JP7174563B2

JP7174563B2 - 記録装置

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Publication number: JP7174563B2
Application number: JP2018149949A
Authority: JP
Inventors: 光伸奥田; 泰敬宮本; 真弓川那
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2038-08-09
Also published as: JP2020027802A

Description

本発明は、記録装置に関する。

近年、スピントランスファー効果による磁壁の電流駆動現象が注目されている（例えば非特許文献１参照）。非特許文献１に記載されたレーストラックメモリは、磁性細線を基板に対して垂直方向にも延伸させたＵ字型の３次元構造を持つメモリである。レーストラックメモリでは、磁性細線に直交するように配置された書き込みヘッド（記録素子）で磁性細線中に磁区を形成し、磁性細線にパルス電流を印加してその位置を動かしてデータを記録する。この書き込みヘッドは、書き込み電流が通電される配線からの漏れ磁場により、磁性細線に所定磁化方向のデータの書き込みを行っている。なお、レーストラックメモリでは、再生時には、読み出したいデータ（磁区）が、磁性細線に直交するように配置された読出しヘッド（再生素子）の直下に来るまで磁性細線にパルス電流を印加して磁区を移動させている。

このように書き込み電流が通電される配線からの漏れ磁場により磁性細線に所定磁化方向のデータを書き込む従来技術では、磁性細線のそれぞれに、記録素子および再生素子を１つずつ使用しているのが現状である。なお、特許文献１には、磁性細線に対して所定磁化方向のデータを書き込む原理が異なるものの、複数の磁性細線へ１つの書き込み磁性線でデータを書き込む技術が開示されている。

特開２０１５－６０９７１号公報

Parkin Stuart S. P.et al.," Magnetic Domain-Wall Racetrack Memory", Science, 11 Apr 2008, Vol. 320, Issue 5873, pp. 190-194

漏れ磁場により磁性細線に所定磁化方向のデータを書き込む従来技術では、磁性細線のそれぞれに記録素子が必要である。そのため、磁性細線の数が多くなるほど構造が複雑になり、加工にコストが掛かり、製造しにくいという問題があった。また、製造し易くするために記録素子を減らした場合、どのようにすれば１つの記録素子で複数の磁性細線に所望のデータを書き込むことができるのか明らかではなかった。さらに、特許文献１に開示された技術は、構造が複雑で製造しにくいという問題があった。そのため、従来の磁壁移動型デバイスには、改良の余地があった。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、製造し易く１つの記録素子で複数の磁性細線に所望のデータを書き込むことができる記録装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る記録装置は、データを導入する導入領域と前記導入領域に隣接したデータ領域とを長さ方向に有して平行に配置された複数の磁性細線と、前記複数の磁性細線のそれぞれの前記導入領域に直交するように配置された直線状の導体配線と、を備える磁壁移動型デバイスと、前記磁性細線にパルス電流を印加するパルス電流源と、入力された情報信号を分割し、前記導体配線に前記パルス電流を供給すると共に、前記パルス電流源から前記磁性細線への前記パルス電流の供給タイミングを制御する記録系制御部と、を備え、前記記録系制御部は、前記導体配線に第１方向の電流を流すことで発生する磁場により前記磁性細線のそれぞれの前記導入領域に第１磁化方向の磁区を形成する第１磁区形成処理と、所定の順序にしたがって前記第１磁化方向のデータを記録する対象の前記磁性細線に対して磁壁を駆動するための電流を流すことで当該磁性細線の前記導入領域に形成されている磁壁を駆動する第１磁壁駆動処理と、前記導体配線に前記第１方向とは逆方向である第２方向の電流を流すことで発生する磁場により前記磁性細線のそれぞれの前記導入領域に第２磁化方向の磁区を形成する第２磁区形成処理と、前記所定の順序にしたがって前記第２磁化方向のデータを記録する対象の前記磁性細線に対して磁壁を駆動するための電流を流すことで当該磁性細線の前記導入領域に形成されている磁壁を駆動する第２磁壁駆動処理と、を前記所定の順序にしたがって終了条件を満たすまで繰り返し実行する構成を備えている。

本発明によれば、製造し易く１つの記録素子で複数の磁性細線に所望のデータを書き込むことができる。

（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る磁壁移動型デバイスの模式図であって、（ｂ）は、磁化方向が下向きの磁区が形成された磁性細線の模式図である。磁化方向が上向きの磁区が形成された磁性細線の模式図である。（ａ）－（ｃ）は、それぞれ磁壁移動型デバイスのデータ記録方法の模式的な説明図（その１）である。（ａ）－（ｄ）は、それぞれ磁壁移動型デバイスのデータ記録方法の模式的な説明図（その２）である。（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る磁壁移動型デバイスの模式図であって、（ｂ）は、磁化方向が下向きの磁区が形成された磁性細線の模式図である。本発明の第３実施形態に係る磁壁移動型デバイスにおいて、磁化方向が下向きの磁区が形成された磁性細線の模式図である。磁壁移動型デバイスを適用した磁性細線メモリを示す模式図である。磁壁移動型デバイスを適用した空間光変調器を示す模式図である。

（第１実施形態）
［磁壁移動型デバイスの構造］
まず、磁壁移動型デバイスの構造について図１、図２および図３（ａ）を参照して説明する。磁壁移動型デバイス１は、図示しない基板上に、複数の磁性細線１０と、１つの導体配線２０と、を備えている。ここでは、磁壁移動型デバイス１は、複数の磁性細線１０として、３本の磁性細線１０ａ，１０ｂ，１０ｃを備えているが、個数は特に限定されない。なお、これらを区別しない場合には、単に磁性細線１０と表記する。

図１（ａ）では、磁性細線１０の長さ方向がｘ軸方向である。導体配線２０の長さ方向がｙ軸方向である。また、磁性細線１０および導体配線２０の厚み方向がｚ軸方向である。なお、磁性細線１０の幅方向がｙ軸方向であり、導体配線２０の幅方向がｘ軸方向である。
磁性細線１０は、導体配線２０の上（ｚ軸方向の正の向き）に設けられている。複数の磁性細線１０は、平行に配置されている。ｙ軸方向に隣り合う磁性細線１０は、微小距離だけ離間して配設されている。隣り合う磁性細線１０の間には絶縁層を設けてもよい。
導体配線２０は、各磁性細線１０に直交するように配置された直線状の配線である。導体配線２０は、通電によって発生する磁場により各磁性細線１０に磁区を形成する。

以下の説明では、ｙ軸方向における正の方向（第１方向）へ導体配線２０中を流れる電流が電流Ａ（図１（ｂ））であり、ｙ軸方向における負の方向（第２方向）へ導体配線２０中を流れる電流が電流Ｂ（図２）であるものとする。また、電流Ａを流すことで導体配線２０の周囲に発生する磁場が磁場Ａ（図１（ｂ））であり、電流Ｂを流すことで導体配線２０の周囲に発生する磁場が磁場Ｂ（図２）であるものとする。

磁性細線１０は、磁性体を厚さおよび幅に対して十分に長い細線状に形成してなる。磁性細線１０としては、磁化方向が膜厚方向（ｚ軸方向）に向き易い垂直磁化膜を採用することができる。垂直磁化膜は、垂直磁気異方性の磁気材料で形成される。このような材料としては、公知の強磁性材料を適用できる。具体的には、Ｃｏ等の遷移金属とＰｄ，Ｐｔ，Ｃｕとを繰り返し積層したＣｏ／Ｐｄ多層膜のような多層膜、またＴｂ－Ｆｅ－Ｃｏ，Ｇｄ－Ｆｅ等の希土類金属と遷移金属との合金（ＲＥ－ＴＭ合金）、Ｔｂ／Ｃｏなどの希土類多層膜が挙げられる。

これらの材料はスパッタリング法等の公知の方法により成膜され、フォトリソグラフィと、エッチングまたはリフトオフとにより、細線形状に成形されて磁性細線１０となる。本実施形態においては、磁性細線１０は垂直磁気異方性材料であるので、異なる２つの磁化方向とは、上向きまたは下向きのいずれかを指す。以下では、磁性細線１０中に形成される下向きの磁化方向を例えば第１磁化方向とも呼び、上向きの磁化方向を例えば第２磁化方向とも呼ぶ。また、下向きの磁化方向を例えばデータ「０」に対応付け、上向きの磁化方向を例えばデータ「１」に対応付けるようにしてもよい。

また、磁性細線１０は、長さ方向の両端部に図示しない電極を接続するための領域を備えている。これらの電極は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ等の金属やその合金のような一般的な電極用金属材料からなる。また、これら一対の電極は、例えば磁性細線１０の一端側の上面部と、他端側の下面部とに形成され、磁性細線１０中に形成される磁壁を駆動するための電流を流す導線１５にそれぞれ接続される。また、磁性細線１０には、磁区の境界である磁壁の位置制御のために適所に括れを形成しておいてもよい。

図３（ａ）に示すように、磁性細線１０は、長さ方向に、データを導入する導入領域１１と、導入領域１１に隣接したデータ領域１２と、を少なくとも備えている。図３（ａ）に示す例では、磁性細線１０の長さ方向がｘ軸方向である。この磁性細線１０において図中左側の一部の領域が導入領域１１として利用され、その右側の大部分の領域がデータ領域１２として利用される。導入領域１１とデータ領域１２は、磁性細線１０を形式的に区分するものであり、磁性細線１０は物理的には連続的に形成されている。導入領域１１は、データとして上向きまたは下向きの所望の磁化方向を書き込む領域である。データ領域１２は、データを記録するための記録領域である。磁性細線１０の導入領域１１には、上向きまたは下向きの磁化方向の磁区が形成され、磁性細線１０への通電により、この磁区が細線の長さ方向に移動してデータ領域１２に到達する。

導体配線２０は、ｙ軸方向に延設された直線状の配線である。図１（ａ）および図３（ａ）に示すように、導体配線２０は、導入領域１１で磁性細線１０に直交するように配置される。
導体配線２０の材料としては、一般的な電極材料を適用できる。具体的には、例えば、導電性のよいＣｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｔａ，Ｃｒ等の金属やその合金を挙げることができる。一例としては、導体配線２０の材料に、Ｃｕを用いることが好適である。
例えば特許文献１に記載された技術は、磁性体の相互作用に基づいて磁区を形成するため、磁性材料で構成された書き込み配線を用いている。これに対して、本実施形態の磁壁移動型デバイス１は、導体配線２０の材料を非磁性材料とすることで、磁性細線１０において磁壁を駆動するための電流（後記する電流Ｓ）を低減することができる。

導体配線２０の形成方法としては、例えばスパッタリング法等の公知の方法により電極材料を成膜し、フォトリソグラフィ工程と、エッチングまたはリフトオフ法等の工程とを用いることができる。導体配線２０の幅は、４０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることがより好ましい。導体配線２０の材料を非磁性材料とすることで、磁壁移動型デバイス１は、必ずしも真空装置等を用いた一貫したプロセスで製造する必要はない。よって、例えば磁性細線１０を真空装置等を用いて形成する工程とは別に導体配線２０を形成しておき、複数の磁性細線１０上に導体配線２０を後付けすることもできる。

導体配線２０と磁性細線１０との距離は、数十ｎｍ以下であることが好ましく、短ければ短いほど望ましい。導体配線２０に流れる電流をＩとし、導体配線２０からの距離をｒとすると、導体配線２０に電流を流したときに発生する磁界Ｈは、Ｈ＝Ｉ／（２πｒ）で与えられるため、距離ｒが近いほど、より小さな電流Ｉで磁区を形成することができる。

具体的には、磁性細線１０への磁区形成過程のマイクロマグネティックシミュレーションを行ったところ、距離ｒが５ｎｍのときに、磁性細線１０上に十分な長さの磁区が形成されることが確認できた。詳細には、このシミュレーションでは、簡単のため、１本の磁性細線１０に対して、下記の計算条件でＬＬＧ（Landau-Lifshitz-Gilbert）方程式を用いて計算した。なお、磁性細線１０上のメッシュサイズは４ｎｍとした。また、予め磁性細線１０の全体に第２磁化方向（上向き）の磁区を形成しておいた。その上で、図１（ｂ）に示すように、導体配線２０に電流Ａを流すことで発生する磁場Ａにより１本の磁性細線１０に第１磁化方向（下向き）の磁区を形成した。電流を印加して１［ｎｓ］後の磁化状態を計算したところ、ｚ軸方向に５ｎｍ離れた導体配線２０からの電流磁界によって導体配線２０から見てｘ軸における正の方向の側において、磁性細線１０上に２００ｎｍ以上に亘って下向き磁区が形成された。

［計算条件］
（磁性細線の構造）
長さ（ｘ軸方向）：１．６［μｍ］
幅（ｙ軸方向）：６０［ｎｍ］
膜厚（ｚ軸方向）：１２［ｎｍ］
（磁性細線の磁気特性）
飽和磁化Ｍｓ：０．２５［Ｔ］
異方性磁界Ｈ_ｋ：８．５［ｋＯｅ］
交換結合係数Ａ：１．２×１０^-11［Ｊ／ｍ］
（導体配線の構造）
長さ（ｙ軸方向）：１．４［μｍ］
幅（ｘ軸方向）：４０［ｎｍ］
膜厚（ｚ軸方向）：４０［ｎｍ］
導体配線と磁性細線との間の距離（ｚ軸方向）ｈ：５［ｎｍ］
導体配線への印加電流：０．５［Ａ］
また、１［Ｏｅ］＝１０³／（４π)［Ａ／ｍ］である。

図１（ａ）に示す例では、磁壁移動型デバイス１は、磁性細線１０と導体配線２０との間に絶縁層３０を備えている。絶縁層３０は、導体配線２０と磁性細線１０とを絶縁するものである。絶縁層３０は、導体配線２０上に形成されている。絶縁層３０の上には磁性細線１０が形成されている。絶縁層３０を形成する絶縁体は、一般的な絶縁体材料で構成されている。このような材料として、例えばＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃等の酸化膜や、Ｓｉ₃Ｎ₄やＭｇＦ₂等を挙げることができる。絶縁層３０は、図示しない基板上で安定に支持されていればその形状は図示した平板状に限定されない。導体配線２０との間に絶縁材料を充填したり、導体配線２０の周囲に絶縁材料を敷き詰めたりすることが好ましい。導体配線２０と磁性細線１０との間には、厚みが数ｎｍ以上の絶縁層３０が配置されることが望ましい。ただし、絶縁層３０が無い場合であっても、磁性細線１０の電気抵抗値が、導体配線２０の電気抵抗値に対して非常に大きい場合には問題ないと考えられる。

［磁壁移動型デバイスのデータ記録方法］
次に、磁壁移動型デバイス１のデータ記録方法の概要を説明する。
この磁壁移動型デバイス１におけるデータ記録方法は、複数の磁性細線１０のそれぞれに形成される磁壁を所定の順序にしたがって駆動することで磁壁移動型デバイス１の導入領域１１に書き込まれた所定の磁化方向のデータをデータ領域１２に記録するものである。すなわち、この方法では、いずれかの磁化データを磁性細線１０の導入領域１１に書き込むことで磁区を形成する工程と、磁性細線１０において導入領域１１に既に書き込まれているデータの磁区を駆動させて情報をデータ領域１２に移動させる工程とを有している。

磁性細線１０へデータを書き込むには、記録したい２値情報（０または１）に対応させて上向きまたは下向きの十分な強度の磁界を導体配線２０により発生させる。導体配線２０に電流を流すと、磁場が発生し、磁性細線１０上において、導体配線２０から僅かに離間した位置に磁壁が導入される。例えば導体配線２０から下向きの磁界を発生させた場合、磁性細線１０の導入領域１１が下向きに磁化され、１ビット分の情報が磁区として書き込まれる。また、この方法では、導体配線２０に交互に反対向きの電流を流すことで、連続的に下向きの磁化データと上向きの磁化データとを交互に磁性細線１０の導入領域１１に書き続ける。これにより、導入領域１１上のデータは上書きされ続ける。よって、磁性細線１０上において、磁壁をｘ軸方向における正の方向へ進め、情報が導入領域１１からデータ領域１２に移動することで、磁壁移動型デバイス１へのデータ記録が行われる。

次に磁壁移動型デバイス１のデータ記録方法の詳細について図１～図４を参照して説明する。データ記録方法は、第１磁区形成工程と、第１磁壁駆動工程と、第２磁区形成工程と、第２磁壁駆動工程と、を一連の工程として行う。
第１磁区形成工程は、図１（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、導体配線２０に第１方向の電流（電流Ａ）を流すことで発生する磁場Ａにより各磁性細線１０のそれぞれの導入領域１１に第１磁化方向（下向き）の磁区を形成する工程である。これにより、一度に複数の磁性細線１０に対して第１磁化方向（下向き）の磁区を形成できる。ここでは、図１（ｂ）および図３（ｂ）において、一例として下向きの磁化はドットで示されている。また、磁性細線１０に下向きの磁区を形成する前の初期状態では、図３（ａ）に示すように、磁性細線１０に磁区が形成されていないものとする。

第１磁壁駆動工程は、前記第１磁区形成工程に続けて行われる工程である。第１磁壁駆動工程は、図３（ｃ）に示すように、前記所定の順序にしたがって第１磁化方向のデータを記録する対象の磁性細線１０（図３（ｃ）では磁性細線１０ｂ）に対して磁壁を駆動するための電流（以下、電流Ｓという）を流すことで当該磁性細線１０ｂの導入領域１１に形成されている磁壁を駆動する工程である。図示しない電源からの電流Ｓは、導線１５と、磁性細線１０の両端部の一対の電極を介して磁性細線１０に流れる。

詳細には、磁性細線１０ｂの長さ方向にパルス電流（電流Ｓ）を印加すると、負の電荷を持った電子ｅ^－が図３において右へ移動し、当該磁性細線１０ｂに形成されている磁壁を駆動する。この磁壁電流駆動現象により、磁性細線１０ｂの導入領域１１に形成されていた下向き磁区を１ビット分の長さだけ図３において右方向へ高速に駆動（ビットシフト）させることができる。なお、図３ではビットシフトの向きを直感的に理解し易いように電子ｅ^－の移動方向を電流Ｓの向きとして図示しているが、パルス電流（電流Ｓ）は電子の移動方向とは逆向きに流す。また、磁壁駆動方向は、電子の移動方向に限定されるものではなく、磁性細線１０の磁性膜を構成する材料によっては、電子の移動方向とは逆方向（電流方向）に磁壁が駆動する場合がある。
この第１磁壁駆動工程では、磁性細線１０に流す電流Ｓに連動させて、導体配線２０に電流Ａを流し続けていることで発生する磁場Ａにより各磁性細線１０の導入領域１１に第１磁化方向（下向きの磁化）の磁区を形成し続けている。この第１磁壁駆動工程によって、磁性細線１０ｂのデータ領域１２には、下向き磁区が記録される。一方、磁性細線１０ａ，１０ｃのデータ領域１２には、まだ磁区が記録されていない。

第２磁区形成工程は、前記第１磁壁駆動工程に続けて行われる工程である。
第２磁区形成工程は、図２および図４（ａ）に示すように、導体配線２０に第１方向とは逆方向である第２方向の電流（電流Ｂ）を流すことで発生する磁場Ｂにより各磁性細線１０のそれぞれの導入領域１１に第２磁化方向（上向き）の磁区を形成する工程である。これにより、各磁性細線１０の導入領域１１上のデータは、第２磁化方向（上向き）の磁区に上書きされる。つまり、一度に複数の磁性細線１０に対して第２磁化方向（上向き）の磁区を形成できる。ここでは、図２および図４（ａ）において、一例として上向きの磁化はクロスハッチングで示されている。なお、このとき、各磁性細線１０のデータ領域１２上のデータには変化がない。

第２磁壁駆動工程は、前記第２磁区形成工程に続けて行われる工程である。第２磁壁駆動工程は、図４（ｂ）に示すように、前記所定の順序にしたがって第２磁化方向のデータを記録する対象の磁性細線１０（図４（ｂ）では磁性細線１０ａ，１０ｃ）に対して電流Ｓを流すことで当該磁性細線１０ａ，１０ｃの導入領域１１に形成されている磁壁を駆動する工程である。これにより、磁性細線１０ａ，１０ｃの導入領域１１に形成されていた上向き磁区を１ビット分の長さだけビットシフトさせることができる。この第２磁壁駆動工程では、磁性細線１０に流す電流Ｓに連動させて、導体配線２０に電流Ｂを流し続けていることで発生する磁場Ｂにより各磁性細線１０の導入領域１１に第２磁化方向（上向きの磁化）の磁区を形成し続けている。この第２磁壁駆動工程によって、磁性細線１０ａ，１０ｃのデータ領域１２には、上向き磁区が記録される。一方、磁性細線１０ｂのデータ領域１２上のデータには変化がない。

データ記録方法は、第１磁区形成工程と、第１磁壁駆動工程と、第２磁区形成工程と、第２磁壁駆動工程と、を前記所定の順序にしたがって終了条件を満たすまで繰り返し行う。よって、例えば終了条件が満たされていなければ、第２磁壁駆動工程に続けて、再び、第１磁区形成工程を行う。この場合、図４（ｃ）に示すように、各磁性細線１０の導入領域１１上のデータは、第１磁化方向（下向き）の磁区に上書きされる。なお、このとき、各磁性細線１０のデータ領域１２上のデータには変化がない。

さらに、この第１磁区形成工程に続けて、再び、第１磁壁駆動工程を行ったときの磁化状態を図４（ｄ）に示す。この第１磁壁駆動工程では、図４（ｄ）に示すように、前記所定の順序にしたがって第１磁化方向のデータを記録する対象の磁性細線１０（図４（ｄ）では磁性細線１０ａ，１０ｂ）に対して電流Ｓを流すことで当該磁性細線１０ａ，１０ｂの導入領域１１に形成されている磁壁を駆動する。この第１磁壁駆動工程では、磁性細線１０に流す電流Ｓに連動させて、導体配線２０に電流Ａを流し続けていることで発生する磁場Ａにより各磁性細線１０の導入領域１１に第１磁化方向（下向きの磁化）の磁区を形成し続けている。この第１磁壁駆動工程によって、磁性細線１０ａ，１０ｂの導入領域１１に形成されていた下向き磁区を１ビット分の長さだけビットシフトさせることができる。このとき、磁性細線１０ａのデータ領域１２に既に記録されていた１ビット分の情報（上向き磁区）は磁性細線１０ａ中を１ビット分の長さだけビットシフトする。また、磁性細線１０ｂのデータ領域１２に既に記録されていた１ビット分の情報（下向き磁区）は磁性細線１０ｂ中を１ビット分の長さだけビットシフトする。なお、磁性細線１０ｃのデータ領域１２上のデータには変化がない。

以後は同様に磁区形成およびビットシフトを繰り返すことによって、各磁性細線１０の長さ方向にシーケンシャルな磁区列のデータを蓄積することができる。磁性細線１０のデータ領域１２は、順次情報をデータ領域１２中にそのままの順番で蓄積することが可能なFirst-in-first-out型のメモリ構成である。上記のように、磁壁移動型デバイス１のデータ記録方法では、１本の記録素子（導体配線２０）に電流Ａと電流Ｂを交互に流すことによる複数の磁性細線１０への磁区形成と、磁性細線１０に個別に電流Ｓを流すことによる磁壁駆動（ビットシフト）とを組み合わせることで、例えば図４（ｄ）に示すように、磁性細線１０ａ，１０，１０ｃに個別に所望のデータ列を記録することができる。図４（ｄ）には、各磁性細線１０のデータ領域１２の磁化状態の一例が示されている。前記所定の順序は、どの磁性細線１０に、どのような順番で２値データを記録することを所望するのかによって決定すればよい。例えば、すべての磁性細線１０における理想的な最終記録状態から逆算して、各磁性細線１０に電流Ｓを流す順番を決定することで、効率的に書き込み動作を行うことが可能である。また、前記所定の順序における最後の書き込みがなされることで終了条件が満たされることになる。

なお、各磁性細線１０の初期状態では磁区が形成されていないものとして説明したが、これに限らない。例えば、磁性細線１０において、部分的に上向きの磁化と下向きの磁化とがランダムに配置された状態（ランダム磁化）であっても構わない。また、上記説明では、最初に第１磁区形成工程を行うものとしたが、所定の順序にしたがっていれば、最初に第２磁区形成工程を行ってもよいし、第１磁区形成工程と第２磁区形成工程の回数が異なっていてもよい。

（第２実施形態）
［磁壁移動型デバイスの構造］
次に、第２実施形態に係る磁壁移動型デバイスの構造について図５（ａ）を参照して説明する。図５（ａ）に示すように、第２実施形態に係る磁壁移動型デバイス１Ｂでは、磁性細線１０が、導体配線２０の上だけではなく、導体配線２０の下にも設けられている点が第１実施形態に係る磁壁移動型デバイス１と相違している。以下では、図１に示す磁壁移動型デバイス１と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。

磁壁移動型デバイス１Ｂは、複数の磁性細線１０ａ～１０ｆと、１つの導体配線２０と、を備えている。ここでは、磁壁移動型デバイス１Ｂは、複数の磁性細線１０として、６本の磁性細線１０ａ～１０ｆを備えているが、個数は特に限定されない。なお、これらを区別しない場合には、単に磁性細線１０と表記する。各磁性細線１０は、長さ方向に、データを導入する導入領域１１と、導入領域１１に隣接したデータ領域１２と、を有している（図３（ａ）参照）。導体配線２０は、直線状であり、各磁性細線１０ａ～１０ｆのそれぞれの導入領域１１に直交するように配置されている。

複数の磁性細線１０ａ～１０ｆは、導体配線２０の長さ方向（ｙ軸方向）に離間しつつ平行に配置されると共に、導体配線２０の厚み方向（ｚ軸方向）に離間しつつ平行に配列されている。図５（ａ）に示すように、磁壁移動型デバイス１Ｂは、導体配線２０の厚み方向（ｚ軸方向）において導体配線２０を挟んで２つの磁性細線１０が対向して配置されている。具体的には、磁性細線１０ａと磁性細線１０ｄとが対向して配置されている。また、磁性細線１０ｂと磁性細線１０ｅとが対向して配置されている。さらに、磁性細線１０ｃと磁性細線１０ｆとが対向して配置されている。

図５（ａ）に示す例では、磁壁移動型デバイス１Ｂは、磁性細線１０ｄ，１０ｅ，１０ｆと導体配線２０との間に絶縁層３０ａを備えている。また、磁壁移動型デバイス１Ｂは、磁性細線１０ａ，１０ｂ，１０ｃと導体配線２０との間に絶縁層３０ｂを備えている。絶縁層３０ａ，３０ｂを形成する絶縁体は、前記した一般的な絶縁体材料で構成されている。

絶縁層３０ｂは、導体配線２０上に形成されており、絶縁層３０ｂの上面３１ｂには磁性細線１０ａ，１０ｂ，１０ｃが形成されている。この例では、絶縁層３０ｂの上面３１ｂは、磁性細線１０の配置面である。また、絶縁層３０ａは、導体配線２０の下に形成されており、絶縁層３０ａの下面３１ａには磁性細線１０ｄ，１０ｅ，１０ｆが形成されている。この例では、絶縁層３０ａの下面３１ａも、磁性細線１０の配置面である。つまり、磁壁移動型デバイス１Ｂは、導体配線２０の上下に磁性細線１０の配置面を有している。

磁壁移動型デバイス１Ｂのデータ記録方法は、第１磁区形成工程と、第１磁壁駆動工程と、第２磁区形成工程と、第２磁壁駆動工程と、を所定の順序にしたがって終了条件を満たすまで繰り返し行う。例えば、第１磁区形成工程では、図５（ｂ）に示すように、導体配線２０に第１方向の電流（電流Ａ）を流すことで発生する磁場Ａにより各磁性細線１０ａ～１０ｆのそれぞれの導入領域１１に第１磁化方向（下向き）の磁区を形成する。他の工程も、磁壁移動型デバイス１のデータ記録方法と同様である（図３および図４参照）。よって、これ以上の説明を省略する。本実施形態によれば、第１実施形態に比べて、一度にデータを書き込むことができる磁性細線の本数を２倍に増加させることができる。

（第３実施形態）
［磁壁移動型デバイスの構造］
次に、第３実施形態に係る磁壁移動型デバイスの構造について図６を参照して説明する。以下では、図１に示す磁壁移動型デバイス１と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。第３実施形態に係る磁壁移動型デバイス１Ｃは、複数の磁性細線１０ａ～１０ｆと、１つの導体配線２０Ｃと、を備えている。ここでは、磁壁移動型デバイス１Ｃは、複数の磁性細線１０として、６本の磁性細線１０ａ～１０ｆを備えているが、個数は特に限定されない。なお、これらを区別しない場合には、単に磁性細線１０と表記する。各磁性細線１０は、長さ方向に、データを導入する導入領域１１と、導入領域１１に隣接したデータ領域１２と、を有している（図３（ａ）参照）。

導体配線２０Ｃは、直線状であり、各磁性細線１０ａ～１０ｆのそれぞれの導入領域１１に直交するように配置されている。ただし、導体配線２０Ｃは、各磁性細線１０の上下（ｚ軸方向）に配置されるのではなく、ｘ軸方向における各磁性細線１０の一端側（図６において左側）に配置されている。また、導体配線２０Ｃは、磁性細線１０の厚みの少なくとも数倍の厚みを有している。ここでは、導体配線２０Ｃは、厚み（ｚ軸方向の長さ）が幅（ｘ軸方向の長さ）よりも大きく形成されている。また、導体配線２０Ｃの長さ（ｙ軸方向の長さ）は、導体配線２０Ｃの厚みおよび幅に比べて十分大きく形成されている。

複数の磁性細線１０ａ～１０ｆは、導体配線２０の長さ方向（ｙ軸方向）に離間しつつ平行に配置されると共に、導体配線２０の厚み方向（ｚ軸方向）に離間しつつ平行に配列されている。図６に示すように、磁壁移動型デバイス１Ｃは、導体配線２０Ｃの幅方向（ｘ軸方向）における一方の側（図６における右側）において、すべての磁性細線１０ａ～１０ｆが配置されている

図６に示す例では、磁壁移動型デバイス１Ｃは、磁性細線１０ａ～１０ｆと導体配線２０Ｃとの間に絶縁層３０ｃを備えている。また、磁壁移動型デバイス１Ｃは、磁性細線１０の周囲に、絶縁層４０ａ，４０ｂ，４０ｃを備えている。絶縁層３０ｃ，４０ａ～４０ｃを形成する絶縁体は、前記した一般的な絶縁体材料で構成されている。

絶縁層３０ｃは、導体配線２０Ｃと磁性細線１０ａ～１０ｆとを絶縁するものであり、例えばｙｚ平面に平行に形成されている。
絶縁層４０ａは、例えばｘｙ平面に平行に形成されており、絶縁層４０ａの上面４１ａには磁性細線１０ｅ，１０ｆが互いに平行に配置されて形成されている。この例では、絶縁層４０ａの上面４１ａは、磁性細線１０ｅ，１０ｆの配置面である。
絶縁層４０ｂは、磁性細線１０ｅ，１０ｆの上に形成されており、絶縁層４０ｂの上面４１ｂには磁性細線１０ｃ，１０ｄが互いに平行に配置されて形成されている。この例では、絶縁層４０ｂの上面４１ｂは、磁性細線１０ｃ，１０ｄの配置面である。
絶縁層４０ｃは、磁性細線１０ｃ，１０ｄの上に形成されており、絶縁層４０ｃの上面４１ｃには磁性細線１０ａ，１０ｂが互いに平行に配置されて形成されている。この例では、絶縁層４０ｃの上面４１ｃは、磁性細線１０ａ，１０ｂの配置面である。
つまり、磁壁移動型デバイス１Ｃは、導体配線２０Ｃの側方に磁性細線１０の配置面を複数積層した構造を有している。

磁壁移動型デバイス１Ｃのデータ記録方法は、磁壁移動型デバイス１のデータ記録方法と同様に、第１磁区形成工程と、第１磁壁駆動工程と、第２磁区形成工程と、第２磁壁駆動工程と、を所定の順序にしたがって終了条件を満たすまで繰り返し行う。例えば、第１磁区形成工程では、図６に示すように、導体配線２０Ｃに第１方向の電流（電流Ａ）を流すことで発生する磁場Ａにより各磁性細線１０ａ～１０ｆのそれぞれの導入領域１１に第１磁化方向（下向き）の磁区を形成する。他の工程も、磁壁移動型デバイス１のデータ記録方法と同様である（図３および図４参照）。よって、これ以上の説明を省略する。
本実施形態によれば、第１実施形態に比べて、一度にデータを書き込むことができる磁性細線の本数を数倍に増加させることが可能である。なお、磁性細線１０の配置面の積層数は３層に限らず、数十層でも構わない。

前記実施形態に係る磁壁移動型デバイス１，１Ｂ，１Ｃは、複数の磁性細線１０と導体配線２０（２０Ｃ）との間に絶縁層３０（３０Ｃ）を備える形態で説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、平板状の絶縁層３０（３０Ｃ）を有する代わりに、導体配線２０（２０Ｃ）に絶縁被膜を設けることもできる。

［磁壁移動型デバイスの適用例］
（磁性細線メモリ）
磁壁移動型デバイス１は、例えば磁性細線メモリに適用することができる。図７に示す記録再生装置１００は、図示しない基板上に設けられた磁性細線メモリ１１０と、パルス電流源１２０と、を備え、磁性細線メモリ１１０への情報の記録処理や磁性細線メモリ１１０から情報を読み出す再生処理を行う。磁性細線メモリ１１０は、データの記録トラックとしての複数の磁性細線１０と、導体配線２０と、再生用の磁気ヘッド（再生ヘッド）５０と、を備えている。ここで、複数の磁性細線１０と、導体配線２０と、によって磁壁移動型デバイス１が構成されている。なお、図７では、絶縁層３０を省略している。

磁性細線メモリ１１０は、不図示の基板上に複数の磁性細線１０を備えている。ここで、磁性細線１０は、予め例えばランダム磁化にしておく。また、隣接する磁性細線１０は、互いに不図示の絶縁層を挟み、微小距離だけ離間して配設されている。各磁性細線１０は、導体配線２０とは反対側に所定距離だけ離れた所定位置に再生ヘッド５０を有している。再生ヘッド５０は、直下の磁区から生じた漏えい磁束の方向を検出し、磁化の向きに対応した信号を出力する。

各磁性細線１０は、パルス電流源１２０に接続されている。各磁性細線１０には、図７において右から左にパルス電流が流される。パルス電流を流す方向とは逆向き（図７において左から右）に電子が移動する。電子の移動方向と磁区Ｄの移動方向とは同じ向き（図７において左から右）である。これにより、磁区Ｄを再生ヘッド５０に対向する位置に高速でシフト移動させて読出しを行うように構成されている。なお、磁性細線１０の磁性膜を構成する材料によっては、電子の移動方向とは逆方向（電流方向）に磁壁が駆動する場合がある。

また、図７に示すように、記録再生装置１００は、記録系制御部１３０と、再生系制御部１４０と、を備える。記録系制御部１３０は、入力された情報信号を分割し、分割された単位情報を各磁性細線１０に記録するために、導体配線２０に電流を供給すると共に、パルス電流源１２０から各磁性細線１０へのパルス電流の供給タイミングを制御する。再生系制御部１４０は、各再生ヘッド５０で得られた情報信号を合成して信号を復元し、外部に出力する。

記録再生装置１００が、磁性細線メモリ１１０へデータを記録する手順は、図３および図４を参照して説明した記録手順と同様なので、ここでは説明を省略する。
なお、記録再生装置１００は、再生系制御部１４０を除く構成の記録装置１０１を備えている。すなわち、記録装置１０１は、磁性細線メモリ１１０と、パルス電流源１２０と、記録系制御部１３０と、を備え、磁性細線メモリ１１０への情報の記録処理を行うことができる。

記録再生装置１００が、磁性細線メモリ１１０に記録されている情報を再生するには、磁性細線１０に連続的にパルス電流を印加して、記録された磁区列を再生ヘッド５０の直下まで移動させる。これにより、再生ヘッド５０は直下の磁区から生じた漏えい磁束の方向を検出し、磁化の向きに対応した信号を出力する。以後は、同様にビットシフト（磁壁駆動）および再生ヘッド５０による磁区の検出を繰り返すことにより、元の２値情報を再生する。このような磁性細線１０を複数用意し、それらを同期させて駆動することで、磁性細線メモリ１１０は高速記録を実現する。

（空間光変調器）
磁壁移動型デバイス１は、例えば空間光変調器に適用することができる。図８は、磁壁移動型デバイス１を用いた空間光変調器２００の構成を示す説明図である。この空間光変調器２００は、不図示の基板上に導体配線２０と、絶縁層３０と、複数の磁性細線１０と、偏光フィルタ２０１，２０２と、を備えている。なお、複数の磁性細線１０と、導体配線２０と、絶縁層３０と、によって磁壁移動型デバイス１が構成されている。

空間光変調器２００では、複数の磁性細線１０にデータを記録するために、図７に示す記録装置１０１と同様の構成の記録装置を用いることができる。不図示の記録装置は、磁壁移動型デバイス１と、パルス電流源１２０と、記録系制御部１３０（図７参照）と、を備えている。
各磁性細線１０は、パルス電流源１２０に接続されている。磁性細線１０には、図８において右から左にパルス電流が流される。パルス電流を流す方向とは逆向き（図８において左から右）に電子が移動することで、磁壁が電子の移動方向に駆動する。なお、磁性細線１０の磁性膜を構成する材料によっては、電子の移動方向とは逆方向（電流方向）に磁壁が駆動する場合がある。
記録系制御部１３０は、空間光変調器２００で所定の明暗像を表示するためのデータを磁性細線１０に記録する処理を行う。なお、磁性細線１０へデータを記録する手順は、図３および図４を参照して説明した記録手順と同様なので、ここでは説明を省略する。

一例として図８に示すように磁性細線１０ｃに、長さ方向の右から順に、「下向き、下向き、下向き、上向き、上向き」のデータがそれぞれ記録されているものとする。この場合の空間光変調器２００の動作は次の通りである。例えばレーザー光源等の光源３００から空間光変調器２００に照射された光は、様々な偏光成分を含んでいるが偏光フィルタ２０１を透過して１つの偏光成分の光３０１となり、磁性細線１０ｃに入射する。磁性細線１０ｃで反射した光のうち、特定の偏光３０２は、偏光フィルタ２０２で遮光される。また、磁性細線１０ｃで反射した光のうち他の光３０３は、偏光フィルタ２０２を透過する。

詳細には、磁性細線１０ｃに入射した光３０１は、磁性細線１０ｃで反射したときに、その偏光の向きが、磁気光学効果により回転する（旋光する）。図８においては、磁性細線１０ｃの上向きの磁化方向を示す領域で反射した光３０３は、入射光３０１に比べて＋θ_Kだけ旋光する。また、磁性細線１０ｃの下向きの磁化方向を示す領域で反射した光３０２は、入射光３０１と比べて－θ_Kだけ旋光する。したがって、空間光変調器２００は、明暗像を表示することができる。

１、１Ｂ、１Ｃ磁壁移動型デバイス
１０、１０ａ～１０ｆ磁性細線
１１導入領域
１２データ領域
１５導線
２０、２０Ｃ導体配線
３０、３０Ｃ絶縁層
３１ａ下面
３１ｂ上面
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ絶縁層
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ上面
５０再生用の磁気ヘッド（再生ヘッド）
１００記録再生装置
１０１記録装置
１１０磁性細線メモリ
１２０パルス電流源
１３０記録系制御部
１４０再生系制御部
２００空間光変調器
２０１偏光フィルタ
２０２偏光フィルタ
３００光源
３０１入射光
３０２偏光
３０３反射光

Claims

データを導入する導入領域と前記導入領域に隣接したデータ領域とを長さ方向に有して平行に配置された複数の磁性細線と、前記複数の磁性細線のそれぞれの前記導入領域に直交するように配置された直線状の導体配線と、を備える磁壁移動型デバイスと、
前記磁性細線にパルス電流を印加するパルス電流源と、
入力された情報信号を分割し、前記導体配線に前記パルス電流を供給すると共に、前記パルス電流源から前記磁性細線への前記パルス電流の供給タイミングを制御する記録系制御部と、を備え、
前記記録系制御部は、
前記導体配線に第１方向の電流を流すことで発生する磁場により前記磁性細線のそれぞれの前記導入領域に第１磁化方向の磁区を形成する第１磁区形成処理と、
所定の順序にしたがって前記第１磁化方向のデータを記録する対象の前記磁性細線に対して磁壁を駆動するための電流を流すことで当該磁性細線の前記導入領域に形成されている磁壁を駆動する第１磁壁駆動処理と、
前記導体配線に前記第１方向とは逆方向である第２方向の電流を流すことで発生する磁場により前記磁性細線のそれぞれの前記導入領域に第２磁化方向の磁区を形成する第２磁区形成処理と、
前記所定の順序にしたがって前記第２磁化方向のデータを記録する対象の前記磁性細線に対して磁壁を駆動するための電流を流すことで当該磁性細線の前記導入領域に形成されている磁壁を駆動する第２磁壁駆動処理と、
を前記所定の順序にしたがって終了条件を満たすまで繰り返し実行する記録装置。
前記磁壁移動型デバイスは、
前記導体配線が、通電によって発生する磁場により前記複数の磁性細線のそれぞれの前記導入領域に磁区を形成し、
前記磁性細線が、当該磁性細線中に形成される磁壁を駆動するための電流を流す導線に接続される電極を長さ方向の両端部に有し、
複数の前記磁性細線が、前記導体配線の長さ方向に離間しつつ平行に配列されると共に、前記導体配線の厚み方向に離間しつつ平行に配列されている請求項１に記載の記録装置。
前記磁壁移動型デバイスは、
前記導体配線の厚み方向において前記導体配線を挟んで２つの前記磁性細線が対向して配置されている請求項２に記載の記録装置。
前記磁壁移動型デバイスは、
前記導体配線の幅方向における一方の側において、すべての前記磁性細線が配置されている請求項２に記載の記録装置。