JP7527616B2 - Magnetic dot arrays and magnetic dot array computing elements - Google Patents

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Description

本発明は、磁気ドットアレイおよび磁気ドットアレイ計算素子に関する。 The present invention relates to magnetic dot arrays and magnetic dot array computing elements.

磁気ドットアレイを計算素子として使用することが提案されている（非特許文献１）。近接して配置された複数の磁気ドット間に生じる磁気相互作用（静磁気結合）に着目して、磁気ドットアレイをリザーバー計算用の計算素子として用いることが期待されている。 It has been proposed to use magnetic dot arrays as computational elements (Non-Patent Document 1). Focusing on the magnetic interaction (magnetostatic coupling) that occurs between multiple magnetic dots arranged in close proximity, it is expected that magnetic dot arrays will be used as computational elements for reservoir calculations.

Hikaru Nomura、他９名、「Reservoir computing with dipole-coupled nanomagnets」、Japanese Journal of Applied Physics、日本国、公益社団法人応用物理学会、令和1年6月11日、第58巻、第7号Hikaru Nomura, 9 others, "Reservoir computing with dipole-coupled nanomagnets", Japanese Journal of Applied Physics, Japan, Japan Society of Applied Physics, June 11, 2020, Volume 58, No. 7

磁気ドットアレイに含まれる複数の磁気ドットの間で所望の磁気的な相互作用を発生させるためには、複数の磁気ドットを十分に近接させて配置する必要がある。しかしながら、相互の間隔を十分に小さくして複数の磁気ドットを配置することは、微細加工技術上の観点から困難である。このため、従来は、複数の磁気ドットの間に十分な磁気的な相互作用を生じさせることは困難であった。 In order to generate the desired magnetic interaction between multiple magnetic dots included in a magnetic dot array, the multiple magnetic dots need to be arranged in sufficient proximity. However, from the perspective of microfabrication technology, it is difficult to arrange multiple magnetic dots with sufficiently small mutual spacing. For this reason, it has traditionally been difficult to generate sufficient magnetic interaction between multiple magnetic dots.

第１の態様によると、磁気ドットアレイは、磁性体を含み第１方向と交差する第１面に沿って２次元に配置されている複数の磁性部材と、複数の前記磁性部材の相互間に配置された磁性体からなる磁性増強部と、を備える。
第２の態様によると、磁気ドットアレイは、第１の態様の磁気ドットアレイにおいて、複数の前記磁性部材の前記第１方向の一方の端部に電気的に接続されている第１配線と、 複数の前記磁性部材の前記第１方向の前記一方の端部とは異なる他方の端部に電気的に接続されている第２配線と、を有する。
第３の態様によると、磁気ドットアレイ計算素子は、第２の態様の磁気ドットアレイと、前記第１配線および前記第２配線を介して、複数の前記磁性部材の少なくなくとも１つに入力信号を書込み、複数の前記磁性部材の少なくなくとも１つに所定の電圧を印加し、複数の前記磁性部材の少なくなくとも１つから出力信号を読み出す、制御部と、を備える。 According to a first aspect, a magnetic dot array comprises a plurality of magnetic members including a magnetic material and arranged two-dimensionally along a first plane intersecting a first direction, and a magnetic enhancing portion consisting of a magnetic material arranged between the plurality of magnetic members.
According to a second aspect, the magnetic dot array is the magnetic dot array of the first aspect, and has a first wiring electrically connected to one end of the multiple magnetic members in the first direction, and a second wiring electrically connected to the other end of the multiple magnetic members different from the one end in the first direction.
According to a third aspect, a magnetic dot array computing element comprises a magnetic dot array of the second aspect, and a control unit that writes an input signal to at least one of the plurality of magnetic members via the first wiring and the second wiring, applies a predetermined voltage to at least one of the plurality of magnetic members, and reads an output signal from at least one of the plurality of magnetic members.

磁気ドットアレイに含まれる複数の磁気ドット（磁性部材）の間の静磁気結合を増強させることができる。 The magnetostatic coupling between multiple magnetic dots (magnetic members) contained in a magnetic dot array can be enhanced.

第１実施形態の磁気ドットアレイの概要を示す図。図１（ａ）は、磁気ドットアレイの斜視図を示す図。図１（ｂ）および図１（ｃ）は、磁気ドットアレイの断面図を示す図。1A is a diagram showing an outline of a magnetic dot array according to a first embodiment, and FIG 1B and FIG 1C are diagrams showing cross-sectional views of the magnetic dot array. 図２（ａ）は、磁気ドットアレイに含まれる２つの磁性部材および１つの磁性増強部の断面図を示す図。図２（ｂ）は、磁気ドットアレイに含まれる１つの磁性増強部の上面図を示す図。2(a) is a cross-sectional view of two magnetic members and one magnetic enhancement portion included in the magnetic dot array, and FIG 2(b) is a top view of one magnetic enhancement portion included in the magnetic dot array. 変形例の磁気ドットアレイの概要を示す図。図３（ａ）は、変形例の磁気ドットアレイの上面図を示す図。図３（ｂ）は、変形例の磁気ドットアレイの断面図を示す図。3A is a diagram showing an outline of a modified magnetic dot array, and FIG 3B is a diagram showing a top view of the modified magnetic dot array. FIG 3B is a diagram showing a cross-sectional view of the modified magnetic dot array. 第２実施形態の磁気ドットアレイ計算素子の概要を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an outline of a magnetic dot array computing element according to a second embodiment. 磁気ドットアレイ計算素子において、制御部が第１配線に印加する電圧の時間変化の一例を示す図。FIG. 11 is a diagram showing an example of a change over time in voltage applied to a first wiring by a control unit in a magnetic dot array computing element.

本明細書において、「磁性体」とは、磁場が０の状態での比透磁率が５以上のものをいい、強磁性体（フェロ磁性体）およびフェリ磁性体を含む。
以下で参照する各図に矢印で示したＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向はそれぞれ直交する方向であるとともに、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向のそれぞれは各図において同一の方向を示している。
以下では、各矢印の示す方向を、それぞれ＋Ｘ方向、＋Ｙ方向および＋Ｚ方向と呼ぶ。また、Ｘ方向の位置をＸ位置、Ｙ方向の位置をＹ位置、Ｚ方向の位置をＺ位置と呼ぶ。 In this specification, the term "magnetic material" refers to a material having a relative permeability of 5 or more in a zero magnetic field, and includes ferromagnetic materials (ferromagnetic materials) and ferrimagnetic materials.
The X, Y and Z directions indicated by arrows in each of the drawings referred to below are perpendicular to each other, and the X, Y and Z directions indicate the same direction in each drawing.
Hereinafter, the directions indicated by the arrows will be referred to as the +X direction, the +Y direction, and the +Z direction, respectively. Also, a position in the X direction will be referred to as the X position, a position in the Y direction will be referred to as the Y position, and a position in the Z direction will be referred to as the Z position.

（第１実施形態の磁気ドットアレイ）
以下、図１および図２を参照して、第１実施形態の磁気ドットアレイ１について説明する。
図１は、第１実施形態の磁気ドットアレイ１の概要を示す図であり、図１（ａ）は、磁気ドットアレイ１の斜視図を示す図である。磁気ドットアレイ１は、磁性体を含む磁気ドット素子としての磁性部材１０を複数有している。 (Magnetic dot array of the first embodiment)
The magnetic dot array 1 of the first embodiment will be described below with reference to FIGS.
Fig. 1 is a diagram showing an overview of a magnetic dot array 1 of a first embodiment, and Fig. 1(a) is a diagram showing a perspective view of the magnetic dot array 1. The magnetic dot array 1 has a plurality of magnetic members 10 as magnetic dot elements including a magnetic body.

複数の磁性部材１０は、第１方向としてのＺ方向に直交する第１面としてのＸＹ面内に、Ｘ方向とＹ方向に沿って２次元に配置されている。
すなわち、第１実施形態の磁気ドットアレイ１においては、複数の磁性部材１０が、Ｘ方向とＹ方向に沿って直方格子状に配置されている。 The multiple magnetic members 10 are arranged two-dimensionally along the X and Y directions in an XY plane serving as a first plane perpendicular to the Z direction serving as a first direction.
That is, in the magnetic dot array 1 of the first embodiment, a plurality of magnetic members 10 are arranged in a rectangular lattice along the X and Y directions.

複数の磁性部材１０の相互間、すなわち複数の磁性部材１０のうち隣接して配置される２つの磁性部材１０の間には、磁性体からなる磁性増強部２０が配置されている。以下では、Ｘ方向に隣接する２つの磁性部材１０の間に配置されている磁性増強部２０をＸ方向磁性増強部２０ｂとも呼び、Ｙ方向に隣接する２つの磁性部材１０の間に配置されている磁性増強部２０をＹ方向磁性増強部２０ａとも呼ぶ。 A magnetic enhancing section 20 made of a magnetic material is disposed between the multiple magnetic members 10, i.e., between two adjacent magnetic members 10 among the multiple magnetic members 10. Hereinafter, the magnetic enhancing section 20 disposed between two adjacent magnetic members 10 in the X direction is also referred to as the X-direction magnetic enhancing section 20b, and the magnetic enhancing section 20 disposed between two adjacent magnetic members 10 in the Y direction is also referred to as the Y-direction magnetic enhancing section 20a.

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した１つの磁性部材１０のＸ方向の中心を通るＹＺ面を－Ｘ方向から見た磁気ドットアレイ１のＹＺ断面図を示す。同様に、図１（ｃ）は、図１（ａ）に示した１つの磁性部材１０のＹ方向の中心を通るＸＺ面を－Ｙ方向から見た磁気ドットアレイ１のＸＺ断面図を示す。 Figure 1(b) shows a YZ cross-sectional view of the magnetic dot array 1 when the YZ plane passing through the center in the X direction of one of the magnetic members 10 shown in Figure 1(a) is viewed from the -X direction. Similarly, Figure 1(c) shows an XZ cross-sectional view of the magnetic dot array 1 when the XZ plane passing through the center in the Y direction of one of the magnetic members 10 shown in Figure 1(a) is viewed from the -Y direction.

複数の磁性部材１０の＋Ｚ側には、Ｘ方向に延びる第１配線３０がＹ方向に周期的に複数形成されており、複数の磁性部材１０の＋Ｚ側の端部はそれぞれ第１接続部１６を介して、複数の第１配線３０のいずれかと電気的に接続されている。 On the +Z side of the multiple magnetic members 10, multiple first wirings 30 extending in the X direction are formed periodically in the Y direction, and the +Z side ends of the multiple magnetic members 10 are each electrically connected to one of the multiple first wirings 30 via the first connection portion 16.

複数の磁性部材１０は、シリコンウエハ等の基板３５の＋Ｚ側に形成されている。基板３５の表面の、複数の磁性部材１０の－Ｚ側の概ね直下に相当する位置には、アクティブエリア３３がそれぞれ形成されている。それぞれのアクティブエリア３３のＸ方向の概ね中央部の＋Ｚ側には、不図示の酸化膜を挟んで、Ｙ方向に延びる制御線３２が形成されている。制御線３２のうちのアクティブエリア３３上（＋Ｚ側）の部分、アクティブエリア３３、およびそれらの間の不図示の酸化膜は、スイッチング素子としてのＭＯＳトランジスタ３４を形成している。 The multiple magnetic members 10 are formed on the +Z side of a substrate 35 such as a silicon wafer. Active areas 33 are formed on the surface of the substrate 35 at positions roughly directly below the -Z side of the multiple magnetic members 10. A control line 32 extending in the Y direction is formed on the +Z side of roughly the center of each active area 33 in the X direction, sandwiching an oxide film (not shown). The portion of the control line 32 above the active area 33 (on the +Z side), the active area 33, and the oxide film (not shown) between them form a MOS transistor 34 as a switching element.

複数の磁性部材１０の－Ｚ側の端部と基板３５との間には、Ｘ方向に延びる第２配線３１がＹ方向に周期的に複数形成されている。任意の１つの第２配線３１は、Ｘ方向に沿って配置されている複数のアクティブエリア３３の、それぞれの制御線３２よりも＋Ｘ側であるドレインに電気的に接続されている。
それぞれのアクティブエリア３３の、それぞれの制御線３２よりも－Ｘ側であるソースは、それぞれ第２接続部１７を介して、それぞれの磁性部材１０の－Ｚ側と電気的に接続されている。 A plurality of second wirings 31 extending in the X direction are periodically formed in the Y direction between the −Z side ends of the plurality of magnetic members 10 and the substrate 35. Any one of the second wirings 31 is electrically connected to the drain of a plurality of active areas 33 arranged along the X direction, the drain being closer to the +X side than each of the control lines 32.
The source of each active area 33 , which is on the −X side of each control line 32 , is electrically connected to the −Z side of each magnetic member 10 via each second connection portion 17 .

基板３５の上（＋Ｚ側）には、ＳｉＯ２等の非磁性体の絶縁材料から成る絶縁膜３６が形成されている。磁性部材１０、磁性増強部２０、第１接続部１６、第２接続部１７、第１配線３０、第２配線３１、および制御線３２は、いずれも絶縁膜３６により覆われている。
なお、図１（ａ）においては、図面の複雑化を避けるために、基板３５、絶縁膜３６、第１接続部１６、第２接続部１７、第１配線３０、第２配線３１、およびアクティブエリア３３の表示を省略している。 An insulating film 36 made of a non-magnetic insulating material such as SiO2 is formed on the upper side (+Z side) of the substrate 35. The magnetic member 10, the magnetic enhancement portion 20, the first connection portion 16, the second connection portion 17, the first wiring 30, the second wiring 31, and the control line 32 are all covered with the insulating film 36.
In FIG. 1(a), in order to avoid complicating the drawing, the substrate 35, the insulating film 36, the first connection portion 16, the second connection portion 17, the first wiring 30, the second wiring 31, and the active area 33 are omitted.

Ｘ方向に配置される磁性部材１０の数、および第２配線３１の数は、図１（ａ）および図１（ｃ）に示した４個に限られるわけではなく、任意の個数で良い。
Ｙ方向に配置される磁性部材１０の数、および第１配線３０の数も、図１（ａ）および図１（ｂ）に示した４個に限られるわけではなく、任意の個数で良い。 The number of magnetic members 10 arranged in the X direction and the number of second wirings 31 are not limited to four as shown in FIG. 1( a ) and FIG. 1 ( c ), and may be any number.
The number of magnetic members 10 arranged in the Y direction and the number of first wirings 30 are not limited to four as shown in FIG. 1( a ) and FIG. 1 ( b ), and may be any number.

後述するように、磁性部材１０の構成は、例えば一般的な磁気トンネル接合を有する電流書込み型、または電圧書込み型のＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）に含まれる磁気記憶素子の構成と同様で良い。従って、第１実施形態の磁気ドットアレイ１の構成は、磁性増強部２０を備える点を除いては、磁気トンネル接合を有する電流書込み型、または電圧書込み型のＭＲＡＭに含まれる磁気ドットアレイと概ね同様である。 As described later, the configuration of the magnetic member 10 may be similar to the configuration of a magnetic memory element included in, for example, a current-write type or voltage-write type MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) having a typical magnetic tunnel junction. Therefore, the configuration of the magnetic dot array 1 of the first embodiment is generally similar to that of a magnetic dot array included in a current-write type or voltage-write type MRAM having a magnetic tunnel junction, except that it is provided with a magnetic enhancement section 20.

図２（ａ）は、磁気ドットアレイ１に含まれる、Ｘ方向に隣接する２つの磁性部材１０、および、それらの間に配置される１つのＸ方向磁性増強部２０ｂのＸＺ断面を示す図である。磁性部材１０は、一例として、磁気トンネル接合を有する磁性部材であり、－Ｚ側の端部から＋Ｚ方向に向かって順に、下部電極１１、第１磁性体１２、バリア層１３、第２磁性体１４、および上部電極１５が形成されている。このうちの、第１磁性体１２、バリア層１３、および第２磁性体１４が、磁気トンネル接合を形成している。 Figure 2(a) is a diagram showing an XZ cross section of two magnetic members 10 adjacent in the X direction, and one X-direction magnetic enhancement section 20b disposed between them, included in the magnetic dot array 1. As an example, the magnetic member 10 is a magnetic member having a magnetic tunnel junction, and a lower electrode 11, a first magnetic body 12, a barrier layer 13, a second magnetic body 14, and an upper electrode 15 are formed in this order from the end on the -Z side toward the +Z direction. Of these, the first magnetic body 12, the barrier layer 13, and the second magnetic body 14 form a magnetic tunnel junction.

上述したように、磁性部材１０の構成は、ＭＲＡＭに含まれる磁気記憶素子の構成と同様で良い。すなわち、下部電極１１および上部電極１５は、電気抵抗が低く、拡散耐性に優れた材料、例えばタンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、あるいは、これらの積層膜などの１つにより構成される。 As described above, the configuration of the magnetic member 10 may be the same as that of the magnetic memory element included in the MRAM. That is, the lower electrode 11 and the upper electrode 15 are made of a material with low electrical resistance and excellent diffusion resistance, such as tantalum (Ta), titanium (Ti), tantalum nitride (TaN), titanium nitride (TiN), or a laminate film of these.

第１磁性体１２は、一例として、Ｚ方向への垂直磁気異方性を有する磁化体を形成するために、Ｐｔ（プラチナ）、およびＣｏ（コバルト）を主成分とする膜により構成されている。第１磁性体１２の磁化の向きは、＋Ｚ方向または－Ｚ方向に固定されている。
なお、第１磁性体１２は、他の例として、Ｔｂ（テルビウム）、およびＦｅ（鉄）を主成分とする膜により構成されていても良い。
バリア層１３は、一例として、マグネシウム（Ｍｇ）の酸化物（例えば、ＭｇＯ）を主成分とする酸化物膜である。 As an example, the first magnetic body 12 is made of a film mainly composed of Pt (platinum) and Co (cobalt) in order to form a magnetized body having perpendicular magnetic anisotropy in the Z direction. The magnetization direction of the first magnetic body 12 is fixed in the +Z direction or the −Z direction.
As another example, the first magnetic body 12 may be made of a film containing Tb (terbium) and Fe (iron) as main components.
The barrier layer 13 is, for example, an oxide film containing an oxide of magnesium (Mg) (for example, MgO) as a main component.

第２磁性体１４は、磁化の向きが可変に設定されている。第２磁性体１４は、一例として、Ｃｏ、Ｆｅ及びＢ（ホウ素）のうち少なくとも１つを含む磁性体により形成されている。第２磁性体１４は、Ｉｒ（イリジウム）を含んでいても良い。第２磁性体１４の磁化の向きは、下部電極１１と上部電極１５との間に電流を流すことにより、あるいは下部電極１１と上部電極１５との間に電圧を印加することにより、＋Ｚ方向または－Ｚ方向に設定することができる。 The magnetization direction of the second magnetic body 14 is set to be variable. As an example, the second magnetic body 14 is formed of a magnetic body containing at least one of Co, Fe, and B (boron). The second magnetic body 14 may contain Ir (iridium). The magnetization direction of the second magnetic body 14 can be set to the +Z direction or the -Z direction by passing a current between the lower electrode 11 and the upper electrode 15, or by applying a voltage between the lower electrode 11 and the upper electrode 15.

また、第２磁性体１４は、Ｚ方向への垂直磁気異方性を有するとともに、下部電極１１と上部電極１５との間に所定の電圧を印加することにより、Ｚ方向への垂直磁気異方性を失うように構成されていても良い。
なお、磁性部材１０のそれぞれの部分（下部電極１１、第１磁性体１２、バリア層１３、第２磁性体１４、および上部電極１５）を構成する物質は、上記の物質に限られるわけではなく、他の物質を用いても良い。 In addition, the second magnetic body 14 may have perpendicular magnetic anisotropy in the Z direction, and may be configured to lose the perpendicular magnetic anisotropy in the Z direction by applying a predetermined voltage between the lower electrode 11 and the upper electrode 15.
The materials constituting each part of the magnetic member 10 (the lower electrode 11, the first magnetic body 12, the barrier layer 13, the second magnetic body 14, and the upper electrode 15) are not limited to the above-mentioned materials, and other materials may also be used.

磁性部材１０の＋Ｚ方向に形成されている第１接続部１６は、上部電極１５と同じ材料により、一体的に形成されていても良い。
磁性部材１０の－Ｚ方向に形成されている第２接続部１７は、下部電極１１と同じ材料により、一体的に形成されていても良い。 The first connection portion 16 formed in the +Z direction of the magnetic member 10 may be formed integrally with the upper electrode 15 using the same material.
The second connection portion 17 formed in the −Z direction of the magnetic member 10 may be formed integrally with the lower electrode 11 using the same material.

複数の磁性部材１０のＸ方向およびＹ方向の長さ（幅）Ｗは、一例として１０ｎｍ以上、かつ３００ｎｍ以下であり、複数の磁性部材１０のＸ方向およびＹ方向の間隔Ｓも、一例として１０ｎｍ以上、かつ３００ｎｍ以下である。
第１接続部１６のＸ方向およびＹ方向の長さ（幅）Ｒは、一例として５ｎｍ以上、かつ１００ｎｍ以下である。 The length (width) W of the multiple magnetic members 10 in the X and Y directions is, for example, not less than 10 nm and not more than 300 nm, and the spacing S between the multiple magnetic members 10 in the X and Y directions is also, for example, not less than 10 nm and not more than 300 nm.
The length (width) R of the first connection portion 16 in the X and Y directions is, for example, not less than 5 nm and not more than 100 nm.

Ｘ方向磁性増強部２０ｂは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の強磁性体、またはフェライト等のフェリ磁性体を含む磁性体から成り、そのＸＹ面内における中心位置が、Ｘ方向に隣接する２つの磁性部材１０の中心位置に一致するように配置されている。この構成により、Ｘ方向に隣接して配置される２つの磁性部材１０の間の静磁気結合を増強させることができる。 The X-direction magnetic enhancement section 20b is made of a magnetic material including a ferromagnetic material such as Fe, Co, or Ni, or a ferrimagnetic material such as ferrite, and is arranged so that its center position in the XY plane coincides with the center position of two magnetic members 10 adjacent in the X direction. This configuration can enhance the magnetostatic coupling between two magnetic members 10 arranged adjacent in the X direction.

Ｘ方向磁性増強部２０ｂの位置は、Ｚ方向については磁性部材１０とは異なる位置に配置されている。図２（ａ）に示した例では、Ｘ方向磁性増強部２０ｂは、磁性部材１０に対して第２磁性体１４の側である＋Ｚ方向にずれた位置に配置されている。 The position of the X-direction magnetic enhancing portion 20b is arranged at a position different from that of the magnetic member 10 in the Z direction. In the example shown in FIG. 2(a), the X-direction magnetic enhancing portion 20b is arranged at a position shifted in the +Z direction toward the second magnetic body 14 relative to the magnetic member 10.

磁性体から成るＸ方向磁性増強部２０ｂを上記の位置に配置することにより、磁性部材１０の＋Ｚ方向の端部における磁場を、Ｘ方向磁性増強部２０ｂを介して、Ｘ方向に隣接する磁性部材１０の＋Ｚ方向の端部に、効率良く伝達することができる。すなわち、Ｘ方向に隣接して配置される２つの磁性部材１０の間の静磁気結合を一層増強させることができる。
磁性部材１０の＋Ｚ側の端部である上部電極１５とＸ方向磁性増強部２０ｂとの間の間隔Ｄは、一例として１０ｎｍ以上である。また、Ｘ方向磁性増強部２０ｂのＺ方向の厚さは、一例として０．５ｎｍ以上、かつ１０ｎｍ以下である。 By disposing the X-direction magnetic enhancing portion 20b made of a magnetic material at the above-mentioned position, the magnetic field at the end of the magnetic member 10 in the +Z direction can be efficiently transmitted to the end of the magnetic member 10 in the +Z direction adjacent to the X-direction via the X-direction magnetic enhancing portion 20b. In other words, the magnetostatic coupling between the two magnetic members 10 disposed adjacent to each other in the X direction can be further enhanced.
The distance D between the upper electrode 15, which is the end of the magnetic member 10 on the +Z side, and the X-direction magnetic enhancing portion 20b is, for example, 10 nm or more. The thickness of the X-direction magnetic enhancing portion 20b in the Z direction is, for example, 0.5 nm or more and 10 nm or less.

Ｘ方向磁性増強部２０ｂのＸ方向の長さＬＸは、一例として、複数の磁性部材１０のＸ方向の間隔Ｓに対して、Ｓ±１００[nm]の範囲にある。従って、Ｘ方向磁性増強部２０ｂの±Ｘ方向の端部と磁性部材１０の±Ｘ方向の縁部との距離Ｑは、一例として０ｎｍ以上、かつ５０ｎｍ以下となる。 The length LX in the X-direction of the X-direction magnetic enhancement portion 20b is, for example, in the range of S±100 [nm] with respect to the X-direction spacing S between the multiple magnetic members 10. Therefore, the distance Q between the ±X-direction ends of the X-direction magnetic enhancement portion 20b and the ±X-direction edges of the magnetic members 10 is, for example, 0 nm or more and 50 nm or less.

すなわち、Ｘ方向磁性増強部２０ｂの±Ｘ方向の端部と磁性部材１０の±Ｘ方向の縁部とは、＋Ｚ方向の遠方から見た上面視の状態で、０ｎｍから５０ｎｍの範囲でＸ方向にオーバーラップしていても良く、あるいは上記の範囲でＸ方向に離れていても良い。
Ｘ方向磁性増強部２０ｂの±Ｘ方向の端部と磁性部材１０の±Ｘ方向の縁部がＸ方向にオーバーラップする場合には、機械的な干渉を避けるために、第１接続部１６の幅Ｒを、磁性部材１０の幅Ｗよりも小さくする。 In other words, the ±X-direction ends of the X-direction magnetic enhancing portion 20b and the ±X-direction edges of the magnetic member 10 may overlap in the X-direction within a range of 0 nm to 50 nm when viewed from above from a distance in the +Z direction, or may be separated in the X-direction within the above range.
When the ±X-direction ends of the X-direction magnetic enhancing portion 20b and the ±X-direction edges of the magnetic member 10 overlap in the X-direction, the width R of the first connecting portion 16 is made smaller than the width W of the magnetic member 10 in order to avoid mechanical interference.

Ｘ方向磁性増強部２０ｂの長さ等の大きさ、および位置を上記の数値範囲とすることにより、Ｘ方向に隣接して配置される２つの磁性部材１０の間の静磁気結合をさらに増強させることができる。
なお、十分な静磁気結合が得られる場合には、Ｘ方向磁性増強部２０ｂのＺ位置を、磁性部材１０のＺ位置と同じ位置、すなわち、磁性部材１０のＺ方向の長さの範囲と重なる位置に配置しても良い。 By setting the size, such as the length, and the position of the X-direction magnetic enhancing portion 20b within the above numerical range, the magnetostatic coupling between the two magnetic members 10 arranged adjacent to each other in the X-direction can be further enhanced.
In addition, if sufficient static magnetic coupling can be obtained, the Z position of the X-direction magnetic enhancing portion 20b may be located at the same position as the Z position of the magnetic member 10, i.e., at a position overlapping with the Z-direction length range of the magnetic member 10.

図２（ｂ）は、Ｘ方向磁性増強部２０ｂを＋Ｚ方向から見た上面図を示している。Ｘ方向磁性増強部２０ｂのＸＹ面内の形状は、図２（ｂ）に破線で示したＸ方向に長い長方形２１であっても良く、斜線を付して示した楕円型形状２２であっても良い。楕円型形状２２は、必ずしも数学的な意味での楕円形と完全に一致する必要はない。楕円型形状２２は、長方形２１の４つの頂点および４つの辺の各頂点の近傍部分が内側に移動したものであり、楕円形またはレーストラック型に近い形状である。Ｘ方向磁性増強部２０ｂにおいては、楕円型形状２２の長軸は、Ｘ方向磁性増強部２０ｂのＸ方向の近傍に配置されている２つの磁性部材１０の中心を結ぶ方向であるＸ方向と一致している。 2(b) shows a top view of the X-direction magnetic enhancement section 20b seen from the +Z direction. The shape of the X-direction magnetic enhancement section 20b in the XY plane may be a rectangle 21 long in the X direction shown by a dashed line in FIG. 2(b), or an elliptical shape 22 shown by a diagonal line. The elliptical shape 22 does not necessarily have to completely match an ellipse in the mathematical sense. The elliptical shape 22 is a rectangle 21 in which the four vertices and the vicinity of each vertex of each of the four sides are moved inward, and is a shape close to an ellipse or a racetrack shape. In the X-direction magnetic enhancement section 20b, the major axis of the elliptical shape 22 coincides with the X direction, which is the direction connecting the centers of the two magnetic members 10 arranged in the X-direction vicinity of the X-direction magnetic enhancement section 20b.

Ｘ方向磁性増強部２０ｂのＹ方向の長さＬＹは、一例として、磁性部材１０のＸ方向またはＹ方向の幅Ｗと同程度である。磁気ドットアレイ１の内部に、Ｘ方向磁性増強部２０ｂおよびＹ方向磁性増強部２０ａを相互に重なることなく配置するために、Ｘ方向磁性増強部２０ｂのＹ方向の長さＬＹを、Ｘ方向の長さＬＸよりも短くすると良い。換言すれば、Ｘ方向磁性増強部２０ｂのＸ方向の近傍に配置されている２つの磁性部材１０の中心を結ぶ方向、すなわち磁気的な結合を行う結合方向（Ｘ方向）におけるＸ方向磁性増強部２０ｂの長さを、結合方向と直交するＹ方向の長さよりも大きくすると良い。 The length LY in the Y direction of the X-direction magnetic enhancing portion 20b is, for example, approximately the same as the width W in the X or Y direction of the magnetic member 10. In order to arrange the X-direction magnetic enhancing portion 20b and the Y-direction magnetic enhancing portion 20a inside the magnetic dot array 1 without overlapping each other, it is preferable to make the length LY in the Y direction of the X-direction magnetic enhancing portion 20b shorter than the length LX in the X direction. In other words, it is preferable to make the length of the X-direction magnetic enhancing portion 20b in the direction connecting the centers of the two magnetic members 10 arranged near the X-direction of the X-direction magnetic enhancing portion 20b, that is, in the coupling direction (X direction) in which magnetic coupling is performed, longer than the length in the Y direction perpendicular to the coupling direction.

なお、Ｘ方向磁性増強部２０ｂのＸＹ面内の形状を上述した楕円型形状２２とすることにより、Ｘ方向磁性増強部２０ｂの内部を、いわゆる単磁区とし易く、２つの磁性部材１０の間の静磁気結合をより一層増強させることができる。 By making the shape of the X-direction magnetic enhancement part 20b in the XY plane the elliptical shape 22 described above, the inside of the X-direction magnetic enhancement part 20b can be easily made into a so-called single magnetic domain, and the static magnetic coupling between the two magnetic members 10 can be further enhanced.

以上、Ｘ方向磁性増強部２０ｂの材質、長さ等の形状、および位置について説明したが、Ｙ方向磁性増強部２０ａについても、その材質およびＺ方向の位置は同様であり、形状についてはＸ方向磁性増強部２０ｂをＸＹ面内で９０°回転させたものと同様である。Ｙ方向磁性増強部２０ａが楕円型形状２２である場合には、その長軸は、Ｙ方向磁性増強部２０ａのＹ方向の近傍に配置されている２つの磁性部材１０の中心を結ぶ方向であるＹ方向と一致している。 The material, shape (length, etc.), and position of the X-direction magnetic enhancing portion 20b have been described above, but the material and Z-direction position of the Y-direction magnetic enhancing portion 20a are the same, and its shape is the same as that of the X-direction magnetic enhancing portion 20b rotated 90° in the XY plane. When the Y-direction magnetic enhancing portion 20a has an elliptical shape 22, its major axis coincides with the Y direction, which is the direction connecting the centers of the two magnetic members 10 arranged near the Y-direction magnetic enhancing portion 20a in the Y direction.

磁性部材１０のそれぞれの部分、第１配線３０、第２配線３１、制御線３２、アクティブエリア３３、および絶縁膜３６は、ＭＲＡＭにおけるそれらの同等の構成と同様に、スパッタ法およびリソグラフィ法により形成することができる。
また、第１接続部１６および磁性増強部２０についても、同様にスパッタ法およびリソグラフィ法により形成することができる。 Each portion of the magnetic member 10, the first wiring 30, the second wiring 31, the control line 32, the active area 33, and the insulating film 36 can be formed by sputtering and lithography, similar to their equivalent configurations in the MRAM.
Similarly, the first connecting portion 16 and the magnetic enhancing portion 20 can be formed by sputtering and lithography.

なお、磁性部材１０のＸＹ面内の形状は、正方形、長方形、円形、楕円形のいずれであっても良い。また、正方形の四隅の角が丸まった、正方形と円形との間の形状であっても良く、長方形の四隅の角が丸まった、長方形と楕円形との間の形状であっても良い。 The shape of the magnetic member 10 in the XY plane may be any of a square, rectangle, circle, and ellipse. It may also be a square with rounded corners, which is a shape between a square and a circle, or a rectangle with rounded corners, which is a shape between a rectangle and an ellipse.

なお、リソグラフィ法においては、一般的に２つの構造物（磁性部材１０等）の間隔Ｓを微細化することは難しい。間隔Ｓを一定の値（例えば１０ｎｍ）以上とした場合、磁性部材１０のＸ方向の長さとＹ方向の長さとを等しくすることで、ＸＹ面内の一定の面積の中に、所定の断面積を有する磁性部材１０を、より密に配置することができる。
ここで、Ｘ方向は第１面であるＸＹ面内の第２方向ということができ、Ｙ方向はＸＹ面（第１面）内の方向であって第２方向（Ｘ方向）と直交する方向ということができる。 In addition, in lithography, it is generally difficult to reduce the distance S between two structures (such as the magnetic members 10). When the distance S is set to a certain value (e.g., 10 nm) or more, the magnetic members 10 having a predetermined cross-sectional area can be arranged more densely within a certain area in the XY plane by making the length of the magnetic members 10 in the X direction equal to the length of the magnetic members 10 in the Y direction.
Here, the X direction can be said to be the second direction within the XY plane, which is the first plane, and the Y direction can be said to be a direction within the XY plane (first plane) that is perpendicular to the second direction (X direction).

（変形例の磁気ドットアレイ）
以下、図３を参照して、変形例の磁気ドットアレイ１ａについて説明する。なお、変形例の磁気ドットアレイ１ａは多くの部分が、上述した第１実施形態の磁気ドットアレイ１と共通する。従って、以下では、第１実施形態の磁気ドットアレイ１との相違点について主に説明し、共通の構成については、同一の符号を付して、説明を適宜省略する。 (Modification of Magnetic Dot Array)
The magnetic dot array 1a of the modified example will be described below with reference to Fig. 3. Note that the magnetic dot array 1a of the modified example has many parts in common with the magnetic dot array 1 of the first embodiment described above. Therefore, the following mainly describes the differences from the magnetic dot array 1 of the first embodiment, and the same reference numerals are used to denote the common configurations, and the description thereof will be omitted as appropriate.

図３（ａ）は、変形例の磁気ドットアレイ１ａを＋Ｚ方向から見た上面図である。図３（ａ）においても、図１（ａ）と同様に、図面の複雑化を避けるために、基板３５、絶縁膜３６、第１接続部１６、第２接続部１７、およびアクティブエリア３３の表示を省略している。また、第１配線３０についてはその輪郭のみを破線の枠で示している。 Figure 3(a) is a top view of the modified magnetic dot array 1a as viewed from the +Z direction. As with Figure 1(a), in Figure 3(a), in order to avoid complicating the drawing, the substrate 35, insulating film 36, first connection portion 16, second connection portion 17, and active area 33 are omitted from illustration. Also, only the outline of the first wiring 30 is shown in a dashed frame.

変形例の磁気ドットアレイ１ａにおいては、複数の磁性部材１０は、ＸＹ面内で三角格子状に配置されている。複数の磁性部材１０が配置される方向のうちの１つは、一例としてＸ方向と一致している。１つの磁性部材１０の周囲には、６個の磁性部材１０が隣接して配置されている。１つの磁性部材１０に対して隣接して配置される６個の磁性部材１０の方位角は、＋Ｘ方向を基準として左周りに、０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°である。
変形例の磁気ドットアレイ１ａにおいては、上述のそれぞれの方位角の方向に隣接する２つの磁性部材１０の間に、それぞれ磁性増強部２０が配置されている。 In the magnetic dot array 1a of the modified example, the multiple magnetic members 10 are arranged in a triangular lattice pattern in the XY plane. One of the directions in which the multiple magnetic members 10 are arranged coincides with the X direction, for example. Six magnetic members 10 are arranged adjacent to one magnetic member 10. The azimuth angles of the six magnetic members 10 arranged adjacent to one magnetic member 10 are 0°, 60°, 120°, 180°, 240°, and 300° counterclockwise with respect to the +X direction as the reference.
In the magnetic dot array 1a of the modified example, a magnetic enhancement portion 20 is disposed between each two magnetic members 10 adjacent to each other in the azimuth direction described above.

図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した切断線ＡＡにおけるＸＺ断面を－Ｙ方向から見た断面図である。変形例の磁気ドットアレイ１ａのＸＺ断面は、上述した第１実施形態の磁気ドットアレイ１のＸＺ断面とほぼ同様の構成である。ただし、Ｙ方向に延びる制御線３２は、磁性部材１０のＸ方向の配置の周期の半分の周期でＸ方向に複数配置されている。 Figure 3(b) is a cross-sectional view of the XZ section at the cutting line AA shown in Figure 3(a) viewed from the -Y direction. The XZ section of the modified magnetic dot array 1a has a configuration that is almost the same as the XZ section of the magnetic dot array 1 of the first embodiment described above. However, the control lines 32 extending in the Y direction are arranged in multiples in the X direction with a period that is half the period of the arrangement of the magnetic members 10 in the X direction.

変形例の磁気ドットアレイ１ａにおいては、１つの磁性部材１０に対して６個の磁性部材１０が隣接して配置されているとともに、隣接する２つの磁性部材１０の間にそれぞれ磁性増強部２０が配置されている。これにより、複数の磁性部材１０の間の静磁気結合を増強させることができる。 In the modified magnetic dot array 1a, six magnetic members 10 are arranged adjacent to one magnetic member 10, and a magnetic enhancer 20 is arranged between each pair of adjacent magnetic members 10. This enhances the magnetostatic coupling between the multiple magnetic members 10.

なお、以上においては、複数の磁性部材１０が直方格子状または三角格子状に配置されている磁気ドットアレイ１、１ａについて説明したが、複数の磁性部材１０の配置の形状は、他の形状であっても良い。例えば、正六角形を隙間なく並べた、いわゆるハニカム構造の各頂点の位置に磁性部材１０を配置し、それに含まれる正六角形の各辺に沿って磁性増強部２０を配置しても良い。 In the above, the magnetic dot arrays 1 and 1a in which the multiple magnetic members 10 are arranged in a rectangular lattice or triangular lattice have been described, but the arrangement of the multiple magnetic members 10 may have other shapes. For example, the magnetic members 10 may be arranged at the vertices of a so-called honeycomb structure in which regular hexagons are arranged without gaps, and the magnetic enhancement sections 20 may be arranged along each side of the regular hexagons included therein.

なお、以上においては、複数の磁性部材１０のそれぞれの－Ｚ側には、スイッチング素子としてのＭＯＳトランジスタ３４が配置されているものとしたが、磁気ドットアレイ１、１ａの用途によっては、ＭＯＳトランジスタ３４を有していなくても良い。この場合には、制御線３２についても、有していなくても良い。
また、磁気ドットアレイ１、１ａの用途によっては、第１配線３０および第２配線３１の一方、または両方を有していなくても良い。 In the above, the MOS transistor 34 serving as a switching element is arranged on the −Z side of each of the multiple magnetic members 10, but depending on the application of the magnetic dot arrays 1 and 1a, the MOS transistor 34 may not be included. In this case, the control line 32 may not be included either.
Depending on the application of the magnetic dot arrays 1 and 1a, one or both of the first wiring 30 and the second wiring 31 may not be present.

（第１実施形態および変形例の磁気ドットアレイの効果）
（１）以上の第１実施形態および変形例の磁気ドットアレイ１、１ａは、磁性体（１２、１４）を含み第１方向（Ｚ方向）と交差する第１面（ＸＹ面）に沿って２次元に配置されている複数の磁性部材１０と、複数の磁性部材１０の相互間に配置された磁性体からなる磁性増強部２０と、を備えている。
この構成により、磁気ドットアレイ１、１ａに含まれる複数の磁性部材１０の間の静磁気結合を増強させることができる。
また、磁性増強部２０により磁性部材１０の間の静磁気結合が増強されるため、磁性部材１０の配置の間隔を広げることができ、すなわち磁性部材１０の微細度を緩めることができる。これにより、磁気ドットアレイ１、１ａを製造する際の歩留まりを向上させることができる。 (Effects of the magnetic dot arrays of the first embodiment and the modified examples)
(1) The magnetic dot arrays 1, 1a of the first embodiment and the modified examples described above include a plurality of magnetic members 10 including magnetic bodies (12, 14) and arranged two-dimensionally along a first surface (XY surface) intersecting a first direction (Z direction), and a magnetic enhancing section 20 consisting of magnetic bodies arranged between the plurality of magnetic members 10.
This configuration makes it possible to enhance magnetostatic coupling between the multiple magnetic members 10 included in the magnetic dot arrays 1 and 1a.
In addition, since the magnetostatic coupling between the magnetic members 10 is enhanced by the magnetic enhancing portion 20, the intervals between the magnetic members 10 can be increased, i.e., the fineness of the magnetic members 10 can be relaxed. This makes it possible to improve the yield rate when manufacturing the magnetic dot arrays 1, 1a.

（２）磁性部材１０と磁性増強部２０とを、Ｚ方向（第１方向）の異なる位置に配置しても良い。この場合には、１つの磁性部材１０の＋Ｚ方向の端部における磁場を、磁性増強部２０を介して、隣接する磁性部材１０の＋Ｚ方向の端部に、効率良く伝達することができる。すなわち、隣接して配置される２つの磁性部材１０の間の静磁気結合を一層増強させることができる。 (2) The magnetic member 10 and the magnetic enhancing section 20 may be arranged at different positions in the Z direction (first direction). In this case, the magnetic field at the end of one magnetic member 10 in the +Z direction can be efficiently transmitted to the end of an adjacent magnetic member 10 in the +Z direction via the magnetic enhancing section 20. In other words, the static magnetic coupling between two adjacent magnetic members 10 can be further enhanced.

（第２実施形態の磁気ドットアレイ計算素子）
以下、図４を用いて、第２実施形態の磁気ドットアレイ計算素子５０について説明する。なお、磁気ドットアレイ計算素子５０に含まれる構成のうち、上述した磁気ドットアレイ１にも含まれるものについては、同一の符号を付して適宜説明を省略する。 (Magnetic dot array computing element of the second embodiment)
The magnetic dot array computing element 50 of the second embodiment will be described below with reference to Fig. 4. Note that among the components included in the magnetic dot array computing element 50, those that are also included in the magnetic dot array 1 described above will be given the same reference numerals and will not be described as appropriate.

図４は、磁気ドットアレイ計算素子５０の構成の概略を示す上面図である。磁気ドットアレイ計算素子５０は、一例として図４に一点鎖線で囲って示した、上述した第１実施形態の磁気ドットアレイ１を含んでいる。なお、磁気ドットアレイ計算素子５０に含まれる磁性部材１０のＸ方向およびＹ方向の配列数は、図４に示した数に限定されるわけではなく、任意の個数で良い。 Figure 4 is a top view showing the outline of the configuration of the magnetic dot array computing element 50. The magnetic dot array computing element 50 includes the magnetic dot array 1 of the first embodiment described above, which is shown as an example surrounded by a dashed line in Figure 4. Note that the number of magnetic members 10 included in the magnetic dot array computing element 50 arranged in the X and Y directions is not limited to the number shown in Figure 4, and may be any number.

なお、図４においても上述した図３（ａ）と同様に、図面の複雑化を避けるために、基板３５、絶縁膜３６、第１接続部１６、第２接続部１７、およびアクティブエリア３３の表示を省略している。また、第１配線３０ａ～３０ｊについてはその輪郭のみを破線の枠で示している。 As with FIG. 3(a) described above, in FIG. 4, the substrate 35, insulating film 36, first connection portion 16, second connection portion 17, and active area 33 are omitted from illustration to avoid complicating the drawing. Also, only the outlines of the first wirings 30a to 30j are shown in dashed frames.

磁気ドットアレイ１の－Ｙ側には、磁気ドットアレイ１に含まれる制御線３２ａ～３２ｈに制御信号を供給する、列制御部４１が配置されている。
磁気ドットアレイ１の－Ｘ側には、磁気ドットアレイ１に含まれる第１配線３０ａ～３０ｊおよび第２配線３１ａ～３１ｊに所定の電気信号（電圧）を供給する、行制御部４２が配置されている。
列制御部４１および行制御部４２を、合わせてまたは個々に、制御部４０とも呼ぶ。 On the −Y side of the magnetic dot array 1 , a column control unit 41 is arranged, which supplies control signals to the control lines 32 a to 32 h included in the magnetic dot array 1 .
On the −X side of the magnetic dot array 1, a row control unit 42 is arranged, which supplies a predetermined electrical signal (voltage) to the first wirings 30a to 30j and the second wirings 31a to 31j included in the magnetic dot array 1.
The column control unit 41 and the row control unit 42 , either together or individually, are also referred to as a control unit 40 .

行制御部４２から第１配線３０ａ～３０ｊのそれぞれに供給された電圧は、第１接続部１６を介してそれぞれの磁性部材１０の＋Ｚ側の端部の図２（ａ）に示した上部電極１５に印加される。行制御部４２から第２配線３１ａ～３１ｊに供給された電圧は、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示したＭＯＳトランジスタ３４の上述のドレインに印加される。 The voltage supplied from the row control unit 42 to each of the first wirings 30a to 30j is applied to the upper electrode 15 shown in FIG. 2(a) at the end of the +Z side of each magnetic member 10 via the first connection unit 16. The voltage supplied from the row control unit 42 to the second wirings 31a to 31j is applied to the above-mentioned drain of the MOS transistor 34 shown in FIG. 1(b) and FIG. 1(c).

列制御部４１は、それぞれの制御線３２ａ～３２ｈに所定の制御電圧を印加して、それぞれに対応するＭＯＳトランジスタ３４の導通／非導通を制御する。ＭＯＳトランジスタ３４が導通されれば、行制御部４２から第２配線３１ａ～３１ｊに供給された電圧は、ＭＯＳトランジスタ３４の上述のソースから第２接続部１７を介して、それぞれの磁性部材１０の－Ｚ側の端部の下部電極１１に印加される。 The column control unit 41 applies a predetermined control voltage to each of the control lines 32a to 32h to control the conduction/non-conduction of the corresponding MOS transistor 34. When the MOS transistor 34 is conductive, the voltage supplied from the row control unit 42 to the second wiring 31a to 31j is applied from the above-mentioned source of the MOS transistor 34 via the second connection unit 17 to the lower electrode 11 at the -Z side end of each magnetic member 10.

これにより、磁気ドットアレイ計算素子５０は、任意の磁性部材１０の下部電極１１と上部電極１５との間に、所定の電圧（電位差）を印加することができる。
また、行制御部４２は、それぞれ対になる第１配線３０ａ～３０ｊと第２配線３１ａ～３１ｊとの間の電気抵抗に相当する量も検出する。
このような列制御部４１および行制御部４２の構成についても、ＭＲＡＭにおいてこれらに対応する部材の構成と共通しているので、詳細な説明は省略する。 This allows the magnetic dot array computing element 50 to apply a predetermined voltage (potential difference) between the lower electrode 11 and upper electrode 15 of any one of the magnetic members 10 .
The row control unit 42 also detects an amount corresponding to the electrical resistance between each pair of the first wirings 30a to 30j and the second wirings 31a to 31j.
The configurations of the column control unit 41 and row control unit 42 are also common to the configurations of the corresponding members in the MRAM, and therefore detailed description thereof will be omitted.

以下では、磁気ドットアレイ１に含まれる複数の磁性部材１０をそれらのＹ方向の位置に従って３つのグループに分け、それぞれを第１グループ１０Ｇ１、第２グループ１０Ｇ２、および第３グループ１０Ｇ３と呼ぶ。 In the following, the multiple magnetic members 10 included in the magnetic dot array 1 are divided into three groups according to their positions in the Y direction, and are referred to as the first group 10G1, the second group 10G2, and the third group 10G3.

第１グループ１０Ｇ１は、複数の磁性部材１０のうち、－Ｙ側の端部から数えて（３ｍ＋１）番目（ｍは０以上の整数）の行に配置されている磁性部材１０を含む。
第２グループ１０Ｇ２は、複数の磁性部材１０のうち、－Ｙ側の端部から数えて（３ｍ＋２）番目の行に配置されている磁性部材１０を含む。
第３グループ１０Ｇ３は、複数の磁性部材１０のうち、－Ｙ側の端部から数えて３ｍ番目の行に配置されている磁性部材１０を含む。 The first group 10G1 includes the magnetic member 10 that is arranged in the (3m+1)th row (m is an integer equal to or greater than 0) counting from the end on the -Y side among the multiple magnetic members 10.
The second group 10G2 includes, among the multiple magnetic members 10, the magnetic member 10 arranged in the (3m+2)th row counting from the end on the -Y side.
The third group 10G3 includes, among the multiple magnetic members 10, the magnetic member 10 arranged in the 3mth row counting from the end on the -Y side.

行制御部４２から延びる第１配線３０ａ～３０ｊのうち、第１配線３０ａ、３０ｄ、３０ｇ、３０ｊは、第１グループ１０Ｇ１の磁性部材１０に接続されている。第１配線３０ｂ、３０ｅ、３０ｈは、第２グループ１０Ｇ２の磁性部材１０に接続されており、第１配線３０ｃ、３０ｆ、３０ｉは、第３グループ１０Ｇ３の磁性部材１０に接続されている。 Of the first wirings 30a to 30j extending from the row control unit 42, the first wirings 30a, 30d, 30g, and 30j are connected to the magnetic members 10 of the first group 10G1. The first wirings 30b, 30e, and 30h are connected to the magnetic members 10 of the second group 10G2, and the first wirings 30c, 30f, and 30i are connected to the magnetic members 10 of the third group 10G3.

続いて、磁気ドットアレイ計算素子５０の計算動作の一例について、図４および図５を参照して説明する。なお、以下で説明する磁気ドットアレイ計算素子５０の計算動作は、上述した非特許文献１に開示されている計算素子の計算動作と概ね同様である。 Next, an example of the calculation operation of the magnetic dot array calculation element 50 will be described with reference to Figures 4 and 5. Note that the calculation operation of the magnetic dot array calculation element 50 described below is generally similar to the calculation operation of the calculation element disclosed in the above-mentioned non-patent document 1.

図５は、磁気ドットアレイ計算素子５０において、行制御部４２が第１配線３０ａ～３０ｊのそれぞれに印加する電圧（Ｖ）の時間（Ｔ）に伴う変化の一例を示す図である。
図５（ａ）は、第１グループ１０Ｇ１の磁性部材１０に接続される第１配線３０ａ、３０ｄ、３０ｇ、３０ｊに印加される電圧である電圧信号Ｖａの時間変化を示している。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the change over time (T) of the voltage (V) applied by row control unit 42 to each of first wirings 30a to 30j in magnetic dot array computing element 50. In FIG.
FIG. 5A shows the change over time of a voltage signal Va, which is a voltage applied to the first wirings 30a, 30d, 30g, and 30j connected to the magnetic members 10 of the first group 10G1.

図５（ｂ）は、第２グループ１０Ｇ２の磁性部材１０に接続される第１配線３０ｂ、３０ｅ、３０ｈに印加される電圧である電圧信号Ｖｂの時間変化を示している。
図５（ｃ）は、第３グループ１０Ｇ３の磁性部材１０に接続される第１配線３０ｃ、３０ｆ、３０ｉに印加される電圧である電圧信号Ｖｃの時間変化を示している。 FIG. 5B shows the change over time of the voltage signal Vb, which is the voltage applied to the first wirings 30b, 30e, and 30h connected to the magnetic members 10 of the second group 10G2.
FIG. 5C shows the change over time of the voltage signal Vc, which is the voltage applied to the first wirings 30c, 30f, and 30i connected to the magnetic members 10 of the third group 10G3.

初めに、時刻Ｔ１１においては、電圧信号Ｖａ～Ｖｃは、いずれも例えば０Ｖ程度の所定の電圧Ｖ０であり、全ての磁性部材１０の上部電極１５と下部電極との間には、電圧Ｖ０が印加される。この状態では、全ての磁性部材１０は、Ｚ方向に磁気異方性を有する状態に保たれている。 First, at time T11, the voltage signals Va to Vc are all at a predetermined voltage V0, for example, about 0 V, and the voltage V0 is applied between the upper electrode 15 and the lower electrode of all the magnetic members 10. In this state, all the magnetic members 10 are maintained in a state having magnetic anisotropy in the Z direction.

この状態で、制御部４０は、第１配線３０ａおよび第２配線３１ａを介して、複数の磁性部材１０のうち、一例として－Ｙ方向の端部に配置されている磁性部材１０のうちの少なくとも１つに入力信号を入力する。入力信号は、第１配線３０ａおよび第２配線３１ａに印加する電圧の変化、または第１配線３０ａおよび第２配線３１ａを経て磁性部材１０に流す電流の変化等によって磁性部材１０に入力される。 In this state, the control unit 40 inputs an input signal to at least one of the multiple magnetic members 10, for example, the magnetic member 10 located at the end in the -Y direction, via the first wiring 30a and the second wiring 31a. The input signal is input to the magnetic member 10 by a change in the voltage applied to the first wiring 30a and the second wiring 31a, or a change in the current flowing through the magnetic member 10 via the first wiring 30a and the second wiring 31a.

上述の信号の入力に際しては、列制御部４１は、制御線３２ａ～３２ｈのうち、信号を入力すべき磁性部材１０に対応する制御線に、ＭＯＳトランジスタ３４を導通させる電圧を順次印加する。同時に、列制御部４１は、他の磁性部材１０に対応する制御線には、ＭＯＳトランジスタ３４を非導通とする電圧を印加する。 When inputting the above-mentioned signal, the column control unit 41 sequentially applies a voltage that makes the MOS transistor 34 conductive to the control lines 32a to 32h that correspond to the magnetic members 10 to which the signal is to be input. At the same time, the column control unit 41 applies a voltage that makes the MOS transistor 34 non-conductive to the control lines that correspond to the other magnetic members 10.

これにより、入力信号が入力された磁性部材１０の中の第２磁性体１４の磁化の向きが、入力された入力信号に応じて＋Ｚ方向または－Ｚ方向に制御される。磁化の向きの＋Ｚ方向はデジタル信号の１に相当し、磁化の向きの－Ｚ方向はデジタル信号の０に相当する。
なお、上記の入力信号により第２磁性体１４の磁化の向きを制御する技術は、例えば電圧書込み型のＭＲＡＭにおいて磁気記憶素子中の磁化の向きの制御する技術と同様である。
以下では、磁性部材１０の中の第２磁性体１４の磁化の向きのことを、単に、磁性部材１０の磁化の向きとも呼ぶ。 As a result, the magnetization direction of the second magnetic body 14 in the magnetic member 10 to which the input signal is input is controlled to the +Z direction or the -Z direction according to the input signal. The +Z direction of the magnetization direction corresponds to 1 in the digital signal, and the -Z direction of the magnetization direction corresponds to 0 in the digital signal.
The technique for controlling the magnetization direction of the second magnetic body 14 by the above-mentioned input signal is similar to the technique for controlling the magnetization direction in a magnetic memory element in, for example, a voltage write type MRAM.
Hereinafter, the magnetization direction of the second magnetic body 14 in the magnetic member 10 will also be simply referred to as the magnetization direction of the magnetic member 10.

次に、時刻Ｔ１２においては、電圧信号Ｖｂ、Ｖｃの電圧を、例えば１Ｖ等の所定の電圧Ｖ１に設定する。これにより、第２グループ１０Ｇ２、および第３グループ１０Ｇ３に含まれる磁性部材１０に印加されるは電圧Ｖ１に変化する。これにより、第２グループ１０Ｇ２および第３グループ１０Ｇ３に含まれる磁性部材１０においては、第２磁性体１４におけるＺ方向の磁気異方性が失われる。その結果、それらの第２磁性体１４の磁化の方向は、磁性増強部２０を介して、隣接して配置されている他の磁性部材１０から伝達される磁場により決定されることになる。 Next, at time T12, the voltages of the voltage signals Vb and Vc are set to a predetermined voltage V1, such as 1 V. As a result, the voltage applied to the magnetic members 10 included in the second group 10G2 and the third group 10G3 changes to the voltage V1. As a result, the magnetic anisotropy in the Z direction of the second magnetic bodies 14 is lost in the magnetic members 10 included in the second group 10G2 and the third group 10G3. As a result, the direction of magnetization of those second magnetic bodies 14 is determined by the magnetic field transmitted from other magnetic members 10 arranged adjacently via the magnetic enhancement section 20.

例えば、第２グループ１０Ｇ２のうち、第１配線３０ａに接続されている磁性部材１０の場合、Ｙ方向磁性増強部２０ａを介して－Ｙ方向に隣接して配置されている第１グループ１０Ｇ１の１つの磁性部材１０の磁場の影響を受ける。しかし、同時に、Ｙ方向磁性増強部２０ａを介して＋Ｙ方向に隣接して配置されている第３グループ１０Ｇ３の１つの磁性部材１０、およびそのさらに＋Ｙ方向にある第３グループ１０Ｇ３の１つの磁性部材１０による磁場の影響も受ける。さらに、Ｘ方向磁性増強部２０ｂを介して±Ｘ方向に隣接して配置されている第２グループ１０Ｇ２の２つの磁性部材１０、およびそれに隣接する磁性部材１０による磁場の影響も受ける。 For example, in the case of a magnetic member 10 in the second group 10G2 that is connected to the first wiring 30a, it is influenced by the magnetic field of one magnetic member 10 in the first group 10G1 that is adjacent to it in the -Y direction via the Y-direction magnetic enhancement section 20a. However, at the same time, it is also influenced by the magnetic field of one magnetic member 10 in the third group 10G3 that is adjacent to it in the +Y direction via the Y-direction magnetic enhancement section 20a, and one magnetic member 10 in the third group 10G3 that is further in the +Y direction. Furthermore, it is also influenced by the magnetic field of two magnetic members 10 in the second group 10G2 that are adjacent to it in the ±X directions via the X-direction magnetic enhancement section 20b, and the magnetic member 10 adjacent to them.

従って、時刻Ｔ１２においては、第２グループ１０Ｇ２に含まれる１つの磁性部材１０の磁化の向きは、－Ｙ方向に隣接する第１グループ１０Ｇ１に含まれる磁性部材１０の磁化の向きの影響を強く受けるものの、隣接する他の磁性部材１０の磁化の向きの影響も受けて決定される。 Therefore, at time T12, the magnetization direction of one magnetic member 10 included in the second group 10G2 is strongly influenced by the magnetization direction of the magnetic member 10 included in the first group 10G1 adjacent to it in the -Y direction, but is also influenced by the magnetization directions of other adjacent magnetic members 10.

時刻Ｔ１３においては、電圧信号Ｖｂの電圧が電圧Ｖ０に戻る。これにより、第２グループ１０Ｇ２に含まれる磁性部材１０の第２磁性体１４におけるＺ方向の磁気異方性が復活する。従って、時刻Ｔ１２において周囲の磁性部材１０の磁化の向きの影響を受けて決定された第２グループ１０Ｇ２に含まれる磁性部材１０の磁化の向き（Ｚ方向に対する偏角）が、その状態で固定される。 At time T13, the voltage of the voltage signal Vb returns to voltage V0. This restores the magnetic anisotropy in the Z direction in the second magnetic body 14 of the magnetic member 10 included in the second group 10G2. Therefore, the magnetization direction (angle relative to the Z direction) of the magnetic member 10 included in the second group 10G2, which was determined at time T12 under the influence of the magnetization direction of the surrounding magnetic members 10, is fixed in that state.

時刻Ｔ１３において、第２グループ１０Ｇ２に含まれる磁性部材１０の固定された磁化の向きは、－Ｙ方向に隣接している第１グループ１０Ｇ１に含まれる磁性部材１０の磁化の向きとの相関性が高い。すなわち、時刻Ｔ１１において第１グループ１０Ｇ１の磁性部材１０に記憶されていたデジタル信号（１か０）は、時刻Ｔ１３においては＋Ｙ方向に隣接する第２グループ１０Ｇ２に含まれる磁性部材１０に、そのまま転送される場合もある。 At time T13, the fixed magnetization direction of the magnetic members 10 included in the second group 10G2 is highly correlated with the magnetization direction of the magnetic members 10 included in the first group 10G1 adjacent in the -Y direction. In other words, the digital signal (1 or 0) stored in the magnetic members 10 of the first group 10G1 at time T11 may be transferred as is to the magnetic members 10 included in the second group 10G2 adjacent in the +Y direction at time T13.

しかし、他の方向に隣接する磁性部材１０の磁化の影響により、信号がそのままは転送されずに、磁化の向き（Ｚ方向に対する偏角）が変化して転送される場合もある。
第２実施形態の磁気ドットアレイ計算素子５０では、上述した非特許文献１に記載される計算素子と同様に、上述のような磁場の非線形な加算現象を利用して、計算を行うものである。 However, due to the influence of the magnetization of the magnetic members 10 adjacent in the other direction, the signal may not be transferred as is, but may be transferred with a changed magnetization direction (angle of deviation with respect to the Z direction).
The magnetic dot array computing element 50 of the second embodiment performs calculations by utilizing the above-mentioned nonlinear additive phenomenon of the magnetic field, similar to the computing element described in the above-mentioned non-patent document 1.

続く、時刻Ｔ１４から時刻Ｔ１５にかけて、行制御部４２は電圧信号Ｖａ～Ｖｃを制御して、第２グループ１０Ｇ２に含まれる磁性部材１０に含まれる信号を、その＋Ｙ側に隣接する第３グループ１０Ｇ３に含まれる磁性部材１０に転送する。具体的には、時刻Ｔ１４において電圧信号Ｖａの電圧をＶ１とし、時刻Ｔ１５において電圧信号Ｖｃの電圧をＶ０とする。 Subsequently, from time T14 to time T15, the row control unit 42 controls the voltage signals Va to Vc to transfer the signals contained in the magnetic members 10 contained in the second group 10G2 to the magnetic members 10 contained in the third group 10G3 adjacent to the second group 10G2 on the +Y side. Specifically, at time T14, the voltage of the voltage signal Va is set to V1, and at time T15, the voltage of the voltage signal Vc is set to V0.

この場合にも、上述の第１グループ１０Ｇ１の磁性部材１０から第２グループ１０Ｇ２の磁性部材１０への転送と同様に、信号は第１グループ１０Ｇ１の磁性部材１０から第２グループ１０Ｇ２の磁性部材１０に概ね転送されるものの、磁化の向き（Ｚ方向からの偏角）が変化して転送される場合もある。 In this case, similar to the transfer from the magnetic members 10 of the first group 10G1 to the magnetic members 10 of the second group 10G2 described above, the signal is generally transferred from the magnetic members 10 of the first group 10G1 to the magnetic members 10 of the second group 10G2, but the magnetization direction (angle of deviation from the Z direction) may change when the signal is transferred.

続く、時刻Ｔ１６から時刻Ｔ１７にかけて、行制御部４２は電圧信号Ｖａ～Ｖｃを制御して、第３グループ１０Ｇ３に含まれる磁性部材１０に含まれる信号を、その＋Ｙ側に隣接する第１グループ１０Ｇ１に含まれる磁性部材１０に転送する。具体的には、時刻Ｔ１６において電圧信号Ｖｂの電圧をＶ１とし、時刻Ｔ１７において電圧信号Ｖａの電圧をＶ０とする。 Subsequently, from time T16 to time T17, the row control unit 42 controls the voltage signals Va to Vc to transfer the signals contained in the magnetic members 10 contained in the third group 10G3 to the magnetic members 10 contained in the first group 10G1 adjacent to the third group 10G3 on the +Y side. Specifically, at time T16, the voltage of the voltage signal Vb is set to V1, and at time T17, the voltage of the voltage signal Va is set to V0.

この場合にも、上述の第１グループ１０Ｇ１の磁性部材１０から第２グループ１０Ｇ２の磁性部材１０への転送と同様に、信号は第３グループ１０Ｇ３の磁性部材１０から第１グループ１０Ｇ１の磁性部材１０に概ね転送されるものの、磁化の向き（Ｚ方向からの偏角）が変化して転送される場合もある。 In this case, similar to the transfer from the magnetic members 10 of the first group 10G1 to the magnetic members 10 of the second group 10G2 described above, the signal is generally transferred from the magnetic members 10 of the third group 10G3 to the magnetic members 10 of the first group 10G1, but the magnetization direction (angle of deviation from the Z direction) may change when the signal is transferred.

時刻Ｔ１７においては、行制御部４２が、複数の磁性部材１０のそれぞれに記憶されている信号（磁性部材１０の中の第２磁性体１４の磁化の向き）を、第１配線３０ａ～３０ｊおよび第２配線３１ａ～３１ｊを介して読み出す。
信号の読出しにおいて、初めに列制御部４１は、制御線３２ａ～３２ｈのうち、信号を読み出すべき列に配置されている磁性部材１０に対応する制御線（例えば制御線３２ｄ）に、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示したＭＯＳトランジスタ３４を導通させる電圧を印加する。そして、信号を読み出すべき列以外の列に対応する制御線には、ＭＯＳトランジスタ３４を非導通とさせる電圧を印加する。 At time T17, the row control unit 42 reads out the signal (the magnetization direction of the second magnetic body 14 in the magnetic member 10) stored in each of the multiple magnetic members 10 via the first wiring 30a to 30j and the second wiring 31a to 31j.
In reading out a signal, the column control unit 41 first applies a voltage for making the MOS transistor 34 shown in Figures 1B and 1C conductive to a control line (e.g., control line 32d) among the control lines 32a to 32h that corresponds to the magnetic member 10 arranged in the column from which the signal is to be read out, and then applies a voltage for making the MOS transistor 34 non-conductive to control lines that correspond to columns other than the column from which the signal is to be read out.

続いて、列制御部４１は、対になる第１配線３０ａ～３０ｊおよび第２配線３１ａ～３１ｊのそれぞれに所定の電圧を印加するとともに、それぞれの対の間に流れる電流値を計測する。これにより、１つの制御線（例えば制御線３２ｄ）に接続されている磁性部材１０のそれぞれの電気抵抗に相当する量が計測できる。 Then, the column control unit 41 applies a predetermined voltage to each of the pairs of first wiring 30a-30j and second wiring 31a-31j, and measures the current value flowing between each pair. This makes it possible to measure the amount equivalent to the electrical resistance of each of the magnetic members 10 connected to one control line (e.g., control line 32d).

第１磁性体１２と第２磁性体１４の磁化の向きが平行、すなわち、第２磁性体１４の磁化の向きが＋Ｚ方向を向いていれば、磁性部材１０の電気抵抗は最小となる。一方、第２磁性体１４の磁化の向きが－Ｚ方向を向いていれば、磁性部材１０の電気抵抗は最大となる。第２磁性体１４の磁化の向き（＋Ｚ方向からの偏角）が上記の中間である場合には、その偏角に応じて磁性部材１０の電気抵抗は単調に増加する。 When the magnetization directions of the first magnetic body 12 and the second magnetic body 14 are parallel, that is, when the magnetization direction of the second magnetic body 14 is in the +Z direction, the electrical resistance of the magnetic member 10 is minimum. On the other hand, when the magnetization direction of the second magnetic body 14 is in the -Z direction, the electrical resistance of the magnetic member 10 is maximum. When the magnetization direction of the second magnetic body 14 (the deflection angle from the +Z direction) is intermediate between the above, the electrical resistance of the magnetic member 10 increases monotonically according to the deflection angle.

従って、磁性部材１０の電気抵抗を計測することにより、それぞれの磁性部材１０に記憶されている、磁化の向きの＋Ｚ方向からの偏角に対応する信号を読み出すことができる。読み出された信号は、２値（１と０）ではなく、アナログ量（連続量）または２値より多い多値を持つ量となる。
なお、読み出された信号の処理については、後述する。 Therefore, by measuring the electrical resistance of the magnetic member 10, it is possible to read out a signal corresponding to the deflection angle of the magnetization direction from the +Z direction, which is stored in each magnetic member 10. The read-out signal is not a binary signal (1 and 0), but an analog quantity (continuous quantity) or a quantity having multiple values greater than two.
The processing of the read signal will be described later.

続く、時刻Ｔ２１においては、行制御部４２は電圧信号Ｖａ～Ｖｃをすべて電圧Ｖ０に制御する。この状態は、最初の時刻Ｔ１１の状態と同じである。この状態で、制御部４０は、上述の時刻Ｔ１１での処理と同様に、第１配線３０ａおよび第２配線３１ａを介して、複数の磁性部材１０のうち－Ｙ方向の端部に配置されている磁性部材１０のうちの少なくとも１つに次の入力信号を入力する。 At the next time T21, the row control unit 42 controls all of the voltage signals Va to Vc to voltage V0. This state is the same as the state at the initial time T11. In this state, the control unit 40 inputs the next input signal to at least one of the magnetic members 10 located at the end in the -Y direction of the multiple magnetic members 10 via the first wiring 30a and the second wiring 31a, similar to the process at time T11 described above.

時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２７までの間における電圧信号Ｖａ～Ｖｃの変化は、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１７までの間における電圧信号Ｖａ～Ｖｃの変化と同じである。このような電圧信号Ｖａ～Ｖｃの変化により、時刻Ｔ１１において－Ｙ方向の端部の磁性部材１０に入力された信号は、時刻Ｔ２７においては＋Ｙ方向の端部の磁性部材１０にまで伝達される。 The changes in the voltage signals Va to Vc from time T21 to time T27 are the same as the changes in the voltage signals Va to Vc from time T11 to time T17. Due to these changes in the voltage signals Va to Vc, the signal input to the magnetic member 10 at the end in the -Y direction at time T11 is transmitted to the magnetic member 10 at the end in the +Y direction at time T27.

時刻Ｔ２７においては、時刻Ｔ１７における処理と同様に、行制御部４２が、複数の磁性部材１０のそれぞれに記憶されている信号を、第１配線３０ａ～３０ｊおよび第２配線３１ａ～３１ｊを介して読み出す。
以下では、時刻Ｔ１１からＴ１７まで、または時刻Ｔ２１からＴ２７までに行われる一連の処理を１ステップと呼ぶ。 At time T27, similar to the process at time T17, the row control unit 42 reads out the signals stored in each of the magnetic members 10 via the first wirings 30a to 30j and the second wirings 31a to 31j.
In the following, a series of processes performed from time T11 to T17 or from time T21 to T27 will be referred to as one step.

図４に示してはいないが、時刻Ｔ２７より後にも、時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２７までの間における変化と同様の変化を電圧信号Ｖａ～Ｖｃに与えるとともに、－Ｙ方向の端部に配置されている磁性部材１０にさらに次の入力信号を入力しても良い。そして、所定のタイミングで、複数の磁性部材１０のそれぞれに記憶されている信号を、第１配線３０ａ～３０ｊおよび第２配線３１ａ～３１ｊを介して読み出しても良い。 Although not shown in FIG. 4, after time T27, the voltage signals Va to Vc may be changed in a similar manner to the changes from time T21 to time T27, and a next input signal may be input to the magnetic member 10 located at the end in the -Y direction. Then, at a predetermined timing, the signals stored in each of the multiple magnetic members 10 may be read out via the first wiring 30a to 30j and the second wiring 31a to 31j.

すなわち、磁気ドットアレイ計算素子５０における上述の計算動作は、上述の時刻Ｔ１１からＴ１７までの第１ステップ、および時刻Ｔ２１からＴ２７までの第２ステップに限られるものではなく、その後、同様の第２ステップ、第４ステップと次々に継続されても良い。 In other words, the above-mentioned calculation operation in the magnetic dot array calculation element 50 is not limited to the first step from time T11 to T17 and the second step from time T21 to T27, but may be continued successively with similar second and fourth steps.

続いて、第１ステップ、第２ステップ等の各ステップにおいて磁性部材１０から読み出された信号から、計算結果を算出する方法の一例について説明する。なお、以下で説明する方法は、非特許文献１に示されている方法と、概ね同様である。 Next, an example of a method for calculating the calculation results from the signals read from the magnetic member 10 in each step, such as the first step, the second step, etc., will be described. Note that the method described below is generally similar to the method shown in Non-Patent Document 1.

第ｋステップにおいて、複数の磁性部材１０のそれぞれから読み出された信号を、μｎ（ｋ）とする。ここで添え字のｎは、複数の磁性部材１０に付けた一連の識別番号である。従って、第ｋステップの１ステップの読出しにおいて、信号Ｕ（ｋ）＝（μ１（ｋ），μ２（ｋ），μ３（ｋ），・・・，μＮ（ｋ））のＮ個（Ｎは信号を読み出す磁性部材１０の総数）の信号が得られる。信号Ｕ（ｋ）を行ベクトルと解釈することもできる。 In the kth step, the signal read from each of the multiple magnetic members 10 is denoted as μn(k). Here, the subscript n is a series of identification numbers given to the multiple magnetic members 10. Therefore, in one readout step in the kth step, N signals (N is the total number of magnetic members 10 from which signals are read) are obtained: signal U(k) = (μ1(k), μ2(k), μ3(k), ..., μN(k)). Signal U(k) can also be interpreted as a row vector.

これに対し、重み行列Ｍ（Ｍ＝（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，・・・，ＭＮ））を用意し、重み行列Ｍと信号Ｕの内積を求めることにより、出力（計算結果）Ｏ（ｋ）を算出する。重み行列Ｍは、例えば、リザーバーコンピューティングで通常行われているように、トレーニングにより、所望の処理に応じての最適化を行うと良い。 For this purpose, a weight matrix M (M = (M1, M2, M3, ..., MN)) is prepared, and the output (calculation result) O(k) is calculated by finding the inner product of the weight matrix M and the signal U. The weight matrix M may be optimized according to the desired processing by training, as is commonly done in reservoir computing, for example.

磁気ドットアレイ計算素子５０においては、信号は、－Ｙ方向の端部の磁性部材１０から順次入力され、＋Ｙ方向に順次転送される。例えば、入力される信号が時間的に変動する信号であるとき、より＋Ｙ側に配置されている磁性部材１０の中に記憶されている信号は、より－Ｙ側に配置されている磁性部材１０の中に記憶されている信号よりも過去の信号に相当する。
従って、磁気ドットアレイ計算素子５０においては、磁性増強部２０により、ある時点での信号に対し、それよりも過去、あるいはそれよりも未来の信号による影響を非線形に加算することができる。 In the magnetic dot array computing element 50, signals are input sequentially from the magnetic members 10 at the ends in the -Y direction and transferred sequentially in the +Y direction. For example, when the input signal is a signal that varies over time, the signal stored in the magnetic members 10 arranged closer to the +Y side corresponds to a signal that is older than the signal stored in the magnetic members 10 arranged closer to the -Y side.
Therefore, in the magnetic dot array computing element 50, the magnetic amplifying section 20 makes it possible to nonlinearly add to a signal at a certain point in time the influence of signals from the past or future.

また、－Ｙ方向の端部に配置された複数の磁性部材１０の中の複数に対して、同時にそれぞれ信号を入力することにより、これらの信号を非線形に加算することもできる。磁性部材１０の全てに信号を入力しても良く、例えば複数の磁性部材１０の中のＸ方向のｐ個おきに（ｐは自然数）信号を入力しても良い。
なお、信号の読出しについても、必ずしも複数の磁性部材１０の全てから信号を読み出す必要はなく、少なくとも１つの磁性部材１０から信号を読み出せばよい。 Furthermore, by simultaneously inputting signals to multiple of the multiple magnetic members 10 arranged at the ends in the -Y direction, these signals can be added nonlinearly. Signals may be input to all of the magnetic members 10, or, for example, signals may be input to every p magnetic members 10 (p is a natural number) in the X direction among the multiple magnetic members 10.
Regarding reading of signals, it is not always necessary to read signals from all of the plurality of magnetic members 10, but it is sufficient to read signals from at least one magnetic member 10.

なお、上記においては、磁気ドットアレイ計算素子５０は第１実施形態の磁気ドットアレイ１を含むものとした。しかし、これに限らず、変形例の磁気ドットアレイ１ａを含むものであっても良く、上述したハニカム構造の各頂点に磁性部材１０が配置された磁気ドットアレイを含むものであっても良い。 In the above, the magnetic dot array computing element 50 includes the magnetic dot array 1 of the first embodiment. However, this is not limited to this, and it may include a modified magnetic dot array 1a, or it may include a magnetic dot array in which a magnetic member 10 is arranged at each vertex of the honeycomb structure described above.

（第２実施形態の磁気ドットアレイ計算素子の効果）
（３）第２実施形態の磁気ドットアレイ計算素子５０は、上述の第１実施形態および各変形例の磁気ドットアレイ１、１ａと、第１配線３０および第２配線３１を介して、複数の磁性部材１０の少なくなくとも１つに入力信号を書込み、複数の磁性部材１０の少なくなくとも１つに所定の電圧を印加し、複数の磁性部材１０の少なくなくとも１つから出力信号を読み出す、制御部４０と、を備えている。
この構成により、磁気ドットアレイ計算素子５０は、複数の磁性部材１０の間の静磁気結合を増強させることができる。これにより、熱揺らぎ等により磁気的なノイズの影響を低減させ、すなわち計算性能を向上させることができる。 (Effects of the magnetic dot array computing element of the second embodiment)
(3) The magnetic dot array computing element 50 of the second embodiment includes the magnetic dot array 1, 1a of the first embodiment and each modified example described above, and a control unit 40 that writes an input signal to at least one of the multiple magnetic members 10 via the first wiring 30 and the second wiring 31, applies a predetermined voltage to at least one of the multiple magnetic members 10, and reads an output signal from at least one of the multiple magnetic members 10.
With this configuration, the magnetic dot array computing element 50 can enhance the magnetostatic coupling between the multiple magnetic members 10. This can reduce the influence of magnetic noise due to thermal fluctuations and the like, thereby improving the computing performance.

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these. Other embodiments that are conceivable within the scope of the technical concept of the present invention are also included within the scope of the present invention.

１，１ａ：磁気ドットアレイ、１０：磁性部材、１１：下部電極、１２：第１磁性体、１３：バリア層、１４：第２磁性体、１５：上部電極１５、１６：第１接続部、１７：第２接続部、２０：磁性増強部、３０，３０ａ～３０ｊ：第１配線、３１，３１ａ～３１ｊ：第２配線、３２，３２ａ～３２ｈ：制御線、３３：アクティブエリア、３４：ＭＯＳトランジスタ（スイッチング素子）、３５：基板、４０：制御部、４１：列制御部、４２：行制御部、５０：磁気ドットアレイ計算素子 1, 1a: magnetic dot array, 10: magnetic member, 11: lower electrode, 12: first magnetic body, 13: barrier layer, 14: second magnetic body, 15: upper electrode 15, 16: first connection part, 17: second connection part, 20: magnetic enhancement part, 30, 30a to 30j: first wiring, 31, 31a to 31j: second wiring, 32, 32a to 32h: control line, 33: active area, 34: MOS transistor (switching element), 35: substrate, 40: control part, 41: column control part, 42: row control part, 50: magnetic dot array calculation element

Claims (15)

磁性体を含み第１方向と交差する第１面に沿って２次元に配置されている複数の磁性部材と、
複数の前記磁性部材の相互間に配置された磁性体からなる磁性増強部と、
を備える、磁気ドットアレイ。 A plurality of magnetic members including a magnetic substance and two-dimensionally arranged along a first plane intersecting the first direction;
a magnetic enhancing portion made of a magnetic body disposed between the plurality of magnetic members;
A magnetic dot array comprising: 請求項１に記載の磁気ドットアレイにおいて、
前記磁性部材は磁気トンネル接合を有する、磁気ドットアレイ。 2. The magnetic dot array of claim 1,
The magnetic dot array, wherein the magnetic member has a magnetic tunnel junction. 請求項２に記載の磁気ドットアレイにおいて、
前記磁気トンネル接合は、前記第１方向に沿って順に配置されている第１磁性体と、バリア層と、第２磁性体とにより形成されている、磁気ドットアレイ。 3. The magnetic dot array of claim 2,
A magnetic dot array, wherein the magnetic tunnel junction is formed by a first magnetic body, a barrier layer, and a second magnetic body arranged in order along the first direction. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の磁気ドットアレイにおいて、
前記磁性部材と前記磁性増強部とは、前記第１方向の異なる位置に配置されている、磁気ドットアレイ。 4. The magnetic dot array according to claim 1,
A magnetic dot array, wherein the magnetic member and the magnetic enhancement portion are arranged at different positions in the first direction. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の磁気ドットアレイにおいて、
前記磁性部材の、前記第１面内の第２方向の長さと、前記第１面内の方向であって前記第２方向と直交する第３方向の長さとが等しい、磁気ドットアレイ。 5. The magnetic dot array according to claim 1,
A magnetic dot array, wherein the length of the magnetic member in a second direction within the first plane is equal to the length of the magnetic member in a third direction within the first plane and perpendicular to the second direction. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の磁気ドットアレイにおいて、
前記磁性増強部の前記第１面の面内方向の形状は、複数の前記磁性部材のうちの前記磁性増強部の近傍の２つの磁性部材の中心を結ぶ結合方向の長さが、前記結合方向と直交する方向の長さよりも大きい、磁気ドットアレイ。 6. The magnetic dot array according to claim 1,
A magnetic dot array in which the in-plane shape of the first surface of the magnetic enhancing portion is such that the length in the bonding direction connecting the centers of two magnetic members among the multiple magnetic members near the magnetic enhancing portion is greater than the length in the direction perpendicular to the bonding direction. 請求項６に記載の磁気ドットアレイにおいて、
前記磁性増強部の前記第１面の面内方向の形状は、複数の前記磁性部材のうちの前記磁性増強部の近傍の２つの磁性部材の中心を結ぶ方向に長軸を有する、楕円型形状である、磁気ドットアレイ。 7. The magnetic dot array of claim 6,
A magnetic dot array, wherein the in-plane shape of the first surface of the magnetic enhancing portion is an elliptical shape having a major axis in a direction connecting the centers of two magnetic members among the plurality of magnetic members that are adjacent to the magnetic enhancing portion. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の磁気ドットアレイにおいて、
前記磁性部材の前記第１面の面内方向の長さは１０ｎｍ以上、かつ３００ｎｍ以下であり、複数の前記磁性部材の前記第１面の面内方向の間隔は１０ｎｍ以上、かつ３００ｎｍ以下である、磁気ドットアレイ。 8. The magnetic dot array according to claim 1,
A magnetic dot array, wherein the length of the first surface of the magnetic member in the in-plane direction is 10 nm or more and 300 nm or less, and the spacing between the multiple magnetic members in the in-plane direction of the first surface is 10 nm or more and 300 nm or less. 請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の磁気ドットアレイにおいて、
前記第１面の面内において、前記磁性部材と前記磁性増強部とは接しているか又は重なっており、
前記第１面の面内方向における、隣接する第１の前記磁性部材と第２の前記磁性部材の相互間に配置される前記磁性増強部の前記第１の磁性部材に面する側の前記第１の磁性部材に最も近い部分と前記第１の磁性部材の前記第２の磁性部材に面する側の前記第２の磁性部材に最も近い部分との間の距離は、０ｎｍ以上かつ５０ｎｍ以下である、
磁気ドットアレイ。

 9. The magnetic dot array according to claim 1,
Within the first surface, the magnetic member and the magnetic enhancing portion are in contact with each other or overlap each other,
a distance in an in-plane direction of the first surface between a portion of the magnetic enhancing portion disposed between adjacent first and second magnetic members on a side facing the first magnetic member that is closest to the first magnetic member and a portion of the first magnetic member on a side facing the second magnetic member that is closest to the second magnetic member is 0 nm or more and 50 nm or less;
Magnetic dot array.

 請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の磁気ドットアレイにおいて、
前記磁性増強部の前記第１方向の厚さは、０．５ｎｍ以上、かつ１０ｎｍ以下である、磁気ドットアレイ。 10. The magnetic dot array according to claim 1,
A magnetic dot array, wherein the thickness of the magnetic enhancement portion in the first direction is 0.5 nm or more and 10 nm or less. 請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の磁気ドットアレイにおいて、
複数の前記磁性部材は、直方格子状に配置されている、磁気ドットアレイ。 11. The magnetic dot array according to claim 1,
A magnetic dot array, in which the plurality of magnetic members are arranged in a rectangular lattice pattern. 請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の磁気ドットアレイにおいて、
複数の前記磁性部材は、三角格子状に配置されている、磁気ドットアレイ。 11. The magnetic dot array according to claim 1,
A magnetic dot array, in which the plurality of magnetic members are arranged in a triangular lattice pattern. 請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載の磁気ドットアレイにおいて、
複数の前記磁性部材の前記第１方向の一方の端部に電気的に接続されている第１配線と、
複数の前記磁性部材の前記第１方向の前記一方の端部とは異なる他方の端部に電気的に接続されている第２配線と、
を有する、磁気ドットアレイ。 13. The magnetic dot array according to claim 1,
a first wiring electrically connected to one end of each of the magnetic members in the first direction;
a second wiring electrically connected to the other end of each of the plurality of magnetic members in the first direction, the other end being different from the one end of the magnetic members;
A magnetic dot array having 請求項１３に記載の磁気ドットアレイにおいて、
前記磁性部材と前記第２配線との間に、前記磁性部材と前記第２配線との電気的接続を制御するスイッチング素子を有する、磁気ドットアレイ。 14. The magnetic dot array of claim 13,
a magnetic dot array having a switching element between the magnetic member and the second wiring for controlling an electrical connection between the magnetic member and the second wiring; 請求項１３または請求項１４に記載の磁気ドットアレイと、
前記第１配線および前記第２配線を介して、
複数の前記磁性部材の少なくなくとも１つに入力信号を書込み、
複数の前記磁性部材の少なくなくとも１つに所定の電圧を印加し、
複数の前記磁性部材の少なくなくとも１つから出力信号を読み出す、制御部と、
を備える、磁気ドットアレイ計算素子。 The magnetic dot array according to claim 13 or 14,
via the first wiring and the second wiring,
writing an input signal to at least one of the plurality of magnetic members;
applying a predetermined voltage to at least one of the plurality of magnetic members;
A control unit that reads an output signal from at least one of the plurality of magnetic members;
A magnetic dot array computing element comprising:
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