JP7478623B2

JP7478623B2 - METHOD FOR CONTROLLING MAGNETIC NANOWIRES DEVICE AND MAGNETIC NANOWIRES DEVICE

Info

Publication number: JP7478623B2
Application number: JP2020140014A
Authority: JP
Inventors: 洋祐堀; 泰敬宮本; 紀彦石井
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2024-05-07
Anticipated expiration: 2040-08-21
Also published as: JP2022035581A

Description

本発明は、磁性細線デバイスの制御方法、および、磁性細線デバイスに係り、特に、電流磁界によって情報を磁区として記録する磁性細線デバイスの制御方法、および、磁性細線デバイスに関する。 The present invention relates to a method for controlling a magnetic nanowire device and a magnetic nanowire device, and in particular to a method for controlling a magnetic nanowire device that records information as magnetic domains using a current magnetic field, and a magnetic nanowire device.

従来、図１３（ａ）に示す磁性細線デバイス１０１のように、記録媒体としての磁性細線１１０と、この磁性細線１１０とは電気的に隔離された状態で磁性細線内部に磁区を形成する記録素子用導電層（導電線１２０）と、を持つデバイスが提案されている。磁性細線デバイス１０１は、導電線１２０が磁性細線１１０とねじれの位置となるように配置された構造を有する。ここでは、磁性細線デバイス１０１は１本の磁性細線１１０を備えることとした。導電線１２０と磁性細線１１０とは電気的に隔離される必要があるため、両者間に層間絶縁層１３０が挿入されている。 A conventional device has been proposed, such as the magnetic fine wire device 101 shown in FIG. 13(a), which has a magnetic fine wire 110 as a recording medium and a conductive layer for a recording element (conductive wire 120) that forms a magnetic domain inside the magnetic fine wire while being electrically isolated from the magnetic fine wire 110. The magnetic fine wire device 101 has a structure in which the conductive wire 120 is arranged so as to be in a twisted position with the magnetic fine wire 110. Here, the magnetic fine wire device 101 is provided with one magnetic fine wire 110. Since the conductive wire 120 and the magnetic fine wire 110 need to be electrically isolated, an interlayer insulating layer 130 is inserted between them.

図１３（ｂ）および図１３（ｃ）に示すように、導電線１２０に電流（以下、記録電流Ａという）を流すことにより、導電線１２０の周囲に電流磁界（以下、記録磁界Ｈという）が生成される。この記録磁界Ｈの強度が、垂直磁気異方性を持つ磁性細線１１０の異方性磁界の強度よりも大きくなると、磁性細線１１０上に例えば上向きの磁区Ｄを形成（磁区記録）することができる。
以下では、磁性細線デバイス１０１を多数個作ったときに、１つ１つの磁性細線デバイス１０１を単に素子と呼ぶ。多数個の中には、絶縁性等の品質の良い素子もあれば、品質の悪い素子もある。 13B and 13C, by passing a current (hereinafter referred to as a recording current A) through the conductive wire 120, a current magnetic field (hereinafter referred to as a recording magnetic field H) is generated around the conductive wire 120. When the strength of this recording magnetic field H becomes greater than the strength of the anisotropic magnetic field of the magnetic nanowire 110 having perpendicular magnetic anisotropy, for example, an upward magnetic domain D can be formed (magnetic domain recording) on the magnetic nanowire 110.
In the following, when a large number of magnetic nanowire devices 101 are produced, each of the magnetic nanowire devices 101 is simply called an element. Among the large number of magnetic nanowire devices 101, some have good quality such as insulation, while others have poor quality.

図１４および図１５は、磁性細線デバイス１０１を動作させるときの模式図である。磁性細線デバイス１０１は、記録電源４０と、第１駆動電源５１と、第２駆動電源５２と、をさらに備えている。記録電源４０の端子４０ａは、導電線１２０の一端１２１に接続されている。導電線１２０の他端１２２は、接地されている。第１駆動電源５１の端子５１ａは、磁性細線１１０の一端（左端）に接続されている。磁性細線１１０の他端（右端）は、第２駆動電源５２の端子５２ａに接続されている。符号４０ｂ，５１ｂ，５２ｂは接地端子であり、符号４０ｃ，５１ｃ，５２ｃは操作表示部である。記録電源４０が導電線１２０に電圧を印加することで、導電線１２０に記録電流Ａが流れ、磁性細線１１０に磁区を形成することができる。第１駆動電源５１が磁性細線１１０に正の電圧を印加すると、磁性細線１１０に流れる電流によって磁区を右へ駆動させることができる。第２駆動電源５２が磁性細線１１０に正の電圧を印加すると、磁性細線１１０に流れる電流によって磁区を左へ駆動させることができる。 14 and 15 are schematic diagrams of the magnetic fine wire device 101 when it is operated. The magnetic fine wire device 101 further includes a recording power supply 40, a first driving power supply 51, and a second driving power supply 52. The terminal 40a of the recording power supply 40 is connected to one end 121 of the conductive wire 120. The other end 122 of the conductive wire 120 is grounded. The terminal 51a of the first driving power supply 51 is connected to one end (left end) of the magnetic fine wire 110. The other end (right end) of the magnetic fine wire 110 is connected to a terminal 52a of the second driving power supply 52. References 40b, 51b, and 52b are ground terminals, and references 40c, 51c, and 52c are operation display units. When the recording power supply 40 applies a voltage to the conductive wire 120, a recording current A flows through the conductive wire 120, and a magnetic domain can be formed in the magnetic fine wire 110. When the first drive power supply 51 applies a positive voltage to the magnetic nanowire 110, the magnetic domain can be driven to the right by the current flowing through the magnetic nanowire 110. When the second drive power supply 52 applies a positive voltage to the magnetic nanowire 110, the magnetic domain can be driven to the left by the current flowing through the magnetic nanowire 110.

なお、従来、磁性細線に直交するように設けられた導電性の金属配線を記録素子として用いる方法は広く実施されている（例えば非特許文献１参照）。ただし、記録素子としての１本の導電線１２０に電流を流すことで発生する磁界では、磁性細線１１０の長手方向に微小な磁区を形成することが難しく、磁区の形状も揺らいでしまう。そこで、非特許文献２に開示された手法では、記録素子としての導電線が磁性細線上を往路と復路の２回跨ぐ構造を有し、２本の記録素子の合成磁界によって、２本の記録素子に挟まれた微小な磁性細線領域に磁区を形成するように改善している。 Conventionally, a method of using conductive metal wiring arranged perpendicular to the magnetic nanowire as a recording element has been widely implemented (see, for example, Non-Patent Document 1). However, the magnetic field generated by passing a current through one conductive wire 120 as a recording element makes it difficult to form minute magnetic domains in the longitudinal direction of the magnetic nanowire 110, and the shape of the magnetic domains also fluctuates. Therefore, the method disclosed in Non-Patent Document 2 has a structure in which the conductive wire as a recording element crosses the magnetic nanowire twice, in the outward and return directions, and is improved so that the composite magnetic field of the two recording elements forms magnetic domains in the minute magnetic nanowire region sandwiched between the two recording elements.

近藤剛、外７名、「Co/Ni細線内磁壁位置制御技術と磁気シフトレジスタへの応用」、電子情報通信学会技術研究報告、2017年10月12日、vol. 117、no.24、p.13-16Kondo, Takeshi, and seven others, "Controlling the position of magnetic domain walls in Co/Ni nanowires and its application to magnetic shift registers," Technical Report of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, October 12, 2017, vol. 117, no. 24, pp. 13-16 川那真弓、外３名、「様々な記録素子形状における磁性細線中への磁区形成シミュレーション」、日本磁気学会学術講演概要集、2018年8月28日、第42巻、P.109Mayumi Kawana and 3 others, "Simulation of magnetic domain formation in magnetic nanowires with various recording element shapes," Abstracts of the Academic Lectures of the Magnetic Society of Japan, August 28, 2018, Vol. 42, p. 109

磁性細線デバイス１０１において、層間絶縁層１３０は磁性細線１１０と導電線１２０との絶縁性を担保する必要性があるが、層間絶縁層１３０を必要以上に厚くし過ぎると、磁性細線１１０と導電線１２０との間の距離が大きくなることで、磁性細線１１０上に印加される記録磁界Ｈが弱くなってしまう。その結果、記録電流Ａの電流値を増大させる必要が生じたり、ひいては大電流を導電線１２０へ流すことによる素子の破壊の原因となる。そのため、層間絶縁層３０の膜厚は薄い方が望ましい。しかし、層間絶縁層１３０を薄くすることにより、図１４および図１５に示す磁区記録時に記録電流Ａの一部が磁性細線１１０へリーク電流として流出する。このリーク電流は、磁区記録時に磁性細線１０上にすでに形成されている磁区を意図せず駆動させる原因となる。つまり、磁区記録と磁区駆動とが同時に起こるため、磁区記録時に形成される磁区が、磁区駆動の影響で広がってしまい、最小ビット長を、予め設定された値よりも大きくする虞がある。 In the magnetic nanowire device 101, the interlayer insulating layer 130 is required to ensure the insulation between the magnetic nanowire 110 and the conductive wire 120. However, if the interlayer insulating layer 130 is made thicker than necessary, the distance between the magnetic nanowire 110 and the conductive wire 120 will increase, and the recording magnetic field H applied to the magnetic nanowire 110 will be weakened. As a result, it becomes necessary to increase the current value of the recording current A, and even more so, causing a large current to flow through the conductive wire 120, which may cause the element to be destroyed. Therefore, it is desirable for the interlayer insulating layer 30 to have a thin film thickness. However, by making the interlayer insulating layer 130 thin, part of the recording current A flows out as a leak current to the magnetic nanowire 110 during magnetic domain recording as shown in FIG. 14 and FIG. 15. This leak current causes the magnetic domain already formed on the magnetic nanowire 10 to be unintentionally driven during magnetic domain recording. In other words, because magnetic domain recording and magnetic domain driving occur simultaneously, the magnetic domains formed during magnetic domain recording may expand due to the influence of magnetic domain driving, which may cause the minimum bit length to become larger than the preset value.

また、製造された多数個の磁性細線デバイス１０１の中には、磁性細線１１０と導電線１２０との間の層間絶縁層１３０の膜の不良や、素子の製造における歩留まりから、十分な絶縁性が確保できなかったために、相対的にリーク電流の大きな素子が含まれることがある。そのようなリーク電流の大きな素子においては、リーク電流に伴うジュール熱によって、磁性細線１１０中にこれから記録する磁区や、すでに形成されている磁区がバラバラに破壊されるため、磁区記録自体が困難となる。 In addition, among the many magnetic nanowire devices 101 manufactured, some elements have relatively large leakage currents because sufficient insulation could not be ensured due to defects in the interlayer insulating layer 130 between the magnetic nanowire 110 and the conductive wire 120, or because of the yield in the manufacturing of the elements. In such elements with large leakage currents, the Joule heat associated with the leakage current destroys the magnetic domains that are about to be recorded in the magnetic nanowire 110 and the magnetic domains that have already been formed, making magnetic domain recording itself difficult.

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、リーク電流を抑制し、デバイスとしての動作を実現することができる磁性細線デバイスの制御方法、および、磁性細線デバイスを提供することを課題とする。 The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a method for controlling a magnetic nanowire device that can suppress leakage current and operate as a device, and a magnetic nanowire device.

前記課題を解決するために、本発明に係る磁性細線デバイスの制御方法は、細線状の磁性体である磁性細線と、前記磁性細線に層間絶縁層を介して配置されて電流磁界によって前記磁性細線に情報を磁区として記録する導電線と、を備える磁性細線デバイスの制御方法であって、前記導電線に電気的に接続された記録電源によって、前記磁区に対応する前記情報の記録に要する所定の記録期間に、前記導電線に記録電圧を印加する工程と、前記磁性細線の長手方向の一端に電気的に接続された第１駆動電源によって、前記記録期間の少なくとも一部を含む第１期間に、前記磁性細線に前記記録電圧よりも小さな第１バイアス電圧を印加する工程と、前記磁性細線の長手方向の他端に電気的に接続された第２駆動電源によって、前記記録期間の少なくとも一部を含む第２期間に、前記磁性細線に前記記録電圧よりも小さな第２バイアス電圧を印加する工程と、を含むこととした。 In order to solve the above problem, the method for controlling a magnetic nanowire device according to the present invention is a method for controlling a magnetic nanowire device including a magnetic nanowire, which is a thin magnetic body, and a conductive wire, which is disposed on the magnetic nanowire via an interlayer insulating layer and records information on the magnetic nanowire as a magnetic domain by a current magnetic field, and includes the steps of: applying a recording voltage to the conductive wire by a recording power source electrically connected to the conductive wire during a predetermined recording period required to record the information corresponding to the magnetic domain; applying a first bias voltage smaller than the recording voltage to the magnetic nanowire by a first driving power source electrically connected to one end of the magnetic nanowire in the longitudinal direction, during a first period including at least a part of the recording period; and applying a second bias voltage smaller than the recording voltage to the magnetic nanowire by a second driving power source electrically connected to the other end of the magnetic nanowire in the longitudinal direction, during a second period including at least a part of the recording period.

また、本発明に係る磁性細線デバイスは、細線状の磁性体である磁性細線と、前記磁性細線に層間絶縁層を介して配置されて電流磁界によって前記磁性細線に情報を磁区として記録する導電線と、前記磁区に対応する前記情報の記録に要する所定の記録期間に前記導電線に記録電圧を印加する記録電源と、前記記録期間の少なくとも一部を含む第１期間に、前記磁性細線に前記記録電圧よりも小さな第１バイアス電圧を前記磁性細線の長手の第１方向に印加する第１駆動電源と、前記記録期間の少なくとも一部を含む第２期間に、前記磁性細線に前記記録電圧よりも小さな第２バイアス電圧を前記磁性細線の長手の前記第１方向とは反対向きの第２方向に印加する第２駆動電源と、を備える構成とした。 The magnetic nanowire device according to the present invention is configured to include a magnetic nanowire that is a thin magnetic body, a conductive wire that is disposed on the magnetic nanowire via an interlayer insulating layer and records information on the magnetic nanowire as a magnetic domain by a current magnetic field, a recording power supply that applies a recording voltage to the conductive wire during a predetermined recording period required to record the information corresponding to the magnetic domain, a first driving power supply that applies a first bias voltage smaller than the recording voltage to the magnetic nanowire in a first direction of the length of the magnetic nanowire during a first period including at least a part of the recording period, and a second driving power supply that applies a second bias voltage smaller than the recording voltage to the magnetic nanowire in a second direction opposite to the first direction of the length of the magnetic nanowire during a second period including at least a part of the recording period.

本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
磁性細線デバイスの制御方法によれば、磁性細線デバイスにおける導電線から磁性細線へのリーク電流を抑制し、デバイスとしての動作を実現することができる。また、磁性細線デバイスによれば、リーク電流を抑制し、デバイスとしての動作を実現することができる。さらに、リーク電流が大きな素子として従来技術では使用に供されないデバイスであってもリーク電流を抑制して活用できる可能を高めることができる。したがって、歩留まりを向上させることができる。 The present invention provides the following excellent effects.
According to the method for controlling a magnetic nanowire device, leakage current from a conductive wire to a magnetic nanowire in a magnetic nanowire device can be suppressed, and operation as a device can be realized. Also, according to a magnetic nanowire device, leakage current can be suppressed and operation as a device can be realized. Furthermore, even devices that would not be used in conventional technology as elements with large leakage current can be made more likely to be utilized by suppressing leakage current. Therefore, yield can be improved.

本発明の実施形態に係る磁性細線デバイスの模式図である。1 is a schematic diagram of a magnetic nanowire device according to an embodiment of the present invention. 図１の磁性細線デバイスを導電線の軸方向から視た模式図である。2 is a schematic diagram of the magnetic nanowire device of FIG. 1 as viewed from the axial direction of the conductive wires. 図１の磁性細線デバイスに磁区を記録するときに印加される電圧のタイミングチャートであり、（ａ）は記録電源、（ｂ）は第１駆動電源、（ｃ）は第２駆動電源をそれぞれ示している。2 is a timing chart of voltages applied when recording a magnetic domain in the magnetic nanowire device of FIG. 1, in which (a) shows a recording power supply, (b) shows a first driving power supply, and (c) shows a second driving power supply. 比較例に係る磁性細線デバイスの導電線に流れた記録電流の時間変化を示すグラフである。13 is a graph showing the change over time of a recording current flowing through a conductive wire of a magnetic nanowire device according to a comparative example. 比較例に係る磁性細線デバイスの磁性細線に流れたリーク電流の時間変化を示すグラフである。11 is a graph showing the change over time of leakage current flowing through a magnetic nanowire in a magnetic nanowire device according to a comparative example. 実施例に係る磁性細線デバイスの導電線に印加したパルス電圧と磁性細線に印加したバイアスパルス電圧の時間変化を示すグラフである。11 is a graph showing the change over time in a pulse voltage applied to a conductive wire of a magnetic nanowire device according to an example and a bias pulse voltage applied to the magnetic nanowire. 実施例に係る磁性細線デバイスの導電線に流れた記録電流の時間変化を示すグラフである。11 is a graph showing the change over time of a recording current flowing through a conductive wire of a magnetic nanowire device according to an example. 実施例に係る磁性細線デバイスの磁性細線に流れたリーク電流の時間変化を示すグラフである。11 is a graph showing the change over time of leakage current flowing through a magnetic nanowire in a magnetic nanowire device according to an example. 実施例に係る磁性細線デバイスの磁性細線に上向き磁区と下向き磁区とを交互に形成したときの磁気光学顕微鏡による観察像である。13 is an image observed by a magneto-optical microscope when upward magnetic domains and downward magnetic domains are alternately formed in the magnetic nanowire of the magnetic nanowire device according to the example. 図９のように上向き磁区と下向き磁区とを交互に記録するときに印加される電圧のタイミングチャートの一例であり、（ａ）は記録電源、（ｂ）は第１駆動電源、（ｃ）は第２駆動電源をそれぞれ示している。FIG. 10 is an example of a timing chart of voltages applied when recording upward magnetic domains and downward magnetic domains alternately as in FIG. 9, in which (a) shows the recording power supply, (b) shows the first driving power supply, and (c) shows the second driving power supply. 図９のように上向き磁区と下向き磁区とを交互に記録するときに印加される電圧のタイミングチャートの他の例であり、（ａ）は記録電源、（ｂ）は第１駆動電源、（ｃ）は第２駆動電源をそれぞれ示している。FIG. 10 is another example of a timing chart of voltages applied when recording upward magnetic domains and downward magnetic domains alternately as in FIG. 9, in which (a) shows the recording power supply, (b) shows the first driving power supply, and (c) shows the second driving power supply. 本発明の実施形態に係る磁性細線デバイスの変形例の模式図である。11 is a schematic diagram of a modified example of a magnetic nanowire device according to an embodiment of the present invention. FIG. 従来の磁性細線デバイスの素子の模式図であって、（ａ）は導電線が磁性細線とねじれの位置に配置された様子、（ｂ）は導電線に流す電流の向き、（ｃ）は導電線の軸方向から視た様子をそれぞれ示している。These are schematic diagrams of elements of a conventional magnetic nanowire device, in which (a) shows the conductive wire arranged in a twisted position with respect to the magnetic nanowire, (b) shows the direction of current flowing through the conductive wire, and (c) shows the appearance as viewed from the axial direction of the conductive wire. 従来の磁性細線デバイスを動作させるときの模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a conventional magnetic nanowire device in operation. 図１４の磁性細線デバイスを導電線の軸方向から視た模式図である。15 is a schematic diagram of the magnetic fine wire device of FIG. 14 viewed from the axial direction of the conductive wire. 比較例に係る磁性細線デバイスにリーク電流が発生した後の磁気力顕微鏡による観察画像である。13 is an image observed by a magnetic force microscope after a leakage current occurs in the magnetic nanowire device according to the comparative example.

まず、磁性細線デバイスの概要について図１および図２を参照して説明する。本実施形態では、磁性細線デバイス１は、メモリであるものとして説明する。磁性細線デバイス１は、磁性細線１０と、導電線２０と、層間絶縁層３０と、記録電源４０と、第１駆動電源５１と、第２駆動電源５２と、を備えている。磁性細線１０は、細線状の磁性体である。導電線２０は、磁性細線１０に層間絶縁層３０を介して配置されて電流磁界によって磁性細線１０に情報を磁区Ｄとして記録するものである。記録電源４０は、磁区Ｄに対応する情報の記録に要する所定の記録期間に導電線２０に記録電圧を印加するものである。第１駆動電源５１は、記録期間の少なくとも一部を含む第１期間に、磁性細線１０に記録電圧よりも小さな第１バイアス電圧を磁性細線１０の長手の第１方向に印加するものである。第２駆動電源５２は、記録期間の少なくとも一部を含む第２期間に、磁性細線１０に記録電圧よりも小さな第２バイアス電圧を磁性細線１０の長手の第１方向とは反対向きの第２方向に印加するものである。 First, an overview of the magnetic fine wire device will be described with reference to FIG. 1 and FIG. 2. In this embodiment, the magnetic fine wire device 1 will be described as a memory. The magnetic fine wire device 1 includes a magnetic fine wire 10, a conductive wire 20, an interlayer insulating layer 30, a recording power supply 40, a first driving power supply 51, and a second driving power supply 52. The magnetic fine wire 10 is a fine-line magnetic body. The conductive wire 20 is disposed on the magnetic fine wire 10 via the interlayer insulating layer 30 and records information in the magnetic fine wire 10 as a magnetic domain D by a current magnetic field. The recording power supply 40 applies a recording voltage to the conductive wire 20 during a predetermined recording period required to record information corresponding to the magnetic domain D. The first driving power supply 51 applies a first bias voltage smaller than the recording voltage to the magnetic fine wire 10 in a first direction along the length of the magnetic fine wire 10 during a first period including at least a part of the recording period. The second driving power supply 52 applies a second bias voltage smaller than the recording voltage to the magnetic nanowire 10 in a second direction opposite to the first longitudinal direction of the magnetic nanowire 10 during a second period that includes at least a portion of the recording period.

次に、磁性細線デバイス１の各部の詳細な構成について更に説明する。
本実施形態では、磁性細線デバイス１は、一例として、１本の磁性細線１０と、２本の記録素子を持つこととした。磁性細線デバイス１は、磁性細線１０上に層間絶縁層３０を介して、磁性細線１０に対してねじれの位置に導電線２０が形成されている。 Next, the detailed configuration of each part of the magnetic nanowire device 1 will be further described.
In this embodiment, the magnetic nanowire device 1 has, as an example, one magnetic nanowire 10 and two recording elements. In the magnetic nanowire device 1, a conductive wire 20 is formed on the magnetic nanowire 10 via an interlayer insulating layer 30 at a twisted position relative to the magnetic nanowire 10.

磁性細線１０は、薄膜であって、しかも長さに対して厚さおよび幅が小さい細線状に形成されている。磁性細線１０の厚さは例えば１０ｎｍ～２μｍ、幅は例えば２０ｎｍ～１００μｍ、長さは例えば１００ｎｍ～５００μｍとすることができる。なお、後記する実施例では磁性細線１０の膜厚は例えば数ｎｍオーダーであるものとする。磁性細線１０は、電子線描画もしくはフォトリソグラフィ工程およびエッチングまたはリフトオフにより、前記形状に成形される。磁性細線１０を記録媒体として利用し、高密度に情報を記録するためには、磁性細線１０の材料として、垂直磁気異方性を持つ磁性材料を用いることが好ましい。そのような材料としては、例えばＣｏ－Ｔｂ，Ｃｏ－Ｐｄ，Ｃｏ－Ｃｒ，Ｃｏ－Ｐｔ，Ｃｏ－Ｃｒ－Ｐｔ等の合金や、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）が挙げられる。 The magnetic nanowire 10 is a thin film, and is formed in a fine wire shape with a small thickness and width relative to its length. The thickness of the magnetic nanowire 10 can be, for example, 10 nm to 2 μm, the width, for example, 20 nm to 100 μm, and the length, for example, 100 nm to 500 μm. In the embodiment described below, the film thickness of the magnetic nanowire 10 is, for example, on the order of several nm. The magnetic nanowire 10 is formed into the above shape by electron beam drawing or photolithography process and etching or lift-off. In order to use the magnetic nanowire 10 as a recording medium and record information at high density, it is preferable to use a magnetic material with perpendicular magnetic anisotropy as the material of the magnetic nanowire 10. Examples of such materials include alloys such as Co-Tb, Co-Pd, Co-Cr, Co-Pt, and Co-Cr-Pt, and alloys of rare earth metals and transition metals such as Tb-Fe-Co and Gd-Fe (RE-TM alloys).

導電線２０は、磁性細線１０とは電気的に隔離された状態で磁性細線内部に磁区を形成する記録素子用導電層である。導電線２０は、磁性細線１０とねじれの位置に、磁性細線１０を例えば２回またぐようにパターンとして形成されている。導電線２０の厚さ、幅、長さ等の範囲は、概ね磁性細線１０の厚さ、幅、長さ等の範囲と同様にすることができる。なお、後記する実施例では導電線２０の膜厚は、例えば１００ｎｍオーダーであるものとする。 The conductive wire 20 is a conductive layer for a recording element that forms a magnetic domain inside the magnetic wire 10 while being electrically isolated from the magnetic wire 10. The conductive wire 20 is formed in a pattern at a position where it is twisted with the magnetic wire 10, so that it straddles the magnetic wire 10, for example, twice. The ranges of thickness, width, length, etc. of the conductive wire 20 can be roughly the same as the ranges of thickness, width, length, etc. of the magnetic wire 10. Note that in the embodiment described below, the film thickness of the conductive wire 20 is, for example, on the order of 100 nm.

導電線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，Ｃｏ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、導電線２０の材料に、Ａｕを用いることが好適である。導電線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、電子線描画もしくは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で例えば図１に示す形状の導電線２０を形成できる。 A typical electrode material can be used as the material for the conductive wire 20. Specifically, examples of the material include metals such as Cu, Al, Au, Ag, Ta, Cr, and Co, which have good electrical conductivity, and alloys thereof. As an example, it is preferable to use Au as the material for the conductive wire 20. The conductive wire 20 can be formed by forming a film of an electrode material using a known method such as sputtering, and then using an electron beam drawing or photolithography process and a process such as etching or lift-off to form the conductive wire 20 having the shape shown in FIG. 1, for example.

なお、図１および図２に示す例では、導電線２０の断面形状を円形としたが矩形でも構わない。また、導電線２０および磁性細線１０の断面形状は、正方形、長方形、多角形、円形、楕円形等でも構わない。 In the example shown in Figures 1 and 2, the cross-sectional shape of the conductive wire 20 is circular, but it may be rectangular. The cross-sectional shape of the conductive wire 20 and the magnetic nanowire 10 may also be square, rectangular, polygonal, circular, elliptical, etc.

層間絶縁層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、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）やＭｇＦ₂等を挙げることができる。層間絶縁層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ず、例えば、導電線２０の間に絶縁材料を充填してもよい。または、層間絶縁層３０は、導電線２０の周囲に絶縁材料を敷き詰めた絶縁被膜としてもよい。 The insulator forming the interlayer insulating layer 30 is made of a general insulating material. Examples of such materials include oxide films such as _SiO2 and _Al2O3 _, silicon nitride ( _Si3N4 ), and _MgF2 . The shape of the interlayer insulating layer 30 is not limited to the flat plate shape shown in the figure as long as it is stably supported on a substrate (not shown). For example, an insulating material may be filled between the conductive wires _20. Alternatively, the interlayer insulating layer 30 may be an insulating coating in which an insulating material is spread around the conductive wires 20.

記録電源４０、第１駆動電源５１および第２駆動電源５２において、符号４０ａ，５１ａ，５２ａは端子、符号４０ｂ，５１ｂ，５２ｂは接地端子、符号４０ｃ，５１ｃ，５２ｃは操作表示部である。
記録電源４０は、導電線２０に電圧を印加するものである。以下では、記録電源４０は、導電線２０にパルス電圧を印加するものとして説明する。記録電源４０の端子４０ａは、導電線２０の一端２１に接続されている。導電線２０の他端２２は、接地されている。記録電源４０が導電線２０に電圧を印加することで、導電線２０に記録電流Ａが流れ、磁性細線１０に磁区を形成することができる。記録電流Ａの向きが図１に示す向きの場合、磁性細線１０上に上向きの磁区を形成することができる。ここで、記録電流Ａの向き、すなわち電流の正負を変えることで、磁性細線１０上に下向きの磁区を形成することもできる。 In the recording power source 40, the first driving power source 51 and the second driving power source 52, reference numerals 40a, 51a and 52a denote terminals, reference numerals 40b, 51b and 52b denote ground terminals, and reference numerals 40c, 51c and 52c denote operation display sections.
The recording power supply 40 applies a voltage to the conductive wire 20. In the following, the recording power supply 40 will be described as applying a pulse voltage to the conductive wire 20. A terminal 40a of the recording power supply 40 is connected to one end 21 of the conductive wire 20. The other end 22 of the conductive wire 20 is grounded. When the recording power supply 40 applies a voltage to the conductive wire 20, a recording current A flows through the conductive wire 20, and magnetic domains can be formed in the magnetic nanowire 10. When the direction of the recording current A is the direction shown in FIG. 1, an upward magnetic domain can be formed on the magnetic nanowire 10. Here, by changing the direction of the recording current A, i.e., the positive and negative of the current, a downward magnetic domain can also be formed on the magnetic nanowire 10.

第１駆動電源５１は、磁区記録時に磁性細線１０にバイアス電圧（第１バイアス電圧）を印加するものである。第２駆動電源５２は、磁区記録時に磁性細線１０にバイアス電圧（第２バイアス電圧）を印加するものである。第１駆動電源５１の端子５１ａは、磁性細線１０の一端（左端）に接続されている。磁性細線１０の他端（右端）は、第２駆動電源５２の端子５２ａに接続されている。ここで、バイアス電圧とは、磁区記録時における導電線２０の電位と、磁区記録時における磁性細線１０の電位との差を縮小させるために、磁性細線１０の電位を嵩上げするために磁性細線１０に印加される電圧のことである。
本願発明者らは、導電線２０と磁性細線１０とが層間絶縁膜３０によって絶縁されているデバイスについて種々の検討を行った。磁性細線デバイス１のようなデバイスにおいて、磁区記録時に導電線２０に電流（記録電流）を流すと、層間絶縁膜３０を介して、磁性細線１０にリーク電流が流れるのは、記録時に導電線２０と磁性細線１０との間に電位差があるためである。そこで、記録時のリーク電流を抑制するために、本来は記録時には磁性細線１０に電圧を印加する必要がないところ、本願発明者らは、記録時に上記したバイアス電圧を磁性細線１０に印加することとした。 The first driving power supply 51 applies a bias voltage (first bias voltage) to the magnetic nanowire 10 when recording magnetic domains. The second driving power supply 52 applies a bias voltage (second bias voltage) to the magnetic nanowire 10 when recording magnetic domains. A terminal 51a of the first driving power supply 51 is connected to one end (left end) of the magnetic nanowire 10. The other end (right end) of the magnetic nanowire 10 is connected to a terminal 52a of the second driving power supply 52. Here, the bias voltage refers to a voltage applied to the magnetic nanowire 10 to raise the potential of the magnetic nanowire 10 in order to reduce the difference between the potential of the conductive wire 20 when recording magnetic domains and the potential of the magnetic nanowire 10 when recording magnetic domains.
The present inventors have conducted various studies on devices in which the conductive wire 20 and the magnetic nanowire 10 are insulated by the interlayer insulating film 30. In a device such as the magnetic nanowire device 1, when a current (recording current) is passed through the conductive wire 20 during magnetic domain recording, a leak current flows through the magnetic nanowire 10 via the interlayer insulating film 30 because there is a potential difference between the conductive wire 20 and the magnetic nanowire 10 during recording. Therefore, in order to suppress the leak current during recording, the present inventors decided to apply the above-mentioned bias voltage to the magnetic nanowire 10 during recording, although it is not necessary to apply a voltage to the magnetic nanowire 10 during recording.

以下では、第１バイアス電圧および第２バイアス電圧は、パルス電圧であるものとして説明する。バイアスパルス電圧の大きさは、記録電源４０から導電線２０に印加するパルス電圧よりも小さくする。その理由は、磁性細線１０の膜厚と導電線２０の膜厚とは大きく異なるので、導電線２０に印加するパルス電圧と同じ程度のバイアスパルス電圧を磁性細線１０に印加すると、磁性細線１０が破壊する虞があるからである。バイアス電圧の上限値は、磁性細線１０の耐圧を事前に予め把握した上で適宜設定される。また、バイアス電圧の上限値は、記録電源４０が導電線２０にパルス電圧を印加したときに、導電線２０から磁性細線１０へ流れるリーク電流により磁性細線１０上の磁区が動かない程度の電圧値として設定される。また、この上限値は、磁気光学顕微鏡などの磁区の様子を観察する装置を用いることで確定することができる。 In the following, the first bias voltage and the second bias voltage are described as pulse voltages. The magnitude of the bias pulse voltage is set to be smaller than the pulse voltage applied from the recording power source 40 to the conductive wire 20. The reason is that the film thickness of the magnetic fine wire 10 is significantly different from that of the conductive wire 20, and therefore if a bias pulse voltage of the same magnitude as the pulse voltage applied to the conductive wire 20 is applied to the magnetic fine wire 10, the magnetic fine wire 10 may be destroyed. The upper limit of the bias voltage is appropriately set after grasping the withstand voltage of the magnetic fine wire 10 in advance. In addition, the upper limit of the bias voltage is set as a voltage value at which the magnetic domain on the magnetic fine wire 10 does not move due to the leakage current flowing from the conductive wire 20 to the magnetic fine wire 10 when the recording power source 40 applies a pulse voltage to the conductive wire 20. In addition, this upper limit can be determined by using a device for observing the state of the magnetic domain, such as a magneto-optical microscope.

次に、磁性細線デバイスの制御方法の概要について説明する。
磁性細線デバイス１の制御方法は、磁性細線デバイス１の磁区記録時における磁区制御に関する方法であって、記録電圧印加工程と、第１バイアス電圧印加工程と、第２バイアス電圧印加工程と、を含んでいる。
記録電圧印加工程は、導電線２０に電気的に接続された記録電源４０によって、磁区Ｄに対応する情報の記録に要する所定の記録期間に、導電線２０に記録電圧を印加する工程である。
第１バイアス電圧印加工程は、磁性細線１０の長手方向の一端に電気的に接続された第１駆動電源５１によって、記録期間の少なくとも一部を含む第１期間に、磁性細線１０に記録電圧よりも小さな第１バイアス電圧を印加する工程である。
第２バイアス電圧印加工程は、磁性細線１０の長手方向の他端に電気的に接続された第２駆動電源５２によって、記録期間の少なくとも一部を含む第２期間に、磁性細線１０に記録電圧よりも小さな第２バイアス電圧を印加する工程である。 Next, a method for controlling a magnetic nanowire device will be outlined.
The method for controlling the magnetic fine wire device 1 is a method for controlling magnetic domains during magnetic domain recording in the magnetic fine wire device 1, and includes a recording voltage application step, a first bias voltage application step, and a second bias voltage application step.
The recording voltage application step is a step of applying a recording voltage to the conductive wire 20 by a recording power source 40 electrically connected to the conductive wire 20 for a predetermined recording period required to record information corresponding to the magnetic domain D.
The first bias voltage application process is a process in which a first bias voltage smaller than the recording voltage is applied to the magnetic wire 10 during a first period including at least a portion of the recording period by a first driving power source 51 electrically connected to one longitudinal end of the magnetic wire 10.
The second bias voltage application process is a process of applying a second bias voltage smaller than the recording voltage to the magnetic wire 10 during a second period including at least a portion of the recording period by a second driving power source 52 electrically connected to the other longitudinal end of the magnetic wire 10.

ここで、記録期間に重複する第１期間と、記録期間に重複する第２期間とは、記録期間内でずれていてもよいし、第１期間が終わった後に第２期間が開始されてもよいが、第１期間および第２期間は、重複する期間を有する方がより効果があって好ましい。また、よりいっそう効果を高めるために第１期間および第２期間は、記録期間のすべてを含む期間であることが望ましい。その場合には、第１期間および第２期間は、記録電圧を印加する記録期間と同じタイミングでもよい（図３）。または、第１期間および第２期間は、記録期間をまるごと含んで記録期間よりも長い期間でも構わない。 Here, the first period overlapping the recording period and the second period overlapping the recording period may be offset within the recording period, or the second period may start after the first period ends, but it is more effective and preferable for the first and second periods to have an overlapping period. In order to further enhance the effect, it is desirable for the first and second periods to be periods that include the entire recording period. In that case, the first and second periods may be at the same timing as the recording period in which the recording voltage is applied (Figure 3). Alternatively, the first and second periods may be periods that include the entire recording period and are longer than the recording period.

この磁性細線デバイスの制御方法の具体例について図３を参照（適宜図１および図２参照）して説明する。図３は、磁性細線デバイス１の磁区記録時において、磁性細線１０の両端から同時にパルス電圧を印加するときの各電源のタイミングチャートを示す。 A specific example of a method for controlling this magnetic nanowire device will be described with reference to Figure 3 (and Figures 1 and 2 as appropriate). Figure 3 shows a timing chart of each power supply when pulse voltages are applied simultaneously from both ends of the magnetic nanowire 10 during magnetic domain recording in the magnetic nanowire device 1.

本実施形態に係る磁性細線デバイスの制御方法は、図示するように、記録電圧が正の電圧のときに、第１バイアス電圧および第２バイアス電圧も正の電圧であり、記録電圧が負の電圧のときに、第１バイアス電圧および第２バイアス電圧も負の電圧である。 As shown in the figure, in the control method for the magnetic nanowire device according to this embodiment, when the recording voltage is a positive voltage, the first bias voltage and the second bias voltage are also positive voltages, and when the recording voltage is a negative voltage, the first bias voltage and the second bias voltage are also negative voltages.

具体的には、図３（ａ）に示すように時間が０からｔ１までの期間では、記録電源４０から導電線２０へ印加されるパルス電圧（記録電圧）は正である。ここでは、導電線２０へ印加されるパルス電圧（記録電圧）が例えば正のときに、図２に示すように磁性細線１０上に上向きの磁区を形成することとする。つまり、時間が０からｔ１までの期間は、磁性細線１０上に上向きの磁区を形成するときの記録期間である。 Specifically, as shown in FIG. 3(a), in the period from time 0 to t1, the pulse voltage (recording voltage) applied from the recording power supply 40 to the conductive wire 20 is positive. Here, when the pulse voltage (recording voltage) applied to the conductive wire 20 is, for example, positive, an upward magnetic domain is formed on the magnetic nanowire 10 as shown in FIG. 2. In other words, the period from time 0 to t1 is the recording period when an upward magnetic domain is formed on the magnetic nanowire 10.

時間が０からｔ１までの期間には、図３（ｂ）に示すように第１駆動電源５１から磁性細線１０へ印加される第１バイアスパルス電圧は正である。時間が０からｔ１までの期間は、記録期間の少なくとも一部を含む第１期間であって、この場合、記録電圧を印加する記録期間と第１期間は同じタイミングである。
また、時間が０からｔ１までの期間には、図３（ｃ）に示すように第２駆動電源５２から磁性細線１０へ印加される第２バイアスパルス電圧も正である。時間が０からｔ１までの期間は、記録期間の少なくとも一部を含む第２期間であって、この場合、記録電圧を印加する記録期間と第２期間は同じタイミングである。 During the time period from 0 to t1, the first bias pulse voltage applied from the first driving power supply 51 to the magnetic nanowire 10 is positive as shown in Fig. 3B. The time period from 0 to t1 is a first period including at least a part of the recording period, and in this case, the recording period in which the recording voltage is applied and the first period have the same timing.
In addition, during the period from time 0 to t1, the second bias pulse voltage applied from the second driving power supply 52 to the magnetic nanowire 10 is also positive as shown in Fig. 3C. The period from time 0 to t1 is a second period including at least a part of the recording period, and in this case, the recording period in which the recording voltage is applied and the second period have the same timing.

また、図３（ａ）に示すように時間がｔ２からｔ３までの期間では、記録電源４０から導電線２０へ印加されるパルス電圧（記録電圧）は負である。導電線２０へ印加されるパルス電圧（記録電圧）が負のときに、磁性細線１０上に下向きの磁区を形成することとする。つまり、時間がｔ２からｔ３までの期間は、磁性細線１０上に下向きの磁区を形成するときの記録期間である。 In addition, as shown in FIG. 3(a), during the period from time t2 to time t3, the pulse voltage (recording voltage) applied from the recording power source 40 to the conductive wire 20 is negative. When the pulse voltage (recording voltage) applied to the conductive wire 20 is negative, a downward magnetic domain is formed on the magnetic nanowire 10. In other words, the period from time t2 to time t3 is the recording period when a downward magnetic domain is formed on the magnetic nanowire 10.

時間がｔ２からｔ３までの期間には、図３（ｂ）に示すように第１駆動電源５１から磁性細線１０へ印加される第１バイアスパルス電圧は負である。時間がｔ２からｔ３までの期間は、記録期間の少なくとも一部を含む第１期間であって、この場合、記録電圧を印加する記録期間と第１期間は同じタイミングである。
また、時間がｔ２からｔ３までの期間には、図３（ｃ）に示すように第２駆動電源５２から磁性細線１０へ印加される第２バイアスパルス電圧も負である。時間がｔ２からｔ３までの期間は、記録期間の少なくとも一部を含む第２期間であって、この場合、記録電圧を印加する記録期間と第２期間は同じタイミングである。 During the period from time t2 to t3, the first bias pulse voltage applied from the first driving power supply 51 to the magnetic nanowire 10 is negative as shown in Fig. 3B. The period from time t2 to t3 is a first period including at least a part of the recording period, and in this case, the recording period in which the recording voltage is applied and the first period have the same timing.
In addition, during the period from time t2 to t3, the second bias pulse voltage applied from the second driving power supply 52 to the magnetic nanowire 10 is also negative as shown in Fig. 3C. The period from time t2 to t3 is a second period including at least a part of the recording period, and in this case, the recording period in which the recording voltage is applied and the second period have the same timing.

図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように第１バイアス電圧および第２バイアス電圧は、同じ大きさにすることができる。また、第１バイアス電圧および第２バイアス電圧は、同じタイミングで印加することができる。 As shown in FIG. 3(b) and FIG. 3(c), the first bias voltage and the second bias voltage can be the same. Also, the first bias voltage and the second bias voltage can be applied at the same timing.

この磁性細線デバイスの制御方法は、導電線２０に電流を流す際に（記録期間に）、例えば同じタイミングで記録期間に重複するように、磁性細線１０に対して磁性細線１０の両端からバイアス電圧を印加する。または、その記録期間よりも長い期間に、記録期間に重複するように、磁性細線１０に対して磁性細線１０の両端からバイアス電圧を印加する。ここで、記録期間よりも長い期間とは、例えば、その開始時刻を記録期間の開始時刻よりも前に設定したこと、その終了時刻を記録期間の終了時刻よりも後に設定したこと、あるいは、記録期間の開始終了時刻を丸ごと含む期間を設定したことを意味する。
これらのようにすることで、記録期間において磁性細線１０の電位と導電線２０の電位との電位差を小さくすることができる。その結果、導電線２０から磁性細線１０へ漏れるリーク電流を抑制し、デバイスとしての動作を実現する。 In this method of controlling a magnetic nanowire device, when a current is passed through the conductive wire 20 (during a recording period), a bias voltage is applied to the magnetic nanowire 10 from both ends of the magnetic nanowire 10, for example, at the same timing so as to overlap with the recording period. Alternatively, a bias voltage is applied to the magnetic nanowire 10 from both ends of the magnetic nanowire 10, for a period longer than the recording period, so as to overlap with the recording period. Here, a period longer than the recording period means, for example, that the start time is set before the start time of the recording period, that the end time is set after the end time of the recording period, or that a period including the entire start and end times of the recording period is set.
By doing so, it is possible to reduce the potential difference between the potential of the magnetic nanowire 10 and the potential of the conductive wire 20 during the recording period. As a result, leakage current leaking from the conductive wire 20 to the magnetic nanowire 10 is suppressed, and operation as a device is realized.

もしも記録期間において磁性細線１０の片一方からのみパルス電圧（バイアス電圧）を印加すると、そのパルス電圧により意図しない磁区駆動が生じるか、または磁区の破壊が起こる。一方、この磁性細線デバイスの制御方法は、記録期間において磁性細線１０の両端からバイアス電圧を印加して磁性細線１０の電位と導電線２０の電位との電位差を小さくするので、磁区駆動や磁区破壊を防止することができる。そのため、導電線２０に対して、本来的に層間絶縁層３０が破壊されて短絡してしまうような大きさの電圧を印加することもできる。したがって、磁性細線デバイス１によれば、従来の素子の耐圧を超えた大きな記録電圧を導電線２０に印加することができる。 If a pulse voltage (bias voltage) is applied from only one side of the magnetic nanowire 10 during the recording period, the pulse voltage may cause unintended magnetic domain driving or destruction of the magnetic domain. On the other hand, this method of controlling a magnetic nanowire device applies a bias voltage from both ends of the magnetic nanowire 10 during the recording period to reduce the potential difference between the potential of the magnetic nanowire 10 and the potential of the conductive wire 20, thereby preventing magnetic domain driving or destruction. Therefore, it is possible to apply a voltage to the conductive wire 20 that would otherwise destroy the interlayer insulating layer 30 and cause a short circuit. Therefore, with the magnetic nanowire device 1, a large recording voltage that exceeds the withstand voltage of conventional elements can be applied to the conductive wire 20.

次に、以下の条件で製造した磁性細線デバイス１の具体例について説明する。
（磁性細線の条件）
表面熱酸化シリコン基板にスパッタリング法を用いて磁性細線１０を形成した。磁性細線１０としては、垂直磁気異方性を持つ材料を用い、コバルトとテルビウムの多層積層膜（膜厚４．５ｎｍ）と、その上に白金を堆積させ合計膜厚を７．５ｎｍとした。また、このときの磁性細線１０の幅を３μｍとした。 Next, a specific example of the magnetic nanowire device 1 manufactured under the following conditions will be described.
(Conditions for magnetic nanowires)
A magnetic nanowire 10 was formed on a thermally oxidized silicon substrate by sputtering. The magnetic nanowire 10 was made of a material with perpendicular magnetic anisotropy, and a multilayered film (thickness 4.5 nm) of cobalt and terbium was deposited with platinum thereon to give a total thickness of 7.5 nm. The width of the magnetic nanowire 10 was 3 μm.

（導電線および層間絶縁層の条件）
上記磁性細線１０の上に層間絶縁層３０として窒化シリコンを１８ｎｍの膜厚で堆積させた。上記層間絶縁層３０の上に、導電線２０を膜厚１００ｎｍ、幅３μｍのサイズで形成した。このとき、非特許文献２に開示された手法にならって、図１に示すように、記録素子としての導電線２０が、磁性細線１０上を往路と復路の２回跨ぐ構造を有し、２本の記録素子の合成磁界によって、２本の記録素子に挟まれた微小な磁性細線領域に磁区Ｄを形成するものとした。２本の記録素子は、ここでは１つの導電線２０からなる。そして、導電線２０の図１において左側の領域が往路として磁性細線１０上を跨いでおり、かつ、導電線２０の図１において右側の領域が復路として磁性細線１０上を跨いでいる。 (Conditions of Conductive Wires and Interlayer Insulation Layers)
Silicon nitride was deposited on the magnetic nanowire 10 as an interlayer insulating layer 30 with a thickness of 18 nm. A conductive wire 20 was formed on the interlayer insulating layer 30 with a thickness of 100 nm and a width of 3 μm. At this time, following the method disclosed in Non-Patent Document 2, as shown in FIG. 1, the conductive wire 20 as a recording element has a structure in which it straddles the magnetic nanowire 10 twice, in the outward path and the return path, and a magnetic domain D is formed in a minute magnetic nanowire region sandwiched between the two recording elements by the composite magnetic field of the two recording elements. Here, the two recording elements are composed of one conductive wire 20. And, the region on the left side of the conductive wire 20 in FIG. 1 straddles the magnetic nanowire 10 as the outward path, and the region on the right side of the conductive wire 20 in FIG. 1 straddles the magnetic nanowire 10 as the return path.

前記した層間絶縁層３０の膜厚（１８ｎｍ）は、導電線２０と磁性細線１０との絶縁性を確保するために十分な膜厚である。ただし、このような磁性細線デバイス１を多数個作ったときに、歩留まりや基板上の位置に起因する不均一性により、中には、絶縁性の良い素子もあれば、絶縁性の悪い素子も生じる。この絶縁性が悪い素子は、磁区記録時に、導電線２０から磁性細線１０にリーク電流が生じる。そこで、あえて絶縁性が悪い素子を選択し、以下の実験１，２を行った。 The thickness of the interlayer insulating layer 30 (18 nm) described above is sufficient to ensure insulation between the conductive wire 20 and the magnetic nanowire 10. However, when a large number of such magnetic nanowire devices 1 are produced, some elements have good insulation while others have poor insulation due to non-uniformity caused by yield and position on the substrate. These elements with poor insulation cause leakage current from the conductive wire 20 to the magnetic nanowire 10 when recording magnetic domains. Therefore, elements with poor insulation were deliberately selected and the following Experiments 1 and 2 were performed.

（絶縁性の悪い素子に関する補足説明）
層間絶縁層３０の膜厚は１８ｎｍと非常に薄いため、１つの同じ基板上で複数の磁性細線１０を形成したときに、それぞれのばらつきの差によりリーク電流が生じる場合がある。また、導電線２０を一体形成した磁性細線デバイス１を製造する過程において、基板上に磁性細線１０／層間絶縁層３０／導電線２０の順に各層を製膜する際に、例えば、電子線描画によるパターンの形成、スパッタ装置による材料の堆積、レジスト剥離などの多くのプロセスを介しながら積層構造を形成するのが通常である。そのため、製造時における歩留まりの問題により、本来はリーク電流が発生しない条件でデバイスを設計したとしても、やむなくリーク電流が発生する場合がある。リーク電流発生の原因としては、例えば、層間絶縁層３０の膜厚の均一性、磁性細線１０や導電線２０のエッジ形状、基板上における膜厚の不均一性などが挙げられる。 (Supplementary explanation regarding elements with poor insulation properties)
Since the thickness of the interlayer insulating layer 30 is very thin at 18 nm, when a plurality of magnetic nanowires 10 are formed on the same substrate, leakage current may occur due to the difference in the respective variations. In addition, in the process of manufacturing the magnetic nanowire device 1 in which the conductive wire 20 is integrally formed, when each layer is formed on the substrate in the order of the magnetic nanowire 10/interlayer insulating layer 30/conductive wire 20, a laminated structure is usually formed through many processes such as forming a pattern by electron beam lithography, depositing materials by a sputtering device, and resist peeling. Therefore, due to the problem of yield during manufacturing, even if the device is designed under conditions in which leakage current should not occur, leakage current may occur unavoidably. Examples of causes of leakage current include the uniformity of the thickness of the interlayer insulating layer 30, the edge shape of the magnetic nanowire 10 or conductive wire 20, and non-uniformity of the thickness on the substrate.

（実験１）
この絶縁性が悪い素子を用いて以下の実験１を行った。実験１は、本発明の効果を説明するための比較例に係る実験であって、磁区記録時における記録電圧印加工程のみを行うものである。この実験１では、前記した導電線および層間絶縁層の条件や磁性細線の条件に基づく次の評価基準を用いた。 (Experiment 1)
The following experiment 1 was carried out using this element with poor insulation. Experiment 1 is an experiment relating to a comparative example for explaining the effects of the present invention, and involves only the recording voltage application process during magnetic domain recording. In this experiment 1, the following evaluation criteria were used, which are based on the conditions of the conductive wire and interlayer insulating layer and the conditions of the magnetic nanowire described above.

（評価基準１）
これまでに、磁性細線１０に磁区記録するために導電線２０に流す必要がある電流値に関する本願発明者らの研究によれば、前記した導電線および層間絶縁層の条件の場合には、導電線２０に流す記録電流の値が約１００ｍＡのときに、磁性細線１０上に磁区記録ができることが分かっている。
（評価基準２）
また、これまでに、磁性細線１０上に形成された磁区を駆動させるときに磁性細線１０に流す必要がある電流値に関する本願発明者らの研究によれば、前記した磁性細線の条件の場合には、磁性細線１０に流す電流の値が約３．５ｍＡを超えるときに、磁区が駆動することが分かっている。 (Evaluation Criteria 1)
According to research conducted by the present inventors on the current value that needs to be passed through conductive wire 20 in order to record magnetic domains in magnetic nanowire 10, it has been found that under the conditions of the conductive wire and interlayer insulating layer described above, magnetic domains can be recorded on magnetic nanowire 10 when the recording current value passed through conductive wire 20 is approximately 100 mA.
(Evaluation Criteria 2)
In addition, according to research conducted by the present inventors regarding the current value that needs to be passed through magnetic nanowire 10 to drive the magnetic domains formed on magnetic nanowire 10, it has been found that under the magnetic nanowire conditions described above, the magnetic domains are driven when the value of the current passed through magnetic nanowire 10 exceeds approximately 3.5 mA.

上記評価基準１，２によれば、磁性細線１０上に磁区記録しつつも磁区駆動させない目的のためには、導電線２０に約１００ｍＡの記録電流を流したときに、磁性細線１０に流れてしまうリーク電流の値を約３．５ｍＡよりも小さくしなければならないことが分かる。 According to the above evaluation criteria 1 and 2, in order to record magnetic domains on the magnetic nanowire 10 without driving the magnetic domains, it is clear that when a recording current of about 100 mA is passed through the conductive wire 20, the value of the leakage current that flows through the magnetic nanowire 10 must be less than about 3.5 mA.

この絶縁性が悪い素子を用いた実験１では、図１の記録電源４０から導電線２０に印加するパルス電圧（記録電圧）を徐々に上げていきながら、そのときの記録電流とリーク電流との関係を求めた。実験１の結果、記録電圧の値が磁区記録に必要なレベルに達する前に磁区駆動が発生してしまった。具体的には、導電線２０に対して、磁区記録に必要な電流値（約１００ｍＡ）よりも低い電流値（７２．４ｍＡ）の記録電流を流した時点で、磁性細線１０に流れるリーク電流２の値が５．７ｍＡ（＞３．５ｍＡ）になった。つまり、リーク電流２が磁区を駆動させてしまうことが分かった。実験１に用いた絶縁性が悪い素子では、リーク電流２がリーク電流１よりも大きいため、磁性細線１０中の磁区は、導電線２０から見て磁性細線１０の右側へ移動した。このときに導電線２０に流れた記録電流の時間変化を図４に示し、磁性細線１０に流れたリーク電流の時間変化を図５に示す。 In experiment 1 using this poorly insulated element, the pulse voltage (recording voltage) applied to the conductive wire 20 from the recording power supply 40 in FIG. 1 was gradually increased, and the relationship between the recording current and the leakage current at that time was obtained. As a result of experiment 1, magnetic domain driving occurred before the value of the recording voltage reached the level required for magnetic domain recording. Specifically, when a recording current with a current value (72.4 mA) lower than the current value (about 100 mA) required for magnetic domain recording was passed through the conductive wire 20, the value of the leakage current 2 flowing through the magnetic nanowire 10 became 5.7 mA (> 3.5 mA). In other words, it was found that the leakage current 2 drives the magnetic domain. In the poorly insulated element used in experiment 1, the leakage current 2 was larger than the leakage current 1, so the magnetic domain in the magnetic nanowire 10 moved to the right side of the magnetic nanowire 10 as viewed from the conductive wire 20. The time change of the recording current flowing through the conductive wire 20 at this time is shown in FIG. 4, and the time change of the leakage current flowing through the magnetic nanowire 10 is shown in FIG. 5.

なお、リーク電流１は、図２に示すように導電線２０から磁性細線１０を介して第１駆動電源５１側へ流れたリーク電流である。リーク電流２は、図２に示すように導電線２０から磁性細線１０を介して第２駆動電源５２側へ流れたリーク電流である。
また、図５において、リーク電流の立ち上がり、立下りにおける鋭いピークはパルス成分による高周波成分によるものである。
また、図５から図８を参照して説明する電流値および電圧値は、１．５μｓのときの値である。 The leakage current 1 is a leakage current that flows from the conductive wire 20 through the magnetic nanowire 10 to the first driving power supply 51 side as shown in Fig. 2. The leakage current 2 is a leakage current that flows from the conductive wire 20 through the magnetic nanowire 10 to the second driving power supply 52 side as shown in Fig. 2.
In addition, in FIG. 5, the sharp peaks at the rising and falling edges of the leakage current are due to high frequency components of the pulse components.
Moreover, the current values and voltage values described with reference to FIG. 5 to FIG. 8 are values at 1.5 μs.

実験１では、導電線２０に対して、磁区記録に必要な電流値（約１００ｍＡ）よりも低い電流値（７２．４ｍＡ）の記録電流を流して磁区が駆動した後、リーク電流の存在を無視して、このまま記録電流の値を大きくしてみた。すると、リーク電流により磁区の破壊が発生し、磁区記録の可否の評価が困難であり、さらには、磁性細線１０と導電線２０の絶縁破壊によって素子自身の物理的な破壊現象が起こることが分かった。図１６は、リーク電流の発生後の磁区の様子を示す磁気光学顕微鏡による観察画像である。記録時に記録電流の一部が磁性細線１０へリーク電流として流出した結果、ジュール熱によって、磁性細線１０上の磁区がどこにあるか全く判別できないようにバラバラに破壊されている。このような磁区の破壊現象を、磁区のメイズパターン化と呼ぶ。 In experiment 1, a recording current of 72.4 mA, lower than the current required for magnetic domain recording (approximately 100 mA), was passed through the conductive wire 20 to drive the magnetic domains, and the value of the recording current was then increased while ignoring the presence of leakage current. As a result, it was found that the leakage current caused destruction of the magnetic domains, making it difficult to evaluate whether magnetic domain recording was possible, and that the element itself was physically destroyed by insulation breakdown between the magnetic nanowire 10 and the conductive wire 20. Figure 16 is an image observed with a magneto-optical microscope showing the state of the magnetic domains after the occurrence of leakage current. As a result of part of the recording current flowing out as leakage current to the magnetic nanowire 10 during recording, the magnetic domains on the magnetic nanowire 10 were destroyed by Joule heat so that it was impossible to determine where they were located. This type of magnetic domain destruction phenomenon is called maze patterning of magnetic domains.

（実験２）
絶縁性が悪い素子を用いて以下の実験２を行った。実験２は、実施例であって、磁区記録時における記録電圧印加工程と、第１バイアス電圧印加工程と、第２バイアス電圧印加工程と、を行うものである。実験２においても上記評価基準１，２を用いた。 (Experiment 2)
The following experiment 2 was carried out using an element with poor insulation. Experiment 2 is an example, and involves a recording voltage application step, a first bias voltage application step, and a second bias voltage application step during magnetic domain recording. The above evaluation criteria 1 and 2 were also used in experiment 2.

図６および図７は、実験２の実験条件を示している。図６は、図１の記録電源４０から導電線２０に印加したパルス電圧（記録電圧）と、第１駆動電源５１から磁性細線１０へ印加するバイアスパルス電圧１と、第２駆動電源５２から磁性細線１０へ印加するバイアスパルス電圧２とをそれぞれ示している。このときに導電線２０に流れる記録電流は、図７に示すように１００ｍＡである。 Figures 6 and 7 show the experimental conditions for experiment 2. Figure 6 shows the pulse voltage (recording voltage) applied to the conductive wire 20 from the recording power supply 40 in Figure 1, the bias pulse voltage 1 applied to the magnetic nanowire 10 from the first driving power supply 51, and the bias pulse voltage 2 applied to the magnetic nanowire 10 from the second driving power supply 52. The recording current flowing through the conductive wire 20 at this time is 100 mA, as shown in Figure 7.

また、実験２では、導電線２０に記録電流を流すためのパルス電圧（記録電圧）の印加と同時に、磁性細線１０にも同じバルス幅でバイアス電圧を印加することで、導電線２０と磁性細線１０との電位差を小さくした。このときに導電線２０に印加したパルス電圧（記録電圧）は２４．７Ｖである。 In addition, in experiment 2, a bias voltage with the same pulse width was applied to the magnetic nanowire 10 at the same time as the pulse voltage (recording voltage) for passing a recording current through the conductive wire 20 was applied, thereby reducing the potential difference between the conductive wire 20 and the magnetic nanowire 10. The pulse voltage (recording voltage) applied to the conductive wire 20 at this time was 24.7 V.

実験２に用いた絶縁性が悪い素子において、磁性細線１０の膜厚（７．５ｎｍ）は、導電線２０の膜厚（１００ｎｍ）に比べて非常に薄い。そのため、導電線２０に印加するパルス電圧（記録電圧）と同じ大きさの電圧を磁性細線１０に印加すると磁性細線１０が破壊する恐れがある。そこで、磁性細線１０に印加するバイアス電圧の電圧値は、リーク電流により磁区が動かない程度の電圧値とした。前記した磁性細線の条件および、前記した導電線および層間絶縁層の条件では、導電線２０に印加するパルス電圧（記録電圧）と、磁性細線１０に印加するバイアス電圧との電位差が常に約１３Ｖとなるように調整した。つまり、図６に示すように、導電線２０に印加したパルス電圧（記録電圧）が２４．７Ｖのとき、磁性細線１０に印加するバイアス電圧が約１１．７Ｖとなるように調整した。このことは、従来のようにバイアス電圧を用いないときには導電線２０の電位と磁性細線１０の電位との電位差が２４．７Ｖであるのに対して、実施例では、導電線２０の電位と磁性細線１０の電位との電位差を約１１．７Ｖへと低減させたことを意味する。 In the element with poor insulation used in experiment 2, the film thickness of the magnetic nanowire 10 (7.5 nm) is very thin compared to the film thickness of the conductive wire 20 (100 nm). Therefore, if a voltage of the same magnitude as the pulse voltage (recording voltage) applied to the conductive wire 20 is applied to the magnetic nanowire 10, the magnetic nanowire 10 may be destroyed. Therefore, the voltage value of the bias voltage applied to the magnetic nanowire 10 was set to a voltage value that does not cause the magnetic domain to move due to leakage current. Under the above-mentioned conditions of the magnetic nanowire and the above-mentioned conditions of the conductive wire and interlayer insulating layer, the potential difference between the pulse voltage (recording voltage) applied to the conductive wire 20 and the bias voltage applied to the magnetic nanowire 10 was adjusted to always be about 13 V. In other words, as shown in FIG. 6, when the pulse voltage (recording voltage) applied to the conductive wire 20 is 24.7 V, the bias voltage applied to the magnetic nanowire 10 was adjusted to be about 11.7 V. This means that, compared to the conventional case where no bias voltage is used, where the potential difference between the conductive wire 20 and the magnetic nanowire 10 is 24.7 V, in the present embodiment, the potential difference between the conductive wire 20 and the magnetic nanowire 10 is reduced to approximately 11.7 V.

実験２の実験結果を図８に示す。図８は、図６および図７に示した実験条件のときに、磁性細線１０の図２における左端へ流れたリーク電流１と、磁性細線１０の図２における右端へ流れたリーク電流２を示している。図８に示すように、リーク電流１は１．５ｍＡ（＜３．５ｍＡ）であり、リーク電流２は０．９ｍＡ（＜３．５ｍＡ）であった。したがって、導電線２０に対して、磁区記録に必要な記録電流（１００ｍＡ）を流したときに、磁性細線１０に流れてしまうリーク電流の値が、磁区の駆動に必要な電流値（約３．５ｍＡ）よりも十分に低くすることができた。そのため、実験２（実施例）によれば、磁区の破壊を起こすことなく磁区を記録することができることを確かめることができた。なお、図８におけるリーク電流の立ち上がり、立下りにおける鋭いピークは、パルス成分による高周波成分によるものであり、磁区の駆動には寄与しなかった。 The experimental results of Experiment 2 are shown in FIG. 8. FIG. 8 shows the leakage current 1 that flowed to the left end of the magnetic nanowire 10 in FIG. 2 and the leakage current 2 that flowed to the right end of the magnetic nanowire 10 in FIG. 2 under the experimental conditions shown in FIG. 6 and FIG. 7. As shown in FIG. 8, the leakage current 1 was 1.5 mA (<3.5 mA), and the leakage current 2 was 0.9 mA (<3.5 mA). Therefore, when a recording current (100 mA) required for recording a magnetic domain was passed through the conductive wire 20, the value of the leakage current that flows through the magnetic nanowire 10 was sufficiently lower than the current value (about 3.5 mA) required for driving the magnetic domain. Therefore, according to Experiment 2 (Example), it was confirmed that the magnetic domain can be recorded without causing destruction of the magnetic domain. The sharp peaks at the rise and fall of the leakage current in FIG. 8 are due to high-frequency components due to pulse components, and do not contribute to driving the magnetic domain.

磁性細線デバイス１について磁区記録時における動作説明を行ったが、磁性細線デバイス１は、磁区記録時の後に、磁区駆動を行うこともできる。すなわち、本実施形態に係る磁性細線デバイス１において、第１駆動電源５１または第２駆動電源５２は、記録期間の後に設定された駆動期間に、磁性細線１０に形成されている磁区を駆動する駆動電圧を印加する。つまり、磁性細線デバイス１において、磁性細線１０へ印加するバイアスパルス電圧を生成する電源である第１駆動電源５１および第２駆動電源５２を、磁区駆動時に、磁性細線１０上に形成されている磁区を駆動させる電源としてそのまま用いることができる。なお、逆に言えば、バイアスパルス電圧を導電線２０へ印加する電源としては、磁性細線１０上の磁区を駆動させるための磁区駆動電源をそのまま用いることができるため、特別なものを用意する必要がない。 Although the operation of the magnetic fine wire device 1 during magnetic domain recording has been described, the magnetic fine wire device 1 can also perform magnetic domain driving after magnetic domain recording. That is, in the magnetic fine wire device 1 according to this embodiment, the first driving power supply 51 or the second driving power supply 52 applies a driving voltage for driving the magnetic domain formed in the magnetic fine wire 10 during a driving period set after the recording period. That is, in the magnetic fine wire device 1, the first driving power supply 51 and the second driving power supply 52, which are power supplies that generate a bias pulse voltage to be applied to the magnetic fine wire 10, can be used as they are as power supplies for driving the magnetic domain formed on the magnetic fine wire 10 during magnetic domain driving. In other words, as a power supply for applying a bias pulse voltage to the conductive wire 20, the magnetic domain driving power supply for driving the magnetic domain on the magnetic fine wire 10 can be used as it is, so there is no need to prepare a special one.

よって、磁区駆動時に、例えば第１駆動電源５１が磁性細線１０に正の電圧を印加すると、磁性細線１０には、第１駆動電源５１の側から第２駆動電源５２の側へ駆動電流が流れ、磁区を右へ駆動させることができる。また、磁区駆動時に第２駆動電源５２が磁性細線１０に正の電圧を印加すると、磁性細線１０には、第２駆動電源５２の側から第１駆動電源５１の側へ駆動電流が流れ、磁区を左へ駆動させることができる。 Therefore, for example, when the first driving power supply 51 applies a positive voltage to the magnetic nanowire 10 during magnetic domain driving, a driving current flows through the magnetic nanowire 10 from the first driving power supply 51 side to the second driving power supply 52 side, and the magnetic domain can be driven to the right. Also, when the second driving power supply 52 applies a positive voltage to the magnetic nanowire 10 during magnetic domain driving, a driving current flows through the magnetic nanowire 10 from the second driving power supply 52 side to the first driving power supply 51 side, and the magnetic domain can be driven to the left.

一例として、磁性細線デバイス１において、上向きの磁区記録および、そのときに記録された磁区の駆動と、下向き磁区記録および、そのときに記録された磁区駆動と、を交互に繰り返す場合について説明する。 As an example, we will explain a case in which, in a magnetic nanowire device 1, upward magnetic domain recording and driving of the recorded magnetic domain at that time are alternately repeated, and downward magnetic domain recording and driving of the recorded magnetic domain at that time.

図９は、上向き磁区と下向き磁区とを交互に磁性細線１０に形成した場合の磁気光学顕微鏡による観察像である。図９において、２本の記録素子は１つの導電線２０からなる。そして、磁性細線１０において、概ね図９における左側の記録素子の幅方向の中心位置から、図９における右側の記録素子の幅方向の中心位置までの磁性細線領域に亘って磁区Ｄが形成される。また、磁性細線１０において、概ね図９における右側の記録素子の右側の磁性細線領域に形成された磁区Ｄが２回目に形成された下向き磁区であり、さらに右側の磁性細線領域に形成された磁区Ｄが１回目に形成された上向き磁区である。図９の画像は分かりにくいところもあるが、磁性細線１０上に符号Ｄで示す２カ所に磁区が移動した。 Figure 9 is an image observed by a magneto-optical microscope when upward and downward magnetic domains are alternately formed in the magnetic nanowire 10. In Figure 9, the two recording elements are made of one conductive wire 20. In the magnetic nanowire 10, a magnetic domain D is formed across the magnetic nanowire region from approximately the center position in the width direction of the recording element on the left side in Figure 9 to the center position in the width direction of the recording element on the right side in Figure 9. In the magnetic nanowire 10, the magnetic domain D formed in the magnetic nanowire region on the right side of the recording element on the right side in Figure 9 is the downward magnetic domain formed for the second time, and the magnetic domain D formed in the magnetic nanowire region on the further right side is the upward magnetic domain formed for the first time. Although some parts of the image in Figure 9 are difficult to understand, the magnetic domains have moved to two places indicated by the symbol D on the magnetic nanowire 10.

上向き磁区と下向き磁区とを交互に磁性細線１０に形成する場合に、磁性細線デバイス１の制御方法の一例について図１０を参照して説明する。まず、時間が０からｔ１１までの期間では、図１０（ａ）に示すように記録電源４０から導電線２０へ印加されるパルス電圧（記録電圧）は正であり、また、図１０（ｂ）および図１０（ｃ）に示すように第１および第２バイアスパルス電圧も正である。この期間には、上向きの磁区が記録される。なお、この期間の動作は、図３のタイミングチャートにおける時間が０からｔ１までの期間の動作と同様である。 An example of a method for controlling the magnetic nanowire device 1 when upward and downward magnetic domains are alternately formed in the magnetic nanowire 10 will be described with reference to FIG. 10. First, in the period from time 0 to t11, the pulse voltage (recording voltage) applied from the recording power supply 40 to the conductive wire 20 is positive as shown in FIG. 10(a), and the first and second bias pulse voltages are also positive as shown in FIG. 10(b) and FIG. 10(c). In this period, upward magnetic domains are recorded. Note that the operation during this period is the same as the operation during the period from time 0 to t1 in the timing chart of FIG. 3.

次に、時間がｔ１１からｔ１２までの期間は、前の期間に形成された上向きの磁区を駆動する期間である。図１０（ｂ）に示すように第１駆動電源５１が磁性細線１０に正のパルス電圧（磁区駆動パルス）を印加すると、磁性細線１０には、第１駆動電源５１の側から第２駆動電源５２の側へ駆動電流が流れ、上向き磁区を図２において右へ駆動させることができる。なお、第１駆動電源５１が磁区駆動時に磁性細線１０に印加する磁区駆動パルスの大きさは、第１駆動電源５１が磁区記録時に磁性細線１０に印加する第１バイアスパルス電圧の大きさよりも小さい。 Next, the period from time t11 to t12 is a period for driving the upward magnetic domain formed in the previous period. When the first driving power supply 51 applies a positive pulse voltage (magnetic domain driving pulse) to the magnetic nanowire 10 as shown in FIG. 10(b), a driving current flows through the magnetic nanowire 10 from the first driving power supply 51 side to the second driving power supply 52 side, and the upward magnetic domain can be driven to the right in FIG. 2. Note that the magnitude of the magnetic domain driving pulse applied to the magnetic nanowire 10 by the first driving power supply 51 when driving the magnetic domain is smaller than the magnitude of the first bias pulse voltage applied to the magnetic nanowire 10 by the first driving power supply 51 when recording the magnetic domain.

次に、時間がｔ１２からｔ１３までの期間には、下向きの磁区が記録される。なお、この期間の動作は、図３のタイミングチャートにおける時間がｔ２からｔ３までの期間の動作と同様である。 Next, during the period from time t12 to time t13, downward magnetic domains are recorded. Note that the operation during this period is the same as the operation during the period from time t2 to time t3 in the timing chart of FIG. 3.

次に、時間がｔ１３からｔ１４までの期間は、前の期間に形成された下向きの磁区を駆動する期間である。図１０（ｂ）に示すように第１駆動電源５１が磁性細線１０に正のパルス電圧（磁区駆動パルス）を印加すると、磁性細線１０には、第１駆動電源５１の側から第２駆動電源５２の側へ駆動電流が流れ、下向き磁区を図２において右へ駆動させることができる。 Next, the period from time t13 to t14 is a period for driving the downward magnetic domain formed in the previous period. As shown in FIG. 10(b), when the first driving power supply 51 applies a positive pulse voltage (magnetic domain driving pulse) to the magnetic nanowire 10, a driving current flows through the magnetic nanowire 10 from the first driving power supply 51 side to the second driving power supply 52 side, and the downward magnetic domain can be driven to the right in FIG. 2.

なお、図１１に示すように、第１駆動電源５１に代えて、第２駆動電源５２が磁性細線１０にパルス電圧（磁区駆動パルス）を印加することによって、上向き磁区と下向き磁区とを交互に磁性細線１０に形成することもできる。 As shown in FIG. 11, instead of the first driving power supply 51, a second driving power supply 52 can be used to apply a pulse voltage (domain driving pulse) to the magnetic nanowire 10, thereby forming upward and downward magnetic domains alternately in the magnetic nanowire 10.

この場合、図１１に示すように、時間が０からｔ１１までの期間には、上向きの磁区が記録される。次に、時間がｔ１１からｔ１２までの期間は、前の期間に形成された上向きの磁区を駆動する期間である。図１１（ｃ）に示すように第２駆動電源５２が磁性細線１０に負のパルス電圧（磁区駆動パルス）を印加すると、磁性細線１０には、第１駆動電源５１の側から第２駆動電源５２の側へ駆動電流が流れ、上向き磁区を図２において右へ駆動させることができる。なお、第２駆動電源５２が磁区駆動時に磁性細線１０に印加する磁区駆動パルスの大きさは、第２駆動電源５２が磁区記録時に磁性細線１０に印加する第２バイアスパルス電圧の大きさよりも小さい。 In this case, as shown in FIG. 11, in the period from 0 to t11, an upward magnetic domain is recorded. Next, in the period from t11 to t12, the upward magnetic domain formed in the previous period is driven. When the second driving power supply 52 applies a negative pulse voltage (magnetic domain driving pulse) to the magnetic nanowire 10 as shown in FIG. 11(c), a driving current flows in the magnetic nanowire 10 from the first driving power supply 51 side to the second driving power supply 52 side, and the upward magnetic domain can be driven to the right in FIG. 2. Note that the magnitude of the magnetic domain driving pulse applied to the magnetic nanowire 10 by the second driving power supply 52 when driving the magnetic domain is smaller than the magnitude of the second bias pulse voltage applied to the magnetic nanowire 10 by the second driving power supply 52 when recording the magnetic domain.

次に、時間がｔ１２からｔ１３までの期間には、下向きの磁区が記録される。次に、時間がｔ１３からｔ１４までの期間は、前の期間に形成された下向きの磁区を駆動する期間である。図１１（ｃ）に示すように第２駆動電源５２が磁性細線１０に負のパルス電圧（磁区駆動パルス）を印加すると、磁性細線１０には、第１駆動電源５１の側から第２駆動電源５２の側へ駆動電流が流れ、下向き磁区を図２において右へ駆動させることができる。 Next, during the period from time t12 to t13, a downward magnetic domain is recorded. Next, during the period from time t13 to t14, the downward magnetic domain formed during the previous period is driven. When the second driving power supply 52 applies a negative pulse voltage (magnetic domain driving pulse) to the magnetic nanowire 10 as shown in FIG. 11(c), a driving current flows through the magnetic nanowire 10 from the first driving power supply 51 side to the second driving power supply 52 side, and the downward magnetic domain can be driven to the right in FIG. 2.

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。例えば第１駆動電源５１および第２駆動電源５２から磁性細線１０へ印加するバイアス電圧は、パルス電圧（バイアスパルス電圧）であるものとしたが、直流電圧（バイアス直流電圧）としても構わない。この場合においても、同様にリーク電流低減の効果を奏することができる。ただし、直流バイアス電圧は常時印加することになるので、消費電力の低減の観点からは、パルス電圧（バイアスパルス電圧）とすることが望ましい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, the bias voltage applied to the magnetic nanowire 10 from the first driving power source 51 and the second driving power source 52 is a pulse voltage (bias pulse voltage), but it may be a DC voltage (bias DC voltage). In this case, the effect of reducing leakage current can be achieved in the same way. However, since the DC bias voltage is constantly applied, it is preferable to use a pulse voltage (bias pulse voltage) from the viewpoint of reducing power consumption.

また、磁性細線１０が磁性材料としてＣｏ－Ｔｂを含む具体例について説明したが、他の垂直磁気異方性を持つ材料を用いてもよい。磁性細線デバイスを構成する磁性材料に、Ｔｂのように酸素や水分によって酸化されるものも含まれる場合には、磁性細線が酸化されることで、磁区駆動がしにくくなる虞がある。また、酸化が進むことで磁性細線中の磁化が失われ、磁区記録も困難になると、磁性細線デバイスとしての機能を失うことになる。したがって、磁性材料の種類によっては、磁性細線デバイスの酸化を防ぐために、磁性細線デバイスの素子を外気から十分に遮断できる容器に封入することが好ましい。この変形例の模式図を図１２に示す。符号２は、磁性細線デバイス１の各電源４０，５１，５２を除いた素子を示す。素子２は、磁性細線１０と、導電線２０と、層間絶縁層３０と、を備えている。外気を遮断する容器６０は磁性細線デバイス１の素子２を大気から隔離するものである。符号６０ａ、６０ｂ、６０ｃはコネクタであり、これらコネクタによって、容器６０外部の大気を隔離しながら容器６０内部の素子２の導電線２０および磁性細線１０に通電することができる。また、外気を遮断する容器６０の内部の雰囲気７０は乾燥窒素雰囲気で満たされているか、もしくは真空である。この変形例によれば、磁性細線デバイスの酸化を防止することで、より正確な磁区記録および磁区駆動の制御および評価が可能となる。 Although the magnetic fine wire 10 includes Co-Tb as a magnetic material, other materials having perpendicular magnetic anisotropy may be used. If the magnetic material constituting the magnetic fine wire device includes a material that is oxidized by oxygen or moisture, such as Tb, the magnetic fine wire may be oxidized, which may make it difficult to drive the magnetic domains. If the magnetization in the magnetic fine wire is lost due to the progression of oxidation and magnetic domain recording becomes difficult, the magnetic fine wire device will lose its function. Therefore, depending on the type of magnetic material, it is preferable to encapsulate the elements of the magnetic fine wire device in a container that can be sufficiently isolated from the outside air in order to prevent oxidation of the magnetic fine wire device. A schematic diagram of this modified example is shown in FIG. 12. Reference numeral 2 indicates the elements of the magnetic fine wire device 1 excluding the power sources 40, 51, and 52. The element 2 includes the magnetic fine wire 10, the conductive wire 20, and the interlayer insulating layer 30. The container 60 that blocks the outside air isolates the element 2 of the magnetic fine wire device 1 from the atmosphere. Reference numerals 60a, 60b, and 60c denote connectors that allow current to flow between the conductive wire 20 and the magnetic nanowire 10 of the element 2 inside the container 60 while isolating the atmosphere outside the container 60. The atmosphere 70 inside the container 60 that blocks the outside air is filled with a dry nitrogen atmosphere or is a vacuum. This modification prevents oxidation of the magnetic nanowire device, enabling more accurate control and evaluation of magnetic domain recording and magnetic domain driving.

磁性細線デバイス１は、メモリであるものとしたが、空間光変調器であってもよい。また、反射型の空間光変調器とする場合、磁性細線１０は、光反射率の高い材料で形成されることが好ましい。 The magnetic nanowire device 1 is described as a memory, but it may also be a spatial light modulator. Furthermore, when used as a reflective spatial light modulator, the magnetic nanowire 10 is preferably formed from a material with high optical reflectivity.

１磁性細線デバイス
１０磁性細線（磁性体）
２０導電線
３０層間絶縁層
４０記録電源
５１第１駆動電源
５２第２駆動電源
６０外気を遮断する容器
Ｄ磁区 1 Magnetic nanowire device 10 Magnetic nanowire (magnetic material)
20 Conductive wire 30 Interlayer insulating layer 40 Recording power source 51 First driving power source 52 Second driving power source 60 Container for blocking outside air D Magnetic domain

Claims

A method for controlling a magnetic nanowire device including a magnetic nanowire that is a thin-line shaped magnetic body, and a conductive wire that is disposed on the magnetic nanowire via an interlayer insulating layer and records information in the magnetic nanowire as a magnetic domain by a current magnetic field, the method comprising the steps of:
applying a recording voltage to the conductive line by a recording power source electrically connected to the conductive line for a predetermined recording period required to record the information corresponding to the magnetic domain;
applying a first bias voltage smaller than the recording voltage to the magnetic nanowire during a first period including at least a part of the recording period by a first driving power source electrically connected to one end of the magnetic nanowire in a longitudinal direction;
applying a second bias voltage smaller than the recording voltage to the magnetic nanowire during a second period including at least a part of the recording period by a second driving power source electrically connected to the other end of the magnetic nanowire in the longitudinal direction;
A method for controlling a magnetic nanowire device comprising:

the first time period and the second time period have an overlapping duration.
2. The method for controlling a magnetic nanowire device according to claim 1.

the first period and the second period are periods including the entire recording period;
3. A method for controlling a magnetic nanowire device according to claim 1 or 2.

The first bias voltage and the second bias voltage are a pulse voltage or a DC voltage.
4. A method for controlling a magnetic nanowire device according to claim 1.

the conductive line is formed as a pattern so as to cross the magnetic nanowire twice at a position where the conductive line is twisted with the magnetic nanowire;
5. A method for controlling the magnetic nanowire device according to claim 1.

the first driving power supply or the second driving power supply applies a driving voltage for driving a magnetic domain formed in the magnetic nanowire during a driving period set after the recording period;
6. The method for controlling a magnetic nanowire device according to claim 5.

when the recording voltage is a positive voltage, the first bias voltage and the second bias voltage are also positive voltages, and when the recording voltage is a negative voltage, the first bias voltage and the second bias voltage are also negative voltages.
7. A method for controlling a magnetic nanowire device according to claim 1.

the first bias voltage and the second bias voltage are the same magnitude;
A method for controlling the magnetic nanowire device according to any one of claims 1 to 7.

The magnetic nanowire device is a memory or a spatial light modulator.
A method for controlling the magnetic nanowire device according to any one of claims 1 to 8.

The magnetic nanowire device, the interlayer insulating layer, and the conductive wire are all sealed in a container that can be kept in a dry nitrogen atmosphere or vacuum, isolated from the outside air.
10. The method for controlling a magnetic nanowire device according to claim 9.

a magnetic nanowire that is a nanowire-shaped magnetic body;
a conductive line disposed on the magnetic nanowire via an interlayer insulating layer for recording information in the magnetic nanowire as a magnetic domain by a current magnetic field;
a recording power source that applies a recording voltage to the conductive line during a predetermined recording period required to record the information corresponding to the magnetic domain;
a first driving power supply that applies a first bias voltage smaller than the recording voltage to the magnetic nanowire in a first direction along the length of the magnetic nanowire during a first period including at least a part of the recording period;
a second driving power supply that applies a second bias voltage smaller than the recording voltage to the magnetic nanowire in a second direction opposite to the first direction of the length of the magnetic nanowire during a second period including at least a part of the recording period;
A magnetic nanowire device comprising: