JP6588860B2 - 発振器及び演算装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、発振器及び演算装置に関する。

磁性層を用いたスピントルク発振子などの発振器が提案されている。発振器において、安定した発振が望まれる。

特開２００７−１４２７４６号公報

本発明の実施形態は、発振を安定化できる発振器及び演算装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、発振器は、第１〜第３導電体と、第１積層部と、磁性部と、を含む。前記第１導電体は、第１領域と、第１方向において前記第１領域と並ぶ第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域と、を含む。前記第２導電体は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第３領域から離れた部分を含む。
前記第１積層部は、前記第３領域と前記部分との間に設けられる。前記第１積層部は、第１〜第４磁性層と、第１〜第３中間層と、を含む。前記第１磁性層は、第１磁化を有する。前記第２磁性層は、前記第１磁性層と前記部分との間に設けられ第２磁化を有する。前記第１中間層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる。前記第３磁性層は、前記第２磁性層と前記部分との間に設けられ第３磁化を有する。前記第４磁性層は、前記第３磁性層と前記部分との間に設けられ第４磁化を有する。前記第２中間層は、前記第３磁性層と前記第４磁性層との間に設けられる。前記第３中間層は、前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられる。前記第３導電体は、前記第２導電体及び前記第１領域と電気的に接続される。前記第１方向及び前記第２方向と交差する方向において前記磁性部の少なくとも一部、及び、前記第１積層部の少なくとも一部は、互いに重なる。第１状態において、前記第１〜第４磁化は、前記第１方向及び前記第２方向に対して垂直な第３方向に沿う。前記第２磁化は、前記第１磁化とは逆向きの成分を有する。前記第４磁化は、前記第３磁化とは逆向きの成分を有する。前記第１領域から前記第２領域に向かって第１電流が流れ、前記第４磁性層から前記第１磁性層に向かって第２電流が流れ、前記第２導電体から前記第１領域に向かって前記第３導電体中を第３電流が流れる第２状態において、前記第２導電体及び前記第３導電体と接続された接続点から発振する信号が出力される。
本発明の実施形態によれば、発振器は、第１〜第３導電体と、第１積層部と、磁性部と、を含む。前記第１導電体は、第１領域と、第１方向において前記第１領域と並ぶ第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域と、を含む。前記第２導電体は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第３領域から離れた部分を含む。
前記第１積層部は、前記第３領域と前記部分との間に設けられる。前記第１積層部は、第１〜第４磁性層と、第１〜第３中間層と、を含む。前記第１磁性層は、第１磁化を有する。前記第２磁性層は、前記第１磁性層と前記部分との間に設けられ第２磁化を有する。前記第１中間層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられる。前記第３磁性層は、前記第２磁性層と前記部分との間に設けられ第３磁化を有する。前記第４磁性層は、前記第３磁性層と前記部分との間に設けられ第４磁化を有する。前記第２中間層は、前記第３磁性層と前記第４磁性層との間に設けられる。前記第３中間層は、前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられる。前記第３導電体は、前記第２導電体及び前記第１領域と電気的に接続される。前記第１方向及び前記第２方向と交差する方向において前記磁性部の少なくとも一部、及び、前記第１積層部の少なくとも一部は、互いに重なる。第１状態において、前記第１〜第４磁化は、前記第１方向及び前記第２方向に対して垂直な第３方向に沿う。前記第２磁化は、前記第１磁化とは逆向きの成分を有する。前記第４磁化は、前記第３磁化とは逆向きの成分を有する。前記第２領域から前記第１領域に向かって第１電流が流れ、前記第１磁性層から前記第４磁性層に向かって第２電流が流れ、前記第１領域から前記第２導電体に向かって前記第３導電体中を第３電流が流れる第２状態において、前記第２導電体及び前記第３導電体と接続された接続点から発振する信号が出力される。

図１（ａ）〜図１（ｋ）は、第１の実施形態に係る発振器を例示する模式図である。 第１の実施形態に係る発振器の動作を例示する模式的斜視図である。 第１の実施形態に係る発振器を例示する模式的平面図である。 第１の実施形態に係る発振器を例示する模式的平面図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の発振器を例示する模式的平面図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。 図７（ａ）〜図７（ｋ）は、第１の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。 図９（ａ）〜図９（ｋ）は、第２の実施形態に係る発振器を例示する模式図である。 図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第２の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。 図１１（ａ）〜図１１（ｋ）は、第２の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。 図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、第２の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。 図１３（ａ）〜図１３（ｋ）は、第３の実施形態に係る発振器を例示する模式図である。 図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、第３の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。 図１５（ａ）〜図１５（ｋ）は、第３の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。 図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、第３の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。 図１７（ａ）〜図１７（ｋ）は、第４の実施形態に係る発振器を例示する模式図である。 図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、第４の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。 図１９（ａ）〜図１９（ｋ）は、第４の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。 図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、第４の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。 図２１（ａ）及び図２１（ｂ）は、第５の実施形態に係る発振器を例示する模式図である。 実施形態に係る発振器のシミュレーションモデルを例示する模式図である。 図２３（ａ）〜図２３（ｃ）は、実施形態に係る発振器のシミュレーション結果を例示する模式図である。 第６の実施形態に係る演算装置を例示する模式図である。 第７の実施形態に係る電子機器を例示する模式図である。

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、各部分の厚みと幅との関係、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の実施形態）
図１（ａ）〜図１（ｋ）は、第１の実施形態に係る発振器を例示する模式図である。
図１（ａ）は、斜視図である。図１（ｂ）は、断面図である。図１（ｃ）は、平面図である。図１（ｄ）〜図１（ｋ）は、磁化を例示する平面図である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る発振器１１１は、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３、第１積層部ＳＵ１及び磁性部４０を含む。

第１導電体２１は、第１領域２１ａ、第２領域２１ｂ及び第３領域２１ｃを含む。第２領域２１ｂは、第１方向において第１領域２１ａと並ぶ。第３領域２１ｃは、第１領域２１ａと第２領域２１ｂとの間に設けられる。これらの領域は、部分領域である。

第１方向をＸ方向とする。Ｘ方向に対して垂直な１つの方向をＺ方向とする。Ｘ方向及びＺ方向に対して垂直な方向をＹ方向とする。−Ｙ方向は、Ｙ方向に対して逆向きである。

第１導電体２１は、例えば、導電層である。第１導電体２１は、例えば、Ｘ方向に延びる。第１導電体２１のＸ方向の長さＬ２１は、第１導電体２１のＹ方向の長さ（幅Ｗ２１）よりも長い（図１（ｃ）参照）。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、第２導電体２２は、第２方向において第３領域２１ｃから離れた部分２２ｐを含む。第２方向は、第１方向（Ｘ方向）と交差する。この例では、第２方向は、Ｚ方向である。

第１積層部ＳＵ１は、第３領域２１ｃと、上記の部分２２ｐと、の間に設けられる。第１積層部は、第１〜第４磁性層１１〜１４、及び、第１〜第３中間層１１ｉ〜１３ｉを含む。

この例では、第１磁性層１１は、第１導電体２１の第３領域２１ｃと、物理的に接している。第２磁性層１２は、第１磁性層１１と、上記の部分２２ｐと、の間に設けられる。第１中間層１１ｉは、第１磁性層１１と第２磁性層１２との間に設けられる。第３磁性層１３は、第２磁性層１２と、上記の部分２２ｐと、の間に設けられる。第４磁性層１４は、第３磁性層１３と、上記の部分２２ｐと、の間に設けられる。第２中間層１２ｉは、第３磁性層１３と第４磁性層１４との間に設けられる。第３中間層１３ｉは、第２磁性層１２と第３磁性層１３との間に設けられる。

第１〜第４磁性層１１〜１４のそれぞれは、第１〜第４磁化Ｍ１〜Ｍ４を有する。第１状態ＳＴ１（図１（ｂ）参照）において、第１〜第４磁化Ｍ１〜Ｍ４は、第３方向に沿う。第３方向は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（例えばＺ方向）に対して垂直である。この例では、第３方向は、Ｙ方向または−Ｙ方向である。後述するように、第１状態ＳＴ１においては、第１積層部ＳＵ１中に電流が実質的に流れない。

第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２は、第１磁化Ｍ１とは逆向きの成分を有する。例えば、第２磁化Ｍ２は、第１磁化Ｍ１に対して実質的に反平行である。第１磁性層１１、第１中間層１１ｉ及び第２磁性層１２は、第１積層体ＳＢ１に含まれる。第１積層体ＳＢ１は、例えば、人工フェリ層（Synthetic Ferri layer）である。

第１状態ＳＴ１において、第４磁化Ｍ４は、第３磁化Ｍ３とは逆向きの成分を有する。例えば、第４磁化Ｍ４は、第３磁化Ｍ３に対して実質的に反平行である。第３磁性層１３、第２中間層１２ｉ及び第４磁性層１４は、第２積層体ＳＢ２に含まれる。第２積層体ＳＢ２は、例えば、人工フェリ層である。

図１（ｃ）に示すように、この例では、第１磁性層１１の第３方向（Ｙ方向または−Ｙ方向）に沿う長さＬ３は、第１磁性層１１の第１方向（Ｘ方向）に沿う長さＬ１以上である。長さＬ３は、長さＬ１よりも長くても良い。第１磁性層１１は、例えば、形状異方性を有する。例えば、形状異方性により、第１状態ＳＴ１における第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１が、第３方向に実質的に沿う。

この例では、第１磁化Ｍ１は、実質的に−Ｙ方向に向く。第２磁化Ｍ２は、実質的にＹ方向に向く。第３磁化Ｍ３は、実質的にＹ方向に向く。第３磁化Ｍ３は、実質的に−Ｙ方向に向く。

図１（ｄ）〜図１（ｋ）は、第１状態ＳＴ１における磁化の例を示している。第１〜第４磁化Ｍ１〜Ｍ４は、第３方向（Ｙ方向または−Ｙ方向）に対して、傾斜していても良い。これらの磁化の方向と、第３方向と、の間の角度は、例えば、４５度未満である。磁化の例については、後述する。

第３導電体２３は、第２導電体２２、及び、第１導電体２１の第１領域２１ａと、電気的に接続される。

磁性部４０の少なくとも一部、及び、第１積層部ＳＵ１の少なくとも一部は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（例えばＺ方向）と交差する方向（例えば、±Ｙ方向）において、互いに重なる。この例では、磁性部４０は、第１磁性部分４０ａ及び第２磁性部分４０ｂを含む。第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（例えばＺ方向）と交差する方向（例えば、±Ｙ方向）において、第１磁性部分４０ａと第２磁性部分４０ｂとの間に、第１積層部ＳＵ１の少なくとも一部が配置される。

例えば、磁性部４０から磁性部磁場Ｈｅｘが生じる。磁性部磁場Ｈｅｘは、第１導電体２１の第３領域２１ｃと、第２導電体２２の上記の部分２２ｐとの間の空間Ｓｐ１に生じる。磁性部磁場Ｈｅｘは、第１積層部ＳＵ１の少なくとも一部に印加される。磁性部磁場Ｈｅｘは、第１積層部ＳＵ１に、外部磁場として作用する。この例では、上記の空間Ｓｐ１における磁性部磁場Ｈｅｘは、第２磁化Ｍ２の向きを有する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、この例では、第１積層部ＳＵ１は、第２導電体側磁性層１４Ｐをさらに含む。第２導電体側磁性層１４Ｐは、第４磁性層１４と、第２導電体２２の上記の部分２２ｐと、の間に設けられる。第２導電体側磁性層１４Ｐの磁化は、例えば、固定されている。第２導電体側磁性層１４Ｐは、例えば、第４磁性層１４の第４磁化Ｍ４を固定する。第２導電体側磁性層１４Ｐは、例えば、ピニング層である。

発振器１１１の例においては、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さく設定される。１つの磁性層の磁気モーメントは、その磁性層の飽和磁化と、その磁性層の体積と、の積である。

発振器１１１の例においては、第１導電体２１は、Ｔａ、Ｗ及びＲｅの少なくともいずれかを含む。これらの材料において、スピンホール伝導度は、負である。第１導電体２１のスピンホール伝導度が負であり、第１磁気モーメントＭＴ１が第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さい場合に、第１磁化Ｍ１は、第１導電体２１により生じる電流磁場とは逆向きに設定される。

すなわち、第１領域２１ａから第２領域２１ｂに向かって第１導電体２１に電流を流したときに、電流磁場Ｈｉが生じる。第３領域２１ｃと、第２導電体２２の上記の部分２２ｐとの間の空間Ｓｐ１に生じる電流磁場Ｈｉは、第１向きＤ１を有する。第１向きＤ１は、第３方向に沿う。上記のように、第３方向は、−Ｙ方向またはＹ方向である。この例では、第１向きＤ１は、−Ｙ方向である。

このとき、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１及び第４磁化Ｍ４は、第１向きＤ１を有する。このとき、第２磁化Ｍ２及び第３磁化Ｍ３は、第１向きＤ１とは逆向きである。第２磁化Ｍ２及び第３磁化Ｍ３は、互いに、略平行である。

図１（ａ）に示すように、第２導電体２２及び第３導電体２３と接続された接続点Ｎ２３が設けられる。第３導電体２３は、抵抗部２３Ｒを含む。抵抗部２３Ｒは、上記の接続点Ｎ２３と第１領域２１ａとの間に設けられる。

第１導電体２１の第２領域２１ｂは、第１電位Ｖ１に設定可能である。一方、第２導電体２２は、抵抗２２Ｒを介して、スイッチＳＷ１の一端に接続される。スイッチＳＷ１の他端は、第２電位Ｖ２に設定可能である。この例では、第２電位Ｖ２は、第１電位Ｖ１よりも高い。第１電位Ｖ１は、例えば、接地電位である。第２電位Ｖ２は、正の電位である。第２電位Ｖ２は、例えば定電圧源Ｖｄｄにより与えられる。

図１（ａ）に例示する第２状態ＳＴ２において、スイッチＳＷ１は、閉状態（オン状態）である。この第２状態ＳＴ２において、第１積層部ＳＵ１は発振する。例えば、第１積層体ＳＢ１において、例えば、スピンホールトルク及びスピントルクに基づく発振が生じる。第２状態ＳＴ２において、例えば、第１積層体ＳＢ１は、発振層として機能する。第２状態ＳＴ２において、第２積層体ＳＢ２は、例えば、スピン注入層として機能する。

第２状態ＳＴ２において、第１領域２１ａから第２領域２１ｂに向かって、第１電流Ｉ１が流れる。第２状態ＳＴ２において、第４磁性層１４から第１磁性層１１に向かって第２電流Ｉ２が流れる。第２状態ＳＴ２において、第２導電体２２から第１領域２１ａに向かって、第３導電体２３中を第３電流Ｉ３が流れる。このような第２状態ＳＴ２において、第２導電体２２及び第３導電体２３と接続された接続点Ｎ２３は、発振する。接続点Ｎ２３に回路部７０が接続される。回路部７０は、例えば、接続点Ｎ２３の電位を増幅する。発振する信号が、回路部７０の出力として得られる。

一方、図１（ｂ）に例示する第１状態ＳＴ１において、スイッチＳＷ１が開状態（オフ状態）である。第１状態ＳＴ１において、例えば、第１積層部ＳＵ１には、第２電流Ｉ２が流れない。または、第２電流Ｉ２は、発振のためのしきい値よりも小さい。

例えば、第２磁性層１２、第３中間層１３ｉ及び第３磁性層１３において、磁気抵抗効果が生じる。例えば、第３磁性層１３の第３磁化Ｍ３が実質的に固定されており、第２磁性層１２の第２磁化Ｍ２の方向が発振により変化すると、第２磁化Ｍ２と第３磁化Ｍ３との間の角度が変化する。これにより、第２磁性層１２、第３中間層１３ｉ及び第３磁性層１３を含む部分の電気抵抗は、上記の角度に応じて変化する。第１積層部ＳＵ１は、磁気抵抗効果素子部に対応する。

例えば、第１電位Ｖ１、第２電位Ｖ２、抵抗２２Ｒ及び抵抗部２３Ｒが適切に設定されることで、図１（ａ）に示す第２状態ＳＴ２において、適切な大きさの第２電流Ｉ２が、第１積層部ＳＵ１を流れる。これにより、発振が生じる。発振器１１１によれば、安定した発振が得られる。

発振器１１１において、例えば、第２状態ＳＴ２（図１（ａ）参照）において、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１は、例えば、スピンホールトルクの作用を受ける。このスピンホールトルクは、第１電流Ｉ１に伴うスピンホール効果に起因する。さらに、それと同時に、第２磁性層１２の第２磁化Ｍ２は、例えば、スピン偏極電流スピントルクの作用を受ける。このスピン偏極電流スピントルクは、第１積層部ＳＵ１を流れる第２電流Ｉ２のスピン偏極電流に基づく。このため、第１積層体ＳＢ１において、スピンホールトルク及びスピン偏極電流スピントルクの２つのスピントルクが、同時に作用する。スピン注入が、効率的に行われる。これにより、第１積層体ＳＢ１（人工フェリ層）の磁化（第１磁化Ｍ１及び第２磁化Ｍ２）が振動する。

実施形態においては、例えば、上記の２種のスピントルクを用いて、２つの磁性層（第１磁性層１１及び第２磁性層１２）が、同時に励起される。これにより、大きな磁化振動エネルギーが生じる。これにより、安定した発振が得られる。

以下、発振器１１１における動作の例について、さらに説明する。
図２は、第１の実施形態に係る発振器の動作を例示する模式的斜視図である。
第２状態ＳＴ２において、第２磁性層１２の第２磁化Ｍ２に、スピン偏極電流スピントルクが生じる。このスピン偏極電流スピントルクは、電流Ｉ２（第３磁性層１３から第２磁性層１２に向かって流れる電流）によって生じる。既に説明したように、発振器１１１においては、第１状態ＳＴ１（無通電状態）において、第２磁性層１２の第２磁化Ｍ２及び第３磁性層１３の第３磁化Ｍ３は、互いに、略平行である。第２磁化Ｍ２には、スピン偏極電流スピントルクが働く。このスピン偏極電流スピントルクは、第２磁化Ｍ２を、第３磁化Ｍ３とは反対方向に回転させるように作用する。このスピン偏極電流スピントルクの向きは、第２磁化Ｍ２が発振するような向きである。

一方、図２に示すように、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１に、第１電流Ｉ１に基づくスピンホールトルクが作用する。このスピンホールトルクは、第１導電体２１に流れる第１電流Ｉ１に伴って生じるスピンホール効果に起因した純スピン流２１ｓｐにより生じる。

既に説明したように、発振器１１１の例においては、第１導電体２１は、スピンホール伝導度が負の材料（Ｔａ、Ｗ及びＲｅなど）を含む。このとき、スピンホール効果により、第１電流Ｉ１に対して、「左手の向き」のスピン成分を有する純スピン流２１ｓｐが発生する。これにより、第１磁性層１１には、＋Ｙ方向に磁気モーメントを持つ純スピン流２１ｓｐが注入される。その結果、スピンホールトルクは、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１を＋Ｙ方向に回転させる向きに働く。

後述するように、第１導電体２１が、スピンホール伝導度が正の材料を含んでも良い。この場合には、スピンホールトルクの方向が逆向きとなる。このような例については、後述する。

このように、発振器１１１においては、第２状態ＳＴ２において、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１は、例えば、スピンホールトルクの作用を受け、第２磁性層１２の第２磁化Ｍ２は、例えば、スピン偏極電流スピントルクの作用を受ける。これにより、磁化が振動する。一方、第２積層体ＳＢ２の、第３磁性層１３の第３磁化Ｍ３及び第４磁性層１４の第４磁化Ｍ４は、実質的に固定されている。振動状態において、固定されている第２積層体ＳＢ２の磁化と、第１積層体ＳＢ１の磁化と、の間の相対角度は、時間と供に変化する。例えば、第３磁性層１３の第３磁化Ｍ３と、第２磁性層１２の第２磁化Ｍ２と、の間の相対角度は、時間と供に変化する。磁気抵抗効果により、第１積層部ＳＵ１の電気抵抗において、振動成分が現れる。例えば、第２電位Ｖ２を生成する電源は、定電圧源である。このため、第１積層部ＳＵ１の電気抵抗の振動を反映して、第１積層部ＳＵ１を流れる電流（第２電流Ｉ２）には交流成分が現れる。第３導電体２３を介して第２導電体２２と接続されている第１導電体２１に流れる第１電流Ｉ１にも、交流成分が現れる。

これらの交流成分に伴って、スピン偏極電流スピントルク及びスピンホールトルクにも交流成分が現れる。スピン偏極電流スピントルク及びスピンホールトルクのそれぞれは、直流成分に加えて交流成分を持つ。これらのスピントルクが、第１積層体ＳＢ１に作用する。

このような第２状態ＳＴ２は、第１積層部ＳＵ１に、ループ状のフィードバック回路を付加した構成に対応する。この構成においては、取り出される交流信号が、第１積層部ＳＵ１に戻される。すなわち、実施形態に係る発振器１１１においては、第１積層体ＳＢ１において、振動の自己フィードバックが生じる。第１積層体ＳＢ１の磁化（第１磁化Ｍ１及び第２磁化Ｍ２）に対するインジェクションロッキング効果により、発振が安定化する。

実施形態に係る発振器１１１においては、２つのタイプのスピントルクが、自己フィードバック効果を伴って、第１積層体ＳＢ１の磁化に作用する。これにより、安定な発振が得られる。

このように、実施形態においては、第２状態ＳＴ２（通電状態）において、例えば、第１磁性層１１がスピンホールトルクの作用を受け、第２磁性層１２がスピン偏極電流によるスピントルクの作用を受ける。これにより、第１積層体ＳＢ１（人工フェリ層）の磁化が振動する。第１積層体ＳＢ１の磁化と、第２積層体ＳＢ２の磁化と、の間の角度（相対角度）の変化に伴う抵抗の変化を反映した信号が、回路部７０から出力される。抵抗の変化は、例えば、磁気抵抗効果に基づく。

スピントルク発振素子（Spin-Torque Nano-Oscillator：ＳＴＮＯ）において、発振の安定性の向上に関して、以下の第１〜第４参考例がある。

第１参考例においては、体積の大きな磁性体の磁化を振動させる。しかしながら、大きな体積の磁石の磁化を振動させるためには、大きなスピン流が必要となる。このため、大きくできる体積には限界があり、発振の安定性の向上に関して制限がある。第２参考例においては、外部の安定シグナルに振動を連動させる（インジェクションロッキング）。この例では、ＳＴＮＯに入力する信号において、磁化を発振させるための直流電流に、安定な外部交流電流が重畳される。この方法においては、安定な外部交流電流が必要であり、実用的ではない。第３参考例では、磁性体の磁化の振動を、その磁性体にフィードバックする。しかしながら、振動の安定性は、不十分である。第４参考例においては、複数のＳＴＮＯを結合して、同期振動させる。複数のＳＴＮＯを用いるため、構成が複雑である。そして、振動の安定性は不十分である。これらの参考例においては、単一の磁性層に、１種類のスピン注入が行われる。このため、振動の安定性は、不十分である。

これに対して、実施形態に係る発振器１１１においては、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１は、例えば、スピンホールトルクの作用を受け、第２磁性層１２の第２磁化Ｍ２は、例えば、スピン偏極電流スピントルクの作用を受ける。２種のスピントルクに基づいて、２つの磁性層（第１磁性層１１及び第２磁性層１２）が、同時に励起される。これにより、大きな磁化振動エネルギーが生じる。これにより、安定した振動が得られる。

発振器１１１において、第１導電体２１の第２領域２１ｂは、１つの端子とみなすことができる。第２導電体２２は、別の１つの端子とみなすことができる。さらに、回路部７０が接続される接続点Ｎ２３は、さらに別の１つの端子とみなすことができる。このように、発振器１１１は、３端子型とみなすことができる。

実施形態においては、例えば、第１積層体ＳＢ１（例えば、発振層）において、第１磁性層１１、第２磁性層１２及び第１中間層１１ｉが設けられる。これらの磁性層の磁化は、互いに反平行である。このような２つの磁性層を用いることで、第１磁性層１１においてスピンホールトルクの作用が生じ、第２磁性層１２においてスピン偏極電流スピントルクの作用が生じる。実施形態に係る新たな構成は、２種のスピントルクの作用を用いることを可能にする。これにより、発振の安定性を従来に比べて高めることができる。

既に説明したように、実施形態においては、例えば、第２磁化Ｍ２は、第１磁化Ｍ１に対して実質的に反平行であり、第４磁化Ｍ４は、第３磁化Ｍ３に対して実質的に反平行である。第１中間層１１ｉ及び第２中間層１２ｉのそれぞれは、例えば、反強磁性交換結合層である。これらの中間層の材料及び厚さを適切に設定することにより、第１磁性層１１及び第２磁性層１２との間、第３磁性層１３及び第４磁性層１４との間において、反強磁性交換結合が得られる。

第１状態ＳＴ１において、第１〜第４磁化Ｍ１〜Ｍ４は、第３方向（Ｙ方向または−Ｙ方向）に沿っている。図１（ｄ）〜図１（ｋ）に示すように、これらの磁化は、第３方向に対して傾斜していても良い。

図１（ｄ）及び図１（ｅ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１の第１向きＤ１の成分Ｍｄ１（絶対値）は、第１磁化Ｍ１の第１方向（例えば、±Ｘ方向）の成分Ｍａ１（絶対値）よりも大きい。

第２磁化Ｍ２は、第１磁化Ｍ１に対して実質的に反平行である。従って、図１（ｆ）及び図１（ｇ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２の第１向きＤ１とは逆向きの成分Ｍｅ２（絶対値）は、第２磁化Ｍ２の第１方向（例えば、±Ｘ方向）の成分Ｍａ２（絶対値）よりも大きい。

一方、図１（ｊ）及び図１（ｋ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第４磁化Ｍ４の第１向きＤ１の成分Ｍｄ４（絶対値）は、第４磁化Ｍ４の第１方向の成分Ｍａ４（絶対値）よりも大きい。

第３磁化Ｍ３は、第４磁化Ｍ４に対して実質的に反平行である。従って、図１（ｈ）及び図１（ｉ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第３磁化Ｍ３の第１向きＤ１とは逆向きの成分Ｍｅ３（絶対値）は、第３磁化Ｍ３の第１方向（例えば、±Ｘ方向）の成分Ｍａ３（絶対値）よりも大きい。

図３は、第１の実施形態に係る発振器を例示する模式的平面図である。
図３に示すように、発振器１１１において、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２及び第３磁化Ｍ３は、互いに、略平行である。第２磁化Ｍ２と第３磁化Ｍ３との間の角度θの絶対値は、例えば、４５度未満である。実施形態において、角度θは、マイナス１０度以上プラス１０度以下でも良い。後述するように、別の実施形態において、第２磁化Ｍ２及び第３磁化Ｍ３は、互いに、略反平行の場合がある。このとき、角度θは、１７０度以上１９０度以下でも良い。

第２磁化Ｍ２及び第３磁化Ｍ３が互いに略平行である場合に、例えば、パラメトリック共鳴が生じる。発振がさらに安定化する。以下、この状態の例について説明する。

図４は、第１の実施形態に係る発振器を例示する模式的平面図である。
図４に示すように、この例では、第３磁化Ｍ３は、Ｙ方向に固定されている。時間ｔが第１〜第４時刻ｔ１〜ｔ４の状態を繰り返す。第２磁化Ｍ２の方向は、時間ｔとともに変化する。すなわち、振動が生じる。第１時刻ｔ１及び第３時刻ｔ３において、第２磁化Ｍ２は、第３磁化Ｍ３に対して実質的に平行である。第２時刻ｔ２及び第４時刻ｔ４において、第２磁化Ｍ２は、第３磁化Ｍ３に対して傾斜する。第１〜第４時刻ｔ１〜ｔ４が、１周期に対応する。

磁気抵抗効果により、第１積層部ＳＵ１の抵抗は、第２磁化Ｍ２と第３磁化Ｍ３との間の角度の変化に応じて変化する。第２磁化Ｍ２が、第１〜第４時刻ｔ１〜ｔ４（１周期）の振動の期間に、抵抗は、２回の変化を示す。従って、第１積層部ＳＵ１を流れる第２電流Ｉ２、及び、第１導電体２１を流れる第１電流Ｉ１の交流成分の周波数は、第１積層体ＳＢ１の磁化の振動周波数の２倍となる。例えば、第１積層体ＳＢ１の磁化には、第１積層体ＳＢ１の振動周波数の２倍の周波数の自己フィードバック信号が注入される。このように、例えば、パラメトリック共鳴が生じる。これにより、発振の周波数がより安定になる。

後述するように、実施形態において、第３磁化Ｍ３が−Ｙ方向に実質的に固定され、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２及び第３磁化Ｍ３が互いに略平行である場合もある。この場合も、上記の例と同様に、パラメトリック共鳴が生じる。

実施形態において、第１〜４磁性層１１〜１４は、例えば、Ｃｏ及びＦｅを含む。これらの磁性層は、例えば、Ｃｏ及びＦｅを含む合金（例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢまたはＣｏＭｎＳｉなど）を含む。第１〜第４磁性層１１〜１４は、例えば、強磁性層である。

第２導電体側磁性層１４Ｐは、例えば、反強磁性体（例えば、ＰｔＭｎまたはＩｒＭｎなど）を含む。第２導電体側磁性層１４Ｐにより、例えば、第４磁性層１４の第４磁化Ｍ４が所望の方向にピニングされる。

第１中間層１１ｉ及び第２中間層１２ｉは、例えば、Ｒｕを含む。これらの中間層のそれぞれの厚さは、例えば、０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下である。この厚さは、例えば、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittek-Kasuya-Yoshida）結合の２ｎｄピークに対応する。これらの中間層のそれぞれの厚さは、０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下でも良い。この厚さは、例えば、ＲＫＫＹ結合の１ｓｔピークに対応する。

第３中間層１３ｉは、例えば、非磁性層である。第３中間層１３ｉは、例えば、金属（例えばＣｕ及びＡｇの少なくともいずれか）を含む。第３中間層１３ｉは、絶縁性の材料（例えば、ＭｇＯ及びＡｌ_２Ｏ_３の少なくともいずれか）を含んでも良い。第３中間層１３ｉが絶縁性の材料を含む場合、第３中間層１３ｉの厚さは、トンネル効果により導電性が得られる厚さ（例えば３ｎｍ以下）である。

第１導電体２１には、重金属が用いられる。第１導電体２１は、例えば、Ｔａ、Ｗ及びＲｅの少なくともいずれかが用いられる。これらの材料においては、スピンホール伝導度が負である。後述するように、別の実施形態の例では、第１導電体２１は、例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ及びＰｔの少なくともいずれかが用いられる。これらの材料においては、スピンホール伝導度は正である。

第２導電体２２及び第３導電体２３の少なくともいずれかは、例えば、Ｃｕ及びＡｌの少なくともいずれかなどを含む。

磁性部４０（例えば、第１磁性部分４０ａ及び第２磁性部分４０ｂ）は、例えば、Ｃｏ及びＦｅを含む。磁性部４０は、例えば、Ｃｏ及びＦｅを含む合金（例えば、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢまたはＣｏＭｎＳｉなど）を含む。

上記の材料の記載は、例であり、実施形態は、上記の材料の例に限定されない。

上記のように、発振器１１１においては、第１磁性層１１は、例えば、形状異方性を有する。これにより、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１は、第３方向（Ｙ方向または−Ｙ方向）の実質的に沿う。実施形態において、第１磁性層１１の形状は、等方的でも良い。以下、この例について説明する。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の発振器を例示する模式的平面図である。
これらの図は、第１積層部ＳＵ１の構成を例示している。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す発振器１１１ａ及び１１１ｂにおいても、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３、第１積層部ＳＵ１及び磁性部４０が設けられる。導電体及び磁性部４０については、発振器１１１と同様なので説明を省略する。そして、第１積層部ＳＵ１において、平面形状を除いては、発振器１１１と同様なので説明を省略する。

発振器１１１ａにおいては、第１積層部ＳＵ１は、外部磁場印加部１８をさらに含む。この例では、外部磁場印加部１８は、第１外部磁場印加部１８ａ及び第２外部磁場印加部１８ｂを含む。例えば、第３方向（Ｙ方向または−Ｙ方向）において、第１外部磁場印加部１８ａ及び第２外部磁場印加部１８ｂの間に、第１積層体ＳＢ１が配置される。第１外部磁場印加部１８ａ及び第２外部磁場印加部１８ｂは、第１積層体ＳＢ１に第３方向に沿った磁場を印加する。これにより、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１は、第３方向に実質的に沿う。

例えば、第１外部磁場印加部１８ａと第１積層体ＳＢ１との間の距離（−Ｙ方向またはＹ方向の距離）、及び、第２外部磁場印加部１８ｂと第１積層体ＳＢ１との間の距離（−Ｙ方向またはＹ方向の距離）のそれぞれは、第１積層体ＳＢ１の幅（第３方向（Ｙ方向または−Ｙ方向）に沿う長さＬ３）以下である。これにより、第１積層体ＳＢ１に第３方向に沿った磁場が効果的に印加される。

発振器１１１ｂにおいては、第１積層体ＳＢ１には、結晶磁気異方性が付与されている。これにより、第１磁性層１１を含む第１積層体ＳＢ１の形状が等方的である場合においても、第１磁化Ｍ１は、第３方向に実質的に沿う。

このように、第１積層体ＳＢ１の磁化の方向の制御には、例えば、形状異方性、外部磁場、及び、結晶磁気異方性の少なくともいずれかが用いられる。第１積層体ＳＢ１の磁化の方向の制御のこのような構成は、以下に説明する実施形態の例に適用しても良い。以下では、外部磁場を用いる場合について説明するが、他の構成を適用しても良い。

実施形態においては、第２磁化Ｍ２は、第１磁化Ｍ１に対して実質的に反平行であり、第４磁化Ｍ４は、第３磁化Ｍ３に対して実質的に反平行である。既に説明したように、第１領域２１ａから第２領域２１ｂに向かって第１導電体２１に電流を流したときに空間Ｓｐ１に生じる電流磁場Ｈｉの向きを第１向きＤ１とする。

発振器１１１、１１１ａ及び１１１ｂの例においては、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１及び第４磁化Ｍ４の向きは、第１向きＤ１である。すなわち、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１の第１向きＤ１の成分Ｍｄ１は、第１磁化Ｍ１の第１方向の成分Ｍａ１よりも大きく、第４磁化Ｍ４の第１向きＤ１の成分は、第４磁化Ｍ４の第１方向の成分Ｍａ４よりも大きい。そして、発振器１１１の例においては、第１導電体２１には、スピンホール伝導度が負の材料（例えば、Ｔａ、Ｗ及びＲｅなど）が用いられる。そして、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さい。このとき、磁性部磁場Ｈｅｘは、第２磁化Ｍ２の向きを有する。

以下、実施形態に係る別の例について説明する。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。
図６（ａ）は、斜視図である。図６（ｂ）は、断面図である。

図６（ａ）に示すように、本実施形態に係る別の発振器１１２も、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３、第１積層部ＳＵ１及び磁性部４０を含む。発振器１１２においては、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも大きい。そして、磁性部４０から生じる、空間Ｓｐ１における磁性部磁場Ｈｅｘは、第１磁化Ｍ１の向きを有する。これ以外は、発振器１１１と同様である。

発振器１１２においても、第１導電体２１には、スピンホール伝導度が負の材料（例えば、Ｔａ、ＷまたはＲｅなど）が用いられる。第１領域２１ａから第２領域２１ｂに向かって第１導電体２１に電流を流したときに空間Ｓｐ１に生じる電流磁場Ｈｉの向き（第１向きＤ１）は、−Ｙ方向である。

図６（ｂ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１及び第４磁化Ｍ４は、第１向きＤ１（−Ｙ方向）を有する。一方、第２磁化Ｍ２及び第３磁化Ｍ３は、第１向きＤ１とは逆向きである。例えば、図１（ｄ）及び図１（ｅ）に関して説明したように、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１の第１向きＤ１（この例では−Ｙ方向）の成分Ｍｄ１（絶対値）は、第１磁化Ｍ１の第１方向（この例ではＸ方向）の成分Ｍａ１（絶対値）よりも大きい。第１状態ＳＴ１において、第４磁化Ｍ４の第１向きＤ１の成分Ｍｄ４（絶対値）は、第４磁化Ｍ４の第１方向の成分Ｍａ４（絶対値）よりも大きい。

発振器１１２においても、例えば、スピンホールトルクの作用、及び、スピン偏極電流スピントルクの作用の２種のスピントルクが利用される。これにより、安定した発振が得られる。

図７（ａ）〜図７（ｋ）は、第１の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。
図７（ａ）は、斜視図である。図７（ｂ）は、断面図である。図７（ｃ）は、平面図である。図７（ｄ）〜図７（ｋ）は、磁化を例示する平面図である。

図７（ａ）に示すように、本実施形態に係る別の発振器１１３も、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３、第１積層部ＳＵ１及び磁性部４０を含む。発振器１１３においては、第１導電体２１には、スピンホール伝導度が正の材料が用いられる。例えば、第１導電体２１は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ及びＰｔの少なくともいずれかを含む。これ以外は、発振器１１１と同様である。

発振器１１３において、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さい。磁性部４０から生じ空間Ｓｐ１における磁性部磁場Ｈｅｘは、第２磁化Ｍ２の向き（この例では、−Ｙ方向）を有する。

発振器１１３において、第１領域２１ａから第２領域２１ｂに向かって第１導電体２１に電流を流したときに第３領域２１ｃと部分２２ｐとの間の空間Ｓｐ１に生じる電流磁場Ｈｉは、第３方向に沿う第１向きＤ１を有している。この例では、第１向きＤ１は、−Ｙ方向である。このとき、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２及び第３磁化Ｍ３は、第１向きＤ１を有している。

すなわち、図７（ｆ）及び図７（ｇ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２の第１向きＤ１の成分Ｍｄ２（絶対値）は、第２磁化Ｍ２の第１方向の成分Ｍａ２（絶対値）よりも大きい。図７（ｈ）及び図７（ｉ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第３磁化Ｍ３の第１向きＤ１の成分Ｍｄ３（絶対値）は、第３磁化Ｍ３の第１方向の成分Ｍａ３（絶対値）よりも大きい。第１磁化Ｍ１は、第２磁化Ｍ２に対して実質的に反平行である。図７（ｄ）及び図７（ｆ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１の第１向きＤ１とは逆向きの成分Ｍｅ１（絶対値）は、第１磁化Ｍ１の第１方向の成分Ｍａ１（絶対値）よりも大きい。第４磁化Ｍ４は、第３磁化Ｍ３に対して実質的に反平行である。図７（ｊ）及び図７（ｋ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第４磁化Ｍ４の第１向きＤ１とは逆向きの成分Ｍｅ４（絶対値）は、第４磁化Ｍ４の第１方向の成分Ｍａ４（絶対値）よりも大きい。

既に説明したように、発振器１１３においては、第１導電体２１には、スピンホール伝導度が正の材料が用いられる。この場合、第１導電体２１としてスピンホール伝導度が負の材料を用いる場合に対して、純スピン流の向きが異なる。スピンホール伝導度が正の材料の場合は、純スピン流のスピンの向きは、図２を用いて説明した状態とは逆になる。スピンホールトルクは、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１を−Ｙ方向に回転させる向きに働く。この向きは、第１磁化Ｍ１が発振する向きに対応する。外部磁場（磁性部磁場Ｈｅｘ）の向きを発振器１１１の場合とは逆にすることで、発振が得られる。実施形態において、作用するスピントルクの向きは、磁化発振が得られる適切な向きになっている。

発振器１１３においても、例えば、スピンホールトルクの作用、及び、スピン偏極電流スピントルクの作用の２種のスピントルクが利用される。これにより、安定した発振が得られる。

図７（ｃ）に示すように、発振器１１３においても、第１磁性層１１の第３方向（Ｙ方向または−Ｙ方向）に沿う長さＬ３は、第１磁性層１１の第１方向（Ｘ方向）に沿う長さＬ１以上である。長さＬ３は、長さＬ１よりも長くても良い。例えば、形状異方性により、第１状態ＳＴ１における第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１が、第３方向に実質的に沿う。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。
図８（ａ）は、斜視図である。図８（ｂ）は、断面図である。

図８（ａ）に示すように、本実施形態に係る別の発振器１１４も、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３、第１積層部ＳＵ１及び磁性部４０を含む。発振器１１４においては、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも大きい。そして、磁性部４０から生じ空間Ｓｐ１における磁性部磁場Ｈｅｘは、第１磁化Ｍ１の向きを有する。これ以外は、発振器１１３と同様である。

発振器１１４においても、第１導電体２１には、スピンホール伝導度が正の材料（例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、ＯｓまたはＰｔなど）が用いられる。第１領域２１ａから第２領域２１ｂに向かって第１導電体２１に電流を流したときに空間Ｓｐ１に生じる電流磁場Ｈｉの向き（第１向きＤ１）は、−Ｙ方向である。

図８（ｂ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２及び第３磁化Ｍ３は、第１向きＤ１（−Ｙ方向）を有する。一方、第１磁化Ｍ１及び第４磁化Ｍ４は、第１向きＤ１とは逆向き（Ｙ方向）である。例えば、図７（ｆ）及び図７（ｇ）に関して説明したように、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２の第１向きＤ１（この例では−Ｙ方向）の成分Ｍｄ２（絶対値）は、第２磁化Ｍ２の第１方向（この例ではＸ方向）の成分Ｍａ２（絶対値）よりも大きい。第１状態ＳＴ１において、第３磁化Ｍ３の第１向きＤ１の成分Ｍｄ３（絶対値）は、第３磁化Ｍ３の第１方向の成分Ｍａ３（絶対値）よりも大きい。

発振器１１４においても、例えば、スピンホールトルクの作用、及び、スピン偏極電流スピントルクの作用の２種のスピントルクが利用される。これにより、安定した発振が得られる。

（第２の実施形態）
図９（ａ）〜図９（ｋ）は、第２の実施形態に係る発振器を例示する模式図である。
図９（ａ）は、斜視図である。図９（ｂ）は、断面図である。図９（ｃ）は、平面図である。図９（ｄ）〜図９（ｋ）は、磁化を例示する平面図である。

図９（ａ）に示すように、本実施形態に係る発振器１２１は、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３及び第１積層部ＳＵ１を含む。すなわち、発振器１２１においては、発振器１１１に設けられた磁性部４０が省略されている。発振器１２１においては、磁性部４０により印加される外部磁場（磁性部磁場Ｈｅｘ）の代わりに、第２積層体ＳＢ２から生じる磁場Ｈ２（例えば、漏れ磁場）が第１積層体ＳＢ１に作用する。発振器１２１においては、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さい。そして、第３磁性層１３の第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁性層１４の第４磁気モーメントＭＴ４よりも小さい。これ以外は、発振器１１１と同様である。

図９（ｂ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第１〜第４磁化Ｍ１〜Ｍ４は、第３方向に沿っている。第３方向は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｚ方向）に対して垂直である。第３方向は、−Ｙ方向またはＹ方向である。

第２磁化Ｍ２は、第１磁化Ｍ１とは逆向きの成分を有し、第４磁化Ｍ４は、第３磁化Ｍ３とは逆向きの成分を有する。例えば、第２磁化Ｍ２は、第１磁化Ｍ１に対して反平行である。例えば、第４磁化Ｍ４は、第３磁化Ｍ３に対して反平行である。

図９（ａ）に示すように、第１領域２１ａから第２領域２１ｂに向かって第１導電体２１に電流を流したときに第３領域２１ｃと部分２２ｐとの間の空間Ｓｐ１に生じる電流磁場Ｈｉは、第３方向に沿う第１向きＤ１を有する。この例では、第１向きＤ１は、−Ｙ方向である。

第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１及び第４磁化Ｍ４は、第１向きＤ１（−Ｙ方向）である。例えば、図９（ｄ）及び図９（ｅ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１の第１向きＤ１（この例では−Ｙ方向）の成分Ｍｄ１（絶対値）は、第１磁化Ｍ１の第１方向（この例ではＸ方向）の成分Ｍａ１（絶対値）よりも大きい。図９（ｊ）及び図９（ｋ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第４磁化Ｍ４の第１向きＤ１の成分Ｍｄ４（絶対値）は、第４磁化Ｍ４の第１方向の成分Ｍａ４（絶対値）よりも大きい。一方、図９（ｆ）及び図９（ｇ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２の第１向きＤ１とは逆向きの成分Ｍｅ２（絶対値）は、第２磁化Ｍ２の第１方向の成分Ｍａ２（絶対値）よりも大きい。図９（ｈ）及び図９（ｉ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第３磁化Ｍ３の第１向きＤ１とは逆向きの成分Ｍｅ３（絶対値）は、第３磁化Ｍ３の第１方向の成分Ｍａ３（絶対値）よりも大きい。

発振器１２１においては、発振器１１１と同様に、第１導電体２１は、Ｔａ、Ｗ及びＲｅの少なくともいずれかを含む。第１導電体２１は、例えば、スピンホール伝導度が負の材料を含む。

既に説明したように、発振器１２１においては、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さく、第３磁性層１３の第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁性層１４の第４磁気モーメントＭＴ４よりも小さい。第２積層体ＳＢ２から生じ第１積層体ＳＢ１に印加される磁場Ｈ２は、第２磁化Ｍ２の向きを有する。発振器１２１における磁場Ｈ２は、発振器１１１において磁性部４０により印加される外部磁場（磁性部磁場Ｈｅｘ）の向きと同じ向きを有する。

発振器１２１においても、例えば、スピンホールトルクの作用、及び、スピン偏極電流スピントルクの作用の２種のスピントルクが利用される。これにより、安定した発振が得られる。

図９（ｃ）に示すように、発振器１２１においても、第１磁性層１１の第３方向（Ｙ方向または−Ｙ方向）に沿う長さＬ３は、第１磁性層１１の第１方向（Ｘ方向）に沿う長さＬ１以上である。長さＬ３は、長さＬ１よりも長くても良い。

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第２の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。
図１０（ａ）は、斜視図である。図１０（ｂ）は、断面図である。

図１０（ａ）に示すように、本実施形態に係る発振器１２２も、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３及び第１積層部ＳＵ１を含む。発振器１２２においても、磁性部４０が省略される。発振器１２２においては、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも大きく、第３磁性層１３の第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁性層１４の第４磁気モーメントＭＴ４よりも大きい。これ以外は、発振器１２１と同様である。

発振器１２２においても、図１０（ｂ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第１〜第４磁化Ｍ１〜Ｍ４は、第３方向に沿っている。第３方向は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｚ方向）に対して垂直である。第３方向は、−Ｙ方向またはＹ方向である。第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１及び第４磁化Ｍ４は、第１向きＤ１（−Ｙ方向）である。第２積層体ＳＢ２から生じ第１積層体ＳＢ１に印加される磁場Ｈ２は、第１磁化Ｍ１の向きを有する。

発振器１２２においても、例えば、スピンホールトルクの作用、及び、スピン偏極電流スピントルクの作用の２種のスピントルクが利用される。これにより、安定した発振が得られる。

発振器１２１及び１２２においては、第１導電体２１は、例えば、スピンホール伝導度が負の材料を含む。この場合には、第１積層体ＳＢ１は、第１状態ＳＴ１において、第１条件（発振器１２１の条件）、及び、第２条件（発振器１２２の条件）のいずれかを満たす。第１条件においては、第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さく、第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁気モーメントＭＴ４よりも小さい。第２条件においては、第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁気モーメントＭＴ２よりも大きく、第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁気モーメントＭＴ４よりも大きい。

図１１（ａ）〜図１１（ｋ）は、第２の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。
図１１（ａ）は、斜視図である。図１１（ｂ）は、断面図である。図１１（ｃ）は、平面図である。図１１（ｄ）〜図１１（ｋ）は、磁化を例示する平面図である。

図１１（ａ）に示すように、本実施形態に係る発振器１２３も、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３及び第１積層部ＳＵ１を含む。この例においても、第２積層体ＳＢ２から生じる磁場Ｈ２が、第１積層体ＳＢ１に印加される。発振器１２３においては、第１導電体２１には、スピンホール伝導度が正の材料（例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、ＯｓまたはＰｔなど）が用いられる。これ以外は、発振器１２１と同様である。すなわち、発振器１２３においても、発振器１２１と同様に、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さい。そして、第３磁性層１３の第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁性層１４の第４磁気モーメントＭＴ４よりも小さい。

図１１（ｂ）に示すように、発振器１２３においても、第１状態ＳＴ１において、第１〜第４磁化Ｍ１〜Ｍ４は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｚ方向）に対して垂直な第３方向（−Ｙ方向またはＹ方向）に沿う。第２磁化Ｍ２は、第１磁化Ｍ１とは逆向きの成分を有する。第４磁化Ｍ４は、第３磁化Ｍ３とは逆向きの成分を有する。

図１１（ａ）に示すように、第１領域２１ａから第２領域２１ｂに向かって第１導電体２１に電流を流したときに第３領域２１ｃと部分２２ｐとの間の空間Ｓｐ１に生じる電流磁場Ｈｉは、第３方向に沿う第１向きＤ１を有する。この例では、第１向きＤ１は、−Ｙ方向である。

第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２及び第３磁化Ｍ３は、第１向きＤ１（−Ｙ方向）を有する。図１１（ｆ）及び図１１（ｇ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２の第１向きＤ１の成分Ｍｄ２（絶対値）は、第２磁化Ｍ２の第１方向の成分Ｍａ２（絶対値）よりも大きい。図１１（ｈ）及び図１１（ｉ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第３磁化Ｍ３の第１向きＤ１の成分Ｍｄ３（絶対値）は、第３磁化Ｍ３の第１方向の成分Ｍａ３（絶対値）よりも大きい。一方、図１１（ｄ）及び図１１（ｅ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１の第１向きＤ１とは逆向きの成分Ｍｅ１（絶対値）は、第１磁化Ｍ１の第１方向の成分Ｍａ１（絶対値）よりも大きい。図１１（ｊ）及び図１１（ｋ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第４磁化Ｍ４の第１向きＤ１とは逆向きの成分Ｍｅ４（絶対値）は、第４磁化Ｍ４の第１方向の成分Ｍａ４（絶対値）よりも大きい。

第２積層体ＳＢ２から生じ第１積層体ＳＢ１に印加される磁場Ｈ２は、第２磁化Ｍ２の向きである。

発振器１２３においても、例えば、スピンホールトルクの作用、及び、スピン偏極電流スピントルクの作用の２種のスピントルクが利用される。これにより、安定した発振が得られる。

図１１（ｃ）に示すように、発振器１２３においても、第１磁性層１１の第３方向（Ｙ方向または−Ｙ方向）に沿う長さＬ３は、第１磁性層１１の第１方向（Ｘ方向）に沿う長さＬ１以上である。長さＬ３は、長さＬ１よりも長くても良い。

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、第２の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。
図１２（ａ）は、斜視図である。図１２（ｂ）は、断面図である。

図１２（ａ）に示すように、本実施形態に係る発振器１２４も、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３及び第１積層部ＳＵ１を含む。発振器１２４においても、磁性部４０が省略される。発振器１２４においては、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも大きく、第３磁性層１３の第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁性層１４の第４磁気モーメントＭＴ４よりも大きい。これ以外は、発振器１２３と同様である。

第２積層体ＳＢ２から生じ第１積層体ＳＢ１に印加される磁場Ｈ２は、第１磁化Ｍ１の向きである。

発振器１２４においても、例えば、スピンホールトルクの作用、及び、スピン偏極電流スピントルクの作用の２種のスピントルクが利用される。これにより、安定した発振が得られる。

発振器１２３及び１２４においては、第１導電体２１は、例えば、スピンホール伝導度が正の材料を含む。この場合には、第１積層体ＳＢ１は、第１状態ＳＴ１において、第１条件（発振器１２３の条件）、及び、第２条件（発振器１２４の条件）のいずれかを満たす。第１条件において、第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さく、第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁気モーメントＭＴ４よりも小さい。第２条件においては、第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁気モーメントＭＴ２よりも大きく、第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁気モーメントＭＴ４よりも大きい。

発振器１１１ａ、１１１ｂ、１１２〜１１４、及び、１２１〜１２４において、第２磁化Ｍ２と第３磁化Ｍ３との間の角度θ（図３参照）は、マイナス１０度以上プラス１０度以下でも良い。例えば、パラメトリック共鳴が生じる。発振がさらに安定化する。

（第３の実施形態）
本実施形態においては、第１積層部ＳＵ１を流れる第２電流Ｉ２の向きが、第１の実施形態とは逆である。
図１３（ａ）〜図１３（ｋ）は、第３の実施形態に係る発振器を例示する模式図である。
図１３（ａ）は、斜視図である。図１３（ｂ）は、断面図である。図１３（ｃ）は、平面図である。図１３（ｄ）〜図１３（ｋ）は、磁化を例示する平面図である。

図１３（ａ）に示すように、本実施形態に係る発振器１３１は、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３、第１積層部ＳＵ１及び磁性部４０を含む。

第１〜第３導電体２１〜２３の構成は、発振器１１１と同様である。この例においても、第１積層部ＳＵ１は、第１〜第４磁性層１１〜１４、及び、第１〜第３中間層１１ｉ〜１３ｉを含む。

図１３（ｂ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第１〜第４磁化Ｍ１〜Ｍ４は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｚ方向）に対して垂直な第３方向に沿う。第３方向は、−Ｙ方向またはＹ方向である。第２磁化Ｍ２は、第１磁化Ｍ１とは逆向きの成分を有し、第４磁化Ｍ４は、第３磁化Ｍ３とは逆向きの成分を有する。例えば、第２磁化Ｍ２は、第１磁化Ｍ１に対して反平行であり、第４磁化Ｍ４は、第３磁化Ｍ３に対して反平行である。発振器１３１においては、第１状態ＳＴ１において、第３磁化Ｍ３は、第２磁化Ｍ２に対して、実質的に反平行である。

例えば、第２磁化Ｍ２及び第３磁化Ｍ３は、角度θ（図３参照）は、１３５度以上２２５度以下である。角度θは、１７０度以上１９０度以下でも良い。

発振器１３１の例においては、第１導電体２１は、スピンホール伝導度が正の材料を含む。例えば、第１導電体２１は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ及びＰｔの少なくともいずれかを含む。

第２領域２１ｂから第１領域２１ａに向かって第１導電体２１に電流を流したときに第３領域２１ｃと部分２２ｐとの間の空間Ｓｐ１に生じる電流磁場Ｈｉは、第３方向に沿う第１向きＤ１を有する。発振器１３１において、第１向きＤ１は、例えば、Ｙ方向である。

第１状態において、第２磁化Ｍ２及び第４磁化Ｍ４は、例えば、第１向きＤ１を有し、第１磁化Ｍ１及び第３磁化Ｍ３は、例えば、第１向きＤ１とは逆向き（−Ｙ方向）を有する。

例えば、図１３（ｆ）及び図１３（ｇ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２の第１向きＤ１の成分Ｍｄ２（絶対値）は、第２磁化Ｍ２の第１方向の成分Ｍａ２（絶対値）よりも大きい。図１３（ｊ）及び図１３（ｋ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第４磁化Ｍ４の第１向きＤ１の成分Ｍｄ４（絶対値）は、第４磁化Ｍ４の第１方向の成分Ｍａ４（絶対値）よりも大きい。一方、図１３（ｄ）及び図１３（ｅ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１の第１向きＤ１とは逆向きの成分Ｍｅ１（絶対値）は、第１磁化Ｍ１の第１方向の成分Ｍａ２（絶対値）よりも大きい。図１３（ｈ）及び図１３（ｉ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第３磁化Ｍ３の第１向きＤ１とは逆向きの成分Ｍｅ３（絶対値）は、第３磁化Ｍ３の第１方向の成分Ｍａ３（絶対値）よりも大きい。

発振器１３１においては、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さい。磁性部４０から生じ空間Ｓｐ１における磁性部磁場Ｈｅｘは、第２磁化Ｍ２の向きを有する。

図１３（ａ）に示すように、発振器１３１において、第２状態ＳＴ２が形成される。第２領域２１ｂが第１電位Ｖ１に設定され、第２導電体２２が第２電位Ｖ２に設定される。第２電位Ｖ２は、第１電位Ｖ１よりも低い。

第２状態ＳＴ２においては、第２領域２１ｂから第１領域２１ａに向かって第１電流Ｉ１が流れる。そして、第１磁性層１１から第４磁性層１４に向かって第２電流Ｉ２が流れる。第１領域２１ａから第２導電体２２に向かって、第３導電体２３中を第３電流Ｉ３が流れる。第２状態ＳＴ２において、第２導電体２２及び第３導電体２３と接続された接続点Ｎ２３は、発振する。

例えば、第２状態ＳＴ２において、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１は、例えば、第１電流Ｉ１に基づくスピンホールトルクの作用を受ける。一方、第２磁性層１２の第２磁化Ｍ２は、例えば、第２電流Ｉ２に基づくスピン偏極電流スピントルクの作用を受ける。発振器１３１においても、スピンホールトルクの作用、及び、スピン偏極電流スピントルクの作用の２種のスピントルクが利用される。これにより、安定した発振が得られる。

図１３（ｃ）に示すように、発振器１３１においても、第１磁性層１１の第３方向（Ｙ方向または−Ｙ方向）に沿う長さＬ３は、第１磁性層１１の第１方向（Ｘ方向）に沿う長さＬ１以上である。長さＬ３は、長さＬ１よりも長くても良い。

図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、第３の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。
図１４（ａ）は、斜視図である。図１４（ｂ）は、断面図である。

図１４（ａ）に示すように、本実施形態に係る別の発振器１３２も、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３、第１積層部ＳＵ１及び磁性部４０を含む。発振器１１２においては、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも大きい。そして、磁性部４０から生じ空間Ｓｐ１における磁性部磁場Ｈｅｘは、第１磁化Ｍ１の向きを有する。これ以外は、発振器１３１と同様である。

発振器１３２においても、第１導電体２１には、スピンホール伝導度が正の材料（例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、ＯｓまたはＰｔなど）が用いられる。第２領域２１ｂから第１領域２１ａに向かって第１導電体２１に電流を流したときに空間Ｓｐ１に生じる電流磁場Ｈｉの向き（第１向きＤ１）は、Ｙ方向である。

図１４（ｂ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２及び第４磁化Ｍ４は、第１向きＤ１（−Ｙ方向）を有する。一方、第１磁化Ｍ１及び第３磁化Ｍ３は、第１向きＤ１とは逆向きである。例えば、図１４（ｆ）及び図１４（ｇ）に関して説明したように、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２の第１向きＤ１（この例では−Ｙ方向）の成分Ｍｄ２（絶対値）は、第２磁化Ｍ２の第１方向（この例ではＸ方向）の成分Ｍａ２（絶対値）よりも大きい。第１状態ＳＴ１において、第４磁化Ｍ４の第１向きＤ１の成分Ｍｄ４（絶対値）は、第４磁化Ｍ４の第１方向の成分Ｍａ４（絶対値）よりも大きい。

発振器１３２においても、例えば、スピンホールトルクの作用、及び、スピン偏極電流スピントルクの作用の２種のスピントルクが利用される。これにより、安定した発振が得られる。

上記の発振器１３１及び１３２においては、既に説明したように、第１導電体２１には、スピンホール伝導度が正の材料（例えば、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、ＯｓまたはＰｔなど）が用いられる。この場合に、第１積層体ＳＢ１は、第１状態ＳＴ１において、第１条件（発振器１３１の条件）、及び、第２条件（発振器１３２の条件）のいずれかを満たす。第１条件において、第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さく、磁性部磁場Ｈｅｘは、第２磁化Ｍ２の向きを有する。第２条件において、第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁気モーメントＭＴ２よりも大きく、磁性部磁場Ｈｅｘは、第１磁化Ｍ１の向きを有する。

図１５（ａ）〜図１５（ｋ）は、第３の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。
図１５（ａ）は、斜視図である。図１５（ｂ）は、断面図である。図１５（ｃ）は、平面図である。図１５（ｄ）〜図１５（ｋ）は、磁化を例示する平面図である。

図１５（ａ）に示すように、本実施形態に係る別の発振器１３３も、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３、第１積層部ＳＵ１及び磁性部４０を含む。発振器１３３においては、第１導電体２１には、スピンホール伝導度が負の材料が用いられる。例えば、第１導電体２１は、Ｔａ、Ｗ及びＲｅの少なくともいずれかを含む。これ以外は、発振器１３１と同様である。

発振器１３３において、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さい。磁性部４０から生じ空間Ｓｐ１における磁性部磁場Ｈｅｘは、第２磁化Ｍ２の向き（この例では、−Ｙ方向）を有する。

発振器１３３において、第２領域２１ｂから第１領域２１ａに向かって第１導電体２１に電流を流したときに第３領域２１ｃと部分２２ｐとの間の空間Ｓｐ１に生じる電流磁場Ｈｉは、第３方向に沿う第１向きＤ１を有している。この例では、第１向きＤ１は、Ｙ方向である。このとき、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１及び第３磁化Ｍ３は、第１向きＤ１を有している。

すなわち、図１５（ｄ）及び図１５（ｅ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１の第１向きＤ１の成分Ｍｄ１（絶対値）は、第１磁化Ｍ１の第１方向の成分Ｍａ１（絶対値）よりも大きい。図１５（ｈ）及び図１５（ｉ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第３磁化Ｍ３の第１向きＤ１の成分Ｍｄ３（絶対値）は、第３磁化Ｍ３の第１方向の成分Ｍａ３（絶対値）よりも大きい。第２磁化Ｍ２は、第１磁化Ｍ１に対して実質的に反平行である。図１５（ｆ）及び図１５（ｇ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２の第１向きＤ１とは逆向き（−Ｙ方向）の成分Ｍｅ２（絶対値）は、第２磁化Ｍ２の第１方向の成分Ｍａ２（絶対値）よりも大きい。第４磁化Ｍ４は、第３磁化Ｍ３に対して実質的に反平行である。図１５（ｊ）及び図１５（ｋ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第４磁化Ｍ４の第１向きＤ１とは逆向きの成分Ｍｅ４（絶対値）は、第４磁化Ｍ４の第１方向の成分Ｍａ４（絶対値）よりも大きい。

発振器１３３においても、例えば、スピンホールトルクの作用、及び、スピン偏極電流スピントルクの作用の２種のスピントルクが利用される。これにより、安定した発振が得られる。

図１５（ｃ）に示すように、発振器１１３においても、第１磁性層１１の第３方向（Ｙ方向または−Ｙ方向）に沿う長さＬ３は、第１磁性層１１の第１方向（Ｘ方向）に沿う長さＬ１以上である。長さＬ３は、長さＬ１よりも長くても良い。

図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、第３の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。
図１６（ａ）は、斜視図である。図１６（ｂ）は、断面図である。

図１６（ａ）に示すように、本実施形態に係る別の発振器１３４も、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３、第１積層部ＳＵ１及び磁性部４０を含む。発振器１３４においては、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも大きい。そして、磁性部４０から生じ空間Ｓｐ１における磁性部磁場Ｈｅｘは、第１磁化Ｍ１の向き（この例では、Ｙ方向）を有する。これ以外は、発振器１３３と同様である。

発振器１３４においても、第１導電体２１には、スピンホール伝導度が負の材料（例えば、Ｔａ、ＷまたはＲｅなど）が用いられる。第２領域２１ｂから第１領域２１ａに向かって第１導電体２１に電流を流したときに空間Ｓｐ１に生じる電流磁場Ｈｉの向き（第１向きＤ１）は、Ｙ方向である。

図１６（ｂ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１及び第３磁化Ｍ３は、第１向きＤ１（Ｙ方向）を有する。一方、第２磁化Ｍ２及び第３磁化Ｍ３は、第１向きＤ１とは逆向き（−Ｙ方向）である。例えば、図１５（ｄ）及び図１５（ｅ）に関して説明したように、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１の第１向きＤ１（この例ではＹ方向）の成分Ｍｄ１（絶対値）は、第１磁化Ｍ１の第１方向（この例ではＸ方向）の成分Ｍａ１（絶対値）よりも大きい。第１状態ＳＴ１において、第３磁化Ｍ３の第１向きＤ１の成分Ｍｄ３（絶対値）は、第３磁化Ｍ３の第１方向の成分Ｍａ３（絶対値）よりも大きい。

発振器１３４においても、例えば、スピンホールトルクの作用、及び、スピン偏極電流スピントルクの作用の２種のスピントルクが利用される。これにより、安定した発振が得られる。

上記の発振器１３３及び１３４においては、既に説明したように、第１導電体２１には、スピンホール伝導度が負の材料（例えば、Ｔａ、ＷまたはＲｅなど）が用いられる。この場合に、第１積層体ＳＢ１は、第１状態ＳＴ１において、第１条件（発振器１３３の条件）、及び、第２条件（発振器１３３の条件）のいずれかを満たす。第１条件において、第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さく、磁性部磁場Ｈｅｘは、第２磁化Ｍ２の向きを有する。第２条件において、第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁気モーメントＭＴ２よりも大きく、磁性部磁場Ｈｅｘは、第１磁化Ｍ１の向きを有する。

発振器１３１〜１３４において、第２磁化Ｍ２と第３磁化Ｍ３との間の角度θ（図３参照）は、１７０度以上１９０度以下でも良い。例えば、パラメトリック共鳴が生じる。発振がさらに安定化する。

（第４の実施形態）
図１７（ａ）〜図１７（ｋ）は、第４の実施形態に係る発振器を例示する模式図である。
図１７（ａ）は、斜視図である。図１７（ｂ）は、断面図である。図１７（ｃ）は、平面図である。図１７（ｄ）〜図１７（ｋ）は、磁化を例示する平面図である。

図１７（ａ）に示すように、本実施形態に係る発振器１４１は、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３及び第１積層部ＳＵ１を含む。発振器１４１においては、磁性部４０が省略される。発振器１４１においては、例えば、第２積層体ＳＢ２から生じる磁場Ｈ２が第１積層体ＳＢ１に作用する。発振器１４１においては、第１状態ＳＴ１において、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さい。そして、第３磁性層１３の第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁性層１４の第４磁気モーメントＭＴ４よりも大きい。これ以外は、発振器１３１と同様である。

この例においても、図１７（ｂ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第１〜第４磁化Ｍ１〜Ｍ４は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｚ方向）に対して垂直な第３方向に沿う。第３方向は、例えば、−Ｙ方向またはＹ方向である。

この例においても、第２磁化Ｍ２は、第１磁化Ｍ１とは逆向きの成分を有し、第４磁化Ｍ４は、第３磁化Ｍ３とは逆向きの成分を有する。例えば、第２磁化Ｍ２は、第１磁化Ｍ１に対して反平行である。例えば、第４磁化Ｍ４は、第３磁化Ｍ３に対して反平行である。

第２領域２１ｂから第１領域２１ａに向かって第１導電体２１に電流を流したときに第３領域２１ｃと部分２２ｐとの間の空間Ｓｐ１に生じる電流磁場Ｈｉは、第３方向に沿う第１向きＤ１を有する。第１向きＤ１は、例えば、Ｙ方向である。

図１７（ｆ）及び図１７（ｇ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２の第１向きＤ１の成分Ｍｄ２（絶対値）は、第２磁化Ｍ２の第１方向の成分Ｍａ２（絶対値）よりも大きい。図１７（ｊ）及び図１７（ｋ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第４磁化Ｍ４の第１向きＤ１の成分Ｍｄ４（絶対値）は、第４磁化Ｍ４の第１方向の成分Ｍａ４（絶対値）よりも大きい。一方、図１７（ｄ）及び図１７（ｅ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１の第１向きＤ１とは逆向き（−Ｙ方向）の成分Ｍｅ１（絶対値）は、第１磁化Ｍ１の第１方向の成分Ｍａ１（絶対値）よりも大きい。図１７（ｈ）及び図１７（ｉ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第３磁化Ｍ３の第１向きＤ１とは逆向きの成分Ｍｅ３（絶対値）は、第３磁化Ｍ３の第１方向の成分Ｍａ３（絶対値）よりも大きい。

第１導電体２１は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ及びＰｔの少なくともいずれかを含む。第１導電体２１は、スピンホール伝導度が正の材料を含む。

発振器１４１においては、第２積層体ＳＢ２から生じる磁場Ｈ２が第１積層体ＳＢ１に作用する。磁場Ｈ２の向きは、発振器１３１における磁性部磁場Ｈｅｘの向きと同じである。例えば、磁場Ｈ２は、第２磁化Ｍ２の向きを有する。

発振器１４１においても、例えば、スピンホールトルクの作用、及び、スピン偏極電流スピントルクの作用の２種のスピントルクが利用される。これにより、安定した発振が得られる。

図１７（ｃ）に示すように、発振器１４１においても、第１磁性層１１の第３方向（Ｙ方向または−Ｙ方向）に沿う長さＬ３は、第１磁性層１１の第１方向（Ｘ方向）に沿う長さＬ１以上である。長さＬ３は、長さＬ１よりも長くても良い。

図１８（ａ）及び図１８（ｂ）は、第４の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。
図１８（ａ）は、斜視図である。図１８（ｂ）は、断面図である。

図１８（ａ）に示すように、本実施形態に係る発振器１４２も、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３及び第１積層部ＳＵ１を含む。発振器１４２においても、磁性部４０が省略される。発振器１４２においては、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも大きい。第３磁性層１３の第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁性層１４の第４磁気モーメントＭＴ４よりも小さい。これ以外は、発振器１４１と同様である。

発振器１４２においても、図１０（ｂ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第１〜第４磁化Ｍ１〜Ｍ４は、第３方向に沿っている。第３方向は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｚ方向）に対して垂直である。第３方向は、−Ｙ方向またはＹ方向である。第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２及び第４磁化Ｍ４は、第１向きＤ１（Ｙ方向）である。第２積層体ＳＢ２から生じ第１積層体ＳＢ１に印加される磁場Ｈ２は、第１磁化Ｍ１の向きを有する。

発振器１４２においても、例えば、スピンホールトルクの作用、及び、スピン偏極電流スピントルクの作用の２種のスピントルクが利用される。これにより、安定した発振が得られる。

発振器１４１及び１４２においては、第１導電体２１は、例えば、スピンホール伝導度が正の材料を含む。そして、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２の第１向きＤ１の成分Ｍｄ２（絶対値）は、第２磁化Ｍ２の第１方向の成分Ｍａ１（絶対値）よりも大きく、第４磁化Ｍ４の第１向きＤ１の成分Ｍｄ４（絶対値）は、第４磁化Ｍ４の第１方向の成分Ｍａ４（絶対値）よりも大きい。この場合に、第１積層体ＳＢ１は、第１状態ＳＴ１において、第１条件（発振器１４１の条件）、及び、第２条件（発振器１４２の条件）のいずれかを満たす。第１条件において、第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さく、第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁気モーメントＭＴ４よりも大きい。第２条件において、第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁気モーメントＭＴ２よりも大きく、第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁気モーメントＭＴ４よりも小さい。

図１９（ａ）〜図１９（ｋ）は、第４の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。
図１９（ａ）は、斜視図である。図１９（ｂ）は、断面図である。図１９（ｃ）は、平面図である。図１９（ｄ）〜図１９（ｋ）は、磁化を例示する平面図である。

図１９（ａ）に示すように、本実施形態に係る発振器１４３も、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３及び第１積層部ＳＵ１を含む。この例においても、第２積層体ＳＢ２から生じる磁場Ｈ２が、第１積層体ＳＢ１に印加される。発振器１４３においては、第１導電体２１には、スピンホール伝導度が負の材料（例えば、Ｔａ、ＷまたはＲｅなど）が用いられる。これ以外は、発振器１４１と同様である。

図１９（ｂ）に示すように、発振器１４３においても、第１状態ＳＴ１において、第１〜第４磁化Ｍ１〜Ｍ４は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｚ方向）に対して垂直な第３方向（−Ｙ方向またはＹ方向）に沿う。第２磁化Ｍ２は、第１磁化Ｍ１とは逆向きの成分を有する。第４磁化Ｍ４は、第３磁化Ｍ３とは逆向きの成分を有する。

図１９（ａ）に示すように、第２領域２１ｂから第１領域２１ａに向かって第１導電体２１に電流を流したときに第３領域２１ｃと部分２２ｐとの間の空間Ｓｐ１に生じる電流磁場Ｈｉは、第３方向に沿う第１向きＤ１を有する。この例では、第１向きＤ１は、Ｙ方向である。

第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１及び第３磁化Ｍ３は、第１向きＤ１（Ｙ方向）を有する。図１９（ｄ）及び図１９（ｅ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第１磁化Ｍ１の第１向きＤ１の成分Ｍｄ１（絶対値）は、第１磁化Ｍ１の第１方向の成分Ｍａ１（絶対値）よりも大きい。図１１（ｈ）及び図１１（ｉ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第３磁化Ｍ３の第１向きＤ１の成分Ｍｄ３（絶対値）は、第３磁化Ｍ３の第１方向の成分Ｍａ３（絶対値）よりも大きい。一方、図１９（ｆ）及び図１９（ｇ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第２磁化Ｍ２の第１向きＤ１とは逆向きの成分Ｍｅ２（絶対値）は、第２磁化Ｍ２の第１方向の成分Ｍａ２（絶対値）よりも大きい。図１９（ｊ）及び図１９（ｋ）に示すように、第１状態ＳＴ１において、第４磁化Ｍ４の第１向きＤ１とは逆向きの成分Ｍｅ４（絶対値）は、第４磁化Ｍ４の第１方向の成分Ｍａ４（絶対値）よりも大きい。

発振器１４３においては、第１状態ＳＴ１において、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さい。そして、第３磁性層１３の第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁性層１４の第４磁気モーメントＭＴ４よりも大きい。

第２積層体ＳＢ２から生じ第１積層体ＳＢ１に印加される磁場Ｈ２は、第２磁化Ｍ２の向きである。

発振器１４３においても、例えば、スピンホールトルクの作用、及び、スピン偏極電流スピントルクの作用の２種のスピントルクが利用される。これにより、安定した発振が得られる。

図１９（ｃ）に示すように、発振器１２３においても、第１磁性層１１の第３方向（Ｙ方向または−Ｙ方向）に沿う長さＬ３は、第１磁性層１１の第１方向（Ｘ方向）に沿う長さＬ１以上である。長さＬ３は、長さＬ１よりも長くても良い。

図２０（ａ）及び図２０（ｂ）は、第４の実施形態に係る別の発振器を例示する模式図である。
図２０（ａ）は、斜視図である。図２０（ｂ）は、断面図である。

図２０（ａ）に示すように、本実施形態に係る発振器１４４も、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３及び第１積層部ＳＵ１を含む。発振器１４４においても、磁性部４０が省略される。発振器１４４においては、第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さい。そして、第３磁性層１３の第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁性層１４の第４磁気モーメントＭＴ４よりも小さい。これ以外は、発振器１４３と同様である。

第２積層体ＳＢ２から生じ第１積層体ＳＢ１に印加される磁場Ｈ２は、第１磁化Ｍ１の向きである。

発振器１４４においても、例えば、スピンホールトルクの作用、及び、スピン偏極電流スピントルクの作用の２種のスピントルクが利用される。これにより、安定した発振が得られる。

発振器１４３及び１４４においては、第１導電体２１は、例えば、スピンホール伝導度が負の材料を含む。そして、第１磁化Ｍ１の第１向きＤ１の成分Ｍｄ１（絶対値）は、第１磁化Ｍ１の第１方向（Ｘ方向）の成分Ｍａ１（絶対値）よりも大きい。第３磁化Ｍ３の第１向きＤ１の成分Ｍｄ３（絶対値）は、第３磁化Ｍ３の第１方向の成分Ｍａ３よりも大きい。この場合には、第１積層体ＳＢ１は、第１条件（発振器１４３の条件）、及び、第２条件（発振器１４４の条件）のいずれかを満たす。第１条件において、第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁気モーメントＭＴ２よりも小さく、第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁気モーメントＭＴ４よりも大きい。第２条件において、第１磁気モーメントＭＴ１は、第２磁気モーメントＭＴ２よりも大きく、第３磁気モーメントＭＴ３は、第４磁気モーメントＭＴ４よりも小さい。

発振器１４１〜１４４において、第２磁化Ｍ２と第３磁化Ｍ３との間の角度θ（図３参照）は、１７０度以上１９０度以下でも良い。例えば、パラメトリック共鳴が生じる。発振がさらに安定化する。

（第５の実施形態）
図２１（ａ）及び図２１（ｂ）は、第５の実施形態に係る発振器を例示する模式図である。
図２１（ａ）は、斜視図である。図２１（ｂ）は、断面図である。

図２１（ａ）に示すように、本実施形態に係る発振器１５１においては、複数の第１導電体２１ｘと、第２導電体２２と、複数の第３導電体２３ｘと、複数の積層部ＳＵｘと、が設けられる。複数の第１導電体２１ｘは、第３方向（−Ｙ方向またはＹ方向）に並ぶ。複数の第１導電体２１ｘのそれぞれの第３領域（第３領域２１ｃなど）と、第２導電体２２と、の間に、複数の積層部ＳＵｘのそれぞれが設けられる。第２導電体２２と、複数の第１導電体２１ｘの第１領域（第１領域２１ａなど）と、が、複数の第３導電体２３ｘのそれぞれにより、電気的に接続される。第２導電体２２は、例えば、第３方向に沿って延びる。

複数の第１導電体２１ｘの１つが、第１導電体２１に対応する。複数の第３導電体２３ｘの１つが、第３導電体２３に対応する。複数の積層部ＳＵｘの１つが、第１積層部ＳＵ１に対応する。

複数の第１導電体２１ｘのそれぞれ（導電体２１Ｂ、２１Ｃ及び２１Ｎなど）には、第１導電体２１に関して説明した構成が適用できる。複数の第３導電体２３ｘのそれぞれ（導電体２３Ｂ、２３Ｃ及び２３Ｎなど）には、第３導電体２３に関して説明した構成が適用できる。複数の積層部ＳＵｘのそれぞれ（積層部ＳＵ２、ＳＵ３及びＳＵｎなど）には、第１積層部ＳＵ１に関して説明した構成が適用できる。

発振器１５１は、例えば、第１導電体２１、第２導電体２２、第３導電体２３及び第１積層部ＳＵ１に加えて、第４導電体２１Ｂ、第２積層部ＳＵ２及び、第５導電体２３Ｂをさらに含む。

第４導電体２１Ｂは、第３方向（例えば−Ｙ方向またはＹ方向）において、第１導電体２１と並ぶ。第４導電体２１Ｂは、第４領域２１Ｂａ、第５領域２１Ｂｂ及び第６領域２１Ｂｃを含む。第５領域２１Ｂｂは、第１方向（Ｘ方向）において、第４領域２１Ｂａと並ぶ。第６領域２１Ｂｃは、第４領域２１Ｂａと第５領域２１Ｂｂとの間に設けられる。

第２積層部ＳＵ２は、第６領域２１Ｂｃと、第２導電体２２の別の一部２２ｑと、の間に設けられる。

図２１（ｂ）に示すように、第２積層部ＳＵ２は、第５〜第８磁性層１１Ｂ〜１４Ｂ、及び、第４〜第６中間層１１Ｂｉ〜１３Ｂｉを含む。この例では、第２積層部ＳＵ２は、第２導電体側磁性層１４ＰＢをさらに含む。第５〜第８磁性層１１Ｂ〜１４Ｂのそれぞれは、第５〜第８磁化ＭＢ１〜ＭＢ４のそれぞれを含む。

第６磁性層１２Ｂは、第５磁性層１１Ｂと、上記の別の一部２２ｑと、の間に設けられる。第４中間層１１Ｂｉは、第５磁性層１１Ｂと第６磁性層１２Ｂとの間に設けられる。

第７磁性層１３Ｂは、第６磁性層１２Ｂと、上記の別の一部２２ｑと、の間に設けられる。第８磁性層１４Ｂは、第７磁性層１３Ｂと、上記の別の一部２２ｑと、の間に設けられる。第５中間層１２Ｂｉは、第７磁性層１３Ｂと第８磁性層１４Ｂとの間に設けられる。

第６中間層１３Ｂｉは、第６磁性層１２Ｂと第７磁性層１３Ｂとの間に設けられる。

第５導電体２３Ｂは、第２導電体２２及び第４領域２１Ｂａと電気的に接続される。

第１状態ＳＴ１において、第５〜第８磁化ＭＢ１〜ＭＢ４は、第３方向（例えば、−Ｙ方向またはＹ方向）に沿う。

第６磁化ＭＢ２は、第５磁化ＭＢ１とは逆向きの成分を有する。第８磁化ＭＢ４は、第７磁化ＭＢ３とは逆向きの成分を有す。例えば、第６磁化ＭＢ２は、第５磁化ＭＢ１に対して反平行である。例えば、第８磁化ＭＢ４は、第７磁化ＭＢ３に対して反平行である。

第５磁性層１１Ｂ、第４中間層１１Ｂｉ及び第６磁性層１２Ｂは、第３積層体ＳＢ３に含まれる。第７磁性層１３Ｂ、第５中間層１２Ｂｉ及び第８磁性層１４Ｂは、第４積層体ＳＢ４に含まれる。

第５〜第８磁性層１１Ｂ〜１４Ｂのそれぞれには、第１〜第４磁性層１１〜１４のそれぞれの構成を適用できる。第４〜第６中間層１１Ｂｉ〜１３Ｂｉのそれぞれには、第１〜第３中間層１１ｉ〜１３ｉのそれぞれの構成を適用できる。

第２状態において、第４導電体２１Ｂに電流が流され、第２積層部ＳＵ２に電流が流され、第５導電体２３Ｂに電流が流される。

第５磁性層１１Ｂの第５磁化ＭＢ１は、例えば、スピンホールトルクの作用を受け、第６磁性層１２Ｂの第６磁化ＭＢ２は、例えば、スピン偏極電流スピントルクの作用を受ける。２種のスピントルクに基づいて、２つの磁性層（第５磁性層１１Ｂ及び第６磁性層１２Ｂ）が、同時に励起される。これにより、大きな磁化振動エネルギーが生じる。これにより、安定した振動が得られる。

発振器１５１においては、複数の積層部ＳＵｘが、第２導電体２２を介して、互いに接続されている。複数の積層部ＳＵｘが第２導電体２２を介して互いに電気的に相互作用を行う。複数の積層部ＳＵｘに含まれる積層体（第１積層体ＳＢ１及び第３積層体ＳＢ３など）の磁化は、互いに同期して振動する。例えば、回路部７０から、安定した発振出力が得られる。

発振器１５１において、積層体（磁性層及び中間層など）には第１〜第４の実施形態に関して説明した任意の構成、及び、その変形の構成が適用できる。磁性部４０は必要に応じて設けられ、省略しても良い。

以下、実施形態に係る発振器の特性についてのシミュレーション結果の例について説明する。
図２２は、実施形態に係る発振器のシミュレーションモデルを例示する模式図である。 図２２に示すように、複数の積層部ＳＵｘ（第１積層部ＳＵ１、第２積層部ＳＵ２及び第Ｎ積層部ＳＵｎなど）が、第２導電体２２を介して、互いに並列に接続されている。積層部ＳＵｘの数が１の場合についてもシミュレーションが行われる。

このモデルでは、第１導電体２１（及び導電体２１Ｂ及び導電体２１Ｎなど）は、タングステンである。第１導電体２１（及び導電体２１Ｂ及び導電体２１Ｎなど）の電気抵抗率ρは、２００μΩ・ｃｍである。第１導電体２１（及び導電体２１Ｂ及び導電体２１Ｎなど）の第１方向（Ｘ方向）の長さ（長さＬ２１）は、１．４μｍである。第１導電体２１（及び導電体２１Ｂ及び導電体２１Ｎなど）の第３方向（−Ｙ方向またはＹ方向）の長さ（幅Ｗ２１）は、１００ｎｍである。厚さ（Ｚ方向の長さ）は、６ｎｍである。スピンホール角は、−０．３５（無次元量）である。ノードｎｃは、第１導電体２１の第３領域２１ｃに対応する。ノードｎｃと、第１領域２１ａの端と、の間の距離（ノードｎｃと第３導電体２３との間の距離）は、１．２５μｍである。ノードｎｃと、第２領域２１ｂの端と、の間の距離（ノードｎｃと、第１電位Ｖ１の導体と、の間の距離）は、０．１５μｍである。ノードｎｃと、第１領域２１ａの端と、の間の抵抗Ｒ１は、０．５ｋΩである。ノードｎｃと、第２領域２１ｂの端と、の間の抵抗は、４．１６６ｋΩである。

第２導電体２２として、伝導性の高い金属（例えば、Ｃｕなど）が用いられる。後述するように、このシミュレーションでは、第２導電体２２の抵抗Ｒｒｅｆが変更される。

第３導電体２３（及び導電体２３Ｂ及び導電体２３Ｎなど）には、伝導性の高い金属（例えば、Ｃｕなど）が用いられる。第３導電体２３（及び導電体２３Ｂ及び導電体２３Ｎなど）の抵抗ｒは、５０Ωである。

複数の積層部ＳＵｘのそれぞれは、円柱形状を有する。円柱の直径は、１００ｎｍである。第３中間層１３ｉ（及び第６中間層１３Ｂｉなど）には、ＭｇＯが用いられる。複数の積層部ＳＵｘのそれぞれは、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を有する。複数の積層部ＳＵｘのそれぞれの面積抵抗は、７．８５Ω・μｍ^２である。トンネル磁気抵抗効果比は、２００％である。スピン偏極率は、０．７である。

第１磁性層１１の厚さは、２ｎｍである。第１中間層１１ｉの厚さは、１ｎｍである。第２磁性層１２の厚さは、２ｎｍである。第３中間層１３ｉの厚さは、１ｎｍである。第３磁性層１３の厚さは、２ｎｍである。第２中間層１２ｉの厚さは、０．５ｎｍである。第４磁性層１４の厚さは、７ｎｍである。

第１積層体ＳＢ１における反強磁性交換結合係数は、−０．２ｅｒｇ／ｃｍ^２である。第２積層体ＳＢ２における反強磁性交換結合係数は、−１ｅｒｇ／ｃｍ^２である。

第１磁性層１１の飽和磁化Ｍｓは、０．８ｅｍｕ／ｃｍ^３である。第２磁性層１２の飽和磁化Ｍｓは、０．８５ｅｍｕ／ｃｍ^３である。第３磁性層１３の飽和磁化Ｍｓは、０．９ｅｍｕ／ｃｍ^３である。第４磁性層１４の飽和磁化Ｍｓは、１．４ｅｍｕ／ｃｍ^３である。

これらの磁性層の面積をＳ（Ｓ＝π×５０^２ｎｍ^２）とする。第１磁性層１１の第１磁気モーメントＭＴ１は、Ｓ×２×０．８ｅｍｕである。第２磁性層１２の第２磁気モーメントＭＴ２は、Ｓ×２×０．８５ｅｍｕである。第３磁性層１３の第３磁気モーメントＭＴ３は、Ｓ×２×０．９ｅｍｕである。第４磁性層１４の第４磁気モーメントＭＴ４は、Ｓ×７×１．４ｅｍｕである。このように、このモデルでは、第２磁気モーメントＭＴ２は、第１磁気モーメントＭＴ１よりも大きい。第４磁気モーメントＭＴ４は、第３磁気モーメントＭＴ３よりも大きい。

このモデルの構成においては、第２積層体ＳＢ２からの磁場Ｈ２（漏れ磁場）が、第１積層体ＳＢ１に印加される。磁場Ｈ２は、約５００エルステッド（Ｏｅ）である。第１積層体ＳＢ１の位置において、磁場Ｈ２は、第３方向（−Ｙ方向またはＹ方向）に沿っている。このモデルにおいては、磁性部４０が省略される。

第２導電体側磁性層１４Ｐにより、第４磁性層１４の第４磁化Ｍ４は、第３方向に固定されている。第３磁性層１３の第３磁化Ｍ３も、第３方向に固定されている。この固定は、第２中間層１２ｉによる反強磁性結合（−１ｅｒｇ／ｃｍ^２の結合係数）に基づく。第３磁化Ｍ３は、第４磁化Ｍ４とは逆向きである。このモデルでは、第４磁化Ｍ４は、−Ｙ方向を有し、第３磁化Ｍ３は、Ｙ方向を有する。第２積層体ＳＢ２の磁化は、−Ｙ方向となる。

第１状態ＳＴ１において、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１は、−Ｙ方向を有する。第２磁性層１２の第２磁化Ｍ２は、Ｙ方向を有する。第２積層体ＳＢ２からの磁場Ｈ２（５００エルステッド）が、第１積層体ＳＢ１に印加される。第１積層体ＳＢ１の位置において、磁場Ｈ２は、Ｙ方向を有する。

第１電位Ｖ１は０ボルト（Ｖ）であり、第２電位Ｖ２（定電圧源Ｖｄｄの電圧）は２．１Ｖである。１つの素子部５０ｘは、１つの積層部ＳＵｘ、１つの第１導電体２１、及び、１つの第３導電体２３を含む。

このシミュレーションでは、複数の素子部５０ｘの数Ｎは、１、２、４、８、１６、２４と変更される。この６つの条件の数Ｎに連動して、第２導電体２２の抵抗Ｒｒｅｆは、１９００Ω、９５０Ω、５０５Ω、２７５Ω、１６２．５Ω、１２５Ωと変更される。第１電位Ｖ１を基準にしたときのノードｎ１の電圧は、約１Ｖとなる。

シミュレーション結果により、上記の６つの条件の全てにおいて、発振出力が得られる。いずれの条件においても、スピン偏極電流スピントルク及びスピンホールトルクの２つのタイプのスピントルクが、自己フィードバック効果を伴って第１積層体ＳＢ１の磁化に作用する。

以下、数Ｎが２４のときのシミュレーション結果の例について説明する。
図２３（ａ）〜図２３（ｃ）は、実施形態に係る発振器のシミュレーション結果を例示する模式図である。
図２３（ａ）は、図２２に示すモデルにおいて、素子部５０ｘの数Ｎが２４のときの、第１磁性層１１の第１磁化Ｍ１の変化を示す。横軸は時間ｔであり、縦軸は、第１磁化Ｍ１である。図２３（ｂ）は、１つの素子部５０ｘに含まれる第１積層体ＳＢ１の磁化軌道を示す。図２３（ｃ）は、１つの素子部５０ｘの電流及び電圧を示す。電流ｉＲ１は、抵抗Ｒ１(図２２参照）を流れる電流である。電流ｉＭＴＪは、積層部ＳＵｘ（ＭＴＪ、図２２参照）を流れる電流である。電流ｉＲ２は、抵抗Ｒ２(図２２参照）に流れる電流である。電圧ｖｎ１は、ノードｎ１（図２２参照）の電圧である。電圧ｖｎｃは、ノードｎｃ（図２２参照）の電圧である。電流の単位は、マイクロアンペアである。電圧の単位は、ボルトである。

シミュレーションの初期状態（時間ｔが０）において、２４個の第１磁化Ｍ１の方向は、−Ｙ方向を中心としてばらついている。

図２３（ａ）に示すように、時間ｔが０ｎｓ〜２．５ｎｓの期間において、複数の第１磁化Ｍ１はばらついている。時間ｔが２．５ｎｓ以降において、複数の第１磁化Ｍ１は、同期して変化するようになる。これは、２４個の第１積層体ＳＢ１の磁化が、第２導電体２２を介して、相互作用することによる。発振周波数は、約４ＧＨｚである。

図２３（ｂ）において、軸ｍｘ、軸ｍｙ及び軸ｍｚは、磁化のＸ方向成分、磁化のＹ方向成分及び磁化のＺ方向成分である。第３磁化Ｍ３は、実質的に固定されている。一方、第１磁化Ｍ１及び第２磁化Ｍ２は、時間と供に変化する。

図２３（ｂ）に示すように、積層部ＳＵｘの抵抗の高低の変化は、第２磁化Ｍ２の１周期の変化の間に、２回生じる。

図２３（ａ）に示す電流及び電圧の周波数は、約８ＧＨｚであり、磁化振動の周波数（約４ＧＨｚ）の約２倍である。

第１積層体ＳＢ１の磁化には、その交流成分を伴う２つのスピントルク（スピン偏極電流スピントルク及びスピンホールトルク）が、フィードバックされている。このフィードバックは、電流ｉＭＴＪ、電流ｉＲ１及び電流ｉＲ１を介して行われる。

例えば、パラメトリック共鳴に類似の自己フィードバックが生じて、振動が安定化される。このように、実施形態においては、スピン偏極電流スピントルク及びスピンホールトルクの２つのタイプのスピントルクが、自己フィードバック効果を伴って第１積層体ＳＢ１の磁化に作用する。ノードｎ１において、安定した発振に対応する電圧出力が得られる。

図２３（ａ）〜図２３（ｃ）の例は、磁化の熱揺らぎがない場合のシミュレーション結果である。磁化の熱揺らぎがある場合（例えば、室温動作を仮定）のシミュレーションにおいても、安定な発振出力が得られる。素子部５０ｘの数Ｎが大きいと、発振はより安定する。

（第６の実施形態）
本実施形態は、演算装置に係る。
図２４は、第６の実施形態に係る演算装置を例示する模式図である。
図２４に示すように、本実施形態に係る演算装置２１１は、第１〜第５の実施形態に係る発振器（及びその変形）と、磁性素子部６５と、を含む。この例では、発振器１１１が図示されている。発振器１２１〜１２４及び１４１〜１４４などを用いても良い。第３方向（−Ｙ方向またはＹ方向）において、磁性素子部６５の少なくとも一部、及び、第１積層部ＳＵ１（複数の積層部ＳＵｘのうちの少なくとも１つ）の少なくとも一部は、互いに重なる。磁性素子部６５の磁化Ｍ６５は、−Ｙ方向またはＹ方向の向きを有する。

この例では、磁性素子部６５は、第１磁性素子６５ａ及び第２磁性素子６５ｂを含む。第３方向（−Ｙ方向またはＹ方向）において、第１磁性素子６５ａ及び、第２磁性素子６５ｂの間に、第１積層部ＳＵ１の少なくとも一部が配置される。

複数の積層部ＳＵｘが設けられる場合、例えば、第１磁性素子６５ａと第１積層部ＳＵ１との間の距離は、複数の積層部ＳＵｘの間の距離よりも短い。第２磁性素子６５ｂと第１積層部ＳＵ１との間の距離は、複数の積層部ＳＵｘの間の距離よりも短い。

この例では、第１導電体２１（複数の導電体２１ｘのそれぞれ）の第１領域２１ａに、電流源６０が接続される。

演算装置２１１は、例えば、連想メモリ動作を行う、発振器アレイ型パターン照合器（連想メモリ）である。この動作においては、例えば、周波数シフトキーイングで入力し、同期振動の程度を出力する。実施形態に係る発振器は、このような発振器アレイパターン照合器として用いることができる。

複数の積層部ＳＵｘのそれぞれは、磁性素子部６５の磁化Ｍ６５の向きに応じた漏れ磁場を受ける。複数の積層部ＳＵｘのそれぞれにおいて、第１積層体ＳＢ１の磁化は、この漏れ磁場を受けて変調される。

例えば、この例においては、第１磁性素子６５ａ及び第２磁性素子６５ｂのそれぞれに情報（２ビット）が格納される。このため、それらの間に配置されている積層部ＳＵｘは、４種類の周波数変調を受ける。第１磁性素子６５ａ及び第２磁性素子６５ｂに格納される情報は、テンプレートデータとしてのＮ次元ベクトルデータの成分に対応する。Ｎ次元ベクトルデータのそれぞれ成分は、２ビットである。

第１導電体２１には、電流源６０が付加されている。第１導電体２１には、定電圧源Ｖｄｄによる電流に加えて、電流源６０による電流が流れる。第１積層体ＳＢ１の磁化の振動周波数は、第１導電体２１に流れる電流によって変調を受ける。複数の電流源６０のそれぞれは、テストデータとしてのＮ次元ベクトルデータの成分に相当する電流を出力する。

例えば、電流源６０からテストデータが、第１積層体ＳＢ１の磁化の周波数変調として入力される。さらに、磁性素子部６５から、テンプレートデータが、第１積層体ＳＢ１の磁化の周波数変調として入力される。すなわち、周波数シフトキーイングが行われる。

テストデータの成分とテンプレートデータの成分とが互いに等しい場合に、例えば、周波数シフトがゼロとなるように規格化される。例えば、回路部７０から、Ｎ個の第１積層体ＳＢ１の磁化の同期振動の程度を反映した出力が取り出される。テストデータのすべての成分と、テンプレートデータのすべての成分と、が互いに等しい場合には、完全同期が生じて、出力が最も大きくなる。値が異なる成分が多いと、同期の程度が小さくなる。例えば、同期振動の程度で、パターンマッチング度を測ることができる。

この例の演算装置２１１（例えば、パターン照合器）は、例えば、多層ニューラルネットワークにおける、積和演算器として利用することも可能である。この場合、磁性素子部６５に、「学習重み」が格納される。例えば、電流源６０には、１つ前の層の出力が、入力される。

（第７の実施形態）
本実施形態は、電子機器に係る。
図２５は、第７の実施形態に係る電子機器を例示する模式図である。
図２５に示すように、本実施形態に係る電子機器３１１は、第１〜第５の実施形態に係る発振器（及びその変形）と、機能部２５０と、を含む。この例では、発振器１１１が図示されている。この例のように、演算装置２１１を設けても良い。

機能部２５０は、例えば、発振器１１１からの出力を受け取る。機能部２５０は、この出力に基づいて、動作を行う。この動作は、例えば、信号の処理（送受信、変調及び増幅などを含む）を行う。電子機器３１１は、例えばコンピュータである。

実施形態は、以下の構成を含む。
（構成１）
第１領域と、第１方向において前記第１領域と並ぶ第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域と、を含む第１導電体と、
前記第１方向と交差する第２方向において前記第３領域から離れた部分を含む第２導電体と、
前記第３領域と前記部分との間に設けられた第１積層部であって、
第１磁化を有する第１磁性層と、
前記第１磁性層と前記部分との間に設けられ第２磁化を有する第２磁性層と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１中間層と、
前記第２磁性層と前記部分との間に設けられ第３磁化を有する第３磁性層と、
前記第３磁性層と前記部分との間に設けられ第４磁化を有する第４磁性層と、
前記第３磁性層と前記第４磁性層との間に設けられた第２中間層と、
前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられた第３中間層と、
を含む前記第１積層部と、
前記第２導電体及び前記第１領域と電気的に接続された第３導電体と、
磁性部であって、前記第１方向及び前記第２方向と交差する方向において前記磁性部の少なくとも一部、及び、前記第１積層部の少なくとも一部は、互いに重なる、前記磁性部と、
を備え、
第１状態において、前記第１〜第４磁化は、前記第１方向及び前記第２方向に対して垂直な第３方向に沿い、
前記第２磁化は、前記第１磁化とは逆向きの成分を有し、
前記第４磁化は、前記第３磁化とは逆向きの成分を有した、発振器。
（構成２）
前記第１領域から前記第２領域に向かって第１電流が流れ、前記第４磁性層から前記第１磁性層に向かって第２電流が流れ、前記第２導電体から前記第１領域に向かって前記第３導電体中を第３電流が流れる第２状態において、前記第２導電体及び前記第３導電体と接続された接続点は、発振する、構成１記載の発振器。
（構成３）
前記第１領域から前記第２領域に向かって前記第１導電体に電流を流したときに前記第３領域と前記部分との間の空間に生じる電流磁場は、前記第３方向に沿う第１向きを有し、
前記第１状態において、前記第１磁化の前記第１向きの成分は、前記第１磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１状態において、前記第４磁化の前記第１向きの成分は、前記第４磁化の前記第１方向の成分よりも大きい、構成１または２に記載の発振器。
（構成４）
前記第１導電体は、Ｔａ、Ｗ及びＲｅの少なくともいずれかを含む、構成３記載の発振器。
（構成５）
前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも小さく、
前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第２磁化の向きを有す、構成３または４に記載の発振器。
（構成６）
前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも大きく、
前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第１磁化の向きを有す、構成３または４に記載の発振器。
（構成７）
前記第１領域から前記第２領域に向かって前記第１導電体に電流を流したときに前記第３領域と前記部分との間の空間に生じる電流磁場は、前記第３方向に沿う第１向きを有し、
前記第１状態において、前記第２磁化の前記第１向きの成分は、前記第２磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１状態において、前記第３磁化の前記第１向きの成分は、前記第３磁化の前記第１方向の成分よりも大きい、構成１または２に記載の発振器。
（構成８）
前記第１導電体は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ及びＰｔの少なくともいずれかを含む、構成７記載の発振器。
（構成９）
前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも小さく、
前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第２磁化の向きを有す、構成７または８に記載の発振器。
（構成１０）
前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも大きく、
前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第１磁化の向きを有す、構成７または８に記載の発振器。
（構成１１）
前記第２領域から前記第１領域に向かって第１電流が流れ、前記第１磁性層から前記第４磁性層に向かって第２電流が流れ、前記第１領域から前記第２導電体に向かって前記第３導電体中を第３電流が流れる第２状態において、前記第２導電体及び前記第３導電体と接続された接続点は、発振する、構成１記載の発振器。
（構成１２）
前記第２領域から前記第１領域に向かって前記第１導電体に電流を流したときに前記第３領域と前記部分との間の空間に生じる電流磁場は、前記第３方向に沿う第１向きを有し、
前記第１状態において、前記第２磁化の前記第１向きの成分は、前記第２磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１状態において、前記第４磁化の前記第１向きの成分は、前記第４磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１導電体は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ及びＰｔの少なくともいずれかを含み、
前記第１状態において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも小さく、前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第２磁化の向きを有す、構成１または１１に記載の発振器。
（構成１３）
前記第２領域から前記第１領域に向かって前記第１導電体に電流を流したときに前記第３領域と前記部分との間の空間に生じる電流磁場は、前記第３方向に沿う第１向きを有し、
前記第１状態において、前記第２磁化の前記第１向きの成分は、前記第２磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１状態において、前記第４磁化の前記第１向きの成分は、前記第４磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１導電体は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ及びＰｔの少なくともいずれかを含み、
前記第１状態において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも大きく、前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第１磁化の向きを有す、構成１または１１に記載の発振器。
（構成１４）
前記第２領域から前記第１領域に向かって前記第１導電体に電流を流したときに前記第３領域と前記部分との間の空間に生じる電流磁場は、前記第３方向に沿う第１向きを有し、
前記第１状態において、前記第１磁化の前記第１向きの成分は、前記第１磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１状態において、前記第３磁化の前記第１向きの成分は、前記第３磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１導電体は、Ｔａ、Ｗ及びＲｅの少なくともいずれかを含み、
前記第１状態において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも小さく、前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第２磁化の向きを有す、構成１または１１に記載の発振器。
（構成１５）
前記第２領域から前記第１領域に向かって前記第１導電体に電流を流したときに前記第３領域と前記部分との間の空間に生じる電流磁場は、前記第３方向に沿う第１向きを有し、
前記第１状態において、前記第１磁化の前記第１向きの成分は、前記第１磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１状態において、前記第３磁化の前記第１向きの成分は、前記第３磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１導電体は、Ｔａ、Ｗ及びＲｅの少なくともいずれかを含み、
前記第１状態において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも大きく、前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第１磁化の向きを有す、構成１または１１に記載の発振器。
（構成１６）
第１領域と、第１方向において前記第１領域と並ぶ第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域と、を含む第１導電体と、
前記第１方向と交差する第２方向において前記第３領域から離れた部分を含む第２導電体と、
前記第３領域と前記部分との間に設けられた第１積層部であって、
第１磁化を有する第１磁性層と、
前記第１磁性層と前記部分との間に設けられ第２磁化を有する第２磁性層と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１中間層と、
前記第２磁性層と前記部分との間に設けられ第３磁化を有する第３磁性層と、
前記第３磁性層と前記部分との間に設けられ第４磁化を有する第４磁性層と、
前記第３磁性層と前記第４磁性層との間に設けられた第２中間層と、
前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられた第３中間層と、
を含む前記第１積層部と、
前記第２導電体及び前記第１領域と電気的に接続された第３導電体と、
を備え、
第１状態において、前記第１〜第４磁化は、前記第１方向及び前記第２方向に対して垂直な第３方向に沿い、
前記第２磁化は、前記第１磁化とは逆向きの成分を有し、
前記第４磁化は、前記第３磁化とは逆向きの成分を有し、
前記第１領域から前記第２領域に向かって前記第１導電体に電流を流したときに前記第３領域と前記部分との間の空間に生じる電流磁場は、前記第３方向に沿う第１向きを有し、
前記第１状態において、前記第１磁化の前記第１向きの成分は、前記第１磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１状態において、前記第４磁化の前記第１向きの成分は、前記第４磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１導電体は、Ｔａ、Ｗ及びＲｅの少なくともいずれかを含み、
前記第１積層部は、前記第１状態において、第１条件及び第２条件のいずれかを満たし、
前記第１条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも小さく、前記第３磁性層の第３磁気モーメントは、前記第４磁性層の第４磁気モーメントよりも小さく、
前記第２条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも大きく、前記第３磁性層の第３磁気モーメントは、前記第４磁性層の第４磁気モーメントよりも大きい、発振器。
（構成１７）
第１領域と、第１方向において前記第１領域と並ぶ第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域と、を含む第１導電体と、
前記第１方向と交差する第２方向において前記第３領域から離れた部分を含む第２導電体と、
前記第３領域と前記部分との間に設けられた第１積層部であって、
第１磁化を有する第１磁性層と、
前記第１磁性層と前記部分との間に設けられ第２磁化を有する第２磁性層と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１中間層と、
前記第２磁性層と前記部分との間に設けられ第３磁化を有する第３磁性層と、
前記第３磁性層と前記部分との間に設けられ第４磁化を有する第４磁性層と、
前記第３磁性層と前記第４磁性層との間に設けられた第２中間層と、
前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられた第３中間層と、
を含む前記第１積層部と、
前記第２導電体及び前記第１領域と電気的に接続された第３導電体と、
を備え、
第１状態において、前記第１〜第４磁化は、前記第１方向及び前記第２方向に対して垂直な第３方向に沿い、
前記第２磁化は、前記第１磁化とは逆向きの成分を有し、
前記第４磁化は、前記第３磁化とは逆向きの成分を有し、
前記第１領域から前記第２領域に向かって前記第１導電体に電流を流したときに前記第３領域と前記部分との間の空間に生じる電流磁場は、前記第３方向に沿う第１向きを有し、
前記第１状態において、前記第２磁化の前記第１向きの成分は、前記第２磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１状態において、前記第３磁化の前記第１向きの成分は、前記第３磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１導電体は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ及びＰｔの少なくともいずれかを含み、
前記第１積層部は、前記第１状態において、第１条件及び第２条件のいずれかを満たし、
前記第１条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも小さく、前記第３磁性層の第３磁気モーメントは、前記第４磁性層の第４磁気モーメントよりも小さく、
前記第２条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも大きく、前記第３磁性層の第３磁気モーメントは、前記第４磁性層の第４磁気モーメントよりも大きい、発振器。
（構成１８）
第１領域と、第１方向において前記第１領域と並ぶ第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域と、を含む第１導電体と、
前記第１方向と交差する第２方向において前記第３領域から離れた部分を含む第２導電体と、
前記第３領域と前記部分との間に設けられた第１積層部であって、
第１磁化を有する第１磁性層と、
前記第１磁性層と前記部分との間に設けられ第２磁化を有する第２磁性層と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１中間層と、
前記第２磁性層と前記部分との間に設けられ第３磁化を有する第３磁性層と、
前記第３磁性層と前記部分との間に設けられ第４磁化を有する第４磁性層と、
前記第３磁性層と前記第４磁性層との間に設けられた第２中間層と、
前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられた第３中間層と、
を含む前記第１積層部と、
前記第２導電体及び前記第１領域と電気的に接続された第３導電体と、
を備え、
前記第１導電体は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ及びＰｔの少なくともいずれかを含み、
第１状態において、前記第１〜第４磁化は、前記第１方向及び前記第２方向に対して垂直な第３方向に沿い、
前記第２磁化は、前記第１磁化とは逆向きの成分を有し、
前記第４磁化は、前記第３磁化とは逆向きの成分を有し、
前記第２領域から前記第１領域に向かって前記第１導電体に電流を流したときに前記第３領域と前記部分との間の空間に生じる電流磁場は、前記第３方向に沿う第１向きを有し、
前記第１状態において、前記第２磁化の前記第１向きの成分は、前記第２磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、前記第４磁化の前記第１向きの成分は、前記第４磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１積層部は、前記第１状態において、第１条件及び第２条件のいずれかを満たし、
前記第１条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも小さく、前記第３磁性層の第３磁気モーメントは、前記第４磁性層の第４磁気モーメントよりも大きく、
前記第２条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも大きく、前記第３磁性層の第３磁気モーメントは、前記第４磁性層の第４磁気モーメントよりも小さい、発振器。
（構成１９）
第１領域と、第１方向において前記第１領域と並ぶ第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域と、を含む第１導電体と、
前記第１方向と交差する第２方向において前記第３領域から離れた部分を含む第２導電体と、
前記第３領域と前記部分との間に設けられた第１積層部であって、
第１磁化を有する第１磁性層と、
前記第１磁性層と前記部分との間に設けられ第２磁化を有する第２磁性層と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１中間層と、
前記第２磁性層と前記部分との間に設けられ第３磁化を有する第３磁性層と、
前記第３磁性層と前記部分との間に設けられ第４磁化を有する第４磁性層と、
前記第３磁性層と前記第４磁性層との間に設けられた第２中間層と、
前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられた第３中間層と、
を含む前記第１積層部と、
前記第２導電体及び前記第１領域と電気的に接続された第３導電体と、
を備え、
前記第１導電体は、Ｔａ、Ｗ及びＲｅの少なくともいずれかを含み、
第１状態において、前記第１〜第４磁化は、前記第１方向及び前記第２方向に対して垂直な第３方向に沿い、
前記第２磁化は、前記第１磁化とは逆向きの成分を有し、
前記第４磁化は、前記第３磁化とは逆向きの成分を有し、
前記第２領域から前記第１領域に向かって前記第１導電体に電流を流したときに前記第３領域と前記部分との間の空間に生じる電流磁場は、前記第３方向に沿う第１向きを有し、
前記第１磁化の前記第１向きの成分は、前記第１磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、前記第３磁化の前記第１向きの成分は、前記第３磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
前記第１積層部は、前記第１状態において、第１条件及び第２条件のいずれかを満たし、
前記第１条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも小さく、前記第３磁性層の第３磁気モーメントは、前記第４磁性層の第４磁気モーメントよりも大きく、
前記第２条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも大きく、前記第３磁性層の第３磁気モーメントは、前記第４磁性層の第４磁気モーメントよりも小さい、発振器。
（構成２０）
前記第２磁化と、前記第３磁化と、の間の角度は、マイナス１０度以上プラス１０度以下、または、１７０度以上１９０度以下である、構成１〜１９のいずれか１つに記載の発振器。
（構成２１）
前記第３方向において前記第１導電体と並ぶ第４導電体であって、第４領域と、前記第１方向において前記第４領域と並ぶ第５領域と、前記第４領域と前記第５領域との間に設けられた第６領域と、を含む前記第４導電体と、
前記第６領域と、前記第２導電体の別の一部と、の間に設けられた第２積層部であって、
第５磁化を有する第５磁性層と、
前記第５磁性層と前記別の前記一部との間に設けられ第６磁化を有する第６磁性層と、
前記第５磁性層と前記第６磁性層との間に設けられた第４中間層と、
前記第６磁性層と前記別の前記一部との間に設けられ第７磁化を有する第７磁性層と、
前記第７磁性層と前記別の前記一部との間に設けられ第８磁化を有する第８磁性層と、
前記第７磁性層と前記第８磁性層との間に設けられた第５中間層と、
前記第６磁性層と前記第７磁性層との間に設けられた第６中間層と、
を含む前記第２積層部と、
前記第２導電体及び前記第４領域と電気的に接続された第５導電体と、
をさらに備え、
前記第１状態において、前記第５〜第８磁化は、前記第３方向に沿い、
前記第６磁化は、前記第５磁化とは逆向きの成分を有し、
前記第８磁化は、前記第７磁化とは逆向きの成分を有した、構成１〜２０のいずれか１つに記載の発振器。
（構成２２）
構成１〜２１のいずれか１つに記載された前記発振器と、
磁性素子部と、
を備え、
前記第３方向において、前記磁性素子部の少なくとも一部、及び、前記第１積層部の少なくとも一部は、互いに重なる、演算装置。
（構成２３）
構成１〜２１のいずれか１つに記載された前記発振器と、
前記発振器からの出力を受け取る機能部と、
を備えた電子機器。

実施形態によれば、発振を安定化できる発振器及び演算装置が提供できる。

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、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、発振器に含まれる導電体、積層部、積層体、磁性層、磁性部及び回路部、及び、演算装置に含まれる磁性素子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。

また、各具体例のいずれか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。

その他、本発明の実施の形態として上述した発振器及び演算装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての発振器及び演算装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、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。

１１〜１４…第１〜第４磁性層、 １１Ｂ〜１４Ｂ…第５〜第８磁性層、 １１Ｂｉ〜１３Ｂｉ…第４〜第６中間層、 １１ｉ〜１３ｉ…第１〜第３中間層、 １４Ｐ、１４ＰＢ…第２導電体側磁性層、 １８…外部磁場印加部、 １８ａ、１８ｂ…第１、第２外部磁場印加部、 ２１…第１導電体、 ２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｎ…導電体、 ２１Ｂａ〜２１Ｂｃ…第４〜第６領域、 ２１ａ〜２１ｃ…第１〜第３領域、 ２１ｓｐ…純スピン流、 ２１ｘ…第１導電体、 ２２…第２導電体、 ２２Ｒ…抵抗、 ２２ｐ…部分、 ２２ｑ…別の部分、 ２３…第３導電体、 ２３Ｂ、２３Ｃ、２１Ｎ…導電体、 ２３ｘ…第３導電体、 ２３Ｒ…抵抗部、 ４０…磁性部、 ４０ａ、４０ｂ…第１、第２磁性部分、 ５０ｘ…素子部、 ６０…電流源、 ６５…磁性素子部、 ６５ａ、６５ｂ…第１、第２磁性素子、 ７０…回路部、 θ…角度、 １１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１２〜１１４、１２１〜１２４、１３１〜１３４、１４１〜１４４、１５１…発振器、 ２１１…演算装置、 ２５０…機能部、 ３１１…電子機器、 Ｄ１…第１向き、 Ｈ２…磁場、 Ｈｅｘ…磁性部磁場、 Ｈｉ…電流磁場、 Ｉ１〜Ｉ３…第１〜第３電流、 Ｌ１、Ｌ２１、Ｌ３…長さ、 Ｍ１〜Ｍ４…第１〜第４磁化、 Ｍ６５…磁化、 ＭＢ１〜ＭＢ４…第５〜第８磁化、 ＭＴ１〜ＭＴ４…第１〜第４磁気モーメント、 Ｍａ１〜Ｍａ４、Ｍｄ１〜Ｍｄ４、Ｍｅ１〜Ｍｅ４…成分、 Ｎ２３…接続点、 Ｒ１、Ｒ２、Ｒｒｅｆ…抵抗、 ＳＢ１〜ＳＢ４…第１〜第４積層体、 ＳＴ１、ＳＴ２…第１、第２状態、 ＳＵ１…第１積層部、 ＳＵ２、ＳＵ３、ＳＵｎ、ＳＵｘ…積層部、 ＳＷ１…スイッチ、 Ｓｐ１…空間、 Ｖ１、Ｖ２…第１、第２電位、 Ｖｄｄ…定電圧源、 Ｗ２１…幅、 ｉＭＴＪ、ｉＲ１、ｉＲ２…電流、 ｍｘ、ｍｙ、ｍｚ…軸、 ｎ１、ｎｃ…ノード、 ｒ…抵抗、 ｔ…時間、 ｔ１〜ｔ４…第１〜第４時刻、 ｖｎ１、ｖｎｃ…電圧

Claims (8)

1. 第１領域と、第１方向において前記第１領域と並ぶ第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域と、を含む第１導電体と、
   前記第１方向と交差する第２方向において前記第３領域から離れた部分を含む第２導電体と、
   前記第３領域と前記部分との間に設けられた第１積層部であって、
   第１磁化を有する第１磁性層と、
   前記第１磁性層と前記部分との間に設けられ第２磁化を有する第２磁性層と、
   前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１中間層と、
   前記第２磁性層と前記部分との間に設けられ第３磁化を有する第３磁性層と、
   前記第３磁性層と前記部分との間に設けられ第４磁化を有する第４磁性層と、
   前記第３磁性層と前記第４磁性層との間に設けられた第２中間層と、
   前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられた第３中間層と、
   を含む前記第１積層部と、
   前記第２導電体及び前記第１領域と電気的に接続された第３導電体と、
   磁性部であって、前記第１方向及び前記第２方向と交差する方向において前記磁性部の少なくとも一部、及び、前記第１積層部の少なくとも一部は、互いに重なる、前記磁性部と、
   を備え、
   第１状態において、前記第１〜第４磁化は、前記第１方向及び前記第２方向に対して垂直な第３方向に沿い、
   前記第２磁化は、前記第１磁化とは逆向きの成分を有し、
   前記第４磁化は、前記第３磁化とは逆向きの成分を有し、
   前記第１領域から前記第２領域に向かって第１電流が流れ、前記第４磁性層から前記第１磁性層に向かって第２電流が流れ、前記第２導電体から前記第１領域に向かって前記第３導電体中を第３電流が流れる第２状態において、前記第２導電体及び前記第３導電体と接続された接続点から発振する信号が出力される、発振器。
2. 前記第１導電体は、Ｔａ、Ｗ及びＲｅの少なくともいずれかを含み、
   前記第１領域から前記第２領域に向かって前記第１導電体に電流を流したときに前記第３領域と前記部分との間の空間に生じる電流磁場は、前記第３方向に沿う第１向きを有し、
   前記第１状態において、前記第１磁化の前記第１向きの成分は、前記第１磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
   前記第１状態において、前記第４磁化の前記第１向きの成分は、前記第４磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
   前記第１積層部は、前記第１状態において、第１条件及び第２条件のいずれかを満たし、
   前記第１条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも小さく、前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第２磁化の向きを有し、
   前記第２条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも大きく、前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第１磁化の向きを有する、請求項１記載の発振器。
3. 前記第１導電体は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ及びＰｔの少なくともいずれかを含み、
   前記第１領域から前記第２領域に向かって前記第１導電体に電流を流したときに前記第３領域と前記部分との間の空間に生じる電流磁場は、前記第３方向に沿う第１向きを有し、
   前記第１状態において、前記第２磁化の前記第１向きの成分は、前記第２磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
   前記第１状態において、前記第３磁化の前記第１向きの成分は、前記第３磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
   前記第１積層部は、前記第１状態において、第１条件及び第２条件のいずれかを満たし、
   前記第１条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも小さく、前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第２磁化の向きを有し、
   前記第２条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも大きく、前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第１磁化の向きを有する、請求項１記載の発振器。
4. 第１領域と、第１方向において前記第１領域と並ぶ第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域と、を含む第１導電体と、
   前記第１方向と交差する第２方向において前記第３領域から離れた部分を含む第２導電体と、
   前記第３領域と前記部分との間に設けられた第１積層部であって、
   第１磁化を有する第１磁性層と、
   前記第１磁性層と前記部分との間に設けられ第２磁化を有する第２磁性層と、
   前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１中間層と、
   前記第２磁性層と前記部分との間に設けられ第３磁化を有する第３磁性層と、
   前記第３磁性層と前記部分との間に設けられ第４磁化を有する第４磁性層と、
   前記第３磁性層と前記第４磁性層との間に設けられた第２中間層と、
   前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられた第３中間層と、
   を含む前記第１積層部と、
   前記第２導電体及び前記第１領域と電気的に接続された第３導電体と、
   磁性部であって、前記第１方向及び前記第２方向と交差する方向において前記磁性部の少なくとも一部、及び、前記第１積層部の少なくとも一部は、互いに重なる、前記磁性部と、
   を備え、
   第１状態において、前記第１〜第４磁化は、前記第１方向及び前記第２方向に対して垂直な第３方向に沿い、
   前記第２磁化は、前記第１磁化とは逆向きの成分を有し、
   前記第４磁化は、前記第３磁化とは逆向きの成分を有し、
   前記第２領域から前記第１領域に向かって第１電流が流れ、前記第１磁性層から前記第４磁性層に向かって第２電流が流れ、前記第１領域から前記第２導電体に向かって前記第３導電体中を第３電流が流れる第２状態において、前記第２導電体及び前記第３導電体と接続された接続点から発振する信号が出力される、発振器。
5. 前記第２領域から前記第１領域に向かって前記第１導電体に電流を流したときに前記第３領域と前記部分との間の空間に生じる電流磁場は、前記第３方向に沿う第１向きを有し、
   前記第１状態において、前記第２磁化の前記第１向きの成分は、前記第２磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
   前記第１状態において、前記第４磁化の前記第１向きの成分は、前記第４磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
   前記第１導電体は、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ及びＰｔの少なくともいずれかを含み、
   前記第１積層部は、前記第１状態において、第１条件及び第２条件のいずれかを満たし、
   前記第１条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも小さく、前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第２磁化の向きを有し、
   前記第２条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも大きく、前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第１磁化の向きを有す、請求項４記載の発振器。
6. 前記第２領域から前記第１領域に向かって前記第１導電体に電流を流したときに前記第３領域と前記部分との間の空間に生じる電流磁場は、前記第３方向に沿う第１向きを有し、
   前記第１状態において、前記第１磁化の前記第１向きの成分は、前記第１磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
   前記第１状態において、前記第３磁化の前記第１向きの成分は、前記第３磁化の前記第１方向の成分よりも大きく、
   前記第１導電体は、Ｔａ、Ｗ及びＲｅの少なくともいずれかを含み、
   前記第１積層部は、前記第１状態において、第１条件及び第２条件のいずれかを満たし、
   前記第１条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも小さく、前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第２磁化の向きを有し、
   前記第２条件において、前記第１磁性層の第１磁気モーメントは、前記第２磁性層の第２磁気モーメントよりも大きく、前記磁性部から生じ前記空間における磁性部磁場は、前記第１磁化の向きを有す、請求項４記載の発振器。
7. 前記第３方向において前記第１導電体と並ぶ第４導電体であって、第４領域と、前記第１方向において前記第４領域と並ぶ第５領域と、前記第４領域と前記第５領域との間に設けられた第６領域と、を含む前記第４導電体と、
   前記第６領域と、前記第２導電体の別の一部と、の間に設けられた第２積層部であって、
   第５磁化を有する第５磁性層と、
   前記第５磁性層と前記別の前記一部との間に設けられ第６磁化を有する第６磁性層と、
   前記第５磁性層と前記第６磁性層との間に設けられた第４中間層と、
   前記第６磁性層と前記別の前記一部との間に設けられ第７磁化を有する第７磁性層と、
   前記第７磁性層と前記別の前記一部との間に設けられ第８磁化を有する第８磁性層と、
   前記第７磁性層と前記第８磁性層との間に設けられた第５中間層と、
   前記第６磁性層と前記第７磁性層との間に設けられた第６中間層と、
   を含む前記第２積層部と、
   前記第２導電体及び前記第４領域と電気的に接続された第５導電体と、
   をさらに備え、
   前記第１状態において、前記第５〜第８磁化は、前記第３方向に沿い、
   前記第６磁化は、前記第５磁化とは逆向きの成分を有し、
   前記第８磁化は、前記第７磁化とは逆向きの成分を有した、請求項１〜６のいずれか１つに記載の発振器。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載された前記発振器と、
   磁性素子部と、
   を備え、
   前記第３方向において、前記磁性素子部の少なくとも一部、及び、前記第１積層部の少なくとも一部は、互いに重なる、演算装置。

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