JP5771544B2 - スピン流増幅装置 - Google Patents

Description

本発明は、非磁性導電体中のスピン流を増幅することのできる装置に関する。

電子は、電気伝導を担う電荷に加え、磁性を担うスピンを有する。近年、電子の電荷を活用したエレクトロニクスに加えて、スピンの性質を積極的に利用したスピントロニクス素子の開発に注目が集まっている。例えば、スピン注入を用いたトンネル磁気抵抗素子として、スピン注入素子が提案されている（非特許文献１及び特許文献１）。また、強磁性体中に挿入された磁壁を移動させると、その磁壁部分に起電力が発生することが知られている（非特許文献２）。

特開２００４−１８６２７４号公報

Nature, Vol.416, p. 713 (2002) Physical Review B 82, 054410 (2010)

電子スピンの情報は、非磁性体において、空間的には、距離Ｌとスピン拡散長λの比に依存し、exp（−Ｌ／λ）に従って指数関数的に減衰する。これまではスピン流を増幅する手段がなかったため、非磁性体中においては電子スピンの性質が発揮される空間スケールはスピン拡散長と同程度であった。しかし、スピン流を増幅することができれば、電子スピンの性質が発揮される空間スケールをスピン拡散長以上に拡大することができる。また、スピン注入素子における出力信号を増大することができる。

本発明は、これまで減衰するにまかせるだけで増幅することのできなかったスピン流を増幅する機構を提供するものである。

本発明では、純粋スピン流が生じる非磁性導電体に、磁壁の挿入された強磁性体を接合し、接合部分に磁壁を位置させる。そして、外部磁場などによって磁壁を移動させ、磁壁移動に伴うスピン起電力により、スピン流を構成する上向きスピンと下向きスピンに個別にエネルギー付与を行い、純粋スピン流の増幅を行う。

本発明のスピン流増幅機構は、ハードディスク用の再生ヘッドなどに用いられる高感度磁気センサー、不揮発性磁気メモリなどのスピン注入素子に適用することができる。

本発明によると、これまで不可能であった純粋スピン流の増幅を実現することができる。

本発明によるスピン流増幅装置の構造例を示す平面模式図。 本発明によるスピン流増幅装置の構造例を示す断面模式図。 第２の強磁性体の磁壁を挟んだ各位置での磁化の様子を示した摸式図。 上向きスピンと下向きスピンの電気化学ポテンシャルを示す図。 本発明によるスピン流増幅装置の他の態様例を示す平面模式図。 第２の強磁性体の磁壁を挟んだ各位置での磁化の様子を示した摸式図。 本発明によるスピン流増幅装置の他の実施例を示す平面模式図。 本発明によるスピン流増幅装置の他の実施例を示す平面模式図。 本発明によるスピン流増幅装置の他の実施例を示す平面模式図。 本発明によるスピン流増幅装置の他の実施例を示す平面模式図。 スピン流増幅部に用いられる強磁性体の他の実施例を示す模式図。 本発明によるスピン流増幅装置の他の実施例を示す断面模式図。 本発明によるスピン流増幅装置の他の実施例を示す平面模式図。 Ｚ字形の非磁性導電体の下辺に位置するスピン流増幅部の説明図。 Ｚ字形の非磁性導電体の上辺に位置するスピン流増幅部の説明図。 強磁性体に磁壁を挿入する方法の例を示す説明図。 強磁性体に磁壁を挿入する方法の例を示す説明図。 強磁性体に磁壁を挿入する方法の例を示す説明図。 従来のスピン注入素子の平面模式図。 従来のスピン注入素子の断面模式図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１５Ａは従来のスピン注入素子の平面模式図、図１５Ｂはその断面模式図である。このスピン注入素子は、非磁性導電体１５０の上に第１の絶縁層１５１を介して第１の強磁性体１５２が積層された第１のトンネル接合部と、非磁性導電体１５０の上に第２の絶縁層１５３を介して第２の強磁性体１５４が積層された第２のトンネル接合部を有する。第１のトンネル接合部と第２のトンネル接合部の間の距離は、非磁性導電体１５０のスピン拡散長よりも短く設定されている。非磁性導電体１５０と第１の強磁性体１５２の間には直流電流源１５５が接続されている。一方、非磁性導電体１５０と第２の強磁性体１５４には電圧計１５６が接続されている。第１の強磁性体１５２の磁化Ｍ１は外部磁場Ｂによって磁化の向きが変化しないように固定されており、第２の強磁性体１５４は磁化の向きＭ２が外部磁場Ｂに応じて変化するように設計されている。

非磁性導電体１５０、第１の強磁性体１５２、直流電流源１５５からなる閉回路には、第１の絶縁層１５１を介したトンネル電流が流れ、それと同時に、非磁性導電体１５０にはスピン流が注入される。スピン流は、上向きスピンと下向きスピンからなり、非磁性導電体１５０の中を第１のトンネル接合部から第２のトンネル接合部に向かって拡散によって流れる。この時のスピン流は電流を伴わず、純粋スピン流と呼ばれる。非磁性導電体中における上向きスピンの電気化学ポテンシャルμ_↑と下向きスピンの電気化学ポテンシャルμ_↓は、図１５Ａに図示するように、第１のトンネル接合部から第２のトンネル接合部に向かって単調に減少する空間分布を示す。このとき、外部磁場Ｂに応じて変化した第２の強磁性体１５４の磁化Ｍ２の向きが、第１の強磁性体１５２の磁化Ｍ１の向きと平行か反平行かによって電圧計１５６によって検出される電圧が正負に変化する。

図１Ａは本発明によるスピン流増幅装置の構造例を示す平面模式図、図１Ｂはその断面模式図である。このスピン流増幅装置は、非磁性導電体１０、非磁性導電体１０の上に絶縁層１１を介して積層された第１の強磁性体１２、及び第２の強磁性体１３を備える。第１の強磁性体１２は、一定の方向を向いた磁化Ｍを有する。また、第２の強磁性体１３には磁壁１４が挿入されており、白抜き矢印で示すように、第２の強磁性体１３の磁化の向きは磁壁１４を挟んで変化している。磁壁１４は非磁性導電体１０の上に位置するように設定されている。非磁性導電体１０と第１の強磁性体１２の間には電流源１５が接続されている。また、第２の強磁性体１３の磁壁１４の部分には外部磁場Ｂが印加され、磁壁１４は外部磁場Ｂによって移動するように構成されている。

非磁性導電体１０の上に絶縁層１１を介して第１の強磁性体１２が積層されたトンネル接合部はスピン注入部として機能し、第２の強磁性体１３の移動磁壁１４はスピン流増幅部として機能する。スピン注入部とスピン流増幅部の距離は、非磁性導電体１０のスピン拡散長より短く設定されている。図１Ａ及び図１Ｂに示した配置では、非磁性導電体１０から第１の強磁性体１２の方向にトンネル電流が流れ、スピン注入部では第１の強磁性体１２の多数派スピン（上向きスピン）が非磁性導電体１０にスピン注入される。

非磁性導電体１０としては、例えば、Ａｌ，Ｃｕ，Ａｇなどを用いることができる。非磁性導電体の大きさは、例えば６μｍ×２５０ｎｍ×５０ｎｍである。スピン注入部を構成する第１の強磁性体１２としては、Ｃｏ，Ｆｅ，ＦｅＰｔなどを用いることができる。第１の強磁性体１２の大きさは、例えば１μｍ×４００ｎｍ×５０ｎｍである。また、絶縁層１１としては、ＡｌＯｘ、ＭｇＯなどを用いることができる。絶縁層１１の膜厚は１ｎｍ〜２ｎｍ程度が好ましいが、絶縁層はなくてもよい。第１の強磁性体１２の磁化方向を固定するために、第１の強磁性体１２の上にＭｎＩｒ，ＮｉＯなどの反強磁性層を形成してもよい。第２の強磁性体１３としては、パーマロイ（ＮｉＦｅ合金）、Ｆｅ，ＣｏＦｅＢなどを用いることができる。

なお、本実施例では第２の強磁性体はＵ字形をしているが、第２の強磁性体は、挿入された磁壁が非磁性導電体の長手方向に移動できればどのような形状であってもよい。また、磁壁の移動は、第２の強磁性体に電流を流すことによって行うことも可能である。

次に、スピン流増幅部によってスピン流の増幅が生じる機構について説明する。強磁性体に挿入された磁壁を移動させると、移動磁壁の部分に次式で示される実効電場が発生する（非特許文献２参照）。

ここで、ｚは第２の強磁性体１３の長手方向に沿う座標、θは磁化のｚ軸からの極角、φは磁化の方位角で、歳差運動の角度である。 なお、極角の時間微分は、方位角のそれに比べ小さいため、右辺第２項は第１項に比較して無視できるので、以下では第１項だけを考慮する。

図２は、第２の強磁性体１３の磁壁１４を挟んだｚ方向の各位置での磁化の様子を示した摸式図である。図１Ａに示した電流方向、磁壁を挟んだ磁化の状態、外部磁場の条件では、次式が成立することが分かる。

このとき、式(1)の右辺の第１項は正になり、磁壁１４の部分にはｚ軸のプラス方向に向いた実効電場が発生する。この第２の強磁性体１３の磁壁１４部分に発生したｚ軸のプラス方向に向いた実効電場は、非磁性導電体１０において連続性を満たすよう誘起される。この実効電場のｚ方向（接線成分）の連続性は、ガウスの法則から要請される。非磁性導電体１０における実効電場の接線成分は、図３に示すように、上向きスピンの電気化学ポテンシャルを増大させるように作用する。一方、実効電場がスピンに依存しているため、下向きスピンに対しては電気化学ポテンシャルを押し下げるように作用し、結果的にμ_↑-μ_↓を増大させる。その結果、ｚ方向に向かって減衰してきたスピン流をスピン流増幅部で増幅することができる。

図４は、本発明によるスピン流増幅装置の他の態様を示す平面模式図であり、トンネル電流が流れる向きを図１Ａの場合と逆にした場合を示している。このとき、スピン注入部からスピン注入されるのは第１の強磁性体１２の少数派スピン（下向きスピン）である。図１Ａの場合と比較し、純粋スピン流の向きは逆転するため、上向きスピンと下向きスピンの電気化学ポテンシャルの関係は、図１Ａの配置の場合と逆になる。従って、減衰したスピン流を増幅するには、第２の強磁性体１３の磁壁移動によって磁壁部分にｚ軸のマイナス方向に向いた実効電場を発生する必要がある。そこで、本実施例では、印加磁場の向きを図１Ａの配置とは逆にし、第２の強磁性体１３の磁壁１４部分にｚ軸のプラス方向に向いた磁場Ｂを印加するようにした。

図５は、第２の強磁性体１３の磁壁１４を挟んだｚ方向の各位置での磁化の様子を示した摸式図である。図４に示した電流方向、磁壁を挟んだ磁化の状態、外部磁場の条件では、次式が成立することが分かる。

このとき、式(1)の右辺の第１項は負になり、磁壁部分にはｚ軸のマイナス方向に向いた実効電場が発生する。このｚ軸のマイナス方向に向いた電場は、図４に示すように、下向きスピンのポテンシャルを増大させるように作用すると共に、上向きスピンのポテンシャルを減少させるように作用する。その結果、ｚ方向に進むに従い減衰してきたスピン流をスピン流増幅部で増幅することができる。

図６は、本発明によるスピン流増幅装置の他の実施例を示す平面模式図である。これまで説明した実施例では、第２の強磁性体の磁壁部分に一定方向の磁場を印加することによって磁壁移動を行った。しかし、磁壁が移動して非磁性導電体の上から外れてしまうと、磁壁部分に発生する実効電場をスピン流増幅のために非磁性導電体に対して有効に作用させることができなくなる。

そこで本実施例では、第２の強磁性体１３に挿入された磁壁１４を非磁性導電体１０の上で往復移動させて、磁壁１４の部分に発生する実効電場が常に非磁性導電体１０のスピン流に作用するようにした。そのために、スピン注入部の電流源として交流電流源６１を用いてスピン注入の極性を交互に反転させた。同時に、スピン流増幅部において磁壁１４に印加する磁場を電流Ｉ(ｔ)による誘導磁場Ｂ(Ｉ)とし、誘導磁場Ｂ(Ｉ)を発生させる電流Ｉ(ｔ)の向き、すなわち磁壁１４に印加される誘導磁場Ｂ(Ｉ)の向きを交流電流源６１に同期させて反転させた。誘導磁場を磁壁部分に効率的に印加するために、第２の強磁性体１３は誘導磁場を発生させる電流Ｉ(ｔ)を流す配線６２を囲む円環状、半円環状あるいはＵ字状の形状とするのが好ましい。交流電流源６１の電流波形及び誘導磁場Ｂ(Ｉ)を発生させる電流Ｉ(ｔ)の波形は、正弦波でもよいし、矩形波でもよい。反転周波数は、例えば次のように見積もることができる。パーマロイ（ＮｉＦｅ合金）を用いると、典型的磁壁幅は７０ｎｍで、磁場の強さが１０^-3Teslaのときの磁壁の速度は２５０ｍ／ｓｅｃなので、磁壁が移動したことによる識別可能な長さとして磁壁幅の３倍程度の距離を考慮する。すると１周期に磁壁の移動する距離は４２０ｎｍとなり、反転周波数は、５００ＭＨｚ程度とすればよい。

スピン注入部の交流電流源と誘導磁場発生電流の極性は、次のような関係で同期させるとよい。これによりスピン流増幅部において非磁性導電体を流れるスピン流に印加される実効電場の向きが反転することなく一定の方向を向き、スピン流を継続的に増幅することができる。

(1) スピン注入部で非磁性導電体に上向きスピン（第１の強磁性体の多数派スピン）がスピン注入されているタイミングでは、スピン流増幅部に、μ_↑-μ_↓を増大させる向きの実効電場を発生する。
(2) スピン注入部で非磁性導電体に下向きスピン（第１の強磁性体の少数派スピン）がスピン注入されているタイミングでは、スピン流増幅部に、μ_↓-μ_↑を増大させる向きの実効電場を発生する。

図７は、本発明によるスピン流増幅装置の他の実施例を示す平面模式図である。本実施例は、スピン流増幅部を、非磁性導電体１０に沿って間隔をおいて複数個所に配置したものである。個々のスピン流増幅部は、図６に示したのと同じく、Ｕ字形をした強磁性体７１，７２，７３に挿入された磁壁を、配線を流れる電流Ｉ(ｔ)による誘導磁場Ｂ(Ｉ)によって移動させる方式のものである。隣接するスピン流増幅部の間隔は、非磁性導電体１０のスピン拡散長より短く設定する。スピン注入部は交流電流源６１を備え、各スピン流増幅部の配線を流れる電流Ｉ(ｔ)の極性を交流電流源６１と同期させて反転させる。図示の例では、隣接するＵ字形強磁性体７１，７２，７３を互いに結合したが、複数のＵ字形強磁性体は互いに離間して配置してもよい。本実施例によると、スピン注入部から注入されたスピン流を、スピン流増幅部が１個所の場合よりも長い距離にわたって伝達させることができる。

図７には、検出部も併せて図示した。本実施例の検出部は、スピン注入部とほぼ同じ構成を有する。すなわち、非磁性導電体１０の上に絶縁層を形成し、その上に第３の強磁性体７４を配置したものである。検出部は、それに隣接するスピン流増幅部から、非磁性導電体１０のスピン拡散長より短い距離に配置されている。第３の強磁性体７４の磁化は、例えば外部磁場Ｂ_exによって向きが変化するように、材料あるいは形状、寸法が選択されている。電圧計７５は、非磁性導電体１０と第３の強磁性体７４の間に発生する電圧を計測する。電圧計７５によって計測される電圧は、第３の強磁性体７４の磁化、すなわち外部磁場Ｂ_exに依存して変化する。従って、このような検出部を備えることで、この装置を磁気センサーとして機能させることができる。なお、本実施例の検出部の検出部は、これまで説明した他の実施例あるいは後述する他の実施例にも同様に適用することができ、それによって各実施例の装置に磁気センサーとしての機能を持たせることができる。

図８は、本発明によるスピン流増幅装置の他の実施例を示す平面模式図である。本実施例は、スピン流増幅部を構成する第２の強磁性体８１の磁壁８５の移動範囲を非磁性導電体１０の上に限定する機構を設けた例である。本実施例では、第２の強磁性体８１を、途中に２個所の角部８２，８３を有する折れ曲がった形状とし、２個所の角部８２，８３の間の直線部分８４を非磁性導電体１０の上に配置した。第２の強磁性体の角部８２，８３は磁壁トラップとして機能する。直線部分８４を角部８２，８３に向かって移動してきた磁壁８５は、角部８２又は角部８３にさしかかるとそこにトラップされ、角部８２，８３を越えて先に移動することはない。従って、磁壁８５の移動範囲は２個所の角部８２，８３の間に限られるので、本実施例によると、第２の強磁性体８１に挿入された磁壁８５を常に非磁性導電体１０の上に位置付けることができる。角部８２と角角８３の間の間隔は、例えばパーマロイ（ＮｉＦｅ合金）を用いると、７０ｎｍ×２程度に設定すればよい。

図９は、本発明によるスピン流増幅装置の他の実施例を示す平面模式図である。本実施例は、図８に示した実施例の変形例である。本実施例では、スピン流増幅部を構成する第２の強磁性体９１としてＵ字形の強磁性体を用い、第２の強磁性体９１が非磁性導電体１０からはみ出す限界位置の個所の幅を他の個所の幅より狭くした。線幅が狭まった個所９２，９３は磁壁トラップとして機能するので、第２の強磁性体９１に挿入された磁壁９５の移動範囲は２個所の線幅の狭い個所９２，９３の間の領域９４に限られる。従って、本実施例でも、第２の強磁性体９１に挿入された磁壁９５は、常に非磁性導電体１０の上に位置することになる。

図１０は、本発明によるスピン流増幅装置のスピン流増幅部に用いられる第２の強磁性体の他の実施例を示す模式図である。本実施例の第２の強磁性体１０１は、Ｕ字形をしており、中央部分１０４の膜厚が他の部分より厚くなっている。例えば、Ｕ字形の中央部分の膜厚を１０ｎｍ、中央部分から両側に延びる部分の膜厚を２０ｎｍとする。膜厚が変化する境界部分１０２，１０３は磁壁トラップとして機能するため、膜厚部分１０４を移動する磁壁１０５の移動範囲を膜厚部分１０４だけに限定することができる。従って、Ｕ字形をした第２の強磁性体１０１の膜厚部分１０４の長さを非磁性導電体からはみ出さない範囲に限定し、膜厚部分１０４を非磁性導電体の上に配置することにより、第２の強磁性体１０１に挿入された磁壁１０５を常に非磁性導電体の上に位置付けることが可能になる。

図１１は、本発明によるスピン流増幅装置の他の実施例を示す断面模式図である。本実施例では、スピン流増幅部を構成する、磁壁１１３の挿入された第２の強磁性体１１２と非磁性導電体１０の間に絶縁層１１１を形成した。絶縁層１１１としては、例えばＭｇＯ，ＡｌＯ_xなどを、膜厚１．２ｎｍ程度で形成する。第２の強磁性体１１２と非磁性導電体１０の間に絶縁層１１１を形成する以外の構成は、他の実施例と同様である。

図１２は、本発明によるスピン流増幅装置の他の実施例を示す平面模式図である。本実施例では、非磁性導電体として、平行な２本の非磁性導電体１２１，１２２と、一方の導電体１２１の後端と他方の導電体１２２の先端とを接続するように斜めに配置された非磁性導電体１２３からなるＺ字形の非磁性導電体を用いる。スピン流増幅部には、円環状の強磁性体１２４を用いる。スピン注入部の第１の強磁性体１２は、一定方向に固定された磁化Ｍを有し、Ｚ字形をした非磁性導電体の上下の平行な２辺１２１，１２２の上にそれぞれ絶縁層を介して積層され、２個所でスピン流注入を行う。スピン注入部では、Ｚ字形をした非磁性導電体の上下の２辺１２１，１２２と第１の強磁性体１２の間に交流電流源６１が接続され、一定周期で極性が変わるスピン流を注入する。スピン流増幅部には、上下２個所に磁壁が挿入された円環状の強磁性体１２４が、Ｚ字形をした非磁性導電体の上下２辺１２１，１２２の上に各磁壁が位置するように配置され、交流電流源６１と同期して向きが変化する電流Ｉ(ｔ)による誘導磁場Ｂ(Ｉ)によって磁壁の移動が行われる。配線を流れる電流の向きは、交流電流源と同期して変化する。こうして、非磁性導電体の２個所の位置でスピン流増幅が行われる。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、図１２に示した実施例におけるスピン流増幅部の説明図である。図１３ＡはＺ字形の非磁性導電体の下辺１２１に位置するスピン流増幅部の説明図、図１３ＢはＺ字形の非磁性導電体の上辺１２２に位置するスピン流増幅部の説明図である。いずれも、誘導磁場Ｂ(Ｉ)を発生するための時間変化する電流Ｉ(ｔ)が紙面の表から裏方向に流れ、円環状の第２の強磁性体１２４の中心に対して、第２の強磁性体に沿って磁壁に時計回りの誘導磁場Ｂ(Ｉ)が印加されている場合の図である。

図１３Ａを参照すると、Ｚ字形の非磁性導電体の下辺１２１に位置するスピン流増幅部では、磁化のｚ軸からの極角θ，磁化の歳差運動の角度φに対して、次の条件が成立することが分かる。

一方、図１３Ｂを参照すると、Ｚ字形の非磁性導電体の上辺１２２に位置するスピン流増幅部では、磁化のｚ軸からの極角θ，磁化の歳差運動の角度φに対して、次の条件が成立することが分かる。

式(4)の条件が成立する場合と式(5)の条件が成立する場合とで、式(1)の右辺の第１項はいずれも正となることが分かる。従って、Ｚ字形の非磁性導電体の２個所に設定されたスピン流増幅部では、いずれもｚ軸方向の同じ向きを向いた実効電場を、非磁性導電体を流れるスピン流に印加することができる。

図１３Ａ、図１３Ｂは、誘導磁場を発生するための電流が紙面の表から裏方向に流れ、磁壁に第２の強磁性体の中心に対して時計回りの磁場Ｂ(Ｉ)が印加されているタイミングに対する説明であるが、電流の向きが紙面の裏から表の方向に流れ、円環状の第２の強磁性体に沿って磁壁に反時計回りの磁場Ｂ(Ｉ)が印加されている場合には、２個所のスピン流増幅部において、式(1)の右辺の第１項の符号はいずれも負になる。この場合にも、Ｚ字形の非磁性導電体の２個所に設定されたスピン流増幅部では、いずれもｚ軸方向の同じ方向を向いた実効電場を、非磁性導電体を流れるスピン流に印加することができる。

従って、上記した条件(1)(2)を満たすように、スピン注入部の交流電流源と誘導磁場発生電流の極性変化を同期させることで、継続的にスピン流の増幅を行うことができる。

図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃは、スピン流増幅部を構成する第２の強磁性体に磁壁を挿入する方法の例を示す説明図である。ここでは、一例として、Ｕ字形をした強磁性体及び円環状の強磁性体の所望個所に磁壁を挿入するための方法について説明する。

図１４Ａは、Ｕ字形をした強磁性体の中央部分に磁壁を挿入する方法の例を示す図である。Ｕ字形の強磁性体１４１の開放端部にマグネット１４２を接触させる。すると、強磁性体１４１はマグネット１４２からの磁束を受けて磁化され、中央部分に磁壁１４３が形成される。その後、マグネット１４２は除去してもよいし、そのまま装置内に残しておいてもよい。

図１４Ｂは、Ｕ字形をした強磁性体の中央部分に磁壁を挿入する他の方法の例を示す図である。最初に、強磁性体１４１のおかれた空間に外部磁場Ｂを印加する。すると、強磁性体１４１の各部の磁化は、それぞれ外部磁場Ｂの方向に揃う。その後、外部磁場Ｂを取り除くと、強磁性体の磁化はＵ字形をした強磁性体１４１の各部で長手方向を向き、その結果、中央部分に磁壁１４３が形成される。

図１４Ｃは、円環状をした強磁性体の対向する２か所に磁壁を挿入する方法の例を示す図である。最初に、強磁性体１４４のおかれた空間に外部磁場Ｂを印加する。すると、強磁性体１４４の各部の磁化は、それぞれ外部磁場Ｂの方向に揃う。その後、外部磁場Ｂを取り除くと、強磁性体の磁化は円環状をした強磁性体１４４の各部で長手方向を向き、その結果、外部磁場印加方向に沿う方向の先端部と後端部に対応する位置に一対の磁壁１４５，１４６が形成される。

以上のような方法を利用することにより、スピン流増幅部に配置する強磁性体には、所望の位置に磁壁を挿入することができる。

１０ 非磁性導電体
１１ 絶縁層
１２ 第１の強磁性体
１３ 第２の強磁性体
１４ 磁壁
１５ 電流源
６１ 交流電流源
６２ 配線
７１，７２，７３ 強磁性体
７４ 第３の強磁性体
７５ 電圧計
８１ 第２の強磁性体
８２，８３ 角部
８５ 磁壁
９１ 第２の強磁性体
９２，９３ 線幅が狭まった個所
９５ 磁壁
１０１ 第２の強磁性体
１０２，１０３ 膜厚が変化する境界部分
１０５ 磁壁
１１１ 絶縁層
１１２ 第２の強磁性体
１１３ 磁壁
１２１，１２２，１２３ Ｚ字形の非磁性導電体
１２４ 円環状の強磁性体
１４２ マグネット

Claims (9)

1. 非磁性導電体と、第１の強磁性体と電流源を備え前記非磁性導電体にスピン注入するスピン注入部と、前記スピン注入部から注入され前記非磁性導電体中を拡散するスピン流を増幅するスピン流増幅部とを有し、
   前記スピン流増幅部は、磁壁が挿入された第２の強磁性体と、前記磁壁を移動させる磁壁移動手段とを有し、前記第２の強磁性体は前記磁壁の移動を前記非磁性導電体と重なる範囲に制限するための磁壁トラップを有し、前記非磁性導電体中を拡散する前記スピン流に前記磁壁移動に伴って当該磁壁の部分に発生する電場を作用させることを特徴とするスピン流増幅装置。
2. 請求項１に記載のスピン流増幅装置において、前記非磁性導電体の長手方向に沿って、前記非磁性導電体のスピン拡散長より短い間隔で複数の前記スピン流増幅部が配置されていることを特徴とするスピン流増幅装置。
3. 請求項１に記載のスピン流増幅装置において、前記磁壁移動手段として電流による誘導磁場を用いることを特徴とするスピン流増幅装置。
4. 請求項３に記載のスピン流増幅装置において、前記第２の強磁性体はＵ字形又は環状形状であることを特徴とするスピン流増幅装置。
5. 請求項３に記載のスピン流増幅装置において、前記電流源は交流電流源であり、前記誘導磁場を発生する電流の極性を前記交流電流源と同期して反転させることを特徴とするスピン流増幅装置。
6. 請求項５に記載のスピン流増幅装置において、前記スピン流増幅部は、前記スピン注入部で前記非磁性導電体に前記第１の強磁性体の多数派スピンがスピン注入されているタイミングでは、前記多数派スピンの電気化学ポテンシャルを増大させる向きの電場を発生し、前記スピン注入部で前記非磁性導電体に前記第１の強磁性体の少数派スピンがスピン注入されているタイミングでは、前記少数派の電気化学ポテンシャルを増大させる向きの電場を発生することを特徴とするスピン流増幅装置。
7. 請求項５に記載のスピン流増幅装置において、前記スピン流増幅部は、前記スピン注入部で前記非磁性導電体に前記第１の強磁性体の多数派スピンがスピン注入されているタイミングでは、前記スピン注入部から遠ざかる向きの電場を発生し、前記スピン注入部で前記非磁性導電体に前記第１の強磁性体の小数派スピンがスピン注入されているタイミングでは、前記スピン注入部の方向を向いた電場を発生することを特徴とするスピン流増幅装置。
8. 請求項１に記載のスピン流増幅装置において、前記非磁性導電体の長手方向に沿って前記スピン流増幅部から前記非磁性導電体のスピン拡散長より短い距離の位置に検出部を有し、
   前記検出部は、前記非磁性導電体に接続された第３の強磁性体と、前記非磁性導電体と前記第３の強磁性体に接続された電圧計を備えることを特徴とするスピン流増幅装置。
9. 請求項８に記載のスピン流増幅装置において、前記第３の強磁性体は、磁化が外部磁場に応じて変化することを特徴とするスピン流増幅装置。

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