、
    前記動作ユニットと前記臨時情報保存素子との間に位置して、前記動作ユニットがカバーする磁区の情報を読取って前記臨時情報保存素子に臨時記憶させる制御素子と、を含む磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法であって、
    前記磁性トラックの磁壁を１ビットほど移動させる段階と、
    前記磁壁移動により前記磁性トラックの前記動作ユニットが形成された領域（以下、第１領域）に新たに入ってきた磁区の情報を判別する判別段階と、を含む磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  20. 前記判別段階は、前記磁壁移動後の前記第１領域の情報と前記磁壁移動前の前記第１領域の情報とを比較する段階を含むことを特徴とする請求項１９に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  21. 前記情報保存装置は、前記磁壁移動前の前記第１領域の情報を保存するための臨時情報保存素子をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  22. 前記判別段階の後、
    前記臨時情報保存素子の情報を前記磁壁移動後の前記第１領域の情報と同一にする段階をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
  23. 前記磁壁移動により前記磁性トラックの前記第１領域から出た情報を確認する段階をさらに含み、
    前記第１領域から出た情報によって前記情報の判別方式を異ならせることを特徴とする請求項１９に記載の磁壁移動を利用した情報保存装置の動作方法。
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