JP7481930B2 - 磁壁移動型磁性細線デバイス、および、そのデータ書き込み方法、並びに記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁壁移動型磁性細線デバイス、および、そのデータ書き込み方法、並びに記録装置に関する。

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および非特許文献２参照）。
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。

非特許文献２には、垂直磁化を示す材料としてＣｏ／Ｎｉが積層された磁性細線上に、直交するように、１２μｍの間隔を空けて２本のＴｉ／Ａｕ電極を設けた磁壁移動型磁性細線デバイスが記載されている。磁性細線において２本の電極間の領域がデータ記録領域となっている。一方の電極は書き込みヘッドとして機能し、他方の電極は読出しヘッドとして機能する。このデバイスでは、一方の電極（書き込みヘッド）に電流を流すことで発生した漏れ磁場を用いることで磁性細線に磁区を書き込む。そして、磁区が書き込まれた磁性細線に電極を介して電流パルスを流すことで、この磁性細線内で磁区を移動させている。非特許文献２には、電流パルスでシフトされる磁区の幅（磁壁間距離）は、５．１±０．９μｍ、あるいは、３．２±０．６μｍであることが開示されている。

Parkin Stuart S. P. et al.," Magnetic Domain-Wall Racetrack Memory", Science, 11 Apr 2008, Vol. 320, Issue 5873, pp. 190-194 Chiba D., et al.," Control of Multiple Magnetic Domain Walls by Current in a Co/Ni Nano-Wire", Applied Physics Express, June 2010, 073004

磁性細線にデータを書き込むために記録素子の周りに形成される磁場には広がりがあるため、従来の磁壁移動型磁性細線デバイスでは、微小な磁区を形成しようとしたときには、安定した形状の磁区を形成することができなかった。また、記録素子に流す電流の電流密度を高くすると、導線でＥＭ（Electro Migration）による発熱がおき、導線がアブレーションされてしまうという問題があった。一方、記録素子に流す電流が下限値を下回ると、磁場の強さが不十分となり、磁性細線に磁区が形成できないという問題もあった。

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、記録素子に対して流す電流値を低減しつつ、安定した形状の磁区を形成することができる磁壁移動型磁性細線デバイス、および、そのデータ書き込み方法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、本発明に係る磁壁移動型磁性細線デバイスは、磁性細線と、前記磁性細線におけるデータ導入領域を挟むように配置される第１記録素子および第２記録素子と、前記第１記録素子に流れる電流によって形成される磁場と、前記第２記録素子に流れる電流によって形成される磁場と、の作用によって前記データ導入領域の磁化が反転するように、前記第１記録素子に対して第１方向に流す電流と、前記第２記録素子に対して前記第１方向とは反対の第２方向に流す電流と、を制御する電流制御部と、を備え、前記電流制御部は、前記データ導入領域で磁化を反転させるときに、前記第１記録素子に流す電流の位相と前記第２記録素子に流す電流の位相とをずらす構成とした。

また、本発明に係る磁壁移動型磁性細線デバイスのデータ書き込み方法は、磁性細線と、前記磁性細線におけるデータ導入領域を挟むように配置される第１記録素子および第２記録素子と、前記第１記録素子に流れる電流によって形成される磁場と、前記第２記録素子に流れる電流によって形成される磁場と、の作用によって前記データ導入領域の磁化が反転するように、前記第１記録素子に対して第１方向に流す電流と、前記第２記録素子に対して前記第１方向とは反対の第２方向に流す電流と、を制御する電流制御部と、を備える磁壁移動型磁性細線デバイスのデータ書き込み方法であって、前記磁性細線にパルス電流を流す磁性細線通電工程と、前記電流制御部によって、前記データ導入領域で磁化を反転させるときに、前記第１記録素子に流す電流の位相と前記第２記録素子に流す電流の位相とをずらすことと、また、前記データ導入領域で磁化を反転させないときに、前記第１記録素子に流す電流の位相と前記第２記録素子に流す電流の位相とを揃えることと、を前記パルス電流に同期しながら所定の順序で行うデータ導入工程と、を有することとした。

本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
磁壁移動型磁性細線デバイスの第１記録素子と第２記録素子各々に対し流す電流の位相を適切にずらすことにより、第１記録素子にて記録された磁区を、時間差で電流が印加された第２記録素子によって発生する磁場で拡大させ、安定化させることができる。これにより磁性細線に磁区を形成するのに必要な電流の波高値の下限値を低減させること、すなわち、第１記録素子と第２記録素子に流す電流密度を低減させることができる。そのため、磁壁移動型磁性細線デバイスの省電力化に寄与できる。
また、磁壁移動型磁性細線デバイスのデータ書き込み方法によれば、磁性細線に常にパルス電流を流しながら、電流制御部によって、第１記録素子および第２記録素子に流す電流の位相をずらすか否かを選択しながら、磁性細線のデータ導入領域に２値データのいずれかを選択的に書き込むことができる。

本発明の第１実施形態に係る磁壁移動型磁性細線デバイスを模式的に示す構成図である。 （ａ）は、本発明の第１実施形態に係る磁壁移動型磁性細線デバイスの模式図であって、（ｂ）は、磁区が形成された磁性細線の模式図である。 （ａ）－（ｂ）、および（ｃ）－（ｄ）は、それぞれ磁壁移動型磁性細線デバイスのデータ書き込み方法の模式的な説明図である。 （ａ）－（ｂ）、および（ｃ）－（ｄ）は、それぞれ磁壁移動型磁性細線デバイスのデータ書き込み方法の別の例の説明図である。 （ａ）－（ｅ）は、磁壁移動型磁性細線デバイスのデータ書き込み方法の模式的な説明図である。 シミュレーションを実施したときの磁壁移動型磁性細線デバイスの模式図である。 （ａ）－（ｂ）は、磁壁移動型磁性細線デバイスに対しシミュレーションを実施したときの記録素子に対し流すパルス電流の波形であり、（ｃ）－（ｄ）はパルス電流の波形に位相差をつけたものである。 磁壁移動型磁性細線デバイスに対しシミュレーションを実施したとき磁性細線のある点での磁化の時間変化のグラフである。 磁壁移動型磁性細線デバイスに対しシミュレーションを実施したときの磁性細線上に形成される磁区の時間変化の様子を表す図である（位相差なし）。 磁壁移動型磁性細線デバイスに対し、位相差を変えながらシミュレーションを実施したときの磁性細線上に２ｎｓ経過時に形成される磁区の様子を表す図である。 （ａ）－（ｃ）は、磁壁移動型磁性細線デバイスに対しそれぞれ異なる観点でシミュレーションを実施したときの磁区形成の判定結果を表す図である。 （ａ）は、本発明の第２実施形態に係る磁壁移動型磁性細線デバイスの模式図であり、（ｂ）は、磁区が形成された磁性細線の模式図である。 磁壁移動型磁性細線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。 磁壁移動型磁性細線デバイスを適用した空間光変調器を示す模式図である。 一般的なＨＤＤのグレインと記録信号の模式図である。 パルス列Ａとパルス列Ｂで記録マークを形成（記録動作）する書き込み方法の模式図であって、（ａ）は電流Ａ１，Ｂ１の波形、（ｂ）は電流Ａ２，Ｂ２の波形をそれぞれ示している。 パルス列Ａとパルス列Ｂによる磁気モーメントの運動のシミュレーション結果（Ｚ）を示す図である。 パルス列Ａとパルス列Ｂによる磁気モーメントの運動のシミュレーション結果（Ｙ）を示す図である。 パルス列Ａとパルス列Ｂによる磁気モーメントの運動のシミュレーション結果（Ｘ）を示す図である。 実施例２の磁気モーメントの計算結果（２００ｐｓ）を示す図である。 実施例２の磁気モーメントの計算結果（２０００ｐｓ）を示す図である。 磁壁移動型磁性細線デバイスを適用した磁性細線メモリの他の例を示す模式図である。

（第１実施形態）
［磁壁移動型磁性細線デバイスの概要］
まず、磁壁移動型磁性細線デバイスの概要について図１～図３を参照して説明する。
図１に示すように、磁壁移動型磁性細線デバイス１は、図示しない基板上に、磁性細線１０と、第１記録素子２１および第２記録素子２２と、電流制御部５０と、を主に備えている。
磁性細線１０は、第１記録素子２１および第２記録素子２２の例えば上（ｚ方向の正の向き）に設けられている。第１記録素子２１および第２記録素子２２は、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。第１記録素子２１および第２記録素子２２は、通電によって発生する磁場により磁性細線１０に磁区を形成する。図３（ａ）に示すように、第１記録素子２１および第２記録素子２２は、磁性細線１０におけるデータ導入領域１１を挟むように配置される。

電流制御部５０は、第１記録素子２１に流れる電流によって形成される磁場と、第２記録素子２２に流れる電流によって形成される磁場と、の作用によってデータ導入領域１１の磁化が反転するように、第１記録素子２１に対して第１方向に流す電流と、第２記録素子２２に対して第１方向とは反対の第２方向に流す電流と、を制御する。この電流制御部５０は、データ導入領域１１で磁化を反転させるときに、第１記録素子２１に流す電流の位相と第２記録素子２２に流す電流の位相とをずらす。また、電流制御部５０は、データ導入領域１１で磁化を反転させないときには、第１記録素子２１に流す電流の位相と第２記録素子２２に流す電流の位相とを揃える。ここで、位相をずらすとは、第１記録素子２１に流すパルス電流の時間軸上における波形と、第２記録素子２２に流すパルス電流の時間軸上における波形とをずらすことを意味する。

前記位相をずらすときに、磁壁移動型磁性細線デバイス１は、第１記録素子２１に流れる電流によってデータ導入領域１１に電流磁場の形成を開始する時刻と、第２記録素子２２に流れる電流によってデータ導入領域１１に電流磁場の形成を開始する時刻と、をずらすようにしてもよい。つまり、パルス幅を変えて、パルス電流の時間軸上における波形の立ち上がりだけをずらしてもよい。なお、このとき、パルス波形の終端がずれてもよいし、合致するようにしてもよい。

ここで、データ導入領域１１に電流磁場の形成を開始する時刻をずらす第１の手法としては、電流制御部５０により電流の供給タイミングを適切に制御する方法がある。電流制御部５０は、第１記録素子２１と第２記録素子２２に接続されており、これらに対し電流を供給するタイミングを自由に設定することができる。そのため、それらのタイミング差が、必要な位相差と等しくなるように設定すれば、第１記録素子２１に流す電流と第２記録素子２２に流す電流とのそれぞれによって生じる磁界が強め合うように制御でき、例えば予め上向きの磁化方向の磁区が形成された磁性細線１０に対し、下向きの磁化反転を起こす力を増大させることができる。例えば電流制御部５０が、データ導入領域１１で磁化を反転させるときに、第１記録素子２１および第２記録素子２２の一方へ電流供給を開始した後に、第１記録素子２１および第２記録素子２２の他方へ電流供給を開始するようにしてもよい。このときの時間差は、例えばナノ秒（ｎｓ）やサブナノ秒のオーダーが想定され、この値は、デバイス構造に応じて実験的に求めればよい。この方法により、第１記録素子２１に流す電流と第２記録素子２２に流す電流のそれぞれの電流値が同じ組み合わせであっても、より磁性細線１０に対し磁区が形成されやすい条件を作ることができる。

また、データ導入領域１１に電流磁場の形成を開始する時刻をずらす第２の手法として、例えば、第１記録素子２１へ電流を供給するケーブル６１ａ，６１ｂ（図１参照）の長さと、第２記録素子２２へ電流を供給するケーブル６２ａ，６２ｂ（図１参照）の長さとが異なる手法を用いることができる。電流制御部５０は、ケーブル６１ａ，６１ｂによって第１記録素子２１へ接続されており、またケーブル６２ａ，６２ｂによって第２記録素子２２へ接続されている。その上で、電流制御部５０は、第１記録素子２１へ電流供給を開始するときに、同時に第２記録素子２２へ電流供給を開始する。それらケーブル６１ａ，６１ｂおよび６２ａ，６２ｂ内を通って電流は、電流制御部５０から第１記録素子２１および第２記録素子２２に流れる。ケーブル長が等しくない場合、電流が第１記録素子２１および第２記録素子２２に到達する時間もずれる。すなわち、ケーブル長のずれによって、第１記録素子２１と第２記録素子２２に流す電流の位相差を作り出すことができる。逆に、設定したい所望の位相差に対応するように、ケーブル６１ａ，６１ｂの長さと、ケーブル６２ａ，６２ｂの長さと、を変えればよい。このときのケーブル長のずれは、ケーブルを進む電流の速さと所望の位相差とを乗算することで求めることができる。なお、ケーブルを進む電流の速さＶは、次の式（１）で表される。

ここで、ｃは光速３．０×１０^８［ｍ／ｓ］である。また、εは絶縁体の誘電率であり、絶縁体がポリエチレンである場合、その誘電率εは２．７である。具体的には、例えば０．２［ｎｓ］の位相差を設定したい場合、ケーブル長のずれを、０．０３７［ｍ］すなわち３．７［ｃｍ］にすればよい。このケーブル長のずれは、現実的に十分に作成可能な長さである。
なお、第２の手法において、電流制御部５０が、データ導入領域１１で磁化を反転させないときには、ケーブル長が短い記録素子へ電流供給を開始する時刻が、ケーブル長のずれに対応した時間だけ遅延するように制御することで、第１記録素子２１と第２記録素子２２に流す電流の位相を揃えることができる。

電流制御部５０は、第１記録素子２１に流す電流の大きさと、第２記録素子２２に流す電流の大きさとを等しくしてもよい。また、電流制御部５０は、第１記録素子２１に流す電流の大きさと、第２記録素子２２に流す電流の大きさとを互いに異なるものとしてもよい。後記するシミュレーションの実験例では、電流の大きさを互いに異なるものとした場合に、記録電流のいっそうの低減効果を確認することができた。

［磁壁移動型磁性細線デバイスの構造］
次に、磁壁移動型磁性細線デバイスの構造について図１～図３を参照して説明する。
図１～図３では、磁性細線１０の長さ方向がｘ方向である。第１記録素子２１および第２記録素子２２の長さ方向がｙ方向である。また、磁性細線１０、第１記録素子２１、第２記録素子２２の厚み方向がｚ方向である。なお、磁性細線１０の幅方向がｙ方向であり、第１記録素子２１および第２記録素子２２の幅方向がｘ方向である。

以下の説明では、図２（ｂ）に示すように、ｙ軸の正の方向（第１方向）へ流れる電流が電流Ａであり、ｙ軸の負の方向（第２方向）へ流れる電流が電流Ｂであるものとする。また、電流Ａを流すことで記録素子の周囲に発生する磁場が磁場Ａであり、電流Ｂを流すことで記録素子の周囲に発生する磁場が磁場Ｂ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、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。

図３（ａ）に示すように、磁性細線１０は、長さ方向に、データを導入するデータ導入領域１１と、データ導入領域１１の端部１４に隣接したデータ保持領域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データ導入領域１１として利用され、その右側の大部分の領域がデータ保持領域１２として利用される。データ導入領域１１とデータ保持領域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。なお、データ導入領域１１における図中左側の一端を端部１３、図中右側の他端を端部１４と呼ぶ。データ導入領域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。データ保持領域１２は、記録したデータを保持するための領域である。磁性細線１０は、上向きまたは下向きの磁化方向の磁区をデータ導入領域１１に形成され、この磁区が細線の長さ方向に移動してデータ保持領域１２に到達する。なお、磁性細線１０は、両端に電極７１，７２を接続するための領域を備えている。これらの電極７１，７２は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｏ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。

第１記録素子２１および第２記録素子２２は、ｙ方向に延設された直線状の配線である。図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、第１記録素子２１の中心は、データ導入領域１１の端部１３で磁性細線１０に直交するように配置される。また、第２記録素子２２の中心は、データ導入領域１１の端部１４で磁性細線１０に直交するように配置される。ここでは、磁性細線１０の左端が、データ導入領域１１の端部１３になっている。

第１記録素子２１および第２記録素子２２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、第１記録素子２１および第２記録素子２２の材料に、Ｃｕを用いることが好適である。第１記録素子２１および第２記録素子２２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。

なお、図１および図２に示す例では、第１記録素子２１および第２記録素子２２の断面形状を円形としたが矩形でも構わない（図６参照）。また、第１記録素子２１、第２記録素子２２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。

図１および図２に示す例では、磁壁移動型磁性細線デバイス１は、磁性細線１０と、第１記録素子２１および第２記録素子２２と、の間に絶縁層３０を備えている。絶縁層３０は、第１記録素子２１および第２記録素子２２と、磁性細線１０とを絶縁するものである。図１および図２に示す例では、絶縁層３０は、第１記録素子２１および第２記録素子２２の上に形成されている。また、絶縁層３０の上には磁性細線１０が形成されている。すなわち、ｚ方向において、第１記録素子２１と第２記録素子２２とは、絶縁層３０に対して同じ側に配置されている。

なお、磁性細線１０と、第１記録素子２１および第２記録素子２２と、の配置を入れ換えてもよい。その場合、磁性細線１０の上に絶縁層３０が形成され、その上に第１記録素子２１および第２記録素子２２が形成される（図６参照）。

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。第１記録素子２１と第２記録素子２２の間に絶縁材料を充填したり、第１記録素子２１および第２記録素子２２の周囲に絶縁材料を敷き詰めたりすることが好ましい。

図１に仮想線で示すように、磁壁移動型磁性細線デバイス１は、第１記録素子２１と第２記録素子２２との間に磁束集中部材４０を挿入した構造としてもよい。
磁束集中部材４０は、ｙ方向に延設された直線状の部材であって、第１記録素子２１に電流が流れることで発生する磁束と、第２記録素子２２に電流が流れることで発生する磁束とを集中させて、磁束の密度を増加させる磁性部材からなる。磁束集中部材４０は、例えば軟磁性材料からなることが好ましい、軟磁性材料としては、例えば、Ｍｎ－Ｚｎフェライト、Ｎｉ－Ｚｎフェライト、Ｍｎ－Ｎｉフェライト、Ｎｉ－Ｚｎ－Ｃｏフェライトなどのソフトフェライト等を挙げることができる。磁束集中部材４０は、図示した中実の棒状の構造であってもよいし、中空の円筒状の構造でもよい。なお、磁束集中部材４０の断面形状を円形としたが矩形でも構わない（図６参照）。

［磁壁移動型磁性細線デバイスのデータ書き込み方法］
磁壁移動型磁性細線デバイスのデータ書き込み方法は、磁性細線通電工程と、データ導入工程と、を有している。
磁性細線通電工程は、磁性細線１０にパルス電流を流す工程である。
データ導入工程は、電流制御部５０によって、データ導入領域１１で磁化を反転させるときに、第１記録素子２１に流す電流の位相と第２記録素子２２に流す電流の位相とをずらすことと、また、データ導入領域１１で磁化を反転させないときに、第１記録素子２１に流す電流の位相と第２記録素子２２に流す電流の位相とを揃えることと、を磁性細線１０に流すパルス電流に同期しながら所定の順序で行う工程である。
以下では、磁壁移動型磁性細線デバイス１が、磁束集中部材４０を有さないものとして、また、磁性細線１０のデータ導入領域１１の近傍に注目して、図２～図４を参照しながらデータ書き込み方法について説明する。

磁壁移動型磁性細線デバイス１のデータ書き込み方法は、データ導入工程において、例えば、双方向第１磁区形成工程を行う。この双方向第１磁区形成工程は、図２（ｂ）および図３（ｂ）に示すように、第１記録素子２１に電流Ａを流すことで発生する磁場Ａと、第２記録素子２２に電流Ｂを流すことで発生する磁場Ｂと、により磁性細線１０のデータ導入領域１１に、例えば下向きの磁区を形成する工程である。磁壁移動型磁性細線デバイス１は、磁化を反転させることでデータを書き込む際には、電流制御部５０によって、電流Ａと電流Ｂとの位相をずらす。

ここでは、磁性細線１０のデータ導入領域１１に下向きの磁区を書き込む前の初期状態では、図３（ａ）に示すように、磁性細線１０の全体に、例えば上向きの磁区が形成されているものとする。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、図３（ａ）および図３（ｂ）において上向きの磁化は無地で示されている。

磁性細線１０のデータ導入領域１１の端部１３は、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように、例えば磁性細線１０の左端ではなくてもよい。これらの形態では、データ導入領域１１の端部１３よりも外側（図３において左側）に磁性細線１０の左端部１５が配置されている。なお、図３（ｄ）において、一例として下向きの磁化はドットで示され、図３（ｃ）および図３（ｄ）において上向きの磁化は無地で示されている。

また、磁壁移動型磁性細線デバイス１のデータ書き込み方法は、データ導入工程において、前記双方向第１磁区形成工程の代わりに、双方向第２磁区形成工程を行うこととしてもよい。この双方向第２磁区形成工程は、第１記録素子２１に電流Ｂを流すことで発生する磁場Ｂと、第２記録素子２２に電流Ａを流すことで発生する磁場Ａと、により磁性細線１０のデータ導入領域１１に上向きの磁化の磁区を形成する工程である。

ここでは、磁性細線１０のデータ導入領域１１に上向きの磁区を書き込む前の初期状態では、図４（ａ）に示すように、磁性細線１０の全体に、例えば下向きの磁区が形成されているものとする。図４（ａ）および図４（ｂ）において、一例として下向きの磁化はドットで示され、図４（ｂ）において上向きの磁化は無地で示されている。

磁性細線１０のデータ導入領域１１の端部１３は、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように、例えば磁性細線１０の左端ではなくてもよい。図４（ｃ）および図４（ｄ）において、一例として下向きの磁化はドットで示され、図４（ｄ）において上向きの磁化は無地で示されている。

次に、図５を参照して、磁壁移動型磁性細線デバイス１の磁性細線１０のデータ保持領域１２へのデータの記録方法について説明する。図５（ａ）は、磁壁移動型磁性細線デバイス１の磁性細線１０の全体に、事前に上向きの磁区を書き込んだ上で（図３（ｃ）参照）、双方向第１磁区形成工程を行うことで磁性細線１０のデータ導入領域１１に、下向きの磁区を形成した状態を示している（図３（ｄ）参照）。なお、図５では、一例として下向きの磁区をドットで示し、上向きの磁区を無地で示している。

磁壁移動型磁性細線デバイス１のデータ書き込み方法は、例えば前記双方向第１磁区形成工程に続けて、磁性細線通電工程によって磁壁駆動工程を行うこともできる。この磁壁駆動工程は、第１記録素子２１および第２記録素子２２への印加電流を止め、図５（ｂ）に示すように、磁性細線１０に対して磁壁を駆動するための電流（電流Ｃ）を流す。詳細には、磁性細線１０の長さ方向にパルス電流（電流Ｃ）を印加すると、負の電荷を持った電子ｅ^－が図５において右へ移動し、当該磁性細線１０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、データ導入領域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５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５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Ｃの向きとして図示しているが、パルス電流（電流Ｃ）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。

上記１回の磁壁駆動工程によって、磁性細線１０のデータ保持領域１２には、下向き磁区が記録される。また、これにより、磁性細線１０のデータ導入領域１１には、次のデータを記録できるスペースが生じる。そして、図５（ｂ）に示す磁性細線１０の磁化状態から、続けて、上向き磁区をデータ保持領域１２に記録したい場合、図５（ｃ）に示すように、再度、磁性細線１０の長さ方向にパルス電流（電流Ｃ）を印加する。これにより、データ導入領域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。上記２回の磁壁駆動工程によって、磁性細線１０のデータ保持領域１２には、右から順に、下向き磁区および上向き磁区が記録される。なお、磁性細線１０のデータ導入領域１１には、次のデータを書き込むスペースが生じる。

次に、図５（ｃ）に示す磁性細線１０の磁化状態に続いて、データ導入領域１１に下向き磁区を書き込みたい場合、図５（ｄ）に示すように、データ導入工程において双方向第１磁区形成工程を再び行う。これにより、磁性細線１０のデータ導入領域１１に、下向きの磁区を形成することができる。

次に、図５（ｄ）に示す磁性細線１０の磁化状態から、続けて、下向き磁区をデータ保持領域１２に記録したい場合、磁壁移動型磁性細線デバイス１のデータ書き込み方法は、双方向第１磁区形成工程に続けて、例えば図５（ｅ）に示す一方向第１磁区形成工程を行うこともできる。この一方向第１磁区形成工程は、磁性細線通電工程とデータ導入工程を併用し、磁性細線１０に流す電流Ｃに連動させて、第２記録素子２２に電流を流さずに第１記録素子２１に電流Ａを流すことで発生する磁場Ａにより磁性細線１０のデータ導入領域１１に第１磁化方向（下向きの磁化）の磁区を形成する工程である。

この一方向第１磁区形成工程によれば、パルス電流（電流Ｃ）を印加することで下向き磁区を１ビット分の長さだけビットシフトさせると共に、データ導入領域１１に生じた記録スペースには電流磁場（磁場Ａ）により、下向き磁区を形成することができる。上記２回の磁壁駆動工程および一方向第１磁区形成工程によって、磁性細線１０のデータ保持領域１２には、右から順に、下向き磁区、上向き磁区、および下向き磁区が記録される。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、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のデータ保持領域１２は、順次情報をデータ保持領域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。つまり、磁性細線１０のデータ導入領域１１に下向き磁区と上向き磁区のいずれかを所定の順序で書き込みながらビットシフトを行うことで、磁性細線１０は、所定ビット長のデータが記録されたメモリとなる。

なお、前記磁壁駆動工程等の説明では、一例として、図５（ａ）を参照して磁性細線１０は初期状態で上向きの磁区が形成されているものとして説明したが、これに限らない。例えば、磁壁移動型磁性細線デバイス１の磁性細線１０の全体に、下向きの磁区を形成した上で（図４（ｃ）参照）、双方向第２磁区形成工程を行うことで磁性細線１０のデータ導入領域１１に、上向きの磁区を形成した状態（図４（ｄ）参照）からでも、前記磁壁駆動工程等を行うことができる。すなわち、双方向第２磁区形成工程に続けて磁壁駆動工程を行うこともできる。

双方向第２磁区形成工程を行う場合、磁壁移動型磁性細線デバイス１のデータ書き込み方法は、前記一方向第１磁区形成工程の代わりに、一方向第２磁区形成工程を行うことができる。この一方向第２磁区形成工程は、磁性細線通電工程とデータ導入工程を併用し、磁性細線１０に流す電流Ｃに連動させて、第２記録素子２２に電流を流さずに第１記録素子２１に電流Ｂを流すことで発生する磁場Ｂにより磁性細線１０のデータ導入領域１１に上向きの磁化の磁区を形成する工程である。

また、磁壁移動型磁性細線デバイス１のデータ書き込み方法は、例えば磁性細線１０のデータ導入領域１１へのデータ書き込みに関して、双方向第１磁区形成工程と双方向第２磁区形成工程の両方を行うこととしてもよい。この場合、初期状態において、磁性細線１０は磁化されていなくてもよいし、あるいは、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。

［シミュレーション］
次に、磁壁移動型磁性細線デバイス１において、磁性細線１０上の磁区形成のために第１記録素子２１および第２記録素子２２に流す記録電流に関するいくつかの実験について図６～図１１を参照（図１を適宜参照）して説明する。本願発明者らは、記録電流の低減効果を確認するため、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。このとき、図６に示す磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｂを用いた。

磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｂは、磁性細線１０と、第１記録素子２１と、第２記録素子２２と、磁束集中部材４０と、図示しない電流制御部５０と、を主に備えている。磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｂにおいて、磁壁移動型磁性細線デバイス１と同じ構成には、同じ符号を付して説明を省略する。この磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｂにおいて、磁性細線１０は、第１記録素子２１および第２記録素子２２の下（ｚ方向の負の向き）に設けられている。また、第１記録素子２１および第２記録素子２２は、断面が正方形であるものとした。磁束集中部材４０は、第１記録素子２１および第２記録素子２２の間に配置されており、ここでは軟磁性材料で構成されるものとした。

磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｂは、下記の構造および磁気特性を有するものとして実験（第１本実験、第２本実験）を行った。
また、第１比較例として、磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｂから磁束集中部材４０を除去した構造を有し、かつ、記録電流の位相差がない場合についても実験（第１比較実験）を行った。さらに、第２比較例として、磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｂと同じ構造を有し、かつ、記録電流の位相差がない場合についても実験（第２比較実験）を行った。

［構造および磁気特性］
（磁性細線の構造）
長さ（ｘ方向）：１．６［μｍ］
幅 （ｙ方向）：１２０［ｎｍ］
膜厚（ｚ方向）：１２［ｎｍ］
（磁性細線の磁気特性）
飽和磁化4πＭ_ｓ：０．１５［Ｔ］
異方性磁界Ｈ_ｋ：５．０［ｋＯｅ］
交換結合係数Ａ：１．２×１０^-11［Ｊ／ｍ］
なお、１［Ｏｅ］＝１０³／（４π）［Ａ／ｍ］である。
（第１記録素子、第２記録素子の構造）
長さ（ｙ方向）：２．０［μｍ］
幅 （ｘ方向）：１２０［ｎｍ］
膜厚（ｚ方向）：１２０［ｎｍ］
記録素子間距離（ｘ方向）：１００［ｎｍ］
各記録素子と磁性細線との間の距離（ｚ方向）ｈ：１０［ｎｍ］

（磁束集中部材４０の構造）
長さ（ｙ方向）：２．０［μｍ］
幅 （ｘ方向）：８０［ｎｍ］
膜厚（ｚ方向）：１２０［ｎｍ］
記録素子間距離（ｘ方向）：１００［ｎｍ］
（磁束集中部材４０の比透磁率）
μ_ｒ＝３０００

［記録電流を流す向きの前提条件］
各実験の前提として、予め磁性細線１０の全体にｚ軸の正の方向（上向き）の磁区を形成しておいた。その上で、図２（ｂ）に示すように、第１記録素子２１に電流Ａを流すことで発生する磁場Ａと、第２記録素子２２に電流Ｂを流すことで発生する磁場Ｂと、により磁性細線１０に第１磁化方向（下向き）の磁区を形成する計算を、ＬＬＧ（Landau-Lifshitz-Gilbert）方程式を用いて実行した。また、各記録素子に対して、後記するように数十～１００［ｍＡ］の範囲の記録電流を印加した。ここで、電流値１００［ｍＡ］は、電流密度に換算すると６．７×１０^８［Ａ／ｃｍ^２］に相当する。
以下、第１比較実験、第２比較実験、第１本実験、第２本実験について順次説明する。

（第１比較実験）
第１比較実験は、第１比較例に関する実験であって、磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｂから磁束集中部材４０を除去し、かつ、第１記録素子２１に流すパルス電流と、第２記録素子２２に流すパルス電流の時間軸上における位相差が０［ｎｓ］であるものとした。このときに第１記録素子２１に流す電流Ａの波形を図７（ａ）に示し、第２記録素子２２に流す電流Ｂの波形を図７（ｂ）に示す。なお、以下では、第１記録素子２１に流すパルス電流の電流値（波高値）をＩ_Ａとし、第２記録素子２２に流すパルス電流の電流値（波高値）をＩ_Ｂとする。また、パルス幅は２．０［ｎｓ］とした。
この実験では、第１記録素子２１に流す電流Ａの電流値Ｉ_Ａと、第２記録素子２２に流す電流Ｂの電流値Ｉ_Ｂを、１００［ｍＡ］から徐々に低減させた場合に、それぞれ磁区形成できるか否かを調べた。

なお、磁性細線１０に予め形成されていた上向きの磁区が、下向きの磁区に変化するのは、上向きの磁気モーメントが、下向きに反転するためである。図８に磁化反転の一例を示す。磁気モーメントは、例えば初期方向が上向きである場合、最初は、Ｓ１の状態で固定化されている。そして、下向きにある強度以上の外部磁界が印加されると、磁気モーメントは歳差運動しながら、状態Ｓ１→状態Ｓ２→状態Ｓ３→状態Ｓ４の順序で連続的に移動して、状態Ｓ５のように反転する。

第１比較実験の結果、図１１（ａ）に示すように、電流値Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂが共に９０ｍＡ以上のときには磁区形成することができた。しかし、電流値Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝８０ｍＡ以下の場合、磁区形成不可であった。第１比較実験の代表例として、電流値Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝９０ｍＡの場合に、第１記録素子２１および第２記録素子２２への電流印加を開始してから２．０［ｎｓ］までの間における磁化状態の時間遷移図を図９に示す。

図９において左には、上から下に向かって磁化状態を計算した時刻をそれぞれ記載している。磁化状態を計算した時刻は、電流印加開始からの経過時間［ｎｓ］であって、ここでは、１０個の時刻について磁化状態をそれぞれ計算した。具体的には、経過時間が０．０５、０．１０、０．１５、０．２０、０．２５、０．５０、０．７５、１．０、１．５、２．０となる各時刻において磁化状態をそれぞれ計算した。

図９において中央には、磁化状態を計算した１０個の時刻それぞれに対応させて、磁性細線における磁化状態をそれぞれ示している。詳細には、磁化状態を計算した時刻ごとに、磁性細線１０のデータ導入領域１１の近傍をｚ軸の正の方向から見た場合における磁化状態をそれぞれ示している。なお、磁化の強さはモノトーンの濃淡で示されている。
図９において下には、ｘ方向の長さを示すｘ軸が記載されており、ｘ方向の長さの単位はナノメートルである。ここでは、ｘ軸の原点Ｏは、磁性細線１０のデータ導入領域１１の中心に対応している。ｘ軸において－１７０～－５０ｎｍの位置には、磁性細線１０の下側に絶縁層３０を介して第１記録素子２１が配置されている。また、ｘ軸において５０～１７０ｎｍの位置には、磁性細線１０の下側に絶縁層３０を介して第２記録素子２２が配置されている。なお、磁性細線１０上の計算メッシュサイズは４ｎｍとした。

図９において右には、ｚ軸方向の磁化の強さと、モノトーンの濃淡との関係を示している。ここでは、縦軸がｚ軸方向の磁化の強さを示している。縦軸の上方が＋ｚ（上向き磁区）を示し、縦軸の下方が－ｚ（下向き磁区）を示す。縦軸の上ほど白色に近づき、縦軸の下ほど黒色に近づく。縦軸の最大値（白色）が飽和磁化＋１．０、最小値（黒色）が飽和磁化－１．０であるものとして、計算後の磁化の強さの結果を濃淡として表現することにより、磁化がどのような中間値を取っているかを調べた。

記録電流を流す向きの前提条件で述べたように、第１比較実験では、予め磁性細線１０の全体に、＋ｚ（上向きの磁区）を形成しておいた。また、第１記録素子２１に対して、ｙ軸の正の方向への電流（電流Ａ）を印加し、かつ、第２記録素子２２に対して、ｙ軸の負の方向への電流（電流Ｂ）を印加した。また、図７（ａ）に波形を示す電流Ａの電流値Ｉ_Ａ＝９０ｍＡ、図７（ｂ）に波形を示す電流Ｂの電流値Ｉ_Ｂ＝９０ｍＡ、電流Ａおよび電流Ｂの位相差は０［ｎｓ］であるものとした。このとき、図９に示すように、時間の経過（～０．５０ｎｓ）に伴って、ｘ軸の原点Ｏの近傍は、白色の領域が徐々に減少し、経過時間が０．７５ｎｓのときには、ｘ軸の原点Ｏの近傍は、すべて黒色の領域に転じた。これは、第１記録素子２１および第２記録素子２２の間のデータ導入領域１１に、下向きに、ある強度以上の電流による外部磁界が印加されることにより、記録素子間に、－ｚ（下向きの磁区）が形成されたためであると考えられる。なお、ｘ軸の原点Ｏの近傍は、すべて黒色の領域に転じた後、経過時間が２．０ｎｓ（パルス幅）になるまで大きな変化はなかった。

（第２比較実験）
第２比較実験は、磁束集中部材４０の有無を対比するための実験である。すなわち、第２比較例と第１比較例とを対比するための実験である。この第２比較実験では、磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｂと同様に磁束集中部材４０を備え、かつ、第１記録素子２１に流すパルス電流と、第２記録素子２２に流すパルス電流の時間軸上における位相差が０［ｎｓ］であるものとした。このときに第１記録素子２１に流す電流Ａの波形を図７（ａ）に示し、第２記録素子２２に流す電流Ｂの波形を図７（ｂ）に示す。この第２比較実験では、磁束集中部材４０による記録電流の低減効果を調べた。具体的には、軟磁性材料を有する場合、第１記録素子２１に流す電流Ａの電流値Ｉ_Ａと、第２記録素子２２に流す電流Ｂの電流値Ｉ_Ｂとを、９０［ｍＡ］からどこまで低減できるかを調べた。なお、第１記録素子２１および第２記録素子２２への電流印加を開始してから２［ｎｓ］が経過した時点における磁化状態を判定に用いた。

第２比較実験の結果、図１１（ｂ）に示すように、記録電流値をＩ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝９０ｍＡから下げていくと、Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝８０ｍＡの条件で軟磁性材料を用いないデバイスには磁区が形成されなかった。つまり、軟磁性材料を用いない第１比較例では、記録電流値Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝９０ｍＡが、磁区形成される電流の下限値である。
一方、軟磁性材料を有する場合、電流値Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂが共に８０ｍＡのときでも７０ｍＡのときでも磁区形成することができた。つまり、軟磁性材料を記録素子間に挿入することにより、軟磁性材料を用いない場合に比べて、記録電流値をＩ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝９０ｍＡから、Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝７０ｍＡまで２０ｍＡ低減させることができた。しかしながら、軟磁性材料を有していても位相差が０［ｎｓ］である場合、電流値Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝６０ｍＡ以下では、磁区形成不可であった。

（第１本実験）
第１本実験では、磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｂを用い、かつ、第１記録素子２１に流すパルス電流と、第２記録素子２２に流すパルス電流との間に、時間軸上における位相差がＴ［ｎｓ］であるものとした。このときに第１記録素子２１に流す電流Ａの波形を図７（ｃ）に示し、第２記録素子２２に流す電流Ｂの波形を図７（ｄ）に示す。図７（ｃ）に示すように、第１記録素子２１に流す電流Ａの波形は、図７（ａ）に示す波形と同じである。一方、図７（ｄ）に示すように、第２記録素子２２に流す電流Ｂの波形は、図７（ｂ）に示す波形と比べて、パルスの立ち上がりをＴ［ｎｓ］遅らせ、位相差をつけた。

記録電流を流す向きの前提条件で述べたように、第１本実験では、予め磁性細線１０の全体に、上向きの磁区を形成しておいた。また、第１記録素子２１に対して、ｙ軸の正の方向への電流（電流Ａ）を印加し、かつ、第２記録素子２２に対して、ｙ軸の負の方向への電流（電流Ｂ）を印加した。また、この実験では、記録素子に流す電流として、第２比較実験の下限値（電流値Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝７０ｍＡ）よりも低い電流値Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝５０ｍＡの電流を用いて、位相差Ｔ［ｎｓ］を変化させた場合に、それぞれ磁区形成できるか否かを調べた。

図１０は、第１本実験の結果を示す図である。図１０において左には、記録電流を記載している。図１０において中央には、上から下に向かって位相差Ｔ［ｎｓ］をそれぞれ記載している。ここでは、９個の位相差について磁化状態をそれぞれ計算した。具体的には、位相差Ｔ［ｎｓ］が、０、０．０５、０．１、０．１５、０．２、０．２５、０．３、０．３５、０．４となる各位相差において磁化状態をそれぞれ計算した。

図１０において右には、磁化状態を計算した９個の位相差それぞれに対応させて、磁性細線における磁化状態をそれぞれ示している。詳細には、磁化状態を計算した位相差ごとに、第１記録素子２１および第２記録素子２２への電流印加を開始してから２［ｎｓ］が経過した時点における磁化状態を示している。また、磁性細線１０のデータ導入領域１１の近傍をｚ軸の正の方向から見た場合における磁化状態を示している。
磁化の強さはモノトーンの濃淡で示されている。ここで、磁化状態を示すモノトーンの濃淡と、ｚ軸方向の磁化の強さとの関係も図９と同様である。また、図１０における磁化状態の模式図は、記録素子間に軟磁性材料（磁束集中部材４０）が設けられている点を除き、図９における磁化状態の模式図と同様である。つまり、図１０では図９のｘ軸を省略したが、磁性細線１０のデータ導入領域１１や各記録素子の位置は図９と同様である。

このとき、図１０に示すように、記録電流値Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝５０ｍＡの条件では、同位相（位相差Ｔ［ｎｓ］＝０）のとき、記録素子間のデータ導入領域は、黒色にならず、磁区形成できなかった。
一方、記録電流値Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝５０ｍＡの条件であっても、位相差Ｔ［ｎｓ］を０．０５としたとき、および０．１５としたときには、記録素子間のデータ導入領域は、黒色になって磁区形成することができた。磁区形成できた理由については、おそらく、位相差Ｔ［ｎｓ］＝０．０５，０．１５における歳差運動のベクトル位置、および、その傾きが関係して磁化反転しやすい状況になったためであると考えられる。

なお、位相差Ｔ［ｎｓ］が０．１のときには磁化反転できなかった。磁区形成できなかった理由については、おそらく、位相差Ｔ［ｎｓ］＝０．０１における歳差運動のベクトル位置、および、その傾きが関係して磁化反転しにくい状況になったためであると考えられる。例えば図８のように磁気モーメントがＳ１の状態で固定化されている場合に、下向きに印加される外部磁界の強度が不十分であると、磁化反転しにくい状況であると考えられる。状態Ｓ１から次の状態に遷移するときに外部磁界の強度が不十分であると、磁気モーメントの歳差運動も不十分なものとなって、例えば状態Ｓ１→状態Ｓ２→状態Ｓ１といった遷移をして反転することなく元の状態Ｓ１に戻ってしまう。あるいは、状態Ｓ１→状態Ｓ２→状態Ｓ３→状態Ｓ２→状態Ｓ１といった遷移をして反転することなく元の状態Ｓ１に戻ってしまう。

一方、第１本実験では、図６に示す磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｂにおいて、前記した構造および磁気特性の条件下で、５０ｍＡという低電流値で磁区を形成できること、すなわち、データを記録できることを確かめることができた。この５０ｍＡという電流値は、ＨＤＤ用磁気ヘッドに用いられる電流値と同等の値なので、磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｂを用いる記録手法は、実デバイス実現のために有効な記録手法であると考えられる。

（第２本実験）
第２本実験は、第１本実験で磁区形成を確認した事例（位相差Ｔ［ｎｓ］を０．０５とした場合の事例）において、記録電流値Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂを異なる値とした点以外は、第１本実験と同様である。この第２本実験では、位相差Ｔ［ｎｓ］＝０．０５である場合に、第１記録素子２１に流す電流Ａの電流値Ｉ_Ａを５０ｍＡとし、かつ、第２記録素子２２に流す電流Ｂの電流値Ｉ_Ｂを４０ｍＡとしてシミュレーションを行った。また、同様に、第１記録素子２１および第２記録素子２２への電流印加を開始してから２［ｎｓ］が経過した時点における磁化状態を判定に用いた。その結果、上記条件であっても、図１１（ｃ）に示すように、磁区を形成できることが確認できた。

（第３本実験）
記録電流の位相差があって磁束集中部材４０の無いデバイスについても実験（第３本実験）を行った。第３本実験では、磁束集中部材４０の無いデバイスであって、下記のように第１記録素子２１および第２記録素子２２の太さの値だけを低減して、前記した構造および磁気特性と同様のものを用いてシミュレーションを行った。

（第１記録素子、第２記録素子の構造）
長さ（ｙ方向）：２．０［μｍ］
幅 （ｘ方向）：１００［ｎｍ］
膜厚（ｚ方向）： ４０［ｎｍ］

第３本実験で用いた磁束集中部材４０の無いデバイスの場合、記録電流の位相差が無いときの記録電流値はＩ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝６０ｍＡが、磁区形成される電流の下限値であった。第３本実験では、記録素子に流す電流として、この下限値（電流値Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝６０ｍＡ）よりも低い電流値Ｉ_Ａ＝Ｉ_Ｂ＝５０ｍＡの電流を用いて、位相差Ｔ［ｎｓ］を、０、０．１および０．２とした場合に、それぞれ磁区形成できるか否かを調べた。その結果、下記の表１に示すように、磁束集中部材４０の無いデバイスであっても記録電流に位相差をつけることで、位相差が無いときの記録電流の下限を低減できることが確かめられた。

（第２実施形態）
図１２（ａ）に示す磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｃは、複数の磁性細線１０と、第１記録素子２１と、第２記録素子２２と、図示しない電流制御部５０と、を主に備えている。磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｃは、複数の磁性細線１０を備えている点が図１に示す磁壁移動型磁性細線デバイス１と相違している。磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｃにおいて、磁壁移動型磁性細線デバイス１と同じ構成には、同じ符号を付して説明を省略する。図１２（ａ）には、３個の磁性細線１０を図示しているが、個数は特に限定されない。ｙ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。

磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｃのデータ書き込み方法は、一度に複数の磁性細線１０に対して所定の磁化方向の磁区を形成できる点を除いて、磁壁移動型磁性細線デバイス１のデータ書き込み方法と同様である。例えば、磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｃのデータ書き込み方法は、図１２（ｂ）に示すように、第１記録素子２１に電流Ａを流すことで発生する磁場Ａと、第２記録素子２２に電流Ｂを流すことで発生する磁場Ｂと、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）の磁区を形成する工程（双方向第１磁区形成工程）を行う。なお、磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｃも、磁化を反転させることでデータを書き込む際には、電流Ａと電流Ｂとの位相をずらすことで、第１実施形態と同様、記録素子に対して流す電流値を低減しつつ、安定した形状の磁区を形成することが可能となる。

また、磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｃのデータ書き込み方法は、例えば、双方向第１磁区形成工程の代わりに、第１記録素子２１に電流Ｂを流すことで発生する磁場Ｂと、第２記録素子２２に電流Ａを流すことで発生する磁場Ａと、により、一度に複数の磁性細線１０に対して上向きの磁区を形成する工程（双方向第２磁区形成工程）を行うこととしてもよい。さらに、磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｃのデータ書き込み方法は、双方向第１磁区形成工程と双方向第２磁区形成工程の両方を行うこととしてもよい。

また、磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｃのデータ書き込み方法は、双方向第１磁区形成工程または双方向第２磁区形成工程に続けて、前記した磁壁駆動工程を行うことができる。磁壁駆動工程は、磁性細線１０ごとに行うことができる。
また、磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｃのデータ書き込み方法は、双方向第１磁区形成工程に続けて、前記した一方向第１磁区形成工程を行うこととしてもよい。
また、磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｃのデータ書き込み方法は、双方向第２磁区形成工程に続けて、前記した一方向第２磁区形成工程を行うこととしてもよい。
第２実施形態では、一方向第１磁区形成工程または一方向第２磁区形成工程は、一度に複数の磁性細線１０に対して所定の磁化方向の磁区を形成する工程である。

前記実施形態に係る磁壁移動型磁性細線デバイス１～１Ｃは、磁性細線１０と、第１記録素子２１および第２記録素子２２と、の間に絶縁層３０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を有する代わりに、第１記録素子２１および第２記録素子２２に絶縁被膜を設けることもできる。

［磁壁移動型磁性細線デバイスの適用例］
（磁性細線メモリ）
磁壁移動型磁性細線デバイス１～１Ｃは、例えば磁性細線メモリに適用することができる。図１３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、第１記録素子２１および第２記録素子２２と、再生用の磁気ヘッド（再生ヘッド）９０と、を備えている。ここで、複数の磁性細線１０と、第１記録素子２１および第２記録素子２２と、電流制御部５０と、によって磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｃが構成されている。なお、図１３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、予め例えば上向きに磁化しておく。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、第２記録素子２２から、第１記録素子２１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９０を有している。再生ヘッド９０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１３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１３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１３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９０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１３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、第１記録素子２１および第２記録素子２２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。記録系制御部１３０は、電流制御部５０を備えている。電流制御部５０は前記した通りなので、ここでは説明は省略する。再生系制御部１４０は、各再生ヘッド９０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５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。なお、図１３では、記録系制御部１３０が電流制御部５０を備えることとしたが、記録系制御部１３０と電流制御部５０とは別体でも構わない。

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９０の直下まで移動させる。これにより、再生ヘッド９０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９０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）
磁壁移動型磁性細線デバイス１～１Ｃは、例えば空間光変調器に適用することができる。図１４は、磁壁移動型磁性細線デバイス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、不図示の基板上に第１記録素子２１および第２記録素子２２と、絶縁層３０と、磁性細線１０と、偏光フィルタ２０１，２０２と、を備えている。なお、磁性細線１０と、第１記録素子２１および第２記録素子２２と、絶縁層３０と、によって磁壁移動型磁性細線デバイス１が構成されている。

空間光変調器２００では、磁性細線１０にデータを記録するために、図１３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、磁壁移動型磁性細線デバイス１と、パルス電流源１２０と、電流制御部５０を含む記録系制御部１３０（図１３参照）と、を備えている。
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１４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１４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５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１４に示すように磁性細線１０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、レーザーの種類によるが、様々な偏光成分を含んでいる場合もあり、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１０に入射する。磁性細線１０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１０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１０に入射した光３０１は、磁性細線１０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１４においては、磁性細線１０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１０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。

［他の実施形態］
他の実施形態として、磁性細線メモリに適用することを想定した磁壁移動型磁性細線デバイス、および、そのデータ書き込み方法の実施形態について、随時、一般的なＨＤＤ（Hard Disk Drive）の記録法と対比させながら説明する。そのため、この実施形態では、最短記録マークの長さ（所謂、最短記録マーク長Ｍ）についても言及する。前記した位相差Ｔ［ｎｓ］は時間を一般的に表すＴと混同するので、遅延を表すｄをつけて、Ｔｄ［ｐｓ］と呼称する。なお、適宜、単位ｎｓを単位ｐｓに換算して説明する。
まず、ＨＤＤの記録法について簡単に説明する。図１５に示すように、磁気力顕微鏡を用いるとＨＤＤの媒体４１０の表面には多数のグレイン（磁気微粒子）が観察される。ＨＤＤの記録信号５００が有する１の情報や０の情報は、媒体４１０の所定領域４２０に記録マークとして形成される。記録信号５００のうち例えばパルス５１０は、その１パルスで１記録マークを形成する。ところで、現在のＨＤＤの最高記録密度は、ほぼ１Ｔ（テラ）［bit／inch²］で、最短記録マーク長Ｍは１０～２０［ｎｍ］程度である。また、最近のＨＤＤの回転数として例えば５４００ｒｐｍ（revolutions per minute）を想定した場合、最短記録マークを形成するときの記録時間は約５００［ｐｓ］になる。そのため、図１５に示すパルス５１０のパルス幅は例えば５００［ｐｓ］であるものとする。

この実施形態では、例えば磁壁移動型磁性細線デバイス１の電流制御部５０が第１記録素子２１および第２記録素子２２に流す電流が、データ導入領域１１の磁化を反転することのできる予め定められたパルス幅を有するパルス電流に基づいて、当該パルス電流の周波数を上げる変調が施された高周波パルス電流であるものとする。

例えば、前記した第１本実験（図１０参照）に示した結果によれば、例えば第１記録素子２１に流す電流Ａのパルス幅が２００ｐｓの場合、かつ、第２記録素子２２に流す電流Ｂのパルス幅が例えば１５０ｐｓの場合、磁性細線１０のデータ導入領域１１の磁化を反転することができる。これらのパルス電流の周波数を上げる変調をすることで後記するように高周波パルス電流を設定することができる。

以下では、第１記録素子２１に流すパルス列をパルス列Ａという。第２記録素子２２に流すパルス列をパルス列Ｂという。なお、パルスの１周期は、所定データの信号を送るためのデータ区間（例えばピーク区間、以下、パルス幅という）と、信号はあるものの実質的なデータがない区間（例えばベース区間、以下、アイドル区間という）と、を備えている。

この実施形態の磁壁移動型磁性細線デバイスについても、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。なお、図６に示す磁壁移動型磁性細線デバイス１Ｂにおいて、磁束集中部材４０を除き、磁性細線１０、第１記録素子２１、および第２記録素子２２のサイズを小型化すると共に記録素子間距離を縮め、以下の計算条件に変更してＬＬＧ方程式を用いて計算した。

［計算条件］
（磁性細線の構造）
長さ（ｘ方向）：２１６［ｎｍ］
幅 （ｙ方向）：１６［ｎｍ］
膜厚（ｚ方向）：１２［ｎｍ］
（磁性細線の磁気特性）
飽和磁化4πＭ_ｓ：０．１５［Ｔ］
異方性磁界Ｈ_ｋ ：５．０［ｋＯｅ］
交換結合係数Ａ：１．２×１０^-11［Ｊ／ｍ］
（第１記録素子、第２記録素子の構造）
長さ（ｙ方向）：２７０［ｎｍ］
幅 （ｘ方向）：１３．５［ｎｍ］
膜厚（ｚ方向）：４０［ｎｍ］
記録素子間距離（ｘ方向）：１３．５［ｎｍ］
各記録素子と磁性細線との間の距離（ｚ方向）ｈ：１０［ｎｍ］
各記録素子への印加電流：０．０５［Ａ］（＝５０［ｍＡ］）
磁性細線の初期磁化方向：ｚ軸の正の方向（上向き）

また、第１記録素子２１および第２記録素子２２に流すパルス電流の条件を変えてそれぞれ計算した結果をいくつかの実施例および比較例として説明する。まず、実施例1について、図１６（ａ）を参照して説明する。図１６（ａ）に示す電流Ａ１は、第１記録素子２１に流す電流Ａとして、図７（ｃ）に示す波形を有する電流パルスがいくつも並んだパルス列Ａのうちの１つ分の電流パルスに相当する。図１６（ａ）に示す電流Ｂ１は、第２記録素子２２に流す電流Ｂとして、図７（ｄ）に示す波形を有する電流パルスがいくつも並んだパルス列Ｂのうちの１つ分の電流パルスに相当する。これら電流Ａ１と電流Ｂ１とを用いることで、従来の１パルス（図１５の電流パルス５１０）でＨＤＤに記録している記録マークを、磁性細線１０に形成することができる。なお、図１６（ａ）において、電流Ａ１および電流Ｂ１の時間軸上における位相差を遅延時間Ｔｄ［ｐｓ］と呼称している。

また、ＨＤＤでは、最短記録マーク長Ｍを有する最短記録マーク１Ｍから、それよりも長い記録マークまで様々な記録マークを形成している。一例として４Ｍ記録マーク（最短記録マーク１Ｍの４倍）において、実施例１で、磁性細線１０に４Ｍ記録マークの形成をする場合を想定し、以下の条件で計算した。電流Ａ１のパルス幅は、例えば図７（ｃ）と同様に２［ｎｓ］であるものとした。電流Ａ１に対する電流Ｂ１の遅延時間は、Ｔｄ＝０．０５［ｎｓ］であるものとした。以下では、単位ｎｓを単位ｐｓに換算して説明する。すなわち、第１記録素子２１に流すパルス列Ａ（電流Ａ１）のパルス幅を２０００［ｐｓ］、第２記録素子２２に流すパルス列Ｂ（電流Ｂ１）の遅延時間をＴｄ＝５０［ｐｓ］とした。つまり、パルス列Ａ（電流Ａ１）の記録パルス幅は２０００［ｐｓ］であり、パルス列Ｂ（電流Ｂ１）の記録パルス幅は１９５０［ｐｓ］であるものとして、それぞれ電流を印加した。実施例1では、磁性細線１０における磁化反転が可能であることを確認した。

次に、実施例２について、図１６（ｂ）を参照して説明する。図１６（ｂ）に示す電流Ａ２は、第１記録素子２１に流すパルス列Ａのうちの４つ分の電流パルスであって、電流Ａ１とは波形が異なっている。図１６（ｂ）に示す電流Ｂ２は、第２記録素子２２に流すパルス列Ｂのうちの４つ分の電流パルスであって、電流Ｂ１とは波形が異なっている。

図１６（ｂ）に示すように、実施例２では、第１記録素子２１に流すパルス列Ａ（電流Ａ２）のパルス幅をＳ［ｐｓ］、アイドル区間をＬ［ｐｓ］とした。また、第２記録素子２２に流すパルス列Ｂ（電流Ｂ２）の遅延時間をＴｄ［ｐｓ］とした。つまり、パルス列Ａ（電流Ａ２）の記録パルス幅はＳ［ｐｓ］であり、パルス列Ｂ（電流Ｂ２）の記録パルス幅は（Ｓ－Ｔｄ）［ｐｓ］であるものとして、それぞれ電流を印加した。

実施例２では、実施例１と同様に２ｎｓで記録マークを形成している場合を想定し、以下の条件で計算した。
電流Ａ２のパルス幅：Ｓ＝２００［ｐｓ］
電流Ａ２に対する電流Ｂ２の遅延時間：Ｔｄ＝５０［ｐｓ］（Ｔｄ＝０．０５［ｎｓ］）
なお、記録パルス幅Ｓ＝２００［ｐｓ］とアイドル区間Ｌ＝３００［ｐｓ］との和であるパルス周期は５００［ｐｓ］である。

これら電流Ａ２と電流Ｂ２とを用いることで、従来の１パルス（図１５の電流パルス５１０）でＨＤＤに記録している記録マークを、磁性細線１０に形成することができる。すなわち、実施例２においても、磁性細線１０における磁化反転が可能であることを確認した。そのシミュレーション結果の詳細については後記する。ここでは、実施例２においてパルス幅をＳ＝２００［ｐｓ］とした理由を述べるために、遅延時間を僅かに変更した実施例３および実施例４を説明する。

図１７、図１８、図１９は、１つの球面上にプロットされたシミュレーション結果を異なる３方向から観察した図面であって、いずれも同じシミュレーション結果を示している。より詳しくは、図１７は、Ｚ軸上部方向（正の方向）から見た状態遷移図である。図１７に図示するように、球（上面視で円）を縦に２分割する直径上において、右がＸ軸上部方向（正の方向）であり、この球を横に２分割する直径上において、下がＹ軸上部方向（正の方向）である。この図１７においてＹ軸上部が配置された側から斜め上方向に見た状態遷移図が図１８である。図１９は、Ｘ軸上部方向（正の方向）の正面から見た状態遷移図である。図１９に図示するように、球（上面視で円）を横に２分割する直径上において、上がＺ軸上部方向（正の方向）であり、この球を縦に２分割する直径上において、左がＹ軸上部方向（正の方向）である。

このシミュレーションでは、第１記録素子２１に電流Ａ２を印加し始めてから２００［ｐｓ］までの間に、磁気モーメントの運動がどのように変化するのかを確かめた。
図１７、図１８、図１９は、球面上に、歳差運動のベクトル位置の遷移を、電流Ａ２が印加された時刻（ｔ＝０［ｎｓ］）から１０［ｐｓ］刻みで示している。この歳差運動のベクトル位置は、磁気モーメントの状態の指標であり、図８におけるベクトルの先端位置のことである。ここでは、時刻ｔ＝０［ｎｓ］のとき、磁性細線の初期磁化方向は上向きである。よって、時刻ｔ＝０［ｎｓ］のとき、歳差運動のベクトル位置は、図８の状態Ｓ１と同様にｚ軸上にある。

シミュレーションでは、比較例１として、パルス列Ｂ（電流Ｂ２）を用いずに電流Ａ２のみを印加した場合を調べた。図１７～図１９において、比較例１の結果は、すべて丸印で示されている。
また、以下の実施例３、実施例４、比較例２、および比較例３では、パルス列Ａ（電流Ａ２）を印加すると共に、所定の遅延時間Ｔｄだけ遅れたパルス列Ｂ（電流Ｂ２）を印加した。実施例３は、遅延時間Ｔｄを、実施例２の遅延時間（Ｔｄ＝５０［ｐｓ］）よりも僅かに小さくしたものであり（Ｔｄ＝４０［ｐｓ］）、実施例４は、遅延時間Ｔｄを、実施例２の遅延時間よりも僅かに大きくしたものである（Ｔｄ＝６０［ｐｓ］）。比較例２は、遅延時間Ｔｄを非常に小さくしたものであり（Ｔｄ＝３０［ｐｓ］）、比較例３は、遅延時間Ｔｄを非常に大きくしたものである（Ｔｄ＝７０［ｐｓ］）。

図１７～図１９において、実施例３の結果は、丸印（パルス列Ａのみの時間帯）とクロス形状（パルス列Ｂ追加後の時間帯）で示されている。同様に、実施例４の結果は、丸印と矩形で示されている。比較例２の結果は、丸印とダイヤ形状で示されており、比較例３の結果は、丸印と三角形で示されている。なお、分岐箇所等のグラフを見やすくするために、パルス列Ｂ追加後の時間帯を表す各形状の図示を省略している場合がある。

図１７を参照すると、比較例１の結果、すなわち電流Ａ２のみを印加した結果、初期状態では上向きだった磁化方向（プラス極）が、ｔ＝３０［ｐｓ］くらいまでは、下向き（マイナス極）側へ振れることが分かる（図１８も併せて参照）。しかし、比較例１は、パルス列Ｂを用いていないため、下向きに印加される外部磁界の強度が不十分である。そのため、比較例１は、一度マイナス極側へ振れた後、プラス極側に戻っており、磁化反転しない。

比較例２、実施例３、比較例３、実施例４では、電流Ａ２の印加開始から遅延時間Ｔｄ［ｐｓ］後、電流Ｂ２の印加を開始している。そのため、これらのシミュレーション結果は、電流Ｂ２の印加を開始する前までは、電流Ａ２のみが印加されていることから、比較例１の結果の一部と重複している。

例えば比較例２では、電流Ａ２の印加開始からｔ＝２０［ｐｓ］まで電流Ａ２のみが印加されており、ｔ＝３０［ｐｓ］のときに電流Ｂ２の印加が開始される。したがって、比較例２の結果は、ｔ＝２０［ｐｓ］までの間は、比較例１の結果と重複する。そして、比較例２の結果では、その後、遅延時間Ｔｄ（３０［ｐｓ］）付近で分岐し、マイナス極側へ移動した後、途中でプラス極側に戻るようになっており、反転していないことが分かる（図１９も併せて参照）。また、比較例３では、ｔ＝６０［ｐｓ］までの間は、比較例１の結果と重複し、その後、遅延時間Ｔｄ（７０［ｐｓ］）付近で分岐し、マイナス極側へ移動した後、途中でプラス極側に戻るようになっており、反転していないことが分かる（図１９も併せて参照）。

これに対して、例えば実施例３の場合、ｔ＝３０［ｐｓ］までの間は、比較例１の結果と重複し、その後、遅延時間Ｔｄ付近で分岐した後、マイナス極側へ大きく振れて、反転していることが分かる（図１８および図１９も併せて参照）。また、実施例４では、ｔ＝５０［ｐｓ］までの間は、比較例１の結果と重複し、その後、遅延時間Ｔｄ（６０［ｐｓ］）付近で分岐した後、マイナス極側へ大きく振れて、反転していることが分かる（図１８および図１９も併せて参照）。

これらのシミュレーション結果から、電流Ｂ２の遅延時間Ｔｄが４０～６０［ｐｓ］の範囲内で磁化が反転していることが確かめられた。また、実施例３、実施例４によれば、磁化反転に要する時間は、電流Ａ２の印加が開始してからほぼ２００［ｐｓ］であることから、図１６（ｂ）に示すパルス幅Ｓを、Ｓ＝２００［ｐｓ］と置くことができる。

次に、磁性細線１０における磁化反転について、実施例２（遅延時間Ｔｄ＝５０［ｐｓ］）の磁気モーメントの計算結果を説明する。図２０は、磁性細線１０において、電流Ａ２の印加を開始してからｔ＝２００［ｐｓ］後の時点に、ｚ軸の正の方向から見た、磁性細線１０のデータ導入領域１１の近辺の磁化状態を示している。磁性細線の初期磁化方向は、ｚ軸の正の方向（上向き）であり、このことは、図２０において濃度が濃い状態（黒）で表される。また、磁化方向が、ｚ軸の負の方向（下向き）であれば、図２０において濃度が非常に淡い状態（白）で表される。

このシミュレーションにおいて、初期状態（ｔ＝０［ｐｓ］）では、この磁性細線１０のデータ導入領域１１の近辺は、全体的に濃度が濃い状態（黒）であった。しかし、ｔ＝２００［ｐｓ］の時点では、図２０に示すように、一部区間の濃度が非常に淡い状態（白）になった。この区間の長さは約１０［ｎｍ］である。したがって、ｔ＝２００［ｐｓ］の時点では、約１０［ｎｍ］長の磁化反転している磁区が見られており、上記の条件の場合に、十分反転していることが確認された。なお、この場合、既記録の領域（磁区）のエッジ部分から、次の反転領域（磁区）を繋げて記録することになる。

図２０に示す結果から、磁性細線で磁化反転している磁区の長さ（約１０［ｎｍ］）は、以下の式（２）により、５４００ｒｐｍのＨＤＤにおいて、５００［ｐｓ］の間にＨＤＤの記録媒体が移動する距離と同等であることが分かる。なお、５４００ｒｐｍは線速１８．３×１０⁹［ｎｍ／ｓ］に相当する。この線速は、直径６５ｍｍのディスクの最外周での速度である。
線速１８．３×１０⁹［ｎｍ／ｓ］×５００［ｐｓ］≒１０［ｎｍ］ … （２）

図２１は、磁性細線１０において、電流Ａ２の印加を開始してからｔ＝２０００［ｐｓ］後の時点に、ｚ軸の正の方向から見た、磁性細線１０のデータ導入領域１１の近辺の磁化状態を示している。この時点では、図２１に示すように、濃度が非常に淡い状態（白）の区間の長さが約４０［ｎｍ］まで広がった。したがって、ｔ＝２０００［ｐｓ］の時点では、約４０［ｎｍ］長の磁化反転している磁区が見られており、上記の条件の場合に、十分反転していることが確認された。なお、前記したように、現在のＨＤＤの最高記録密度は、ほぼ１Ｔ［bit／inch²］で、最短記録マーク長Ｍは１０～２０［ｎｍ］程度であるので、図２１において反転している磁区の長さは、その４Ｍ記録マーク長と同等であることが分かる。さらに、最短記録マーク長Ｍが１０～２０［ｎｍ］である記録マークは、図１６（ｂ）の一つのパルス＋アイドルを使用すれば記録できることが分かった。実施例２によれば、約１０［ｎｍ］長の短い記録マークだけでなく、約４０［ｎｍ］長の広い記録マークも記録することができる。

さらに、実施例２（図１６（ｂ））は、実施例１（図１６（ａ））に比べて、次のような記録電流の低減効果を奏することができる。すなわち、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、電流Ａ２に関しては、電流Ａ１の場合に必要な記録電流を１（＝１００％）とすると、およそＳ／（Ｓ＋Ｌ）程度の電流量で記録マークの形成が可能となる。また、電流Ｂ２に関しては、電流Ｂ１の場合に必要な記録電流を１（＝１００％）とすると、およそ（Ｓ－Ｔｄ）／（Ｓ＋Ｌ）程度の電流量で記録マークの形成が可能となる。

具体的には、実施例２の電流Ａ２は、パルス周期（５００［ｐｓ］）において、２００［ｐｓ］で書き込みを行い、それに続く３００［ｐｓ］がアイドル区間となっている。そのため、記録マークの記録期間（２ｎｓ）に一律で電流を流している場合と比較すると、電流Ａ２に関しては、記録マークの記録期間における総電流量が約２／５で済む。また、このときの電流Ｂ２は、パルス周期（５００［ｐｓ］）において、１５０［ｐｓ］で書き込みを行い、それに続く３５０［ｐｓ］がアイドル区間となっている。そのため、記録マークの記録期間に一律で電流を流している場合と比較すると、電流Ｂ２に関しては、記録マークの記録期間における総電流量が約３／１０で済む。したがって、実施例２は、総電流量を低減させることができ、かつ発熱を抑制できるので、磁壁移動型磁性細線デバイスの省電力化に寄与できる。また、実施例３および実施例４も同様の効果を奏することができる。

次に、この実施形態に係る磁壁移動型磁性細線デバイスを適用した磁性細線メモリについて図２２を参照して説明する。図２２に示す記録再生装置１００Ｂにおいて、図１３に示す記録再生装置１００と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
記録再生装置１００Ｂは、再生系制御部１４０を除く構成の記録装置１０１Ｂを備えている。すなわち、記録装置１０１Ｂ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、高周波パルス変調部１３５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。なお、図２２では、記録系制御部１３０と高周波パルス変調部１３５とが別体であることとしたが、記録系制御部１３０が高周波パルス変調部１３５を備える構成としても構わない。また、電流制御部５０が高周波パルス変調部１３５を備える構成としても構わない。

高周波パルス変調部１３５は、入力したパルス電流の周波数を上げる変調を施して高周波パルス電流を生成するものである。高周波パルス変調部１３５は、例えば２ｎｓのパルス幅を有した１つのパルスを、２００ｐｓのパルス幅を有した４つのパルス列に変換する。高周波パルス変調部１３５には、例えばパルス電流源１２０からパルス電流が入力するように構成することができる。また、例えば電流制御部５０は、第２記録素子２２に流す高周波パルス電流（パルス列Ｂ）を、第１記録素子２１に流す高周波パルス電流（パルス列Ａ）よりも遅延させる。

記録装置１０１Ｂでは、図１６（ｂ）に示す電流Ａ２、Ｂ２（高周波パルス電流）の４つのパルス幅Ｓの期間とアイドル区間Ｌが、それぞれ「記録１」、「駆動１」、「記録２」、「駆動２」、「記録３」、「駆動３」、「記録４」、「駆動４」の期間となる。詳細には、図１６（ｂ）、図２０～２２、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照すると、図１６（ｂ）の電流Ａ２のパルス列の1番左のパルスのパルス幅Ｓの期間内では、遅延時間Ｔｄだけ遅れた電流Ｂ２のパルス列の1番左のパルスが印加されることによって、磁性細線１０のデータ導入領域１１の反転が安定し、例えば約１０ｎｍ長の磁区が形成された状態（図２０参照）となり、図５（ａ）の状態となる。次に、電流Ａ２のパルス列の２番目のパルス幅Ｓの前のアイドル区間Ｌでは、磁性細線１０に対してパルス電流源１２０からのパルス電流（電流Ｃ：図５（ｂ）参照）が流されることで、磁性細線１０のデータ導入領域１１の磁気情報（磁区）は、データ保持領域１２に移動する。

続いて、電流Ａ２のパルス列の２番目のパルス幅Ｓの期間内では、遅延時間Ｔｄだけ遅れた電流Ｂ２のパルス列の２番目のパルスが印加されることによって、磁性細線１０のデータ導入領域１１の反転が安定する。次に、電流Ａ２のパルス列の３番目のパルス幅Ｓの前のアイドル区間Ｌでは、磁性細線１０に対してパルス電流源１２０からのパルス電流（電流Ｃ：図５（ｂ）参照）が流されることで、磁性細線１０のデータ導入領域１１の磁気情報（磁区）は、データ保持領域１２に移動する。電流Ａ２，Ｂ２の各パルス列の３番目、４番目のパルスも同様の作用をすることで、例えば約４０ｎｍ長の磁区が形成された状態（図２１参照）を実現できる。なお、パルス列のパルスの個数は４つに限定されるものではなく、必要個数でよい。記録装置１０１Ｂでは、アイドル区間Ｌにおいて第１記録素子２１および第２記録素子２２に電流を流さなくてよいので、記録素子に対して流す電流値を低減することができる。

記録再生装置１００Ｂが、磁性細線メモリ１１０に記録されている情報を再生する方法は、記録再生装置１００と同じである。
ＨＤＤは、ディスクが回転するための駆動部が必須であり、そのため壊れやすく信頼性が悪い、というデメリットがある。これに対して、本実施形態の磁壁移動型磁性細線デバイスを適用した磁性細線メモリは、ディスクを回転させることなく磁性細線１０中の磁区（磁気情報）を駆動して移動させるため信頼性がよい、というメリットがある。

１，１Ｂ，１Ｃ 磁壁移動型磁性細線デバイス
１０ 磁性細線
１１ データ導入領域
１２ データ保持領域
１３，１４ データ導入領域における端部
１５ 左端部
２１ 第１記録素子
２２ 第２記録素子
３０ 絶縁層
４０ 磁束集中部材
５０ 電流制御部
６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ ケーブル
７１，７２ 電極
９０ 再生用の磁気ヘッド（再生ヘッド）
１００，１００Ｂ 記録再生装置
１０１，１０１Ｂ 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
１３５ 高周波パルス変調部
１４０ 再生系制御部
２００ 空間光変調器
２０１，２０２ 偏光フィルタ
３００ 光源
３０１ 入射光
３０２ 偏光
３０３ 反射光

Claims (11)

1. 磁性細線と、
   前記磁性細線におけるデータ導入領域を挟むように配置される第１記録素子および第２記録素子と、
   前記第１記録素子に流れる電流によって形成される磁場と、前記第２記録素子に流れる電流によって形成される磁場と、の作用によって前記データ導入領域の磁化が反転するように、前記第１記録素子に対して第１方向に流す電流と、前記第２記録素子に対して前記第１方向とは反対の第２方向に流す電流と、を制御する電流制御部と、を備え、
   前記電流制御部は、前記データ導入領域で磁化を反転させるときに、前記第１記録素子に流す電流の位相と前記第２記録素子に流す電流の位相とをずらすことを特徴とする磁壁移動型磁性細線デバイス。
2. 前記データ導入領域で磁化を反転させるときに、前記第１記録素子に流れる電流によって前記データ導入領域に電流磁場の形成を開始する時刻と、前記第２記録素子に流れる電流によって前記データ導入領域に電流磁場の形成を開始する時刻と、をずらすことを特徴とする請求項１に記載の磁壁移動型磁性細線デバイス。
3. 前記電流制御部は、前記データ導入領域で磁化を反転させるときに、前記第１記録素子および前記第２記録素子の一方へ電流供給を開始した後に、前記第１記録素子および前記第２記録素子の他方へ電流供給を開始する、請求項１または請求項２に記載の磁壁移動型磁性細線デバイス。
4. 前記第１記録素子へ電流を供給するケーブルの長さと、前記第２記録素子へ電流を供給するケーブルの長さとが異なり、
   前記電流制御部は、前記第１記録素子へ電流供給を開始するときに、同時に前記第２記録素子へ電流供給を開始する、請求項１または請求項２に記載の磁壁移動型磁性細線デバイス。
5. 前記第１記録素子と前記第２記録素子との間に磁束集中部材を有する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁性細線デバイス。
6. 前記磁束集中部材は、軟磁性材料からなる、請求項５に記載の磁壁移動型磁性細線デバイス。
7. 前記電流制御部は、前記第１記録素子に流す電流の大きさと、前記第２記録素子に流す電流の大きさとを互いに異なるものとする、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁性細線デバイス。
8. 前記電流制御部が前記第１記録素子および前記第２記録素子に流す電流は、前記データ導入領域の磁化を反転することのできる予め定められたパルス幅を有するパルス電流に基づいて、当該パルス電流の周波数を上げる変調が施された高周波パルス電流である、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の磁壁移動型磁性細線デバイス。
9. 磁性細線と、前記磁性細線におけるデータ導入領域を挟むように配置される第１記録素子および第２記録素子と、前記第１記録素子に流れる電流によって形成される磁場と、前記第２記録素子に流れる電流によって形成される磁場と、の作用によって前記データ導入領域の磁化が反転するように、前記第１記録素子に対して第１方向に流す電流と、前記第２記録素子に対して前記第１方向とは反対の第２方向に流す電流と、を制御する電流制御部と、を備える磁壁移動型磁性細線デバイスのデータ書き込み方法であって、
   前記磁性細線にパルス電流を流す磁性細線通電工程と、
   前記電流制御部によって、前記データ導入領域で磁化を反転させるときに、前記第１記録素子に流す電流の位相と前記第２記録素子に流す電流の位相とをずらすことと、また、前記データ導入領域で磁化を反転させないときに、前記第１記録素子に流す電流の位相と前記第２記録素子に流す電流の位相とを揃えることと、を前記パルス電流に同期しながら所定の順序で行うデータ導入工程と、を有することを特徴とする磁壁移動型磁性細線デバイスのデータ書き込み方法。
10. 前記電流制御部が前記第１記録素子および前記第２記録素子に流す電流は、前記データ導入領域の磁化を反転することのできる予め定められたパルス幅を有するパルス電流に基づいて、当該パルス電流の周波数を上げる変調が施された高周波パルス電流である、
    請求項９に記載の磁壁移動型磁性細線デバイスのデータ書き込み方法。
11. 磁性細線と、
    前記磁性細線におけるデータ導入領域を挟むように配置される第１記録素子および第２記録素子と、
    前記磁性細線にパルス電流を流すパルス電流源と、
    前記パルス電流の周波数を上げる変調を施して前記第１記録素子および前記第２記録素子用の高周波パルス電流を生成する高周波パルス変調部と、
    電流磁場によって前記データ導入領域で磁化を反転させるときに、前記第１記録素子に第１方向に流す前記高周波パルス電流の位相と前記第２記録素子に前記第１方向とは反対の第２方向に流す前記高周波パルス電流の位相とをずらす電流制御部と、
    を備えることを特徴とする記録装置。

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