JPH11330585A - Control of magnetization, magnetically functional element, rocord of information, information recording element and variable resistance element - Google Patents

Control of magnetization, magnetically functional element, rocord of information, information recording element and variable resistance element

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JPH11330585A
JPH11330585A JP10130711A JP13071198A JPH11330585A JP H11330585 A JPH11330585 A JP H11330585A JP 10130711 A JP10130711 A JP 10130711A JP 13071198 A JP13071198 A JP 13071198A JP H11330585 A JPH11330585 A JP H11330585A
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洋 岩崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid the generation of crosstalk, which accompanies a scale down of a magnetically functional element, and the reduction in the coercive force of the element by a method wherein the state of magnetic coupling of a fixed magnetic layer with a moving magnetic layer is changed by making to flow a current through the conductor layer of a laminate to control the direction of magnetization of the moving magnetic layer. SOLUTION: A magnetically functional element 10 is provided with a fixed magnetic layer 12 formed on a glass substrate 11, a conductor layer 13 formed on the layer 12, electrodes 14 and 15 connected with both ends of the layer 13 and a moving magnetic layer 17 formed on the layer 13 via an insulating layer 16. The layer 13 consists of a material having a conductivity and controls the state of magnetic coupling of the layer 12 with the layer 17. By making to flow a current through the layer 13 via the electrodes 14 and 15, the state of the mutual exchange action between the layers 12 and 17 is changed and the direction of magnetization of the layer 17 can be controlled. Accordingly, the generation of crosstalk, which accompanies a scale down of the element 10, and the reduction in the coercive force of the element 10 can be avoided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性体の磁化制御
方法に関する。また、本発明は、磁性体を利用した磁気
機能素子に関する。また、本発明は、磁性体の磁化を制
御することにより情報を記録する情報記録方法及び情報
記録素子に関する。また、本発明は、磁性体の磁化を制
御することにより電気抵抗を制御する可変抵抗素子に関
する。
[0001] The present invention relates to a method for controlling magnetization of a magnetic material. Further, the present invention relates to a magnetic functional element using a magnetic material. Further, the present invention relates to an information recording method and an information recording element for recording information by controlling the magnetization of a magnetic material. The present invention also relates to a variable resistance element that controls electric resistance by controlling magnetization of a magnetic body.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁性体を利用した素子は、半導体デバイ
スに比較して、二つの点で魅力を持っている。第1に、
素子の要素として導電性を有する金属を利用できるの
で、高いキャリア密度及び低い抵抗値を実現できるとい
う点である。そのため、磁性体を利用した素子は、微細
化及び高集積化に適すると期待される。第2に、磁性体
がもつ磁化方向の双安定性を不揮発性メモリに利用でき
る可能性があるという点である。すなわち、磁性体がも
つ磁化方向の双安定性を利用すれば、回路の電源を切っ
ても記憶した情報が失われない固体不揮発性メモリを実
現できるものと期待される。
2. Description of the Related Art An element utilizing a magnetic material is attractive in two points as compared with a semiconductor device. First,
Since a conductive metal can be used as an element of the element, a high carrier density and a low resistance value can be realized. Therefore, an element using a magnetic material is expected to be suitable for miniaturization and high integration. Second, there is a possibility that the bistability of the magnetization direction of the magnetic material can be used for a nonvolatile memory. That is, if the bistability of the magnetization direction of the magnetic material is used, it is expected that a solid-state nonvolatile memory in which stored information is not lost even if the power of the circuit is turned off.

【0003】なお、回路の電源を切っても記憶した情報
が失われない固体不揮発性メモリは、究極の省電力メモ
リとして、様々な分野で実用化が期待されている。具体
的には例えば、固体不揮発性メモリは、非活動時に電力
消費がないので、携帯電子情報機器等におけるバッテリ
ーの容量及び重量を減らすキーテクノロジーとして期待
されている。また、固体不揮発性メモリは、衛星メディ
アビジネスの立ち上がりを背景に、太陽電池が使用不可
となる地球の影の中での衛星の活動を支えるものとして
も需要が高い。
A solid-state non-volatile memory in which stored information is not lost even when the power of a circuit is turned off is expected to be put to practical use in various fields as an ultimate power-saving memory. Specifically, for example, a solid-state nonvolatile memory consumes no power when inactive, and is therefore expected as a key technology for reducing the capacity and weight of a battery in a portable electronic information device or the like. Also, with the rise of the satellite media business, the demand for solid-state nonvolatile memories is high as that for supporting activities of satellites in the shadow of the earth where solar cells cannot be used.

【0004】そして、磁性体を利用した素子には、
(1)不揮発性を有すること、(2)繰り返しによる劣
化がないこと、(3)高速書き込みが可能であること、
(4)小型化及び高密度化に適していること、(5)放
射線耐性に優れていること、などの利点がある。以下、
これらの利点について説明する。
[0004] Elements using a magnetic material include:
(1) non-volatility, (2) no degradation due to repetition, (3) high-speed writing is possible,
There are advantages such as (4) suitable for miniaturization and high density, and (5) excellent radiation resistance. Less than,
These advantages will be described.

【0005】(1)不揮発性を有する 磁気テープや磁気ディスク等の磁気記録媒体がそうであ
るように、磁性体自体がもつ磁化方向の双安定性(bist
ability)のおかげで、磁化方向として書き込まれた情
報は、駆動力がなくなってもそのまま保たれる。
(1) As in the case of a magnetic recording medium such as a magnetic tape or a magnetic disk having non-volatility, the magnetic material itself has a bistability (bist
information), the information written as the magnetization direction is maintained even when the driving force is lost.

【0006】(2)繰り返しによる劣化がない 磁性体と同様に双安定性を示す強誘電体を用いたメモリ
(F−RAM:Ferroelectric Random Access Memory)
も、固体不揮発性メモリの候補として提案されている。
F−RAMでは、自発誘電分極を反転させることによ
り、メモリ状態を書き換えることとなる。しかし、メモ
リ状態の書き換えに対応する自発誘電分極の反転には、
結晶格子中でのイオン移動を伴うので、書き換えを百万
回以上にわたって繰り返すと、結晶欠陥が発達してしま
う。そのため、F−RAMでは、材料の疲労により超え
られない素子寿命が問題となっている。一方、磁性体の
磁化反転は、イオン移動などを伴わないので、磁性体を
利用した素子では、材料の疲労に制限されることなく、
ほぼ無限に書き換えを繰り返すことができる。
(2) No Deterioration Due to Repetition A ferroelectric memory (F-RAM: Ferroelectric Random Access Memory) using a ferroelectric material exhibiting bistability like a magnetic material
Have also been proposed as candidates for solid-state nonvolatile memories.
In the F-RAM, the memory state is rewritten by reversing the spontaneous dielectric polarization. However, the inversion of spontaneous dielectric polarization corresponding to the rewriting of the memory state
Since ion migration in the crystal lattice is involved, if rewriting is repeated over a million times, crystal defects develop. For this reason, in the F-RAM, there is a problem that the element life cannot be exceeded due to the fatigue of the material. On the other hand, since the magnetization reversal of the magnetic material does not involve ion movement or the like, the element using the magnetic material is not limited to the fatigue of the material,
Rewriting can be repeated almost infinitely.

【0007】(3)高速書き込みが可能 磁性体の磁化反転の速さは、1ns程度以下と非常に速
い。したがって、この速いスイッチング速度を活かすこ
とで、高速書き込みが可能となる。
(3) High-speed writing is possible The speed of magnetization reversal of the magnetic material is very fast, about 1 ns or less. Therefore, high-speed writing can be performed by utilizing the high switching speed.

【0008】(4)小型化及び高密度化に適している 磁性合金は、組成や組織を選択することで、磁気特性を
様々に変化させることができる。したがって、磁性体を
利用した素子では、設計の自由度が極めて高くなる。そ
して、磁性体を利用した素子では、例えば、導電性を有
する磁性合金を利用することも可能である。導電性を有
する磁性合金を利用した場合は、半導体を用いた場合に
比べて、素子中の電流密度を高くとれるので、半導体素
子よりも更に小型化及び高密度化を進めることが可能と
なる。
(4) Magnetic alloys suitable for miniaturization and high density The magnetic properties of the magnetic alloy can be variously changed by selecting the composition and the structure. Therefore, in the element using the magnetic material, the degree of freedom in design is extremely high. In an element using a magnetic material, for example, a magnetic alloy having conductivity can be used. When a magnetic alloy having conductivity is used, the current density in the device can be increased as compared with the case where a semiconductor is used, so that it is possible to further reduce the size and density of the semiconductor device.

【0009】なお、このような特徴を利用した素子とし
て、例えば、日本応用磁気学会誌Vol.19,684(1995)に記
載されているように、スピントランジスタが提案されて
いる。スピントランジスタでは、図18に示すように、
磁性体Eによってエミッタを構成し、磁性体Cによって
コレクタを構成し、非磁性体Bによってベースを構成す
る。このような構成のスピントランジスタでは、磁性体
C,Eから非磁性体Bにしみ出す偏極密度によって、磁
性体C,Eの磁化方向に依存する出力電圧が生じる。な
お、図18に示すスピントランジスタでは、出力電圧が
磁性体C,Eの磁化方向に依存する構造を作っている
が、それらの磁化方向の変更は、磁化用電流線100に
磁化用電流パルスPを供給し、当該磁化用電流パルスP
が作る磁界を、磁性体C,Eに印加することにより行う
ようにしている。
As an element utilizing such characteristics, for example, a spin transistor has been proposed as described in the Journal of the Japan Society of Applied Magnetics, Vol. 19, 684 (1995). In a spin transistor, as shown in FIG.
The magnetic material E forms an emitter, the magnetic material C forms a collector, and the nonmagnetic material B forms a base. In the spin transistor having such a configuration, an output voltage depending on the magnetization direction of the magnetic bodies C and E is generated due to the polarization density of the magnetic bodies C and E seeping into the non-magnetic body B. Although the spin transistor shown in FIG. 18 has a structure in which the output voltage depends on the magnetization directions of the magnetic materials C and E, the magnetization direction is changed by changing the magnetization current pulse P To supply the current pulse P for magnetization.
Are applied to the magnetic materials C and E.

【0010】(5)放射線耐性に優れている D−RAM(Dynamic Random Access Memory)のように
電気容量への充電によってメモリ状態をつくっている素
子は、電離放射線が素子中を通過すると放電が生じ、メ
モリ情報を失ってしまう。これに対して、磁性体の磁化
方向は、電離放射線によって乱されるようなことがない
ので、磁性体を利用した素子は、放射線耐性に優れてい
る。したがって、磁性体を利用した素子は、通信衛星な
どのように、高い放射線耐性が要求される用途において
特に有用である。実際に、磁性体を利用したメモリの一
つである磁気バブルメモリは、通信衛星に搭載されるメ
モリとして既に使用されており多くの実績がある。
(5) Excellent radiation resistance In a device such as a D-RAM (Dynamic Random Access Memory), which has a memory state formed by charging an electric capacity, discharge occurs when ionizing radiation passes through the device. , The memory information is lost. On the other hand, since the magnetization direction of the magnetic body is not disturbed by ionizing radiation, the element using the magnetic body has excellent radiation resistance. Therefore, an element using a magnetic material is particularly useful in applications requiring high radiation resistance, such as a communication satellite. Actually, a magnetic bubble memory, which is one of the memories using a magnetic material, has already been used as a memory mounted on a communication satellite and has many achievements.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、磁性体
を利用した素子には様々な利点があるが、一方でいくつ
かの問題点もある。以下、磁性体を利用した素子におけ
る問題点について、磁性体を利用したメモリであるM−
RAM(Magnetic Random Access Memory)を例に挙げ
て説明する。なお、以下に説明する問題はいずれも、書
き込みのために記憶担体に磁界を印加していることに起
因している。
As described above, the element using the magnetic material has various advantages, but also has some problems. In the following, a problem in an element using a magnetic material will be described.
A description will be given using a RAM (Magnetic Random Access Memory) as an example. The problems described below are all caused by applying a magnetic field to the storage carrier for writing.

【0012】(1)クロストークが生じる 従来のM−RAMにおいて、メモリへの書き込みは磁界
印加によっているが、磁界は遠距離力なので、記憶担体
が高密度に集積された場合には、選択された記録担体に
隣接する領域にも無視できない影響が及んでしまい、ク
ロストークが生じる。これを防ぐために、例えば「Z.G.
Wang,et al.,IEEE Trans Magn.,Mag33,4498(1997)」に
おいて、磁界遮蔽構造をもつメモリセルの設計例も報告
されているが、構造が複雑になるという欠点がある。
(1) Crosstalk occurs In the conventional M-RAM, writing to the memory is performed by applying a magnetic field. However, since the magnetic field is a long-distance force, it is selected when the storage carriers are integrated at a high density. A non-negligible effect is also exerted on the area adjacent to the record carrier, and crosstalk occurs. To prevent this, for example, "ZG
Wang, et al., IEEE Trans Magn., Mag33, 4498 (1997) "also reports a design example of a memory cell having a magnetic field shielding structure, but has a drawback that the structure becomes complicated.

【0013】(2)微細化に伴い保磁力が低下する 従来のM−RAMにおいて、書き込み磁界の発生は電流
によっているが、導線の運びうる電流密度i[A/m2]に
は、材料で決まる限界がある。したがって、デザインル
ールが微細化し、導線径が細くなるに従って、利用でき
る電流の上限値は減少する。
(2) Coercive force decreases with miniaturization In the conventional M-RAM, the generation of a write magnetic field depends on the current. However, the current density i [A / m 2 ] that can be carried by the conductive wire depends on the material. There are certain limits. Therefore, as the design rule becomes finer and the diameter of the conductive wire becomes smaller, the upper limit of the available current decreases.

【0014】ここで、導線の直径をD[m]とすると、こ
の導線の中心から距離L[m]だけ離れた位置での磁界強
度H[A/m]は、下記式(1)で表される。
Here, assuming that the diameter of the conductor is D [m], the magnetic field strength H [A / m] at a position separated by a distance L [m] from the center of the conductor is expressed by the following equation (1). Is done.

【0015】 H=(πiD2/4)/(2πL) ・・・(1) 導線と記憶担体のそれぞれの中心間の距離は、Dよりも
大幅に小さくなるようなことはないので、L=Dとおく
と、記録担体に印加される磁界強度H[A/m]は、下記式
(2)で表される。
[0015] H = (πiD 2/4) / (2πL) ··· (1) conductors and the distance between the centers of the storage carrier, since no such that much smaller than D, L = When D is set, the magnetic field intensity H [A / m] applied to the record carrier is expressed by the following equation (2).

【0016】 H=(πiD2/4)/(2πL)=iD/8 ・・・(2) そして、許容電流密度をi=107[A/cm2]=1011[A/m
2]とし、D’[μm]=D[m]×106とすると、記録担体
に印加される磁界強度H[A/m]は、下記式(3)で表さ
れる。
[0016] H = (πiD 2/4) / (2πL) = iD / 8 ··· (2) Further, the allowable current density i = 10 7 [A / cm 2] = 10 11 [A / m
2 ] and D '[μm] = D [m] × 10 6 , the magnetic field intensity H [A / m] applied to the record carrier is represented by the following equation (3).

【0017】 H=12500×D’[A/m]=156×D’[Oe] ・・・(3) このように、微細化によって記憶担体である磁性体を導
線の中心により近く配置することで記録担体が磁界発生
源に近くなる効果を勘案したとしても、利用できる最大
磁界は、概ねデザインルールに比例して減少することに
なる。
H = 12,500 × D ′ [A / m] = 156 × D ′ [Oe] (3) As described above, the magnetic material, which is the storage carrier, is arranged closer to the center of the conducting wire by miniaturization. Even if the effect that the record carrier becomes closer to the magnetic field generation source is taken into account, the maximum magnetic field that can be used is reduced in proportion to the design rule.

【0018】一方、記憶担体の保磁力は、外部から印加
される磁界で磁化反転が達成されるように設計されなく
てはならない。そのため、微細化に伴い記録担体に印加
できる磁界が小さくなると、それに伴い、記録担体の保
磁力を小さくする必要がある。すなわち、M−RAMで
は、微細化に伴い、記録担体の保磁力を小さくする必要
がある。しかしながら、記録担体の保磁力があまりに小
さくなると、信頼性が低下してしまう。このことは、特
に周囲から外乱磁界を受ける環境で使用されることが多
い携帯電子機器用メモリとしては、大きな問題である。
On the other hand, the coercive force of the storage carrier must be designed so that the magnetization reversal is achieved by a magnetic field applied from the outside. Therefore, when the magnetic field that can be applied to the record carrier decreases with miniaturization, it is necessary to reduce the coercive force of the record carrier accordingly. That is, in the M-RAM, it is necessary to reduce the coercive force of the record carrier with miniaturization. However, if the coercive force of the record carrier becomes too small, the reliability is reduced. This is a serious problem particularly for a memory for a portable electronic device which is often used in an environment where a disturbance magnetic field is applied from the surroundings.

【0019】ところで、上述した問題点は、記憶担体の
磁化を反転させるために外部から磁界を印加することに
起因しており、M−RAMの場合に限定されるものでは
ない。例えば、図18に示したようなスピントランジス
タにおいても、同様な問題がある。スピントランジスタ
では、出力が素子構成要素の磁化方向に依存して変化す
るという機能を実現しているが、入力操作(すなわち
「出力決定にあずかる磁性体要素の磁化方向を変える手
段」)は、M−RAMの場合と同様に、近傍の電流から
の磁界印加によっている。したがって、M−RAMにつ
いて指摘した上記二つの問題は、スピントランジスタに
おいても同様に存在する。
Incidentally, the above-mentioned problem is caused by applying a magnetic field from the outside in order to reverse the magnetization of the storage carrier, and is not limited to the M-RAM. For example, a similar problem occurs in a spin transistor as shown in FIG. The spin transistor realizes the function of changing the output depending on the magnetization direction of the element component. However, the input operation (that is, “means for changing the magnetization direction of the magnetic element involved in determining the output”) is performed by M -As in the case of the RAM, the magnetic field is applied from a nearby current. Therefore, the above two problems pointed out for the M-RAM also exist in the spin transistor.

【0020】本発明は、以上のような従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、微細化に伴うクロストークの
発生や保磁力の低下といった問題を回避することが可能
な磁化制御方法を提供することを目的としている。ま
た、本発明は、そのような磁化制御方法を採用した磁気
機能素子、情報記録方法、情報記録素子及び可変抵抗素
子を提供することも目的としている。
The present invention has been proposed in view of the above-described conventional circumstances, and provides a magnetization control method capable of avoiding problems such as generation of crosstalk and reduction of coercive force due to miniaturization. It is intended to provide. Another object of the present invention is to provide a magnetic function element, an information recording method, an information recording element, and a variable resistance element that employ such a magnetization control method.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明に係る磁化制御方
法では、導電性を有する材料を含む導電体層が磁性層の
間に位置するように導電体層と複数の磁性層とが積層さ
れてなる積層体を構成する。そして、本発明に係る磁化
制御方法では、上記積層体の導電体層に電流を流すこと
で、磁性層間の磁気的結合状態を変化させて、磁性層の
磁化方向を制御する。
According to the magnetization control method of the present invention, a conductor layer and a plurality of magnetic layers are laminated so that a conductor layer containing a conductive material is located between the magnetic layers. To form a laminate. Then, in the magnetization control method according to the present invention, a current is passed through the conductor layer of the laminate to change the magnetic coupling state between the magnetic layers, thereby controlling the magnetization direction of the magnetic layer.

【0022】なお、上記磁化制御方法において、上記導
電体層には、例えば、単相で磁気秩序を示す物質と非磁
性の物質との両方を含む複合材料を用いても良いし、ま
た、強磁性組成の領域と非磁性組成の領域とを交互に形
成した積層薄膜又は組成変調膜を用いても良いし、ま
た、強磁性組成の領域と非磁性組成の領域とが3次元的
に混じり合った構造のものを用いても良い。
In the magnetization control method, for example, a composite material containing both a single-phase substance exhibiting magnetic order and a non-magnetic substance may be used for the conductor layer. A laminated thin film or a composition modulation film in which a magnetic composition region and a nonmagnetic composition region are alternately formed may be used, or a ferromagnetic composition region and a nonmagnetic composition region may be mixed three-dimensionally. A structure having a different structure may be used.

【0023】また、上記磁化制御方法では、上記導電体
層の上層及び下層に、当該導電体層よりも電気抵抗の高
い材料からなる層を配するようにしても良い。上記導電
体層の上層及び下層に当該導電体層よりも電気抵抗の高
い材料からなる層を配した場合には、上記積層体に電流
を流したときに、当該電流が導電体層に集中することと
なる。
In the above-described magnetization control method, a layer made of a material having a higher electric resistance than the conductor layer may be provided as an upper layer and a lower layer of the conductor layer. When a layer made of a material having a higher electric resistance than the conductor layer is provided in the upper and lower layers of the conductor layer, the current concentrates on the conductor layer when a current flows through the laminate. It will be.

【0024】また、本発明に係る磁気機能素子は、導電
性を有する材料を含む導電体層が磁性層の間に位置する
ように導電体層と複数の磁性層とが積層されてなる積層
体を備える。そして、上記積層体の導電体層に電流を流
すことで、磁性層間の磁気的結合状態を変化させて、磁
性層の磁化方向を制御する。この磁気機能素子では、例
えば、磁気光学的カー効果やファラデー効果等の磁気光
学効果を用いて、磁性層の磁化状態に対応した出力を行
う。
Further, the magnetic functional element according to the present invention is a laminate comprising a conductor layer and a plurality of magnetic layers laminated such that a conductor layer containing a conductive material is located between the magnetic layers. Is provided. Then, by passing a current through the conductive layer of the laminate, the magnetic coupling state between the magnetic layers is changed, and the magnetization direction of the magnetic layer is controlled. In this magnetic function element, an output corresponding to the magnetization state of the magnetic layer is performed by using a magneto-optical effect such as a magneto-optical Kerr effect and a Faraday effect.

【0025】なお、上記磁気機能素子において、上記導
電体層は、例えば、単相で磁気秩序を示す物質と非磁性
の物質との両方を含む複合材料からなるものであっても
良いし、また、強磁性組成の領域と非磁性組成の領域と
を交互に形成した積層薄膜又は組成変調膜からなるもの
であっても良いし、また、強磁性組成の領域と非磁性組
成の領域とが3次元的に混じり合った構造のものであっ
ても良い。
In the magnetic function element, the conductor layer may be made of, for example, a composite material containing both a substance exhibiting magnetic order in a single phase and a nonmagnetic substance. It may be composed of a laminated thin film or a composition modulation film in which regions of a ferromagnetic composition and regions of a nonmagnetic composition are alternately formed. It may have a structure that is dimensionally mixed.

【0026】また、上記磁気機能素子は、上記導電体層
の上層及び下層に、当該導電体層よりも電気抵抗の高い
材料からなる層を備えていても良い。上記導電体層の上
層及び下層に当該導電体層よりも電気抵抗の高い材料か
らなる層を備えている場合には、上記積層体に電流を流
したときに、当該電流が導電体層に集中することとな
る。
Further, the magnetic function element may include a layer made of a material having higher electric resistance than the conductor layer, as an upper layer and a lower layer of the conductor layer. In the case where a layer made of a material having a higher electric resistance than the conductor layer is provided in the upper layer and the lower layer of the conductor layer, the current concentrates on the conductor layer when a current flows through the laminate. Will be done.

【0027】また、本発明に係る情報記録方法では、導
電性を有する材料を含む導電体層が磁性層の間に位置す
るように導電体層と複数の磁性層とが積層されてなる積
層体を構成する。そして、本発明に係る方法記録方法で
は、上記積層体の導電体層に電流を流すことで、磁性層
間の磁気的結合状態を変化させて、磁性層の磁化方向を
制御し、磁性層の磁化の向きにより、二値もしくはそれ
以上の多値記録を行う。
Further, in the information recording method according to the present invention, a laminate in which a conductor layer and a plurality of magnetic layers are laminated so that a conductor layer containing a conductive material is located between the magnetic layers. Is configured. In the method recording method according to the present invention, a current is applied to the conductor layer of the laminate to change the magnetic coupling state between the magnetic layers, thereby controlling the magnetization direction of the magnetic layer, and controlling the magnetization of the magnetic layer. Depending on the direction, binary or more multi-level recording is performed.

【0028】なお、上記情報記録方法において、上記導
電体層には、例えば、単相で磁気秩序を示す物質と非磁
性の物質との両方を含む複合材料を用いても良いし、ま
た、強磁性組成の領域と非磁性組成の領域とを交互に形
成した積層薄膜又は組成変調膜を用いても良いし、ま
た、強磁性組成の領域と非磁性組成の領域とが3次元的
に混じり合った構造のものを用いても良い。
In the information recording method, the conductor layer may be made of, for example, a composite material containing both a single-phase substance exhibiting magnetic order and a non-magnetic substance. A laminated thin film or a composition modulation film in which a magnetic composition region and a nonmagnetic composition region are alternately formed may be used, or a ferromagnetic composition region and a nonmagnetic composition region may be mixed three-dimensionally. A structure having a different structure may be used.

【0029】また、上記情報記録方法では、上記導電体
層の上層及び下層に、当該導電体層よりも電気抵抗の高
い材料からなる層を配するようにしても良い。上記導電
体層の上層及び下層に当該導電体層よりも電気抵抗の高
い材料からなる層を配した場合には、上記積層体に電流
を流したときに、当該電流が導電体層に集中することと
なる。
In the information recording method, a layer made of a material having a higher electric resistance than the conductor layer may be provided on the upper and lower layers of the conductor layer. When a layer made of a material having a higher electric resistance than the conductor layer is provided in the upper and lower layers of the conductor layer, the current concentrates on the conductor layer when a current flows through the laminate. It will be.

【0030】また、本発明に係る情報記録素子は、導電
性を有する材料を含む導電体層が磁性層の間に位置する
ように導電体層と複数の磁性層とが積層されてなる積層
体を備える。そして、上記積層体の導電体層に電流を流
すことで、磁性層間の磁気的結合状態を変化させて、磁
性層の磁化方向を制御し、磁性層の磁化の向きにより、
二値もしくはそれ以上の多値記録を行う。この情報記録
素子では、例えば、磁気光学的カー効果やファラデー効
果等の磁気光学効果を利用して磁性層の磁化の向きが検
出されることで、記録された情報が読み出される。
Further, the information recording element according to the present invention is a laminate comprising a conductor layer and a plurality of magnetic layers laminated such that a conductor layer containing a conductive material is located between the magnetic layers. Is provided. Then, by passing a current through the conductive layer of the laminate, the magnetic coupling state between the magnetic layers is changed, the magnetization direction of the magnetic layer is controlled, and the magnetization direction of the magnetic layer is controlled.
Performs multi-level recording of binary or higher. In this information recording element, recorded information is read out by detecting the direction of magnetization of the magnetic layer using a magneto-optical effect such as a magneto-optical Kerr effect or a Faraday effect.

【0031】なお、上記情報記録素子において、上記導
電体層は、例えば、単相で磁気秩序を示す物質と非磁性
の物質との両方を含む複合材料からなるものであっても
良いし、また、強磁性組成の領域と非磁性組成の領域と
を交互に形成した積層薄膜又は組成変調膜からなるもの
であっても良いし、また、強磁性組成の領域と非磁性組
成の領域とが3次元的に混じり合った構造のものであっ
ても良い。
In the information recording element, the conductor layer may be made of, for example, a composite material containing both a substance exhibiting magnetic order in a single phase and a nonmagnetic substance. It may be composed of a laminated thin film or a composition modulation film in which regions of a ferromagnetic composition and regions of a nonmagnetic composition are alternately formed. It may have a structure that is dimensionally mixed.

【0032】また、上記情報記録素子は、上記導電体層
の上層及び下層に、当該導電体層よりも電気抵抗の高い
材料からなる層を備えていても良い。上記導電体層の上
層及び下層に当該導電体層よりも電気抵抗の高い材料か
らなる層を備えている場合には、上記積層体に電流を流
したときに、当該電流が導電体層に集中することとな
る。
Further, the information recording element may include a layer made of a material having higher electric resistance than the conductor layer, as an upper layer and a lower layer of the conductor layer. In the case where a layer made of a material having a higher electric resistance than the conductor layer is provided in the upper layer and the lower layer of the conductor layer, the current concentrates on the conductor layer when a current flows through the laminate. Will be done.

【0033】また、本発明に係る可変抵抗素子は、第1
の磁性層と、導電体層と、第2の磁性層と、非磁性層
と、第3の磁性層とが積層されてなる積層体を備える。
そして、上記積層体の導電体層に電流を流すことで、第
1の磁性層と第2の磁性層との間の磁気的結合状態を変
化させて、第2の磁性層の磁化方向を制御するととも
に、第2の磁性層の磁化方向を制御することで、第2の
磁性層、非磁性層及び第3の磁性層に至る経路の電気抵
抗を制御する。
The variable resistance element according to the present invention has a first resistance
, A conductive layer, a second magnetic layer, a non-magnetic layer, and a third magnetic layer.
Then, by passing a current through the conductor layer of the laminate, the magnetic coupling state between the first magnetic layer and the second magnetic layer is changed to control the magnetization direction of the second magnetic layer. In addition, by controlling the magnetization direction of the second magnetic layer, the electric resistance of the path leading to the second magnetic layer, the non-magnetic layer, and the third magnetic layer is controlled.

【0034】なお、上記可変抵抗素子において、上記導
電体層は、例えば、単相で磁気秩序を示す物質と非磁性
の物質との両方を含む複合材料からなるものであっても
良いし、また、強磁性組成の領域と非磁性組成の領域と
を交互に形成した積層薄膜又は組成変調膜からなるもの
であっても良いし、また、強磁性組成の領域と非磁性組
成の領域とが3次元的に混じり合った構造のものであっ
ても良い。
In the variable resistance element, the conductive layer may be made of, for example, a composite material containing both a single-phase magnetically ordered substance and a non-magnetic substance. It may be composed of a laminated thin film or a composition modulation film in which regions of a ferromagnetic composition and regions of a nonmagnetic composition are alternately formed. It may have a structure that is dimensionally mixed.

【0035】また、上記可変抵抗素子は、上記導電体層
の上層及び下層に、当該導電体層よりも電気抵抗の高い
材料からなる層を備えていても良い。上記導電体層の上
層及び下層に当該導電体層よりも電気抵抗の高い材料か
らなる層を備えている場合には、上記積層体に電流を流
したときに、当該電流が導電体層に集中することとな
る。
Further, the variable resistance element may include a layer made of a material having higher electric resistance than the conductor layer, as an upper layer and a lower layer of the conductor layer. In the case where a layer made of a material having a higher electric resistance than the conductor layer is provided in the upper layer and the lower layer of the conductor layer, the current concentrates on the conductor layer when a current flows through the laminate. Will be done.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0037】1.本発明の原理 本発明では、外部からの磁界印加に依ることなく、固体
中の磁気的な相互作用(交換相互作用:exchange inter
action)を駆動力として、素子の構成要素である磁性層
に磁化反転を生じさせるようにする。ここで、磁化反転
が生じる磁性層は、磁化方向が変化することから「可動
磁性層」と呼ぶこともできるし、情報記録素子を想定す
れば「記録担体」と呼ぶこともできる。
1. Principle of the present invention In the present invention, a magnetic interaction (exchange interaction: exchange interaction) in a solid is performed without depending on an external magnetic field application.
Using action) as a driving force, magnetization reversal occurs in the magnetic layer that is a component of the element. Here, the magnetic layer in which the magnetization reversal occurs can be called a “movable magnetic layer” because its magnetization direction changes, or can be called a “record carrier” assuming an information recording element.

【0038】交換相互作用は、強磁性体の内部で原子の
磁気モーメントを一方向に揃えている起源にほかならな
い。また、図1に示すように、磁性体Aと磁性体Bとが
接触しているときには、両者の間にも、接触する界面S
を通じて交換相互作用が働く。更に、図2に示すよう
に、磁性体Aと磁性体Bとが直接接触しておらず、磁性
体Aと磁性体Bとの間に中間層Cが存在していたとして
も、磁性体Aと磁性体Bとの間の交換相互作用が、中間
層Cを介して伝搬する場合がある。ここで、中間層Cが
磁性体の場合は、当然の事ながら交換相互作用が伝搬す
るが、中間層Cが、それ自身では磁性を示さないCu,
Auなどの非磁性金属やSi,Geのような半導体の場
合であっても、中間層Cを介して交換相互作用が伝搬す
ることが確認されている。そして、そのような交換相互
作用の伝搬の起源を説明する理論(RKKYモデルな
ど)も提案されている。
The exchange interaction is none other than the origin of aligning the magnetic moment of an atom in a ferromagnetic material in one direction. Further, as shown in FIG. 1, when the magnetic material A and the magnetic material B are in contact with each other, the contact interface S
Exchange interaction works through. Further, as shown in FIG. 2, even if the magnetic material A and the magnetic material B are not in direct contact and the intermediate layer C exists between the magnetic material A and the magnetic material B, the magnetic material A Interaction between the magnetic material B and the magnetic material B may propagate through the intermediate layer C. Here, when the intermediate layer C is a magnetic material, the exchange interaction naturally propagates, but the intermediate layer C is made of Cu, which does not exhibit magnetism by itself.
It has been confirmed that even in the case of a nonmagnetic metal such as Au or a semiconductor such as Si or Ge, the exchange interaction propagates through the intermediate layer C. A theory (such as the RKKY model) that explains the origin of such exchange interaction propagation has also been proposed.

【0039】そして、本発明では、このような交換相互
作用を利用して、磁性体の磁化方向を制御するようにし
ている。以下、交換相互作用を利用して磁化方向を制御
する方法について、具体的な例を挙げて説明する。
In the present invention, the magnetization direction of the magnetic material is controlled by utilizing such exchange interaction. Hereinafter, a method of controlling the magnetization direction using the exchange interaction will be described with a specific example.

【0040】図2に示したように、磁性体Aと磁性体B
とが直接接触しておらず、磁性体Aと磁性体Bとの間に
中間層Cが存在しているとする。ここで、磁性体Aは、
磁化方向が変化しやすい軟磁性体であるとする。また、
磁性体Bは、固定した磁化方向をもつ永久磁石であると
する。また、磁性体Aと磁性体Bと間の中間層Cは、強
磁性体であるが、それ以上の温度では磁気秩序を失うキ
ュリー温度Tcが低い材料であるとする。
As shown in FIG. 2, the magnetic material A and the magnetic material B
Are not in direct contact with each other, and the intermediate layer C exists between the magnetic material A and the magnetic material B. Here, the magnetic material A is
It is assumed that the material is a soft magnetic material whose magnetization direction is easily changed. Also,
It is assumed that the magnetic body B is a permanent magnet having a fixed magnetization direction. The intermediate layer C between the magnetic material A and the magnetic material B is a ferromagnetic material, but is a material having a low Curie temperature Tc at which the magnetic layer loses magnetic order at a higher temperature.

【0041】このとき、温度が中間層Cのキュリー温度
Tcよりも高い環境下では、中間層Cの中に磁気秩序が
ないので、磁性体Aには磁性体Bからの影響が伝わら
ず、磁性体Aの磁化は外場によって勝手な方向を向いて
いる。このまま温度を下げてキュリー温度Tcよりも低
い温度になると、中間層Cの中に磁気秩序が生じ、中間
層Cを介して、磁性体A,Bに磁化方向を揃えようとす
る相互作用が働く。このとき、磁性体Bは永久磁石なの
で、それまで勝手な方向を向いていた磁性体Aの磁化方
向が、磁性体Bの磁化方向に揃うように変化する。この
磁性体Aの磁化方向の変化は、外部磁界によるものでな
く、固体中の交換相互作用によって引き起こされたもの
である。
At this time, in an environment in which the temperature is higher than the Curie temperature Tc of the intermediate layer C, there is no magnetic order in the intermediate layer C. The magnetization of the body A is oriented in an arbitrary direction by an external field. When the temperature is lowered to a temperature lower than the Curie temperature Tc as it is, magnetic order is generated in the intermediate layer C, and an interaction acts to align the magnetization directions of the magnetic substances A and B via the intermediate layer C. . At this time, since the magnetic body B is a permanent magnet, the magnetization direction of the magnetic body A, which has been oriented in an arbitrary direction until then, changes so as to be aligned with the magnetization direction of the magnetic body B. The change in the magnetization direction of the magnetic body A is not caused by an external magnetic field but caused by an exchange interaction in a solid.

【0042】本発明に係る磁化制御方法では、このよう
な交換相互作用を駆動力として、磁性体の磁化方向を制
御するようにしている。なお、本発明では、交換相互作
用を上述の例のように環境温度によって変化させるので
はなく、電気的入力によって制御するようにしている。
In the magnetization control method according to the present invention, the magnetization direction of the magnetic material is controlled using such exchange interaction as a driving force. Note that, in the present invention, the exchange interaction is controlled by an electrical input, instead of being changed by the environmental temperature as in the above-described example.

【0043】そして、本発明に係る磁気機能素子は、こ
のような交換相互作用を駆動力として磁化方向を変化さ
せる操作を利用する素子である。換言すれば、本発明に
係る磁気機能素子は、磁性材料を含む複数の薄膜の多層
構造と電気的入出力の端子とから構成される素子であっ
て、素子の動作に強磁性体の磁化方向が変わる過程を含
んでいる。そして、強磁性体の磁化方向の変化が、強磁
性体に印加される外部磁界の変化に起因するものではな
く、固体中の交換相互作用の変化に基づくことを特徴と
している。
The magnetic function element according to the present invention is an element utilizing an operation of changing the magnetization direction using such exchange interaction as a driving force. In other words, the magnetic function element according to the present invention is an element composed of a multilayer structure of a plurality of thin films containing a magnetic material and terminals for electrical input / output, and the operation of the element depends on the magnetization direction of the ferromagnetic material. Includes the process of changing. The change in the magnetization direction of the ferromagnetic material is not caused by the change in the external magnetic field applied to the ferromagnetic material, but is based on the change in the exchange interaction in the solid.

【0044】以上のように、本発明に係る磁化制御方法
では、固体中の交換相互作用を駆動力として、磁性体の
磁化方向を制御するようにしており、これを利用するこ
とで、例えば、情報記録素子を構成することができる。
なお、情報記録素子を構成するときは、磁化方向が適度
に変化しやすい数十Oeの保磁力を有する磁性体Aを記
録担体として用い、永久磁石からなる磁性体Bを記録担
体への書き込み操作の駆動源として用いる。そして、磁
性体Aの磁化の向きにより、二値もしくはそれ以上の多
値記録を行う。
As described above, in the magnetization control method according to the present invention, the exchange direction in the solid is used as the driving force to control the magnetization direction of the magnetic material. An information recording element can be configured.
When configuring the information recording element, a magnetic material A having a coercive force of several tens Oe, whose magnetization direction is easily changed moderately, is used as a record carrier, and a magnetic material B made of a permanent magnet is written on the record carrier. Used as a drive source for Then, depending on the direction of magnetization of the magnetic material A, binary or multi-level recording is performed.

【0045】ここで、磁化方向が適度に変化しやすい数
十Oeの保磁力を有する磁性体Aを記録担体として用い
るとともに、永久磁石からなる磁性体Bを記録担体への
書き込み操作の駆動源として用いた情報記録素子におけ
る交換相互作用について説明する。
Here, a magnetic material A having a coercive force of several tens of Oe whose magnetization direction is easily changed moderately is used as a record carrier, and a magnetic material B made of a permanent magnet is used as a drive source for a write operation on the record carrier. The exchange interaction in the used information recording element will be described.

【0046】なお、磁性体A,Bは、積層膜とされてい
るとする。積層膜では、磁性体の体積に比して接触面が
大きく、交換相互作用を効果的に伝えることができる。
そして、以下の説明では、磁化方向が適度に変化しやす
い数十Oeの保磁力を有する磁性体Aの層は、記録担体
として用いられるので、記録担体層と称する。また、永
久磁石からなる磁性体Bの層は、磁化方向が一定の方向
を向くように固定されているので、固定磁性層と称す
る。また、本発明に係る情報記録素子は、小さな素子と
することを考えているので、記憶担体層は、単磁区構造
であるとする。
It is assumed that the magnetic bodies A and B are laminated films. In the laminated film, the contact surface is larger than the volume of the magnetic material, and the exchange interaction can be transmitted effectively.
In the following description, the layer of the magnetic material A having a coercive force of several tens of Oe in which the magnetization direction is likely to change appropriately will be referred to as a record carrier layer because it is used as a record carrier. Further, the layer of the magnetic body B made of a permanent magnet is fixed so that the magnetization direction is directed to a fixed direction, and is therefore referred to as a fixed magnetic layer. Since the information recording element according to the present invention is considered to be a small element, the storage carrier layer has a single magnetic domain structure.

【0047】一般に2層間の交換相互作用によるポテン
シャルエネルギーUexは、界面の面積Sに比例する。そ
して、記録担体層の磁化方向をθ,固定磁性層の磁化方
向をθflxとすると、2層間の交換相互作用によるポテ
ンシャルエネルギーUexは、係数Jを用いて下記式(1
−1)のように表される。
Generally, the potential energy Uex due to the exchange interaction between the two layers is proportional to the area S of the interface. Assuming that the magnetization direction of the record carrier layer is θ and the magnetization direction of the fixed magnetic layer is θ flx , the potential energy U ex due to the exchange interaction between the two layers is expressed by the following equation (1)
-1).

【0048】 Uex=−S・J・cos(θ−θflx) ・・・(1−1) 一方、記録担体層は、外部磁界Hの中では、当該外部磁
界Hによるポテンシャルエネルギー(Zeeman Energy)
Zをもつ。このポテンシャルエネルギーUZは、記録担
体層の飽和磁束密度をMS,厚さをtとし、外部磁界H
の方向をθHとすると、下記式(1−2)のように表さ
れる。
U ex = −S · J · cos (θ−θ flx ) (1-1) On the other hand, in the external magnetic field H, the potential energy (Zeeman Energy) of the external magnetic field H )
Has U Z. This potential energy U Z is obtained by setting the saturation magnetic flux density of the record carrier layer to M S , the thickness to t, and the external magnetic field H
When the direction and theta H, is expressed by the following equation (1-2).

【0049】 UZ=−S・t・MS・H・cos(θ−θH) ・・・(1−2) 上記式(1−1)及び式(1−2)に示すように、交換
相互作用によるポテンシャルエネルギーUexと、外部磁
界によるポテンシャルエネルギーUZとは、同じ形をし
ている。すなわち、交換相互作用も外部磁界と同じよう
に記録担体層の磁化方向を変える働きをもつ。したがっ
て、交換相互作用の大きさを磁界換算値Hexとして扱う
ことができる。すなわち、θflxとθHを等値とし、ま
た、UexとUZを等値すれば、下記式(1−3)が成り
立つ。
[0049] As shown in U Z = -S · t · M S · H · cos (θ-θ H) ··· (1-2) above formula (1-1) and (1-2), and potential energy U ex by exchange interaction, the potential energy U Z by external magnetic field, and the same shape. That is, the exchange interaction also has the function of changing the magnetization direction of the record carrier layer in the same manner as the external magnetic field. Therefore, the magnitude of the exchange interaction can be treated as the magnetic field conversion value Hex . That is, if θ flx and θ H are made equal and U ex and U Z are made equal, the following equation (1-3) is established.

【0050】 −S・J・cos(θ−θH)=−S・t・MS・Hex・cos(θ−θH) ・・・(1−3) したがって、交換相互作用の大きさを磁界に換算した値
exは、下記式(1−4)で表すことができる。
−S · J · cos (θ−θ H ) = − S · t · M S · H ex · cos (θ−θ H ) (1-3) Therefore, the magnitude of the exchange interaction the value H ex converted to a magnetic field can be represented by the following formula (1-4).

【0051】 Hex=J/(Ms・t) ・・・(1−4) そして、記録担体層の保磁力Hcが、上記磁界換算値H
exよりも小さければ、交換相互作用によって磁化反転を
生じさせることが可能となる。
H ex = J / (M s · t) (1-4) Then, the coercive force H c of the record carrier layer becomes the above-mentioned magnetic field conversion value H
If it is smaller than ex, it is possible to cause magnetization reversal by exchange interaction.

【0052】ところで、従来は、導線に電流を流すこと
で発生する磁界を記録担体に印加するようにしていた
が、導線に電流を流すことで記録担体に印加できる磁界
強度Hは、上述したように、式(3)で表される。すな
わち、導線に電流を流すことで記録担体に磁界を印加す
るようにしたとき、利用できる磁界の大きさは、導線の
径D’に比例する。
Conventionally, a magnetic field generated by passing a current through a conductor is applied to a record carrier. However, the magnetic field intensity H that can be applied to a record carrier by passing a current through a conductor is as described above. Is represented by equation (3). That is, when a magnetic field is applied to the record carrier by passing a current through the conductor, the magnitude of the magnetic field that can be used is proportional to the diameter D ′ of the conductor.

【0053】 H=12500×D’[A/m]=156×D’[Oe] ・・・(3) 一方、上記式(1−4)から分かるように、交換相互作
用による磁化反転の作用は、界面の面積に依らない。し
たがって、素子のサイズが微細化する技術動向の過程で
いずれ必ず、本発明の交換相互作用による磁化反転の作
用が、従来の磁界印加の作用を凌駕するようになる。
H = 12,500 × D ′ [A / m] = 156 × D ′ [Oe] (3) On the other hand, as can be seen from the above equation (1-4), the effect of magnetization reversal due to exchange interaction Does not depend on the area of the interface. Therefore, in the course of the technological trend of miniaturizing the element size, the action of the magnetization reversal due to the exchange interaction of the present invention always exceeds the action of the conventional magnetic field application.

【0054】例えば、交換相互作用の値として、J=
0.05mJ/m2,記録担体層の厚さt=10nm,
記録担体層の飽和磁束密度Ms=1Tとし、これらの値
を上記式(1−4)式に代入すると、交換相互作用の磁
界換算値Hex=5000A/m=63Oeとなる。一
方、上記式(3)で表される磁界強度Hが63Oeとな
るのは、導線の径D’=0.4μmの場合である。
For example, as the value of the exchange interaction, J =
0.05 mJ / m 2 , thickness t of the record carrier layer = 10 nm,
When the saturation magnetic flux density M s = 1T of the record carrier layer and these values are substituted into the above equation (1-4), the magnetic field conversion value H ex = 5000 A / m = 63 Oe of the exchange interaction is obtained. On the other hand, the magnetic field strength H represented by the above equation (3) is 63 Oe when the diameter D ′ of the conductor is 0.4 μm.

【0055】すなわち、本発明に係る磁化制御方法が、
導線に電流を流すことで発生する磁界を利用するような
方法よりも有効となる素子サイズは、サブミクロンの領
域である。そして、近年の技術動向を考えると、磁気メ
モリ等において、やがてデザインルールがサブミクロン
のオーダーになるのは確実である。したがって、本発明
に係る磁化制御方法が、導線に電流を流すことで発生す
る磁界を利用するような方法を、やがて凌駕するように
なるのは明らかである。
That is, the magnetization control method according to the present invention
An element size that is more effective than a method using a magnetic field generated by flowing a current through a conductive wire is in a submicron region. In view of recent technological trends, it is certain that the design rule will eventually be on the order of submicrons in magnetic memories and the like. Therefore, it is clear that the magnetization control method according to the present invention will eventually surpass the method using a magnetic field generated by flowing a current through a conductive wire.

【0056】ここで、情報記録素子のセル寸法Lと、記
録担体の駆動に用いることができる駆動磁界Hとの関係
について、導線に電流を流すことで発生する磁界を利用
する電流磁界方式と、固体中の交換相互作用を利用する
交換結合方式とを比較して図3に示す。なお、電流磁界
方式において、導線の径D’はセル寸法の0.8倍と仮
定した。図3に示すように、電流磁界方式では、セル寸
法が小さくなるにつれて、導線から印加できる磁界が小
さくなる。一方、積層構造での交換相互作用はセル寸法
に依らないので、交換結合方式は微細化が進むと有利に
なる。
Here, regarding the relationship between the cell size L of the information recording element and the drive magnetic field H that can be used for driving the record carrier, a current magnetic field method utilizing a magnetic field generated by passing a current through a conductor, FIG. 3 shows a comparison with an exchange coupling method using exchange interaction in a solid. In the current magnetic field method, the diameter D 'of the conducting wire was assumed to be 0.8 times the cell size. As shown in FIG. 3, in the current magnetic field method, the magnetic field that can be applied from the conductor decreases as the cell size decreases. On the other hand, since the exchange interaction in the laminated structure does not depend on the cell size, the exchange coupling method becomes advantageous as the miniaturization progresses.

【0057】以上のように、交換相互作用の磁界換算値
exはセル寸法に依存しないので、交換相互作用を利用
して記録担体の磁化を制御するようにすれば、微細化が
進んでも、保磁力Hcが大きい磁性薄膜を記録担体とし
て利用することが可能となる。具体的には、図3からも
分かるように、セル寸法が非常に小さくなっても、保磁
力が数十[Oe]以上の磁性薄膜を記録担体に用いることが
可能となる。なお、飽和磁束密度Msの値を下げれば、
記録担体の保磁力を更に大きくすることも可能である。
しかも、本発明を適用したときの磁化反転の作用は、接
触する材料間だけに生じる交換相互作用に基づいている
ので、近隣素子へのクロストークの問題も回避すること
ができる。
As described above, the magnetic field conversion value H ex of the exchange interaction does not depend on the cell size. Therefore, if the magnetization of the record carrier is controlled using the exchange interaction, even if the miniaturization proceeds, it is possible to use a large magnetic thin film coercivity H c as a record carrier. Specifically, as can be seen from FIG. 3, it is possible to use a magnetic thin film having a coercive force of several tens [Oe] or more as a record carrier even when the cell size is extremely small. Incidentally, by lowering the value of the saturation magnetic flux density M s,
It is also possible to further increase the coercivity of the record carrier.
Moreover, the effect of the magnetization reversal when the present invention is applied is based on the exchange interaction occurring only between the materials in contact with each other, so that the problem of crosstalk to neighboring elements can be avoided.

【0058】2.素子の具体例 つぎに、以上のような原理を利用した本発明に係る素子
について、具体的な例を挙げて詳細に説明する。
2. Specific Example of Element Next, an element according to the present invention utilizing the above principle will be described in detail with reference to specific examples.

【0059】2−1 磁気機能素子 本発明を適用した磁気機能素子の一例を図4及び図5に
示す。この磁気機能素子10は、図4及び図5に示すよ
うに、ガラス基板11の上に形成された固定磁性層12
と、固定磁性層12の上に形成された導電体層13と、
導電体層13の両端にそれぞれ接続された電極14,1
5と、導電体層13の上に絶縁層16を介して形成され
た可動磁性層17とを備える。
2-1 Magnetic Function Element FIGS. 4 and 5 show an example of a magnetic function element to which the present invention is applied. As shown in FIGS. 4 and 5, the magnetic function element 10 includes a fixed magnetic layer 12 formed on a glass substrate 11.
A conductor layer 13 formed on the fixed magnetic layer 12,
Electrodes 14, 1 connected to both ends of conductor layer 13, respectively.
5 and a movable magnetic layer 17 formed on the conductor layer 13 with an insulating layer 16 interposed therebetween.

【0060】ここで、固定磁性層12は、保磁力の高い
酸化物磁性材料からなり、磁化方向が一定の方向に固定
される。すなわち、固定磁性層12は、素子動作のなか
で磁化方向が変化せず固定状態にあるという意味で「固
定磁性層」と称している。一方、可動磁性層17は、保
磁力の小さい磁性材料からなり、この磁気機能素子10
では、可動磁性層17の磁化方向の制御が可能となって
いる。すなわち、可動磁性層17は、素子動作のなかで
磁化方向が可変であるという意味で「可動磁性層」と称
している。
Here, the fixed magnetic layer 12 is made of an oxide magnetic material having a high coercive force, and has a fixed magnetization direction. That is, the fixed magnetic layer 12 is referred to as a “fixed magnetic layer” in the sense that the magnetization direction does not change during the element operation and is in a fixed state. On the other hand, the movable magnetic layer 17 is made of a magnetic material having a small coercive force.
In this example, the magnetization direction of the movable magnetic layer 17 can be controlled. That is, the movable magnetic layer 17 is called a “movable magnetic layer” in the sense that the magnetization direction is variable during element operation.

【0061】導電体層13は、導電性を有する材料から
なり、固定磁性層12と可動磁性層17との磁気的結合
状態を制御するための層である。すなわち、この導電体
層13は、換言すれば、固定磁性層12と可動磁性層1
7との磁気的結合状態を制御するための結合制御層であ
るとも言える。
The conductor layer 13 is made of a material having conductivity, and is a layer for controlling a magnetic coupling state between the fixed magnetic layer 12 and the movable magnetic layer 17. That is, the conductor layer 13 is, in other words, the fixed magnetic layer 12 and the movable magnetic layer 1.
It can also be said that it is a coupling control layer for controlling the magnetic coupling state with the layer 7.

【0062】この磁気機能素子10では、導電体層13
に電極14,15を介して電流を流すことで、固定磁性
層12と可動磁性層17との間の交換相互作用の状態を
変化させて、可動磁性層17の磁化方向を制御すること
が可能となっている。換言すれば、この磁気機能素子1
0では、交換相互作用を電気入力で制御して、素子要素
の磁化方向を制御することが可能となっている。
In the magnetic function element 10, the conductor layer 13
By passing a current through the electrodes 14 and 15 through the electrodes 14 and 15, the state of the exchange interaction between the fixed magnetic layer 12 and the movable magnetic layer 17 can be changed, and the magnetization direction of the movable magnetic layer 17 can be controlled. It has become. In other words, the magnetic function element 1
At 0, the exchange interaction can be controlled by an electrical input to control the magnetization direction of the element element.

【0063】ところで、この磁気機能素子10におい
て、導電体層13の下層には、電気抵抗の高い酸化物材
料からなる固定磁性層12が形成されており、導電体層
13の上層には、電気抵抗の高い絶縁層16が形成され
ている。このように、導電体層13の上層及び下層に、
電気抵抗の高い材料からなる層を形成することで、電極
14,15から電流を供給したときに、当該電流は導電
体層13に効果的に集中することとなる。したがって、
この磁気機能素子10は、低電流で駆動することが可能
となっている。
In the magnetic function element 10, the fixed magnetic layer 12 made of an oxide material having high electric resistance is formed below the conductor layer 13, and the fixed magnetic layer 12 is formed above the conductor layer 13. An insulating layer 16 having a high resistance is formed. As described above, the upper and lower layers of the conductor layer 13 include:
By forming a layer made of a material having high electric resistance, when a current is supplied from the electrodes 14 and 15, the current is effectively concentrated on the conductor layer 13. Therefore,
The magnetic function element 10 can be driven with a low current.

【0064】なお、この磁気機能素子10は、可動磁性
層17の磁化方向を制御するという機能を備えた素子で
あるが、その用途は特に限定されるものではない。例え
ば、後述するように、電気光学変調器として使用するこ
とも可能であるし、情報記録素子として使用することも
可能であるし、また、可変抵抗素子や増幅素子として使
用することも可能である。
The magnetic function element 10 is an element having a function of controlling the magnetization direction of the movable magnetic layer 17, but its use is not particularly limited. For example, as described later, it can be used as an electro-optic modulator, can be used as an information recording element, or can be used as a variable resistance element or an amplification element. .

【0065】2−1−1 磁気機能素子の作製方法 本発明者は、5源マグネトロンスパッタ装置を用いて、
上記磁気機能素子10を実際に作製した。以下、その作
製手順について説明する。
2-1-1 Manufacturing Method of Magnetic Function Element The present inventor used a five-source magnetron sputtering apparatus to
The magnetic function element 10 was actually manufactured. Hereinafter, the manufacturing procedure will be described.

【0066】(i)固定磁性層の形成 先ず、BK−7からなるガラス基板11の上に、コバル
ト・フェライト薄膜からなる固定磁性層12を形成し
た。具体的には、250℃に加熱したガラス基板11の
上に、縦(y方向)20μm×横(x方向)220μm
の長方形の開口部をもつ第1のマスクを通して、コバル
ト・フェライト薄膜を堆積させた。ここで、コバルト・
フェライト薄膜の堆積は、CoFe24の焼結体ターゲ
ットを用い、RF−マグネトロンスパッタリングによ
り、堆積速度0.3nm/sにて、厚さが300nmと
なるように行った。このとき、スパッタガスには、Ar
にO2を10%添加したものを用い、その供給量は20
sccmとし、スパッタガス圧は3mTorrとした。
(I) Formation of Fixed Magnetic Layer First, a fixed magnetic layer 12 made of a cobalt ferrite thin film was formed on a glass substrate 11 made of BK-7. Specifically, a vertical (y-direction) 20 μm × horizontal (x-direction) 220 μm is placed on the glass substrate 11 heated to 250 ° C.
The cobalt ferrite thin film was deposited through a first mask having a rectangular opening. Where cobalt
The ferrite thin film was deposited using a sintered target of CoFe 2 O 4 and RF-magnetron sputtering at a deposition rate of 0.3 nm / s to a thickness of 300 nm. At this time, the sputtering gas is Ar
To which 10% of O 2 is added.
sccm and the sputter gas pressure was 3 mTorr.

【0067】(ii)導電体層の形成 次に、固定磁性層12の上に、Cr膜とFe−Ag膜と
を繰り返し積層した多層膜からなる導電体層13を形成
した。具体的には、Fe−Agモザイクターゲット(中
心角15゜の扇形Ag板6枚をFeターゲット上に並べ
たもの)とCrターゲットとのふたつを同時にスパッタ
しながら、固定磁性層12が形成されたガラス基板11
が、それぞれのターゲット上に交互に滞在するようにし
て、Cr膜とFe−Ag膜とが繰り返し積層されてなる
多層膜を室温で堆積した。このとき、各Cr膜の膜厚は
0.9nm、各Fe−Ag膜の膜厚は1.5nmとし
た。また、堆積の順序は、固定磁性層12の上にFe−
Ag膜から堆積を開始し、16周期と半分堆積してFe
−Ag膜が一番上になるようにした。
(Ii) Formation of Conductor Layer Next, on the fixed magnetic layer 12, a conductor layer 13 composed of a multilayer film in which a Cr film and an Fe—Ag film were repeatedly laminated was formed. Specifically, the fixed magnetic layer 12 was formed while simultaneously sputtering two Fe-Ag mosaic targets (six Ag-shaped Ag plates having a central angle of 15 ° on an Fe target) and a Cr target. Glass substrate 11
However, a multilayer film in which a Cr film and an Fe—Ag film were repeatedly laminated was deposited at room temperature so as to stay alternately on each target. At this time, the thickness of each Cr film was 0.9 nm, and the thickness of each Fe-Ag film was 1.5 nm. The order of deposition is such that Fe-
The deposition is started from the Ag film, and is half-deposited for 16 periods,
-The Ag film was set on the top.

【0068】(iii)絶縁層の形成 次に、導電体層13の上に、酸化アルミニウムからなる
絶縁層16を形成した。具体的には、先ず、既に堆積さ
れたパターンの中心に重なるように、縦20μm×横2
0μmの正方形の開口部を有するMoマスクを配した上
で、厚さ0.8nmのAl薄膜を堆積した。その後、ス
パッタ装置の基板エッチング機能を用いて、当該Al薄
膜をプラズマ酸化させて絶縁層16とした。なお、Al
薄膜のプラズマ酸化は、Arに5%のO2を添加した雰
囲気下で、ガス圧を10mTorrとして行った。
(Iii) Formation of Insulating Layer Next, an insulating layer 16 made of aluminum oxide was formed on the conductor layer 13. More specifically, first, 20 μm × 2 μm so as to overlap the center of the already deposited pattern.
After disposing a Mo mask having a square opening of 0 μm, an Al thin film having a thickness of 0.8 nm was deposited. Thereafter, the Al thin film was subjected to plasma oxidation using the substrate etching function of the sputtering apparatus to form an insulating layer 16. In addition, Al
The plasma oxidation of the thin film was performed under an atmosphere in which 5% O 2 was added to Ar at a gas pressure of 10 mTorr.

【0069】(iv)可動磁性層の形成 次に、絶縁層16の上に、Ni78Fe22合金薄膜からな
る可動磁性層17を形成した。具体的には、既に堆積さ
れたパターンの中心に重なるように、縦3μm×横3μ
mの正方形の開口部を有するMoマスクを配した上で、
ガラス基板11を160℃に加熱しながら、厚さ10n
mのNi78Fe22合金薄膜を堆積させた。このとき、N
78Fe22合金薄膜の堆積は、当該Ni78Fe22合金薄
膜に磁気異方性を付与するために、パターンの縦の辺に
平行な方向(y方向)に50Oeの磁界を印加しながら
行った。
(Iv) Formation of Movable Magnetic Layer Next, a movable magnetic layer 17 made of a Ni 78 Fe 22 alloy thin film was formed on the insulating layer 16. Specifically, 3 μm × 3 μm so as to overlap the center of the already deposited pattern.
After arranging a Mo mask having a square opening of m,
While heating the glass substrate 11 to 160 ° C., a thickness of 10 n
m of Ni 78 Fe 22 alloy thin film was deposited. At this time, N
The i 78 Fe 22 alloy thin film is deposited while applying a magnetic field of 50 Oe in a direction (y direction) parallel to the vertical side of the pattern in order to impart magnetic anisotropy to the Ni 78 Fe 22 alloy thin film. Was.

【0070】(v)電極の形成 次に、導電体層13の両端上に、Auからなる電極1
4,15を形成した。具体的には、導電体層13の両端
上にそれぞれ重なるように(すなわち既に堆積されたパ
ターンの左右両端に重なるように)、縦100μm×横
100μm、厚さ200nmのAu薄膜を堆積させた。
(V) Formation of Electrode Next, on both ends of the conductor layer 13, an electrode 1 made of Au was formed.
4, 15 were formed. Specifically, an Au thin film having a length of 100 μm × width of 100 μm and a thickness of 200 nm was deposited so as to overlap on both ends of the conductor layer 13 (that is, to overlap the left and right ends of the already deposited pattern).

【0071】(vi)固定磁性層の着磁 最後に、室温にて、電磁石を用いて、パターンの横の辺
に平行な方向(x方向)に2kOeの磁界を印加し、固
定磁性層12の磁化方向を+x方向に揃えて、図4及び
図5に示したような磁気機能素子10を完成した。
(Vi) Magnetization of Pinned Magnetic Layer Lastly, at room temperature, a magnetic field of 2 kOe is applied using an electromagnet in a direction (x direction) parallel to the horizontal side of the pattern, The magnetization direction was aligned with the + x direction to complete the magnetic function element 10 as shown in FIGS.

【0072】2−1−2 交換相互作用の確認 つぎに、以上のようにして作製した磁気機能素子10に
外部磁界を印加し、可動磁性層17の磁化履歴を観測し
て、交換相互作用の存在を確認した結果について説明す
る。
2-1-2 Confirmation of Exchange Interaction Next, an external magnetic field is applied to the magnetic functional element 10 manufactured as described above, the magnetization history of the movable magnetic layer 17 is observed, and the exchange interaction is confirmed . The result of confirming the existence will be described.

【0073】可動磁性層17の磁化履歴の観測には、材
料表面層の磁化に比例する磁気光学的カー効果(MOK
E:Magneto-Optical Kerr Effect)を利用した。すな
わち、図6に示すように、x−z面内,y−z面内のそ
れぞれに一組ずつ、磁気光学的カー効果測定装置を配
し、x方向の磁化成分に比例するカー回転角と、y方向
の磁化成分に比例するカー回転角とをそれぞれ測定し
た。
For observing the magnetization history of the movable magnetic layer 17, the magneto-optical Kerr effect (MOK) which is proportional to the magnetization of the material surface layer is used.
E: Magneto-Optical Kerr Effect) was used. That is, as shown in FIG. 6, a magneto-optical Kerr effect measuring device is provided for each pair in the xz plane and the yz plane, and the Kerr rotation angle proportional to the magnetization component in the x direction is set. , And a Kerr rotation angle proportional to the magnetization component in the y direction.

【0074】ここで、x方向のカー回転角を測定する磁
気光学的カー効果測定装置は、図6に示すように、波長
670nmの可視光レーザーを出射する半導体レーザー
21xと、偏光子22xと、第1のレンズ23xと、第
2のレンズ24xと、検光子25xと、光検出器26x
とが、x−z面内に配されてなる光学系を備える。そし
て、この磁気光学的カー効果測定装置は、半導体レーザ
ー21xから出射されたレーザ光を、偏光子22x及び
第1のレンズ23xを介して、磁気機能素子10の可動
磁性層17に照射し、その反射光を第2のレンズ24x
及び検光子25xを介して光検出器26xで検出するこ
とで、x方向の磁化成分に比例するカー回転角を測定す
る。ここで、磁気機能素子10の可動磁性層17に照射
するレーザ光の入射角、及び当該レーザ光の偏光面は、
可動磁性層17による磁気光学的カー効果のみを効率良
く検出できるように設定しておく。
Here, as shown in FIG. 6, the magneto-optical Kerr effect measuring device for measuring the Kerr rotation angle in the x direction includes a semiconductor laser 21x for emitting a visible light laser having a wavelength of 670 nm, a polarizer 22x, A first lens 23x, a second lens 24x, an analyzer 25x, and a photodetector 26x
Are provided with an optical system arranged in the xz plane. Then, the magneto-optical Kerr effect measuring apparatus irradiates the movable magnetic layer 17 of the magnetic function element 10 with the laser light emitted from the semiconductor laser 21x via the polarizer 22x and the first lens 23x. Reflected light to the second lens 24x
Then, the Kerr rotation angle proportional to the magnetization component in the x direction is measured by detecting the photodetector 26x via the analyzer 25x. Here, the incident angle of the laser light irradiating the movable magnetic layer 17 of the magnetic function element 10 and the polarization plane of the laser light are:
It is set so that only the magneto-optical Kerr effect due to the movable magnetic layer 17 can be efficiently detected.

【0075】一方、y方向のカー回転角を測定する磁気
光学的カー効果測定装置は、図6に示すように、波長6
70nmの可視光レーザーを出射する半導体レーザー2
1yと、偏光子22yと、第1のレンズ23yと、第2
のレンズ24yと、検光子25yと、光検出器26yと
が、y−z面内に配されてなる光学系を備える。そし
て、この磁気光学的カー効果測定装置は、半導体レーザ
ー21yから出射されたレーザ光を、偏光子22y及び
第1のレンズ23yを介して、磁気機能素子10の可動
磁性層17に照射し、その反射光を第2のレンズ24y
及び検光子25yを介して光検出器26yで検出するこ
とで、y方向の磁化成分に比例するカー回転角を測定す
る。ここで、磁気機能素子10の可動磁性層17に照射
するレーザ光の入射角、及び当該レーザ光の偏光面は、
可動磁性層17による磁気光学的カー効果のみを効率良
く検出できるように設定しておく。
On the other hand, a magneto-optical Kerr effect measuring device for measuring the Kerr rotation angle in the y-direction has a wavelength of 6 as shown in FIG.
Semiconductor laser 2 that emits 70 nm visible light laser
1y, the polarizer 22y, the first lens 23y, and the second
The lens 24y, the analyzer 25y, and the photodetector 26y are provided with an optical system arranged in the yz plane. Then, the magneto-optical Kerr effect measuring device irradiates the movable magnetic layer 17 of the magnetic function element 10 with the laser light emitted from the semiconductor laser 21y via the polarizer 22y and the first lens 23y. The reflected light is transmitted to the second lens 24y.
Then, the Kerr rotation angle proportional to the magnetization component in the y direction is measured by detecting the photodetector 26y via the analyzer 25y. Here, the incident angle of the laser light irradiating the movable magnetic layer 17 of the magnetic function element 10 and the polarization plane of the laser light are:
It is set so that only the magneto-optical Kerr effect due to the movable magnetic layer 17 can be efficiently detected.

【0076】また、可動磁性層17の磁化履歴を観測す
るために、大きさや方向を変化させて、磁気機能素子1
0に対して外部磁界を印加した。ここで、磁気機能素子
10への外部磁界の印加は、図6に示すように、磁気機
能素子10を両側から挟むように配置された一対のコイ
ル27,28によって行った。そして、コイル27,2
8に流す電流や、当該コイル27,28の位置を変化さ
せることで、磁気機能素子10に印加する磁界の大きさ
や方向を変化させた。
In order to observe the magnetization history of the movable magnetic layer 17, the size and direction of the magnetic function element 1 were changed.
An external magnetic field was applied to 0. Here, the application of the external magnetic field to the magnetic function element 10 was performed by a pair of coils 27 and 28 arranged so as to sandwich the magnetic function element 10 from both sides as shown in FIG. And the coils 27, 2
8, the magnitude and direction of the magnetic field applied to the magnetic function element 10 were changed by changing the position of the coils 27 and 28.

【0077】ところで、前もって試料振動型磁力計(V
SM:Vibrating Sample Magnetometer)で固定磁性層
12の面内磁化曲線を測定したところ、当該磁化曲線は
良好な角形を有し、保磁力は1060Oeであった。そ
こで、磁気光学的カー効果による可動磁性層17の磁化
履歴の観測は、+x方向に着磁された固定磁性層12の
磁化状態を変化させないように、印加磁界強度±50O
eまでの範囲で行った。そして、可動磁性層17の磁化
履歴の観測は、導電体層13に電流を供給していないと
きのx方向の磁化履歴と、導電体層13に電流を供給し
ていないときのy方向の磁化履歴と、導電体層13に電
流を供給しているときのx方向の磁化履歴と、導電体層
13に電流を供給しているときのy方向の磁化履歴との
4通りについて行った。
By the way, a sample vibration type magnetometer (V
When the in-plane magnetization curve of the pinned magnetic layer 12 was measured by SM: Vibrating Sample Magnetometer, the magnetization curve had a good square shape and the coercive force was 1060 Oe. Therefore, the observation of the magnetization history of the movable magnetic layer 17 by the magneto-optical Kerr effect is performed by applying an applied magnetic field strength of ± 500 O so as not to change the magnetization state of the fixed magnetic layer 12 magnetized in the + x direction.
e. The observation of the magnetization history of the movable magnetic layer 17 includes the magnetization history in the x direction when the current is not supplied to the conductor layer 13 and the magnetization history in the y direction when the current is not supplied to the conductor layer 13. History was performed in four ways: a magnetization history in the x direction when a current was supplied to the conductor layer 13, and a magnetization history in the y direction when a current was supplied to the conductor layer 13.

【0078】先ず、導電体層13に電流を供給していな
いときの可動磁性層17の磁化履歴を観測した。x方向
の磁化履歴の観測結果を図7の上段左側に示すととも
に、y方向の磁化履歴の観測結果を図7の上段右側に示
す。図7の上段左側に示したx方向の磁化履歴は、左右
対称な履歴曲線が左側にずれた形となっている。このこ
とから、可動磁性層は、+x方向に磁化されやすいよう
なバイアスを受けていることが分かる。一方、図7の上
段右側に示したy方向の磁化履歴から分かるように、導
電体層13に電流を供給していないとき、零磁界ではy
方向の残留磁化が非常に小さくなっている。これらのこ
とから、零磁界において、可動磁性層17の磁化方向
は、ほぼx方向を向いていることが分かる。
First, the magnetization history of the movable magnetic layer 17 when current was not supplied to the conductor layer 13 was observed. The observation result of the magnetization history in the x direction is shown on the upper left side of FIG. 7, and the observation result of the magnetization history in the y direction is shown on the upper right side of FIG. The magnetization history in the x direction shown on the upper left side of FIG. 7 has a shape in which a left-right symmetric hysteresis curve is shifted to the left side. This indicates that the movable magnetic layer receives a bias that is easily magnetized in the + x direction. On the other hand, as can be seen from the magnetization history in the y direction shown on the right side of the upper part of FIG.
The residual magnetization in the direction is very small. From these facts, it can be understood that the magnetization direction of the movable magnetic layer 17 is substantially in the x direction at zero magnetic field.

【0079】次に、導電体層13に1.2mAの電流を
供給しながら、可動磁性層17の磁化履歴を観測した。
x方向の磁化履歴の観測結果を図7の下段左側に示すと
ともに、y方向の磁化履歴の観測結果を図7の下段右側
に示す。これらの観測結果から分かるように、導電体層
13に電流を供給すると、可動磁性層17はy方向に磁
化容易な特性を示した。
Next, the magnetization history of the movable magnetic layer 17 was observed while supplying a current of 1.2 mA to the conductor layer 13.
The observation result of the magnetization history in the x direction is shown on the lower left side of FIG. 7, and the observation result of the magnetization history in the y direction is shown on the lower right side of FIG. As can be seen from these observation results, when a current was supplied to the conductor layer 13, the movable magnetic layer 17 exhibited characteristics of easy magnetization in the y direction.

【0080】なお、電流供給を止めて再び可動磁性層1
7の磁化履歴を観測すると、可動磁性層17は、再び図
7の上段に示したような磁化履歴を示した。したがっ
て、導電体層17に電流を供給するか否かによる磁気特
性の変化は、可逆であることが分かった。
The current supply was stopped and the movable magnetic layer 1
When the magnetization history of No. 7 was observed, the movable magnetic layer 17 again showed the magnetization history as shown in the upper part of FIG. Therefore, it was found that the change in the magnetic properties depending on whether the current was supplied to the conductor layer 17 was reversible.

【0081】ここで、比較のために、非磁性基板上にN
i−Fe合金薄膜だけを形成し、当該Ni−Fe合金薄
膜の磁化履歴を観測した結果を図8に示す。なお、この
観測のための試料は、可動磁性層17を形成するときと
同様にy方向に磁界を印加した環境下にて、Ni−Fe
合金薄膜をガラス基板の上に直接堆積させることにより
作製した。図8に示すように、y方向に磁界を印加した
環境下にて作製されたNi−Fe合金薄膜のy方向の磁
化曲線は、保磁力も残留磁化も大きく、このNi−Fe
合金薄膜には、y方向に磁化容易な磁気異方性が作り込
まれていることが分かる。
Here, for comparison, N.sub.
FIG. 8 shows the results obtained by forming only the i-Fe alloy thin film and observing the magnetization history of the Ni-Fe alloy thin film. The sample for this observation was obtained by using Ni-Fe under an environment in which a magnetic field was applied in the y-direction in the same manner as when forming the movable magnetic layer 17.
It was prepared by depositing an alloy thin film directly on a glass substrate. As shown in FIG. 8, the magnetization curve in the y direction of the Ni—Fe alloy thin film manufactured under the environment where the magnetic field was applied in the y direction has a large coercive force and a large residual magnetization.
It can be seen that the alloy thin film has magnetic anisotropy that is easily magnetized in the y direction.

【0082】図8からも分かるように、磁界中で堆積さ
れたNi−Fe合金薄膜は、その印加磁界の方向に磁化
容易軸をもつようになる。したがって、磁気機能素子1
0の可動磁性層17も単独ではy方向に磁化容易なはず
であり、図7に示した観測結果の特性は、下地層からの
影響を反映しているものと考えられる。
As can be seen from FIG. 8, the Ni—Fe alloy thin film deposited in the magnetic field has an easy axis of magnetization in the direction of the applied magnetic field. Therefore, the magnetic function element 1
The zero movable magnetic layer 17 alone should easily be magnetized in the y-direction, and the characteristics of the observation results shown in FIG. 7 are considered to reflect the influence from the underlayer.

【0083】上述したように、導電体層13に電流を供
給していない場合、可動磁性層17は零磁界で+x方向
に磁化を向けやすいバイアスを受けているが、これは、
+x方向に磁化した下地層から磁化方向を同じ向きに揃
えようとする強磁性的な相互作用の伝搬があること示唆
している。一方、導電体層13に電流を供給している場
合、可動磁性層17は、図8に示した比較用試料の観測
結果に似た特性を示し、可動磁性層自身のもつ特性がよ
り顕著に現れている。このことから、導電体層13に電
流を流すことで、下地層からの影響が弱くなることが分
かる。
As described above, when no current is supplied to the conductor layer 13, the movable magnetic layer 17 receives a bias that tends to direct magnetization in the + x direction at zero magnetic field.
This suggests that a ferromagnetic interaction propagates from the underlayer magnetized in the + x direction to try to align the magnetization directions in the same direction. On the other hand, when a current is supplied to the conductor layer 13, the movable magnetic layer 17 shows characteristics similar to the observation results of the comparative sample shown in FIG. 8, and the characteristics of the movable magnetic layer itself are more remarkable. Is appearing. From this, it is understood that the influence of the underlying layer is weakened by passing a current through the conductive layer 13.

【0084】以上の観測結果から、可動磁性層17と、
当該可動磁性層17の下地層となっている固定磁性層1
2との間に交換相互作用が存在しており、しかも、その
交換相互作用は、導電体層13に電流を供給することに
よって弱まることが確認された。
From the above observation results, the movable magnetic layer 17 and
The fixed magnetic layer 1 serving as an underlayer of the movable magnetic layer 17
It has been confirmed that an exchange interaction exists between the first and second conductive layers 13 and that the exchange interaction is weakened by supplying a current to the conductor layer 13.

【0085】2−1−3 スイッチ動作の検証 零磁界状態での各方向の磁化成分の比を図7から読みと
り、これから推定した可動磁性層17の磁化ベクトルの
方向を図示すると、図9に示すようになった。そして、
この図9より、可動磁性層17の磁化は、その絶対値は
変わらず、その方向のx方向と成す角が約20゜から約
85゜の間でスイッチしていることが分かった。そこ
で、導電体層13に供給する電流のON/OFFによっ
て、可動磁性層17の磁化ベクトルが、この2方向の間
でスイッチされることを実際に検証した。
2-1-3 Verification of Switch Operation The ratio of the magnetization component in each direction in the zero magnetic field state is read from FIG. 7, and the direction of the magnetization vector of the movable magnetic layer 17 estimated from this is shown in FIG. It became so. And
From FIG. 9, it was found that the absolute value of the magnetization of the movable magnetic layer 17 did not change, and the angle formed with the x direction was switched between about 20 ° and about 85 °. Therefore, it was actually verified that the magnetization vector of the movable magnetic layer 17 is switched between the two directions by turning on / off the current supplied to the conductor layer 13.

【0086】スイッチ動作の検証は、図6に示したよう
な2組の磁気光学的カー効果測定装置を同時に用い、可
動磁性層17のx方向の磁化成分に比例するx方向のカ
ー回転角と、可動磁性層17のy方向の磁化成分に比例
するy方向のカー回転角とを監視しながら、導電体層1
3に供給する電流のON/OFFを切り換えることによ
り行った。
For verification of the switch operation, two sets of magneto-optical Kerr effect measuring devices as shown in FIG. 6 are used simultaneously, and the Kerr rotation angle in the x direction, which is proportional to the magnetization component of the movable magnetic layer 17 in the x direction, and While monitoring the Kerr rotation angle in the y direction, which is proportional to the y direction magnetization component of the movable magnetic layer 17,
3 was performed by switching the ON / OFF of the current to be supplied.

【0087】結果を図10に示す。なお、図10におい
て、θK-xはx方向のカー回転角を示しており、θK-y
y方向のカー回転角を示しており、電流Iは、導電体層
13に供給した電流を示している。図10に示すよう
に、可動磁性層17の磁化方向には、導電体層13に供
給する電流のON/OFF動作に同期した変化が認めら
れ、導電体層13への電流入力がある間だけ出力が変化
する”モメンタリ”なスイッチ動作が検証された。
FIG. 10 shows the results. In FIG. 10, θ Kx indicates the Kerr rotation angle in the x direction, θ Ky indicates the Kerr rotation angle in the y direction, and current I indicates the current supplied to the conductor layer 13. . As shown in FIG. 10, a change in the magnetization direction of the movable magnetic layer 17 in synchronization with the ON / OFF operation of the current supplied to the conductor layer 13 is recognized, and only while the current is input to the conductor layer 13. "Momentary" switch operation in which the output changes was verified.

【0088】なお、導電体層13に電流を供給したと
き、可動磁性層17の磁化ベクトルは、電流の流れる方
向と成す角が大きくなるように変化したが、電流の極性
を変えてもスイッチされる角度範囲は変わらなかった。
このことからも、電流の作る磁界が可動磁性層17の磁
化方向の変化に果たす役割は小さく、スイッチ動作の原
動力が、交換相互作用の変化であることが分かる。
When a current is supplied to the conductor layer 13, the magnetization vector of the movable magnetic layer 17 changes so as to increase the angle formed between the movable magnetic layer 17 and the direction in which the current flows. Angle range was not changed.
This also indicates that the role of the magnetic field generated by the current in changing the magnetization direction of the movable magnetic layer 17 is small, and the driving force of the switching operation is a change in the exchange interaction.

【0089】ところで、上記磁気機能素子10におい
て、導電体層13の上下層は、導電体層13よりも電気
抵抗の遥かに高い酸化物とされているので、電極14,
15を介して供給した1.2mAの電流は殆ど導電体層
13のみに流れる。そして、上記磁気機能素子10にお
いて、幅が20μmの導電体層13のうち、縦3μm×
横3μmの可動磁性層17のスイッチ動作に関与する部
分は、中央の3μmだけである。したがって、正味0.
18mAの電流でスイッチ動作が達成されたことにな
る。
In the magnetic function element 10, since the upper and lower layers of the conductor layer 13 are made of oxides having an electric resistance much higher than that of the conductor layer 13, the electrodes 14 and
The current of 1.2 mA supplied via the capacitor 15 flows almost only to the conductor layer 13. Then, in the magnetic function element 10, the conductor layer 13 having a width of 20 μm has
The portion related to the switching operation of the movable magnetic layer 17 of 3 μm in width is only the central 3 μm. Therefore, net 0.
This means that the switch operation has been achieved with a current of 18 mA.

【0090】このように、上記磁気機能素子10では、
非常に小さい電流でスイッチ動作を行うことができる。
例えば、M−RAMにおいて、記録担体の磁化を制御す
るために導線に流す電流を1mA程度にまで小さくした
という報告例があるが、上記磁気機能素子10では、そ
れよりも遥かに小さい電流でスイッチ動作を行うことが
可能となっている。しかも、交換相互作用によって磁化
を制御する本発明の方式では、セル寸法が更に小さくな
ればスイッチ動作のために必要な電流も更に小さくな
る。なお、導電体層13に1.2mAの電流を供給した
とき、その電流密度は、およそ1.56×109A/m2
である。この値は、既存のM−RAM等において記録担
体の磁化を制御するために導線に流す電流の電流密度と
ほぼ同程度である。
As described above, in the magnetic function element 10,
The switching operation can be performed with a very small current.
For example, in an M-RAM, there is a report that the current flowing through a conductor is reduced to about 1 mA in order to control the magnetization of a record carrier. However, in the magnetic function element 10, the switching is performed with a much smaller current. The operation can be performed. Moreover, in the method of the present invention in which the magnetization is controlled by the exchange interaction, when the cell size is further reduced, the current required for the switching operation is further reduced. When a current of 1.2 mA is supplied to the conductor layer 13, the current density is about 1.56 × 10 9 A / m 2.
It is. This value is approximately the same as the current density of the current flowing through the conductor for controlling the magnetization of the record carrier in an existing M-RAM or the like.

【0091】2−1−4 導電体層の作用 上記磁気機能素子10では、Cr膜とFe−Ag膜とを
繰り返し積層した多層膜を、固定磁性層12と可動磁性
層17との間の交換相互作用を制御する導電体層13と
して用いた。以下、この導電体層13によって、固定磁
性層12と可動磁性層17との間の交換相互作用を制御
する機構について説明する。
2-1-4 Function of Conductor Layer In the magnetic function element 10, a multilayer film in which a Cr film and an Fe—Ag film are repeatedly laminated is exchanged between the fixed magnetic layer 12 and the movable magnetic layer 17. It was used as the conductor layer 13 for controlling the interaction. Hereinafter, a mechanism for controlling the exchange interaction between the fixed magnetic layer 12 and the movable magnetic layer 17 by the conductive layer 13 will be described.

【0092】Cr膜とFe膜とを積層した多層膜では、
Cr膜の厚さを適切(0.7nm程度)に選ぶと、その
両側のFe膜の磁化が互いに平行逆向きになる反強磁性
的結合を生じることが知られている。そして、Fe膜の
代わりにFe−Ag膜を用いても、Cr膜を挟んで同様
な磁気的結合が起こる。ただし、Fe膜の代わりにFe
−Ag膜を用いた場合には、Agを含むために多層膜全
体を通じた磁気的結合の強さが弱くなる。
In a multilayer film in which a Cr film and an Fe film are laminated,
It is known that when the thickness of the Cr film is appropriately selected (about 0.7 nm), antiferromagnetic coupling occurs in which the magnetizations of the Fe films on both sides thereof are in parallel and opposite directions. Even when an Fe-Ag film is used instead of the Fe film, similar magnetic coupling occurs with the Cr film interposed. However, instead of the Fe film, Fe
-When an Ag film is used, the strength of the magnetic coupling throughout the entire multilayer film is reduced due to the inclusion of Ag.

【0093】そして、上記磁気機能素子10では、Cr
膜が偶数枚あるので、最下層のFe−Ag膜と、最上層
のFe−Ag膜との間には、両者の磁気モーメントを平
行で同じ向きに揃えようとする強磁性的結合が生じる。
In the magnetic function element 10, Cr
Since there are an even number of films, ferromagnetic coupling occurs between the lowermost Fe-Ag film and the uppermost Fe-Ag film so that their magnetic moments are parallel and aligned in the same direction.

【0094】ここで、最初に堆積されたFe−Ag膜
は、コバルト・フェライト薄膜からなる固定磁性層12
と強磁性的に結合する。一方、最後に堆積されたFe−
Ag膜の上には、酸化アルミニウムからなる絶縁層16
が形成されているが、この絶縁層16は極めて薄いため
に多数のピンホールをもっている。そのため、最上層の
Fe−Ag膜は、それらのピンホールを介して、その上
に形成されたNi−Fe合金薄膜からなる可動磁性層1
7と強磁性的に結合する。そして、固定磁性層12から
可動磁性層17までの結合を順にたどると、固定磁性層
12と可動磁性層17との間には、強磁性的結合が生じ
ることが分かる。これは、図7の上段に示した磁気特性
からの帰結とも一致している。
Here, the first deposited Fe—Ag film is a fixed magnetic layer 12 made of a cobalt ferrite thin film.
And ferromagnetically coupled. On the other hand, the last deposited Fe-
An insulating layer 16 made of aluminum oxide is formed on the Ag film.
However, since the insulating layer 16 is extremely thin, it has many pinholes. Therefore, the uppermost Fe—Ag film is formed through the pinholes through the movable magnetic layer 1 made of a Ni—Fe alloy thin film formed thereon.
7 and ferromagnetically. Then, when the coupling from the fixed magnetic layer 12 to the movable magnetic layer 17 is traced in order, it can be seen that ferromagnetic coupling occurs between the fixed magnetic layer 12 and the movable magnetic layer 17. This is consistent with the result from the magnetic characteristics shown in the upper part of FIG.

【0095】なお、上記磁気機能素子10では、導電体
層13に電流を供給したときに、固定磁性層12と可動
磁性層17との間の磁気的結合が弱まるが、このような
磁気的結合強度の減衰について、その要因をひとつに絞
り込むことは困難である。しかし、その機構は推定でき
る。すなわち、導電体層13に電流を供給すると、当該
電流によって導電体層13の中に過剰な電子散乱が生じ
て、積層膜の膜面に垂直な方向にスピンが運ばれ、上下
の磁性層間において交換結合を媒介している電子が乱さ
れて、磁気的結合が弱められると考えられる。また、電
流による温度上昇は、導電体層中の磁気秩序を弱めるも
のであるから、電流による温度上昇によって磁気的結合
が分断され、その結果、導電体層全体として媒介する磁
気的結合の強さが減衰するものと考えられる。
In the magnetic function element 10, when a current is supplied to the conductor layer 13, the magnetic coupling between the fixed magnetic layer 12 and the movable magnetic layer 17 is weakened. It is difficult to narrow down the cause of the strength attenuation to one. However, the mechanism can be estimated. That is, when a current is supplied to the conductor layer 13, the current causes excessive electron scattering in the conductor layer 13, and spins are carried in a direction perpendicular to the film surface of the stacked film, and between the upper and lower magnetic layers. It is believed that the electrons that mediate exchange coupling are disturbed and magnetic coupling is weakened. In addition, since the temperature rise due to the current weakens the magnetic order in the conductor layer, magnetic coupling is broken by the temperature rise due to the current, and as a result, the strength of the magnetic coupling mediated by the entire conductor layer is increased. Is thought to be attenuated.

【0096】ここで、導電体層13の一例を図11に示
す。図11に示す導電体層13Aは、複数の磁性層13
aと、それらの磁性層13aの間に配された中間層13
bとが積層されてなる。なお、図11に示す導電体層1
3Aでは、磁性層13aを4層、中間層13bを3層と
しているが、上述の磁気機能素子10において用いた導
電体層13では、磁性層13aを17層、中間層13b
を16層としている。ただし、これらの層数は特に限定
されるものではなく、所望する磁気的結合状態に応じて
適宜変更可能である。
Here, an example of the conductor layer 13 is shown in FIG. The conductor layer 13A shown in FIG.
a and an intermediate layer 13 disposed between the magnetic layers 13a.
b are laminated. The conductor layer 1 shown in FIG.
3A, the magnetic layer 13a has four layers and the intermediate layer 13b has three layers. However, in the conductor layer 13 used in the magnetic function element 10, the magnetic layer 13a has 17 layers, and the intermediate layer 13b has three layers.
Has 16 layers. However, the number of these layers is not particularly limited, and can be appropriately changed according to a desired magnetic coupling state.

【0097】また、上記磁気機能素子10の導電体層1
3では、磁性層13aとしてFe−Ag膜を使用し、中
間層13bとしてCr膜を使用したが、磁性層13aや
中間層13bの材料は、これらに限定されるものではな
い。
The conductor layer 1 of the magnetic function element 10
In No. 3, an Fe—Ag film was used as the magnetic layer 13a and a Cr film was used as the intermediate layer 13b, but the material of the magnetic layer 13a and the intermediate layer 13b is not limited to these.

【0098】例えば、磁性層13aには、Fe,Co,
Ni等の強磁性金属や、それらの強磁性金属を非磁性金
属で希釈した合金などを用いることができる。一方、中
間層13bには、Ti,V,Mn,Cu,Zr,Nb,
Mo,Ru,Rh,Pd,Ag,Hf,Ta,W,R
e,Ir,Pt,Auなど、殆どの金属が使用可能であ
る。また、上述した導電体層13で用いたように、室温
でそれ自身が反強磁性であるCrも、当然の事ながら中
間層13bとして使用可能である。そして、このような
積層構造を有する導電体層13Aにおいて、得られる磁
気的結合が強磁性的か反強磁性的か、或いは、それらの
磁気的結合の強度はどの程度であるかなどについては、
例えば、磁性層13aの種類や、中間層13bの厚さ
や、磁性層13a及び中間層13bの層数などによっ
て、様々に変更可能である。
For example, the magnetic layer 13a includes Fe, Co,
A ferromagnetic metal such as Ni or an alloy obtained by diluting the ferromagnetic metal with a non-magnetic metal can be used. On the other hand, the intermediate layer 13b includes Ti, V, Mn, Cu, Zr, Nb,
Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, R
Most metals such as e, Ir, Pt, and Au can be used. Further, Cr, which is itself antiferromagnetic at room temperature as used in the above-described conductor layer 13, can be used as the intermediate layer 13b as a matter of course. In the conductor layer 13A having such a laminated structure, whether the obtained magnetic coupling is ferromagnetic or antiferromagnetic, or the strength of the magnetic coupling is as follows.
For example, various changes can be made depending on the type of the magnetic layer 13a, the thickness of the intermediate layer 13b, the number of the magnetic layers 13a and the intermediate layers 13b, and the like.

【0099】なお、磁気機能素子10に使用される導電
体層13は、電気的入力に従って固体中の磁気的相互作
用の伝搬の仕方が変化する機能をもつものであれば良
い。したがって、導電体層13は、例えば、単相で磁気
秩序を示す物質と非磁性の物質との両方を含む複合材料
からなるものであっても良い。この場合は、多源のスパ
ッタ装置を用いるようなことなく導電体層13を形成で
き、導電体層13の形成が容易であるという利点があ
る。
The conductive layer 13 used in the magnetic function element 10 may have any function as long as it has a function of changing the manner of propagation of magnetic interaction in a solid in accordance with an electric input. Therefore, the conductor layer 13 may be made of, for example, a composite material containing both a single-phase magnetically ordered substance and a non-magnetic substance. In this case, there is an advantage that the conductor layer 13 can be formed without using a multi-source sputtering apparatus, and the formation of the conductor layer 13 is easy.

【0100】また、導電体層13は、強磁性組成の領域
と非磁性組成の領域とを交互に形成した積層薄膜又は組
成変調膜からなるものであっても良い。この場合は、導
電体層13の構造の制御がしやすいので、特性の再現性
が高いという利点がある。しかも、膜厚や積層周期を変
えることによって、材料設計や特性の合わせ込みを行う
ことも容易である。なお、図11に示した導電体層13
Aは、これに含まれる。
The conductor layer 13 may be formed of a laminated thin film or a composition modulation film in which regions of a ferromagnetic composition and regions of a nonmagnetic composition are alternately formed. In this case, since the structure of the conductor layer 13 can be easily controlled, there is an advantage that reproducibility of characteristics is high. Moreover, it is easy to adjust the material design and the characteristics by changing the film thickness and the lamination cycle. The conductor layer 13 shown in FIG.
A is included in this.

【0101】また、導電体層13は、強磁性組成の領域
と非磁性組成の領域とが3次元的に混じり合った構造と
されていても良い。この場合は、強さの異なる磁気結合
の経路が多数存在するので、弱い結合から順に切ってい
くようにすれば、磁気結合を漸減させることが可能とな
る。したがって、このような構造は、例えば、後述する
可変抵抗素子のように、アナログ的動作を行うような場
合に特に好適である。
The conductor layer 13 may have a structure in which a region having a ferromagnetic composition and a region having a nonmagnetic composition are three-dimensionally mixed. In this case, since there are many magnetic coupling paths having different strengths, it is possible to gradually reduce the magnetic coupling by cutting the weak coupling in order. Therefore, such a structure is particularly suitable for a case where an analog operation is performed, for example, as in a variable resistance element described later.

【0102】ここで、強磁性組成の領域と非磁性組成の
領域とが3次元的に混じり合った構造を有する導電体層
13の一例を図12に示す。図12に示す導電体層13
Bは、強磁性微粒子13cが非磁性体13dの内部に分
散した微粒子分散構造となされている。このような微粒
子分散構造の導電体層13Bでは、磁気的結合が強磁性
微粒子13cの間を飛び石のようにして伝わり、その結
果、導電体層13Bの上下に配された固定磁性層12と
可動磁性層17とが磁気的に結合することとなる。
Here, FIG. 12 shows an example of the conductor layer 13 having a structure in which a region having a ferromagnetic composition and a region having a nonmagnetic composition are three-dimensionally mixed. Conductor layer 13 shown in FIG.
B has a fine particle dispersion structure in which the ferromagnetic fine particles 13c are dispersed inside the nonmagnetic material 13d. In the conductive layer 13B having such a fine particle dispersed structure, the magnetic coupling is transmitted between the ferromagnetic fine particles 13c like a stepping stone, and as a result, the magnetic coupling with the fixed magnetic layer 12 disposed above and below the conductive layer 13B is movable. The magnetic layer 17 is magnetically coupled.

【0103】このとき、強磁性微粒子間の磁気的結合は
非常に弱く、当該磁気的結合は、電流が流れると過剰な
電子散乱や温度上昇などによって分断されやすい。すな
わち、微粒子分散構造の導電体層13Bの場合、その上
下に配された固定磁性層12と可動磁性層17との磁気
的結合は、強磁性微粒子間の微弱な磁気的結合に依存し
ており、導電体層13Bに流れる電流によってマクロな
磁気的結合が分断されやすい。
At this time, the magnetic coupling between the ferromagnetic fine particles is very weak, and the magnetic coupling is apt to be broken by excessive electron scattering or temperature rise when a current flows. That is, in the case of the conductive layer 13B having the fine particle dispersion structure, the magnetic coupling between the fixed magnetic layer 12 and the movable magnetic layer 17 disposed above and below the conductive layer 13B depends on the weak magnetic coupling between the ferromagnetic fine particles. In addition, macro magnetic coupling is likely to be broken by a current flowing through the conductor layer 13B.

【0104】なお、微粒子分散構造の導電体層13Bに
おいて、強磁性微粒子13cの材料には、積層構造の導
電体層13Aを構成する磁性層13aの材料として例示
したものと同様な材料が、いずれも使用可能である。ま
た、強磁性微粒子13cが分散される非磁性体13dの
材料には、積層構造の導電体層13Aを構成する中間層
13bの材料として例示したものと同様な材料が、いず
れも使用可能である。
In the conductive layer 13B having the fine particle dispersed structure, the material of the ferromagnetic fine particles 13c may be any of the same materials as those exemplified as the material of the magnetic layer 13a constituting the conductive layer 13A having the laminated structure. Can also be used. Further, as the material of the nonmagnetic material 13d in which the ferromagnetic fine particles 13c are dispersed, any of the same materials as those exemplified as the material of the intermediate layer 13b constituting the conductor layer 13A having the laminated structure can be used. .

【0105】ところで、このような微粒子分散構造を、
積層構造の一要素として用いることもできる。実際に、
上記磁気機能素子10では、導電体層13にFe−Ag
膜を用いたが、このFe−Ag膜は、非固溶の2相混合
系材料からなるので、正確には、微粒子分散構造になっ
ているとも言える。
By the way, such a fine particle dispersion structure is
It can also be used as one element of a laminated structure. actually,
In the magnetic function element 10, the conductor layer 13 has Fe—Ag
Although a film was used, since this Fe-Ag film is made of a non-solid solution two-phase mixed material, it can be said that, more precisely, it has a fine particle dispersed structure.

【0106】なお、磁気機能素子10に使用する導電体
層13としては、2つ以上の相が共存するようなものば
かりでなく、補償点付近の状態にある単相のフェリ磁性
体も利用可能である。補償点付近の状態にある単相のフ
ェリ磁性体は、外部刺激でマクロな磁気特性が顕著に変
化する。そこで、補償点付近の状態にある単相のフェリ
磁性体を導電体層13に用いることで、固定磁性層12
と可動磁性層17との磁気的結合状態を制御したり、あ
るいは可動磁性層17に対して直接に磁気的バイアスの
変調を行うようなことが可能である。
As the conductor layer 13 used in the magnetic function element 10, not only a layer in which two or more phases coexist, but also a single-phase ferrimagnetic substance in a state near a compensation point can be used. It is. In a single-phase ferrimagnetic material in the state near the compensation point, macroscopic magnetic characteristics are significantly changed by an external stimulus. Therefore, by using a single-phase ferrimagnetic material near the compensation point for the conductor layer 13, the fixed magnetic layer 12
It is possible to control the magnetic coupling state between the magnetic layer and the movable magnetic layer 17 or to directly modulate the magnetic bias on the movable magnetic layer 17.

【0107】2−1−5 出力の方法 上述した実験では、可動磁性層17の磁化方向のスイッ
チ動作の結果を、磁気光学的カー効果を利用して光学的
に検出した。このことは、換言すれば、上記磁気機能素
子10が、電気光学変調器として動作するということで
もある。しかし、可動磁性層17の磁化方向のスイッチ
動作の結果は、電気的出力として得ることもできる。
2-1-5 Output Method In the experiment described above, the result of the switching operation of the magnetization direction of the movable magnetic layer 17 was optically detected using the magneto-optical Kerr effect. In other words, this means that the magnetic function element 10 operates as an electro-optic modulator. However, the result of the switching operation of the magnetization direction of the movable magnetic layer 17 can be obtained as an electrical output.

【0108】可動磁性層17の磁化方向のスイッチ動作
の結果を電気的出力として得るときには、例えば、図1
3に示すように、可動磁性層17の上に非磁性金属から
なるスペーサー層30と、磁化方向が一定の方向を向く
ように固定された磁性金属からなる磁性層31とを配す
る。このように、可動磁性層17の上にスペーサー層3
0及び磁性層31を配することで、可動磁性層17、ス
ペーサー層30及び磁性層31のスピンパルプ動作によ
って、可動磁性層17の磁化方向の変化を抵抗変化とし
て検出することが可能となる。
When the result of the switching operation of the magnetization direction of the movable magnetic layer 17 is obtained as an electrical output, for example, as shown in FIG.
As shown in FIG. 3, a spacer layer 30 made of a non-magnetic metal and a magnetic layer 31 made of a magnetic metal fixed so that the magnetization direction is directed to a fixed direction are arranged on the movable magnetic layer 17. Thus, the spacer layer 3 is formed on the movable magnetic layer 17.
By disposing 0 and the magnetic layer 31, it is possible to detect a change in the magnetization direction of the movable magnetic layer 17 as a resistance change by the spin pulp operation of the movable magnetic layer 17, the spacer layer 30, and the magnetic layer 31.

【0109】具体的には例えば、図13に示すように、
可動磁性層17と磁性層31とを結ぶように出力回路3
2を構成する。このとき、可動磁性層17の磁化方向と
磁性層31の磁化方向とが成す角度に依存して抵抗が変
化し、出力回路に流れる出力電流の大きさが変化するこ
ととなる。
More specifically, for example, as shown in FIG.
The output circuit 3 connects the movable magnetic layer 17 and the magnetic layer 31.
Constituting No. 2. At this time, the resistance changes depending on the angle between the magnetization direction of the movable magnetic layer 17 and the magnetization direction of the magnetic layer 31, and the magnitude of the output current flowing through the output circuit changes.

【0110】なお、スピンパルプ動作を利用するのでは
なく、可動磁性層17の磁化方向のスイッチ動作の結果
を、トンネル磁気抵抗効果を利用して検出することも可
能である。トンネル磁気抵抗効果を利用するときには、
スペーサー層30に絶縁体を用いる。スペーサー層30
に絶縁体を用いた場合には、出力回路32に流れる出力
電流の大きさが、トンネル磁気抵抗効果によって変化す
ることとなる。
Instead of utilizing the spin pulp operation, the result of the switching operation of the magnetization direction of the movable magnetic layer 17 can be detected by utilizing the tunnel magnetoresistance effect. When using the tunnel magnetoresistance effect,
An insulator is used for the spacer layer 30. Spacer layer 30
When an insulator is used, the magnitude of the output current flowing through the output circuit 32 changes due to the tunnel magnetoresistance effect.

【0111】また、別の方法として、可動磁性層17に
4つの端子を適切に接続し、それら4端子を用いて、可
動磁性層17の磁化方向に依存するホール効果によって
電圧出力を得ることも可能である。
As another method, four terminals may be appropriately connected to the movable magnetic layer 17 and a voltage output may be obtained by the Hall effect depending on the magnetization direction of the movable magnetic layer 17 using the four terminals. It is possible.

【0112】2−2 一回書き込み型情報記録素子 つぎに、電流による交換相互作用の変調を利用した、一
回だけ書き込みが可能な情報記録素子について説明す
る。
2-2 Write-once Information Recording Element Next, a write-once information recording element utilizing modulation of exchange interaction by current will be described.

【0113】なお、以下の説明では、可動磁性層の磁化
方向をある方向に向かせようとする作用を駆動作用と称
する。そして、可動磁性層に対して駆動作用を働きかけ
る層のことを駆動層と称する。すなわち、以下の説明で
は、上述の磁気機能素子10における固定磁性層12及
び導電体層13に相当する部分をまとめて駆動層と称し
ている。
In the following description, the operation of causing the magnetization direction of the movable magnetic layer to be directed in a certain direction is referred to as a driving operation. A layer that exerts a driving action on the movable magnetic layer is called a driving layer. That is, in the following description, portions corresponding to the fixed magnetic layer 12 and the conductor layer 13 in the above-described magnetic function element 10 are collectively referred to as a drive layer.

【0114】2−2−1 正論理駆動型情報記録素子 電流による交換相互作用の変調を利用して、一回だけ書
き込みを可能とした情報記録素子の一例を図14に示
す。なお、図14は、情報記録素子の駆動原理を説明す
るための模式図であり、出力回路や入力回路の配線等に
ついては省略している。
2-2-1 FIG. 14 shows an example of an information recording element in which writing can be performed only once by utilizing the modulation of the exchange interaction by the positive logic drive type information recording element current. FIG. 14 is a schematic diagram for explaining the driving principle of the information recording element, and omits the wiring and the like of the output circuit and the input circuit.

【0115】図14に示すように、この情報記録素子4
0は、駆動層41の上に一軸磁気異方性を有する可動磁
性層42が形成されてなり、可動磁性層42の磁化の向
きにより、二値の記録を行うことが可能となっている。
なお、図14において、矢印M1は、可動磁性層42の
磁化方向を示しており、矢印A1は、駆動層41から可
動磁性層42に対して働く駆動作用を示している。
As shown in FIG. 14, this information recording element 4
0 indicates that a movable magnetic layer 42 having uniaxial magnetic anisotropy is formed on the drive layer 41, and binary recording can be performed depending on the direction of magnetization of the movable magnetic layer 42.
In FIG. 14, an arrow M1 indicates a magnetization direction of the movable magnetic layer 42, and an arrow A1 indicates a driving action acting on the movable magnetic layer 42 from the driving layer 41.

【0116】この情報記録素子40は、可動磁性層42
の磁化方向を変化させるときに駆動層41から可動磁性
層42に対して駆動作用A1が働く、いわば「正論理駆
動型」の素子である。以下、この情報記録素子40の駆
動原理について説明する。
This information recording element 40 has a movable magnetic layer 42
When the magnetization direction is changed, the driving action A1 acts on the movable magnetic layer 42 from the driving layer 41, that is, a so-called "positive logic drive type" element. Hereinafter, the driving principle of the information recording element 40 will be described.

【0117】この情報記録素子40では、図14(a)
に示すように、リセット状態において、可動磁性層42
の磁化方向M1を、駆動層41からの駆動作用A1の方
向とは逆向きとなるようにしておく。なお、図14の例
では、駆動作用A1の方向は左向きであり、リセット状
態では、可動磁性層42の磁化方向M1を右向きとして
いる。そして、このリセット状態においては、駆動層4
1から可動磁性層42に対して駆動作用A1が働かない
ように、駆動層41を構成する導電体層に電流を供給し
ておく。
In this information recording element 40, FIG.
In the reset state, as shown in FIG.
Is set to be opposite to the direction of the driving action A1 from the driving layer 41. In the example of FIG. 14, the direction of the driving action A1 is leftward, and in the reset state, the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 42 is rightward. In this reset state, the driving layer 4
A current is supplied to the conductive layer constituting the driving layer 41 so that the driving action A1 does not act on the movable magnetic layer 42 from 1.

【0118】そして、可動磁性層42の磁化方向M1を
変化させて情報を書き込む「ON状態」とするときに
は、駆動層41を構成する導電体層への電流の供給を止
める。これにより、駆動層41と可動磁性層42との間
に交換相互作用が働き、駆動層41から可動磁性層42
に対して駆動作用A1が働く。
Then, when the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 42 is changed to the "ON state" for writing information, the supply of the current to the conductor layer constituting the drive layer 41 is stopped. As a result, an exchange interaction acts between the driving layer 41 and the movable magnetic layer 42, and the driving layer 41
The driving action A1 works.

【0119】このとき、駆動層41から可動磁性層42
に対して働く駆動作用A1が、可動磁性層42の保磁力
を超える大きさをもつようにしておく。駆動作用A1が
可動磁性層42の保磁力を超えるようになされていれ
ば、図14(b)に示すように、ON状態となったとき
に、可動磁性層42の磁化が反転し、可動磁性層42の
磁化方向M1が、駆動作用A1の方向に揃うこととな
る。すなわち、図14の例では、ON状態となったとき
に、可動磁性層42の磁化方向M1が左向きとなるよう
に反転する。
At this time, the drive layer 41 is moved from the movable magnetic layer 42
Is greater than the coercive force of the movable magnetic layer 42. If the driving action A1 is made to exceed the coercive force of the movable magnetic layer 42, the magnetization of the movable magnetic layer 42 is reversed when it is turned on, as shown in FIG. The magnetization direction M1 of the layer 42 is aligned with the direction of the driving action A1. That is, in the example of FIG. 14, when the ON state is established, the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 42 is reversed so as to be leftward.

【0120】その後、駆動層41を構成する導電体層へ
の電流の供給を再開して、駆動層41から可動磁性層4
2に対して駆動作用A1が働かないようにしても、反転
した可動磁性層42の磁化方向M1は、一軸磁気異方性
のおかげで、図14(c)に示すように、そのまま保持
される。すなわち、駆動層41から可動磁性層42に対
して駆動作用A1が働かない状態においても、図14
(c)に示すように、可動磁性層42の磁化方向M1を
反転させたセット状態は保持される。
Thereafter, the supply of current to the conductor layer forming the drive layer 41 is restarted, and the drive layer 41
Even if the driving action A1 does not act on 2, the magnetization direction M1 of the inverted movable magnetic layer 42 is maintained as shown in FIG. 14C due to the uniaxial magnetic anisotropy. . That is, even in a state where the driving action A1 does not act on the movable magnetic layer 42 from the driving layer 41, FIG.
As shown in (c), the set state in which the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 42 is reversed is maintained.

【0121】以上のように、この情報記録素子40で
は、駆動層41を構成する導電体層への電流供給のON
/OFFを切り換えることにより、可動磁性層42の磁
化方向M1を反転させることが可能となっており、可動
磁性層42の磁化の向きにより、二値の記録を行うこと
が可能となっている。ただし、この情報記録素子40
は、リセット状態を保持するために、駆動層41を構成
する導電体層への電流供給を保ち続けなければならず、
不揮発性メモリとはならない。
As described above, in the information recording element 40, the ON of the current supply to the conductor layer forming the drive layer 41 is turned on.
By switching between / OFF, the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 42 can be reversed, and binary recording can be performed depending on the magnetization direction of the movable magnetic layer 42. However, this information recording element 40
Must maintain the current supply to the conductive layer constituting the drive layer 41 in order to maintain the reset state,
Not a non-volatile memory.

【0122】なお、本発明者は、以上のような情報記録
素子40として、図4及び図5に示した磁気機能素子1
0と同様に、コバルト・フェライト薄膜からなり−x方
向に着磁された固定磁性層と、Cr膜とFe−Ag膜と
を繰り返し積層した多層膜からなる導電体層と、酸化ア
ルミニウムからなる絶縁層と、x軸方向に磁化容易軸を
もつNi−Fe合金薄膜からなる可動磁性層とを、ガラ
ス基板上に形成した素子を実際に作製した。
The inventor of the present invention has adopted the information recording element 40 described above as having the magnetic function element 1 shown in FIGS.
0, a fixed magnetic layer made of a cobalt ferrite thin film and magnetized in the -x direction, a conductor layer made of a multilayer film in which a Cr film and an Fe-Ag film are repeatedly laminated, and an insulating material made of aluminum oxide An element in which a layer and a movable magnetic layer made of a Ni—Fe alloy thin film having an easy axis of magnetization in the x-axis direction were formed on a glass substrate was actually manufactured.

【0123】そして、導電体層への電流供給のON/O
FFを切り換えたときの可動磁性層の磁化方向の変化
を、磁気光学的カー効果を測定することにより調べた。
具体的には、先ず、導電体層に電流を供給した状態で+
x方向に40Oeの磁界を印加し、可動磁性層の磁化を
+x方向に揃えた。その後、導電体層に電流を供給した
まま印加磁界を取り去ったところ、可動磁性層の磁化は
+x方向に保持されていたが、電流供給を止めると−x
方向への磁化反転が観測された。
Then, ON / O of current supply to the conductor layer is performed.
The change in the magnetization direction of the movable magnetic layer when the FF was switched was examined by measuring the magneto-optical Kerr effect.
Specifically, first, in a state where a current is supplied to the conductor layer, +
A magnetic field of 40 Oe was applied in the x direction, and the magnetization of the movable magnetic layer was aligned in the + x direction. Thereafter, when the applied magnetic field was removed while the current was supplied to the conductor layer, the magnetization of the movable magnetic layer was maintained in the + x direction.
A magnetization reversal in the direction was observed.

【0124】このように、導電体層への電流供給のON
/OFFを切り換えることにより、可動磁性層の磁化方
向を変化させることができ、一回書き込みを行うことが
できることが確認された。ただし、ここでの可動磁性層
の磁化方向のスイッチ動作は、図9に示したような、可
動磁性層の磁化方向とx方向との成す角が約20゜から
約85゜の間で変化するスイッチ動作ではなく、平行/
反平行間でのスイッチ動作であった。
As described above, the current supply to the conductive layer is turned on.
By switching between / OFF, it was confirmed that the magnetization direction of the movable magnetic layer can be changed, and writing can be performed once. However, the switching operation of the magnetization direction of the movable magnetic layer here changes the angle between the magnetization direction of the movable magnetic layer and the x direction between about 20 ° and about 85 ° as shown in FIG. Not switch operation, but parallel /
The switch operation was between antiparallel.

【0125】2−2−2 負論理駆動型情報記録素子 電流による交換相互作用の変調を利用して、一回だけ書
き込みを可能とした情報記録素子の他の例を図15に示
す。なお、図15は、図14と同様に、情報記録素子の
駆動原理を説明するための模式図であり、出力回路や入
力回路の配線等については省略している。
FIG. 15 shows another example of an information recording element in which writing can be performed only once using the modulation of the exchange interaction by the current of the negative logic drive type information recording element . FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the driving principle of the information recording element, similarly to FIG. 14, and omits the wiring and the like of the output circuit and the input circuit.

【0126】この情報記録素子50は、図15に示すよ
うに、駆動層51の上に一軸磁気異方性を有する可動磁
性層52が形成され、更に、可動磁性層52の上に駆動
層51からの駆動作用とは逆向きの駆動作用を可動磁性
層52に働きかける反強磁性層53が形成されてなり、
可動磁性層52の磁化の向きにより、二値の記録を行う
ことが可能となっている。なお、図15において、矢印
A1は、駆動層51から可動磁性層52に対して働く駆
動作用を示しており、矢印A2は、反強磁性層53から
可動磁性層52に対して働く駆動作用を示しており、矢
印M1は、可動磁性層52の磁化方向を示している。
In this information recording element 50, as shown in FIG. 15, a movable magnetic layer 52 having uniaxial magnetic anisotropy is formed on a driving layer 51, and further, the driving layer 51 is formed on the movable magnetic layer 52. An antiferromagnetic layer 53 is formed to act on the movable magnetic layer 52 with a driving action opposite to the driving action from
Depending on the direction of magnetization of the movable magnetic layer 52, binary recording can be performed. In FIG. 15, an arrow A1 indicates a driving action acting on the movable magnetic layer 52 from the driving layer 51, and an arrow A2 indicates a driving action acting on the movable magnetic layer 52 from the antiferromagnetic layer 53. The arrow M1 indicates the magnetization direction of the movable magnetic layer 52.

【0127】この情報記録素子50は、駆動層51から
可動磁性層52に対して駆動作用A1が働かないように
したときに、可動磁性層52の磁化方向M1が変化す
る、いわば「負論理駆動型」の素子である。以下、この
情報記録素子50の駆動原理について説明する。
The information recording element 50 changes the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 52 when the driving action A1 does not act on the movable magnetic layer 52 from the drive layer 51. Type "element. Hereinafter, the driving principle of the information recording element 50 will be described.

【0128】この情報記録素子50では、図15(a)
に示すように、リセット状態において、可動磁性層52
の磁化方向M1を、駆動層51からの駆動作用A1の方
向と同じ向きとなるようにしておく。なお、図15の例
では、駆動作用A1の方向は右向きであり、リセット状
態では、可動磁性層52の磁化方向M1を右向きとして
いる。
In this information recording element 50, FIG.
In the reset state, as shown in FIG.
Is set to be the same as the direction of the driving action A1 from the driving layer 51. In the example of FIG. 15, the direction of the driving action A1 is rightward, and in the reset state, the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 52 is rightward.

【0129】この情報記録素子50において、リセット
状態のときには、駆動層51を構成する導電体層への電
流供給は行わない。したがって、リセット状態のとき、
可動磁性層52には、駆動層51からの駆動作用A1が
働いている。しかし、この情報記録素子50では、矢印
A2に示すように、駆動層51からの駆動作用A1とは
逆向きの駆動作用A2が、反強磁性層53から可動磁性
層52に働いており、駆動層51からの駆動作用A1
は、反強磁性層53からの駆動作用A2によって相殺さ
れる。しかし、可動磁性層52は一軸磁気異方性を有し
ているので、可動磁性層52の磁化方向M1は、駆動層
51からの駆動作用A1や反強磁性層53からの駆動作
用A2に依ることなく、最初に磁化された方向がそのま
ま保持される。
In the information recording element 50, in the reset state, no current is supplied to the conductive layer constituting the driving layer 51. Therefore, in the reset state,
The driving action A1 from the driving layer 51 acts on the movable magnetic layer 52. However, in the information recording element 50, as shown by an arrow A2, a driving action A2 in a direction opposite to the driving action A1 from the driving layer 51 acts on the movable magnetic layer 52 from the antiferromagnetic layer 53. Driving action A1 from layer 51
Are offset by the driving action A2 from the antiferromagnetic layer 53. However, since the movable magnetic layer 52 has uniaxial magnetic anisotropy, the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 52 depends on the driving action A1 from the driving layer 51 and the driving action A2 from the antiferromagnetic layer 53. Instead, the direction that was initially magnetized is maintained as it is.

【0130】そして、可動磁性層52の磁化方向M1を
変化させて情報を書き込む「ON状態」とするときに
は、駆動層51を構成する導電体層に電流を供給する。
これにより、駆動層51と可動磁性層52との間の交換
相互作用が弱められ、駆動層51から可動磁性層52に
対する駆動作用A1が働かなくなる。このとき、反強磁
性層53から可動磁性層52に対して働く駆動作用A2
が、可動磁性層52の保磁力を超える大きさをもつよう
にしておく。反強磁性層53からの駆動作用A2が可動
磁性層52の保磁力を超えるようになされていれば、図
15(b)に示すように、駆動層51から可動磁性層5
2に対する駆動作用A1が働かなくなったときに、可動
磁性層52の磁化が反転し、可動磁性層52の磁化方向
M1が、反強磁性層53からの駆動作用A2の方向に揃
うこととなる。すなわち、図15の例では、ON状態と
なったときに、可動磁性層52の磁化方向M1が左向き
となるように反転する。
Then, when the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 52 is changed to the “ON state” for writing information, a current is supplied to the conductive layer constituting the drive layer 51.
As a result, the exchange interaction between the driving layer 51 and the movable magnetic layer 52 is weakened, and the driving action A1 from the driving layer 51 to the movable magnetic layer 52 does not work. At this time, the driving action A2 acting on the movable magnetic layer 52 from the antiferromagnetic layer 53
Has a size exceeding the coercive force of the movable magnetic layer 52. If the driving action A2 from the antiferromagnetic layer 53 is made to exceed the coercive force of the movable magnetic layer 52, as shown in FIG.
When the driving action A1 for No. 2 stops working, the magnetization of the movable magnetic layer 52 is reversed, and the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 52 is aligned with the direction of the driving action A2 from the antiferromagnetic layer 53. That is, in the example of FIG. 15, when the ON state is established, the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 52 is reversed so as to be leftward.

【0131】その後、駆動層51を構成する導電体層へ
の電流供給を止めて、駆動層51から可動磁性層52に
対して駆動作用A1が働くようにしても、リセット状態
のときと同様に、駆動層51からの駆動作用A1は、反
強磁性層53からの駆動作用A2によって相殺される。
そして、可動磁性層52は一軸磁気異方性を有している
ので、反転した可動磁性層52の磁化方向M1は、図1
5(c)に示すように、そのまま保持される。すなわ
ち、駆動層51を構成する導電体層への電流供給を止
め、駆動層51から可動磁性層52に対して駆動作用A
1が働いている状態においても、図15(c)に示すよ
うに、可動磁性層52の磁化方向M1を反転させたセッ
ト状態は保持される。
Thereafter, even if the current supply to the conductive layer constituting the drive layer 51 is stopped and the drive action A1 acts on the movable magnetic layer 52 from the drive layer 51, the same as in the reset state. The driving action A1 from the driving layer 51 is canceled by the driving action A2 from the antiferromagnetic layer 53.
Since the movable magnetic layer 52 has uniaxial magnetic anisotropy, the magnetization direction M1 of the inverted movable magnetic layer 52 is
As shown in FIG. 5 (c), it is held as it is. That is, the current supply to the conductor layer forming the drive layer 51 is stopped, and the drive action A is applied from the drive layer 51 to the movable magnetic layer 52.
Even in the state where 1 is working, as shown in FIG. 15C, the set state where the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 52 is reversed is maintained.

【0132】以上のように、この情報記録素子50で
は、駆動層51を構成する導電体層52への電流供給の
ON/OFFを切り換えることにより、可動磁性層52
の磁化方向M1を反転させることが可能となっており、
可動磁性層52の磁化の向きにより、二値の記録を行う
ことが可能となっている。しかも、この情報記録素子5
0は、リセット状態やセット状態を保持するために、駆
動層51を構成する導電体層へ電流を供給する必要がな
い。すなわち、この情報記録素子50は、不揮発性メモ
リとなっている。
As described above, in the information recording element 50, by switching ON / OFF of the current supply to the conductor layer 52 constituting the drive layer 51, the movable magnetic layer 52
Can be reversed.
Depending on the direction of magnetization of the movable magnetic layer 52, binary recording can be performed. Moreover, the information recording element 5
0 means that there is no need to supply a current to the conductive layer constituting the drive layer 51 in order to maintain the reset state or the set state. That is, the information recording element 50 is a nonvolatile memory.

【0133】なお、本発明者は、以上のような情報記録
素子50として、図4及び図5に示した磁気機能素子1
0と同様に、コバルト・フェライト薄膜からなり+x方
向に着磁された固定磁性層と、Cr膜とFe−Ag膜と
を繰り返し積層した多層膜からなる導電体層と、酸化ア
ルミニウムからなる絶縁層と、x軸方向に磁化容易軸を
もつNi−Fe合金薄膜からなる可動磁性層とを、ガラ
ス基板上に形成し、更に、可動磁性層の上に、当該可動
磁性層に対して−x方向の駆動作用を働かせるRh−M
n膜からなる反強磁性層を形成した素子を実際に作製し
た。
The present inventor has made the information recording element 50 described above a magnetic functional element 1 shown in FIG. 4 and FIG.
0, a fixed magnetic layer composed of a cobalt ferrite thin film and magnetized in the + x direction, a conductor layer composed of a multilayer film in which a Cr film and an Fe-Ag film are repeatedly laminated, and an insulating layer composed of aluminum oxide And a movable magnetic layer made of a Ni—Fe alloy thin film having an easy axis of magnetization in the x-axis direction, formed on a glass substrate, and further placed on the movable magnetic layer in the −x direction with respect to the movable magnetic layer. Rh-M that works the driving action of
An element having an antiferromagnetic layer made of an n film was actually manufactured.

【0134】そして、導電体層への電流供給のON/O
FFを切り換えたときの可動磁性層の磁化方向の変化
を、磁気光学的カー効果を測定することにより調べた。
具体的には、先ず、導電体層に電流を供給していない状
態で、+x方向に磁界を印加し、可動磁性層の磁化を+
x方向に揃えた。その後、印加磁界を取り去ったとこ
ろ、可動磁性層の磁化は+x方向に保持されていたが、
導電体層に電流を供給すると、−x方向への磁化反転が
観測された。
Then, ON / O of the current supply to the conductor layer is performed.
The change in the magnetization direction of the movable magnetic layer when the FF was switched was examined by measuring the magneto-optical Kerr effect.
Specifically, first, a magnetic field is applied in the + x direction while no current is supplied to the conductor layer, and the magnetization of the movable magnetic layer is increased by +
Aligned in x direction. Thereafter, when the applied magnetic field was removed, the magnetization of the movable magnetic layer was maintained in the + x direction.
When current was supplied to the conductor layer, magnetization reversal in the -x direction was observed.

【0135】このように、導電体層への電流供給のON
/OFFを切り換えることにより、可動磁性層の磁化方
向を変化させることができ、一回書き込みを行うことが
できることが確認された。ただし、ここでの可動磁性層
の磁化方向のスイッチ動作は、図9に示したような、可
動磁性層の磁化方向とx方向との成す角が約20゜から
約85゜の間で変化するスイッチ動作ではなく、+x方
向から−x方向へのスイッチ動作であった。
As described above, the ON of the current supply to the conductor layer is performed.
By switching between / OFF, it was confirmed that the magnetization direction of the movable magnetic layer can be changed, and writing can be performed once. However, the switching operation of the magnetization direction of the movable magnetic layer here changes the angle between the magnetization direction of the movable magnetic layer and the x direction between about 20 ° and about 85 ° as shown in FIG. It was not a switch operation but a switch operation from the + x direction to the -x direction.

【0136】また、導電体層への電流供給のON/OF
Fを切り換えることにより、可動磁性層の磁化を一旦反
転させると、当該反転状態は電流供給を止めても保持さ
れた。すなわち、可動磁性層の上に反強磁性層を形成し
た素子が、不揮発性メモリとして動作することも確認さ
れた。
Also, ON / OF of the current supply to the conductor layer
Once the magnetization of the movable magnetic layer was inverted by switching F, the inverted state was maintained even after the current supply was stopped. That is, it was confirmed that the element in which the antiferromagnetic layer was formed on the movable magnetic layer operated as a nonvolatile memory.

【0137】2−3 書き換え可能型情報記録素子 電流による交換相互作用の変調を利用した、書き換え可
能型の情報記録素子の一例を図16に示す。なお、図1
6は、図14及び図15と同様に、情報記録素子の駆動
原理を説明するための模式図であり、出力回路や入力回
路の配線等については省略している。
2-3 An example of a rewritable information recording element utilizing the modulation of the exchange interaction by the rewritable information recording element current is shown in FIG. FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the driving principle of the information recording element, similarly to FIGS. 14 and 15, and omits the wiring and the like of the output circuit and the input circuit.

【0138】この情報記録素子60は、図16に示すよ
うに、一軸磁気異方性を有する可動磁性層61が、第1
の駆動層62と第2の駆動層63とに挟持された構造と
されており、可動磁性層61の磁化の向きにより、二値
の記録を行うことが可能となっている。
In this information recording element 60, as shown in FIG. 16, a movable magnetic layer 61 having uniaxial magnetic anisotropy has
Of the movable magnetic layer 61, so that binary recording can be performed depending on the direction of magnetization of the movable magnetic layer 61.

【0139】なお、図16において、矢印A1は、第1
の駆動層62から可動磁性層61に対して働く駆動作用
を示しており、矢印A2は、第2の駆動層63から可動
磁性層61に対して働く駆動作用を示しており、矢印M
1は、可動磁性層61の磁化方向を示している。
In FIG. 16, arrow A1 indicates the first arrow.
The arrow A2 indicates the driving action acting on the movable magnetic layer 61 from the second driving layer 63 to the movable magnetic layer 61, and the arrow M indicates the driving action acting on the movable magnetic layer 61 from the second driving layer 63.
Reference numeral 1 denotes the magnetization direction of the movable magnetic layer 61.

【0140】そして、可動磁性層61の磁化容易軸に沿
った方向をx方向としたとき、第1の駆動層62は、可
動磁性層61の磁化方向M1を+x方向(図16におけ
る右向きの方向)に向かせるように、可動磁性層61に
対して駆動作用A1を働かせる。一方、第2の駆動層6
3は、可動磁性層61の磁化方向M1を−x方向(図1
6における左向きの方向)に向かせるように、可動磁性
層61に対して駆動作用A2を働かせる。
When the direction along the easy axis of the movable magnetic layer 61 is defined as the x direction, the first drive layer 62 sets the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 61 in the + x direction (the rightward direction in FIG. 16). ), The driving action A1 is applied to the movable magnetic layer 61. On the other hand, the second driving layer 6
3 indicates that the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 61 is in the −x direction (FIG. 1).
6 (the leftward direction in FIG. 6), the driving action A2 is applied to the movable magnetic layer 61.

【0141】この情報記録素子60において、第1の駆
動層62から可動磁性層61への駆動作用A1を働かな
くすると、第2の駆動層63から可動磁性層61への駆
動作用A2により、可動磁性層61の磁化方向M1は、
−x方向を向くこととなる。一方、第2の駆動層63か
ら可動磁性層61への駆動作用A2を働かなくすると、
第1の駆動層62から可動磁性層61への駆動作用A1
により、可動磁性層61の磁化方向M1は、+x方向を
向くこととなる。
In this information recording element 60, if the driving action A1 from the first driving layer 62 to the movable magnetic layer 61 is not activated, the driving action A2 from the second driving layer 63 to the movable magnetic layer 61 causes the movable element A2 to move. The magnetization direction M1 of the magnetic layer 61 is
−x direction. On the other hand, if the driving action A2 from the second driving layer 63 to the movable magnetic layer 61 is not performed,
Driving action A1 from first driving layer 62 to movable magnetic layer 61
As a result, the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 61 is oriented in the + x direction.

【0142】また、この情報記録素子60において、第
1の駆動層62から可動磁性層61への駆動作用A1
と、第2の駆動層63から可動磁性層61への駆動作用
A2との両方が働いている場合は、第1の駆動層62か
らの駆動作用A1と、第2の駆動層63からの駆動作用
A2とが相殺し、可動磁性層61の磁化方向M1は、可
動磁性層自身の一軸磁気異方性によって安定化されて、
それまでの状態がそのまま保持される。
Further, in the information recording element 60, the driving action A1 from the first driving layer 62 to the movable magnetic layer 61 is performed.
When both the driving action A2 from the second driving layer 63 to the movable magnetic layer 61 and the driving action A1 from the first driving layer 62 and the driving action A2 from the second driving layer 63 are performed. The action A2 cancels out, and the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 61 is stabilized by the uniaxial magnetic anisotropy of the movable magnetic layer itself,
The state up to that point is kept as it is.

【0143】以下、この情報記録素子60の駆動原理に
ついて、更に詳細に説明する。
Hereinafter, the driving principle of the information recording element 60 will be described in more detail.

【0144】図16(a)に、可動磁性層61の磁化方
向M1が+x方向(図中右方向)に保たれている状態を
示す。このとき、第1の駆動層62を構成する導電体層
への電流供給、及び第2の駆動層63を構成する導電体
層への電流供給は行わない。したがって、可動磁性層6
1には、第1の駆動層62からの駆動作用A1と、第2
の駆動層63からの駆動作用A2との両方が働く。しか
し、第1の駆動層62からの駆動作用A1の方向と、第
2の駆動層63からの駆動作用A2の方向とは互いに逆
向きであるので、第1の駆動層62からの駆動作用A1
と、第2の駆動層63からの駆動作用A2とは相殺す
る。そのため、可動磁性層61の磁化方向M1は、可動
磁性層自身の一軸磁気異方性によって安定化されて、そ
れまでの状態(ここでは、可動磁性層61の磁化方向M
1が+x方向を向いている状態)がそのまま保持され
る。
FIG. 16A shows a state in which the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 61 is kept in the + x direction (right direction in the figure). At this time, no current is supplied to the conductor layer forming the first driving layer 62 and no current is supplied to the conductor layer forming the second driving layer 63. Therefore, the movable magnetic layer 6
1 includes a driving action A1 from the first driving layer 62 and a second driving action A1.
And the driving action A2 from the driving layer 63 works. However, since the direction of the driving action A1 from the first driving layer 62 and the direction of the driving action A2 from the second driving layer 63 are opposite to each other, the driving action A1 from the first driving layer 62 is opposite.
And the driving action A2 from the second driving layer 63 cancels out. Therefore, the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 61 is stabilized by the uniaxial magnetic anisotropy of the movable magnetic layer itself, and the state up to that point (here, the magnetization direction M
1 is in the + x direction).

【0145】つぎに、図16(b)に、可動磁性層61
の磁化方向M1を+x方向(図中右方向)から−x方向
(図中左方向)に書き換えるときの状態を示す。このと
きは、第1の駆動層62を構成する導電体層に電流を供
給する。これにより、第1の駆動層62から可動磁性層
61への駆動作用A1が働かなくなる。一方、第2の駆
動層63を構成する導電体層への電流供給は行わない。
したがって、可動磁性層61には、第2の駆動層63か
らの駆動作用A2が働く。
Next, FIG. 16B shows the movable magnetic layer 61.
Shows the state when the magnetization direction M1 is rewritten from the + x direction (right direction in the figure) to the −x direction (left direction in the figure). At this time, a current is supplied to the conductor layer that forms the first driving layer 62. As a result, the driving action A1 from the first driving layer 62 to the movable magnetic layer 61 does not work. On the other hand, no current is supplied to the conductor layer forming the second drive layer 63.
Therefore, the driving action A2 from the second driving layer 63 acts on the movable magnetic layer 61.

【0146】このとき、第2の駆動層63から可動磁性
層61に対して働く駆動作用A2が、可動磁性層61の
保磁力を超える大きさをもつようにしておく。第2の駆
動層63からの駆動作用A2が可動磁性層61の保磁力
を超えるようになされていれば、図16(b)に示すよ
うに、第1の駆動層62からの駆動作用A1が働かなく
なったときに、可動磁性層61の磁化が+x方向(図中
右方向)から−x方向(図中左方向)に反転し、可動磁
性層61の磁化方向M1が、第2の駆動層63からの駆
動作用A2の方向に揃うこととなる。
At this time, the driving action A2 acting on the movable magnetic layer 61 from the second drive layer 63 is set to have a magnitude exceeding the coercive force of the movable magnetic layer 61. If the driving action A2 from the second driving layer 63 is made to exceed the coercive force of the movable magnetic layer 61, the driving action A1 from the first driving layer 62 becomes as shown in FIG. When it stops working, the magnetization of the movable magnetic layer 61 is reversed from the + x direction (right direction in the figure) to the -x direction (left direction in the figure), and the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 61 is changed to the second drive layer. It is aligned in the direction of the driving action A2 from 63.

【0147】つぎに、図16(c)に、可動磁性層61
の磁化方向M1が−x方向(図中右方向)に保たれてい
る状態を示す。このとき、第1の駆動層62を構成する
導電体層への電流供給、及び第2の駆動層63を構成す
る導電体層への電流供給は行わない。したがって、可動
磁性層61には、第1の駆動層62からの駆動作用A1
と、第2の駆動層63からの駆動作用A2との両方が働
く。しかし、第1の駆動層62からの駆動作用A1の方
向と、第2の駆動層63からの駆動作用A2の方向とは
互いに逆向きであるので、第1の駆動層62からの駆動
作用A1と、第2の駆動層63からの駆動作用A2とは
相殺する。そのため、可動磁性層61の磁化方向M1
は、可動磁性層自身の一軸磁気異方性によって安定化さ
れて、それまでの状態(ここでは、可動磁性層61の磁
化方向M1が−x方向を向いている状態)がそのまま保
持される。
Next, FIG. 16C shows the movable magnetic layer 61.
Is maintained in the -x direction (right direction in the figure). At this time, no current is supplied to the conductor layer forming the first driving layer 62 and no current is supplied to the conductor layer forming the second driving layer 63. Therefore, the driving action A1 from the first driving layer 62 is applied to the movable magnetic layer 61.
And the driving action A2 from the second driving layer 63 works. However, since the direction of the driving action A1 from the first driving layer 62 and the direction of the driving action A2 from the second driving layer 63 are opposite to each other, the driving action A1 from the first driving layer 62 is opposite. And the driving action A2 from the second driving layer 63 cancels out. Therefore, the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 61
Is stabilized by the uniaxial magnetic anisotropy of the movable magnetic layer itself, and the previous state (here, the state in which the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 61 is oriented in the −x direction) is maintained as it is.

【0148】つぎに、図16(d)に、可動磁性層61
の磁化方向M1を−x方向(図中左方向)から+x方向
(図中右方向)に書き換えるときの状態を示す。このと
きは、第2の駆動層63を構成する導電体層に電流を供
給する。これにより、第2の駆動層63から可動磁性層
61への駆動作用A2が働かなくなる。一方、第1の駆
動層62を構成する導電体層への電流供給は行わない。
したがって、可動磁性層61には、第1の駆動層62か
らの駆動作用A1が働く。
Next, FIG. 16D shows the movable magnetic layer 61.
Shows a state in which the magnetization direction M1 is rewritten from the −x direction (left direction in the drawing) to the + x direction (right direction in the drawing). At this time, a current is supplied to the conductor layer forming the second drive layer 63. As a result, the driving action A2 from the second driving layer 63 to the movable magnetic layer 61 does not work. On the other hand, no current is supplied to the conductor layer forming the first drive layer 62.
Therefore, the driving action A1 from the first driving layer 62 acts on the movable magnetic layer 61.

【0149】このとき、第1の駆動層62から可動磁性
層61に対して働く駆動作用A1が、可動磁性層61の
保磁力を超える大きさをもつようにしておく。第1の駆
動層62からの駆動作用A1が可動磁性層61の保磁力
を超えるようになされていれば、図16(d)に示すよ
うに、第2の駆動層63からの駆動作用A2が働かなく
なったときに、可動磁性層61の磁化が−x方向(図中
左方向)から+x方向(図中右方向)に反転し、可動磁
性層61の磁化方向M1が、第1の駆動層62からの駆
動作用A1の方向に揃うこととなる。
At this time, the driving action A1 acting on the movable magnetic layer 61 from the first driving layer 62 has a magnitude exceeding the coercive force of the movable magnetic layer 61. If the driving action A1 from the first driving layer 62 is made to exceed the coercive force of the movable magnetic layer 61, the driving action A2 from the second driving layer 63 becomes as shown in FIG. When the movable magnetic layer 61 stops operating, the magnetization of the movable magnetic layer 61 is reversed from the −x direction (left direction in the figure) to the + x direction (right direction in the figure), and the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 61 is changed to the first driving layer. The driving action A1 from the direction 62 is aligned.

【0150】以上のように、この情報記録素子60で
は、第1の駆動層62を構成する導電体層への電流供給
のON/OFFや、第2の駆動層63を構成する導電体
層への電流供給のON/OFFを切り換えることによ
り、可動磁性層61の磁化方向M1を反転させることが
可能となっており、可動磁性層61の磁化の向きによ
り、二値の記録を行うことが可能となっている。しか
も、この情報記録素子60では、可動磁性層61の磁化
方向M1を繰り返し反転させることが可能であり、記録
した情報の書き換えを繰り返し行うことが可能となって
いる。さらに、この情報記録素子60は、可動磁性層6
1の磁化方向M1を保持するために、第1の駆動層62
を構成する導電体層や、第2駆動層63を構成する導電
体層へ電流を供給する必要がない。すなわち、この情報
記録素子60は、不揮発性メモリとなっている。
As described above, in the information recording element 60, ON / OFF of the current supply to the conductor layer forming the first driving layer 62 and the current supply to the conductor layer forming the second driving layer 63 are controlled. By switching the current supply ON / OFF, the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 61 can be reversed, and binary recording can be performed according to the magnetization direction of the movable magnetic layer 61. It has become. Moreover, in the information recording element 60, the magnetization direction M1 of the movable magnetic layer 61 can be repeatedly reversed, and the recorded information can be repeatedly rewritten. Further, the information recording element 60 includes the movable magnetic layer 6.
In order to maintain the magnetization direction M1, the first driving layer 62
It is not necessary to supply a current to the conductive layer forming the second driving layer 63 or the conductive layer forming the second driving layer 63. That is, the information recording element 60 is a nonvolatile memory.

【0151】ところで、以上の説明で挙げた情報記録素
子40,50,60では、可動磁性層42,52,61
として一軸磁気異方性を有するものを使用して、二値記
録を行えるようにしていた。しかし、これらの可動磁性
層42,52,61には、磁化の向きに対する異方性エ
ネルギーの極小点が3つ以上存在するようなものを使用
するようにしても良い。可動磁性層42,52,61と
して、磁化の向きに対する異方性エネルギーの極小点が
3つ以上存在するようなものを使用するようにした場合
には、一つの可動磁性層により、三値以上の多値記録を
行うことが可能となる。
By the way, in the information recording elements 40, 50, 60 described above, the movable magnetic layers 42, 52, 61
A binary recording can be performed by using a magnetic recording medium having uniaxial magnetic anisotropy. However, the movable magnetic layers 42, 52, and 61 may be those having three or more minimum points of anisotropic energy with respect to the direction of magnetization. When the movable magnetic layers 42, 52, and 61 have three or more minimum points of anisotropic energy with respect to the direction of magnetization, one movable magnetic layer may have three or more values. Can be performed.

【0152】2−4 可変抵抗素子 電流による交換相互作用の変調を利用した、可変抵抗素
子の一例を図17に示す。
2-4 FIG. 17 shows an example of the variable resistance element utilizing the modulation of the exchange interaction by the current of the variable resistance element.

【0153】図17に示す可変抵抗素子80は、図13
に示した素子(可動磁性層の磁化方向のスイッチ動作の
結果を電気的出力として得るようにした素子)と同様に
構成されている。すなわち、この可変抵抗素子80は、
図17に示すように、磁化方向Maが一定の方向を向く
ように固定された第1の固定磁性層81と、固定磁性層
81の上に形成された導電体層82と、導電体層82の
上に形成された可動磁性層83と、可動磁性層83の上
に形成された非磁性金属からなるスペーサー層84と、
磁化方向Mbが一定の方向を向くように固定された磁性
金属からなる第2の固定磁性層85とを備えている。
The variable resistance element 80 shown in FIG.
(Element in which the result of the switching operation of the magnetization direction of the movable magnetic layer is obtained as an electrical output). That is, the variable resistance element 80
As shown in FIG. 17, a first fixed magnetic layer 81 fixed so that the magnetization direction Ma is oriented in a fixed direction, a conductor layer 82 formed on the fixed magnetic layer 81, and a conductor layer 82 A movable magnetic layer 83 formed thereon, a spacer layer 84 made of a non-magnetic metal formed on the movable magnetic layer 83,
A second fixed magnetic layer 85 made of a magnetic metal and fixed so that the magnetization direction Mb is directed to a fixed direction.

【0154】この可変抵抗素子80では、導電体層82
に電流を流すことで、第1の固定磁性層81と可動磁性
層83との間の磁気的結合状態を変化させて、可動磁性
層83の磁化方向Mcを制御する。ここで、導電体層8
2には、入力電流値に対する第1の固定磁性層71と可
動磁性層83との間の磁気的結合状態の変化の度合い
が、比較的に緩やかな材料を用いたほうが好ましい。磁
気的結合状態の変化の度合いが比較的に緩やかな材料を
用いることにより、導電体層82への電流入力によって
可動磁性層83の磁化方向Mcを、ほぼ無段階に変化さ
せることが可能となる。
In the variable resistance element 80, the conductor layer 82
, The magnetic coupling state between the first fixed magnetic layer 81 and the movable magnetic layer 83 is changed, and the magnetization direction Mc of the movable magnetic layer 83 is controlled. Here, the conductor layer 8
For 2, it is preferable to use a material in which the degree of change in the magnetic coupling state between the first fixed magnetic layer 71 and the movable magnetic layer 83 with respect to the input current value is relatively gentle. By using a material whose degree of change in the magnetic coupling state is relatively gentle, the magnetization direction Mc of the movable magnetic layer 83 can be changed almost steplessly by current input to the conductor layer 82. .

【0155】なお、入力電流値に対する磁気的結合状態
の変化の度合いを比較的に緩やかなものとするには、具
体的には例えば、導電体層13に、強磁性組成の領域と
非磁性組成の領域とが3次元的に混じり合った構造のも
のを用いれば良い。上述したように、強磁性組成の領域
と非磁性組成の領域とが3次元的に混じり合った構造の
ものでは、強さの異なる磁気結合の経路が多数存在する
ので、弱い結合から順に切っていくようにすれば、磁気
結合を漸減させることが可能である。したがって、導電
体層82への電流入力によって可動磁性層83の磁化方
向Mcを、ほぼ無段階に変化させて、アナログ的に動作
させることが可能となる。
In order to make the degree of change in the magnetic coupling state relative to the input current value relatively gentle, specifically, for example, a region having a ferromagnetic composition and a region having a non-magnetic composition May be used in a structure in which these regions are mixed three-dimensionally. As described above, in a structure in which the region of the ferromagnetic composition and the region of the nonmagnetic composition are mixed three-dimensionally, there are many magnetic coupling paths having different strengths. By doing so, it is possible to gradually reduce the magnetic coupling. Accordingly, the magnetization direction Mc of the movable magnetic layer 83 can be changed almost steplessly by the current input to the conductor layer 82, and the movable magnetic layer 83 can be operated in an analog manner.

【0156】また、この可変抵抗素子80では、可動磁
性層83、スペーサー層84及び第2の固定磁性層85
によってスピンバルブが構成されており、可動磁性層8
3の磁化方向Mcが変化すると、可動磁性層83、スペ
ーサー層84及び第2の固定磁性層85のスピンパルプ
動作によって、可動磁性層83、スペーサー層84及び
第2の固定磁性層85に至る経路の電気抵抗が変化す
る。
In the variable resistance element 80, the movable magnetic layer 83, the spacer layer 84, and the second fixed magnetic layer 85
A spin valve is constituted by the movable magnetic layer 8.
When the magnetization direction Mc of the third magnetic layer changes, the spin pulp operation of the movable magnetic layer 83, the spacer layer 84, and the second fixed magnetic layer 85 causes the path to reach the movable magnetic layer 83, the spacer layer 84, and the second fixed magnetic layer 85. Changes the electrical resistance of the

【0157】すなわち、この可変抵抗素子80では、導
電体層82に電流を流すことで、第1の固定磁性層81
と可動磁性層83との間の磁気的結合状態を変化させ
て、可動磁性層83の磁化方向Mcを制御することが可
能となっており、このように可動磁性層83の磁化方向
Mcを制御することにより、可動磁性層83、スペーサ
ー層84及び第2の固定磁性層85に至る経路の電気抵
抗を制御することが可能となっている。
That is, in this variable resistance element 80, by passing a current through the conductor layer 82, the first fixed magnetic layer 81
The magnetization direction Mc of the movable magnetic layer 83 can be controlled by changing the magnetic coupling state between the movable magnetic layer 83 and the movable magnetic layer 83. Thus, the magnetization direction Mc of the movable magnetic layer 83 is controlled. By doing so, it is possible to control the electric resistance of the path leading to the movable magnetic layer 83, the spacer layer 84, and the second fixed magnetic layer 85.

【0158】この可変抵抗素子80は、例えば、図17
に示すような回路構成とし、可動磁性層83、スペーサ
ー層84及び第2の固定磁性層85によって構成される
スピンバルブを適切な動作点をもつように設定すること
で、アナログ増幅器として使用することもできる。すな
わち、図17に示すような回路構成とすることにより、
導電体層82への小さな電流入力で、出力側の大電流回
路のインピーダンスを変化させる増幅動作が可能にな
る。
This variable resistance element 80 is, for example, as shown in FIG.
By using a circuit configuration as shown in FIG. 1 and setting the spin valve composed of the movable magnetic layer 83, the spacer layer 84, and the second fixed magnetic layer 85 to have an appropriate operating point, it can be used as an analog amplifier. Can also. That is, by adopting a circuit configuration as shown in FIG.
With a small current input to the conductor layer 82, an amplification operation that changes the impedance of the large current circuit on the output side becomes possible.

【0159】[0159]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る磁化制御方法及び情報記録方法では、磁性層間の磁気
的結合状態を変化させることで磁性層の磁化方向を制御
するようにしているので、磁性層の磁化方向を制御する
にあたって、微細化に伴うクロストークの発生や保磁力
の低下といった問題を回避することができる。そして、
そのような磁化制御方法を利用した本発明に係る磁気機
能素子、情報記録素子及び可変抵抗素子は、微細化を進
めても、クロストークの発生や保磁力の低下といった問
題を回避することができる。したがって、本発明によれ
ば、更なる高集積化を図った磁気メモリ等を実現するよ
うなことが可能となる。
As described above in detail, in the magnetization control method and the information recording method according to the present invention, the magnetization direction of the magnetic layer is controlled by changing the magnetic coupling state between the magnetic layers. Therefore, in controlling the magnetization direction of the magnetic layer, it is possible to avoid problems such as generation of crosstalk and reduction of coercive force due to miniaturization. And
The magnetic function element, the information recording element, and the variable resistance element according to the present invention using such a magnetization control method can avoid problems such as generation of crosstalk and reduction of coercive force even when miniaturization is advanced. . Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a magnetic memory or the like with higher integration.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】磁性体Aと磁性体Bとが接触している構造を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a structure in which a magnetic body A and a magnetic body B are in contact with each other.

【図2】磁性体Aと磁性体Bとの間に中間層Cが存在し
ている構造を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a structure in which an intermediate layer C exists between a magnetic body A and a magnetic body B.

【図3】情報記録素子のセル寸法Lと、記録担体の駆動
に用いることができる駆動磁界Hとの関係を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a cell dimension L of an information recording element and a driving magnetic field H that can be used for driving a record carrier.

【図4】本発明を適用した磁気機能素子の一例を示す平
面図である。
FIG. 4 is a plan view showing an example of a magnetic function element to which the present invention is applied.

【図5】本発明を適用した磁気機能素子の一例を示す図
であり、図4のX1−X2線における断面図である。
5 is a diagram illustrating an example of a magnetic function element to which the present invention is applied, and is a cross-sectional view taken along line X1-X2 in FIG.

【図6】直交する2方向(x方向,y方向)の磁化成分
の測定方法を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a method of measuring magnetization components in two orthogonal directions (x direction and y direction).

【図7】磁気機能素子の直交する2方向(x方向,y方
向)の磁化履歴の測定結果を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing measurement results of magnetization histories of a magnetic functional element in two orthogonal directions (x direction and y direction).

【図8】非磁性基板上に形成されたNi−Fe合金薄膜
の磁化曲線を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a magnetization curve of a Ni—Fe alloy thin film formed on a nonmagnetic substrate.

【図9】磁気機能素子の可動磁性層の磁化方向を示す図
であり、導電体層に電流を供給した通電状態のときの磁
化方向と、導電体層に電流を供給していない状態のとき
の磁化方向とを示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the magnetization direction of the movable magnetic layer of the magnetic function element, showing the magnetization direction when an electric current is supplied to the conductor layer, and the magnetization direction when no electric current is supplied to the conductor layer. FIG. 4 is a diagram showing the magnetization directions of the magnetic field.

【図10】導電体層に供給する電流のON/OFFを切
り換えたときの、磁気機能素子の直交する2方向(x方
向,y方向)の磁化の時間変化を観測した結果を示す図
である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a result of observing a time change of magnetization in two orthogonal directions (x direction and y direction) of the magnetic function element when switching ON / OFF of a current supplied to a conductor layer. .

【図11】積層構造の導電体層の構造を模式的に示す図
である。
FIG. 11 is a diagram schematically showing the structure of a conductor layer having a laminated structure.

【図12】微粒子分散構造の導電体層の構造を模式的に
示す図である。
FIG. 12 is a diagram schematically showing the structure of a conductor layer having a fine particle dispersion structure.

【図13】可動磁性層の磁化方向のスイッチ動作の結果
を電気的出力として得るようにしたときの、磁気機能素
子及びその周辺回路の構成を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing the configuration of the magnetic function element and its peripheral circuit when the result of the switching operation of the magnetization direction of the movable magnetic layer is obtained as an electrical output.

【図14】1回書き込み可能型情報記録素子であって負
論理駆動型の素子について、その駆動原理を説明するた
めの模式図であり、図14(a)はリセット状態を示す
図、図14(b)はON状態を示す図、図14(c)は
セット状態を示す図である。
FIG. 14 is a schematic diagram for explaining the driving principle of a negative-write drive type information recording element which is a one-time writable type information recording element. FIG. 14 (a) is a view showing a reset state. 14B is a diagram showing an ON state, and FIG. 14C is a diagram showing a set state.

【図15】1回書き込み可能型情報記録素子であって正
論理駆動型の素子について、その駆動原理を説明するた
めの模式図であり、図15(a)はリセット状態を示す
図、図15(b)はON状態を示す図、図15(c)は
セット状態を示す図である。
FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the driving principle of a positive-write drive type information recording element which is a once-writable information recording element, and FIG. 15A shows a reset state; FIG. 15B shows the ON state, and FIG. 15C shows the set state.

【図16】書き換え可能型情報記録素子について、その
駆動原理を説明するための模式図であり、図16(a)
は可動磁性層の磁化方向が右向きに保持されている状態
を示す図、図16(b)は可動磁性層の磁化方向を左向
きに書き換えるときの状態を示す図、図16(c)は可
動磁性層の磁化方向が左向きに保持されている状態を示
す図、図16(d)は可動磁性層の磁化方向を右向きに
書き換えるときの状態を示す図である。
FIG. 16 is a schematic diagram for explaining the driving principle of the rewritable information recording element, and FIG.
FIG. 16B shows a state in which the magnetization direction of the movable magnetic layer is held rightward, FIG. 16B shows a state in which the magnetization direction of the movable magnetic layer is rewritten leftward, and FIG. FIG. 16D shows a state in which the magnetization direction of the layer is held to the left, and FIG. 16D shows a state in which the magnetization direction of the movable magnetic layer is rewritten to the right.

【図17】本発明を適用した可変抵抗素子の一例を示す
図である。
FIG. 17 is a diagram showing an example of a variable resistance element to which the present invention is applied.

【図18】スピントランジスタの構成を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a spin transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 磁気機能素子、 11 ガラス基板、 12 固
定磁性層、 13 導電体層、 14,15 電極、
16 絶縁層、 17 可動磁性層
Reference Signs List 10 magnetic functional element, 11 glass substrate, 12 fixed magnetic layer, 13 conductor layer, 14, 15 electrode,
16 insulating layer, 17 movable magnetic layer

Claims (27)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導電性を有する材料を含む導電体層が磁
性層の間に位置するように、導電体層と複数の磁性層と
が積層されてなる積層体を構成し、 上記積層体の導電体層に電流を流すことで、磁性層間の
磁気的結合状態を変化させて、磁性層の磁化方向を制御
することを特徴とする磁化制御方法。
1. A laminate comprising a conductor layer and a plurality of magnetic layers laminated so that a conductor layer containing a conductive material is located between magnetic layers, A magnetization control method characterized by changing a magnetic coupling state between magnetic layers by passing a current through a conductor layer to control a magnetization direction of the magnetic layer.
【請求項2】 上記導電体層は、単相で磁気秩序を示す
物質と非磁性の物質との両方を含む複合材料からなるこ
とを特徴とする請求項1記載の磁化制御方法。
2. The magnetization control method according to claim 1, wherein the conductor layer is made of a composite material containing both a single-phase magnetically ordered substance and a non-magnetic substance.
【請求項3】 上記導電体層は、強磁性組成の領域と非
磁性組成の領域とを交互に形成した積層薄膜又は組成変
調膜からなることを特徴とする請求項1記載の磁化制御
方法。
3. The magnetization control method according to claim 1, wherein the conductor layer is formed of a laminated thin film or a composition modulation film in which regions having a ferromagnetic composition and regions having a nonmagnetic composition are alternately formed.
【請求項4】 上記導電体層は、強磁性組成の領域と非
磁性組成の領域とが3次元的に混じり合った構造とされ
ていることを特徴とする請求項1記載の磁化制御方法。
4. The magnetization control method according to claim 1, wherein the conductor layer has a structure in which a region having a ferromagnetic composition and a region having a nonmagnetic composition are mixed three-dimensionally.
【請求項5】 上記導電体層の上層及び下層に、当該導
電体層よりも電気抵抗の高い材料からなる層を配するこ
とを特徴とする請求項1記載の磁化制御方法。
5. The magnetization control method according to claim 1, wherein a layer made of a material having a higher electric resistance than the conductor layer is provided as an upper layer and a lower layer of the conductor layer.
【請求項6】 導電性を有する材料を含む導電体層が磁
性層の間に位置するように、導電体層と複数の磁性層と
が積層されてなる積層体を備え、 上記積層体の導電体層に電流を流すことで、磁性層間の
磁気的結合状態を変化させて、磁性層の磁化方向を制御
することを特徴とする磁気機能素子。
6. A laminate comprising a conductor layer and a plurality of magnetic layers laminated so that a conductor layer containing a conductive material is located between magnetic layers, A magnetic function element characterized in that a current flows through a body layer to change a magnetic coupling state between magnetic layers, thereby controlling a magnetization direction of the magnetic layer.
【請求項7】 磁気光学効果を用いて、磁性層の磁化状
態に対応した出力を行うことを特徴とする請求項6記載
の磁気機能素子。
7. The magnetic functional element according to claim 6, wherein an output corresponding to the magnetization state of the magnetic layer is performed using a magneto-optical effect.
【請求項8】 上記導電体層は、単相で磁気秩序を示す
物質と非磁性の物質との両方を含む複合材料からなるこ
とを特徴とする請求項6記載の磁気機能素子。
8. The magnetic function element according to claim 6, wherein the conductor layer is made of a composite material containing both a substance exhibiting magnetic order in a single phase and a nonmagnetic substance.
【請求項9】 上記導電体層は、強磁性組成の領域と非
磁性組成の領域とを交互に形成した積層薄膜又は組成変
調膜からなることを特徴とする請求項6記載の磁気機能
素子。
9. The magnetic function element according to claim 6, wherein the conductor layer is formed of a laminated thin film or a composition modulation film in which regions of a ferromagnetic composition and regions of a nonmagnetic composition are alternately formed.
【請求項10】 上記導電体層は、強磁性組成の領域と
非磁性組成の領域とが3次元的に混じり合った構造とさ
れていることを特徴とする請求項6記載の磁気機能素
子。
10. The magnetic function element according to claim 6, wherein the conductor layer has a structure in which a region having a ferromagnetic composition and a region having a nonmagnetic composition are three-dimensionally mixed.
【請求項11】 上記導電体層の上層及び下層に、当該
導電体層よりも電気抵抗の高い材料からなる層を備えて
いることを特徴とする請求項6記載の磁気機能素子。
11. The magnetic function element according to claim 6, wherein a layer made of a material having higher electric resistance than the conductor layer is provided on the upper and lower layers of the conductor layer.
【請求項12】 導電性を有する材料を含む導電体層が
磁性層の間に位置するように、導電体層と複数の磁性層
とが積層されてなる積層体を構成し、 上記積層体の導電体層に電流を流すことで、磁性層間の
磁気的結合状態を変化させて、磁性層の磁化方向を制御
し、 磁性層の磁化の向きにより、二値もしくはそれ以上の多
値記録を行うことを特徴とする情報記録方法。
12. A laminate comprising a conductor layer and a plurality of magnetic layers laminated so that a conductor layer containing a material having conductivity is located between the magnetic layers. By passing a current through the conductor layer, the magnetic coupling state between the magnetic layers is changed to control the magnetization direction of the magnetic layer. Depending on the magnetization direction of the magnetic layer, binary or more multi-level recording is performed. An information recording method, characterized in that:
【請求項13】 上記導電体層は、単相で磁気秩序を示
す物質と非磁性の物質との両方を含む複合材料からなる
ことを特徴とする請求項12記載の情報記録方法。
13. The information recording method according to claim 12, wherein the conductor layer is made of a composite material containing both a substance exhibiting magnetic order in a single phase and a nonmagnetic substance.
【請求項14】 上記導電体層は、強磁性組成の領域と
非磁性組成の領域とを交互に形成した積層薄膜又は組成
変調膜からなることを特徴とする請求項12記載の情報
記録方法。
14. The information recording method according to claim 12, wherein said conductor layer is formed of a laminated thin film or a composition modulation film in which regions of a ferromagnetic composition and regions of a nonmagnetic composition are alternately formed.
【請求項15】 上記導電体層は、強磁性組成の領域と
非磁性組成の領域とが3次元的に混じり合った構造とさ
れていることを特徴とする請求項12記載の情報記録方
法。
15. The information recording method according to claim 12, wherein the conductor layer has a structure in which a region having a ferromagnetic composition and a region having a nonmagnetic composition are three-dimensionally mixed.
【請求項16】 上記導電体層の上層及び下層に、当該
導電体層よりも電気抵抗の高い材料からなる層を配する
ことを特徴とする請求項12記載の情報記録方法。
16. The information recording method according to claim 12, wherein a layer made of a material having a higher electric resistance than the conductor layer is provided as an upper layer and a lower layer of the conductor layer.
【請求項17】 導電性を有する材料を含む導電体層が
磁性層の間に位置するように、導電体層と複数の磁性層
とが積層されてなる積層体を備え、 上記積層体の導電体層に電流を流すことで、磁性層間の
磁気的結合状態を変化させて、磁性層の磁化方向を制御
し、 磁性層の磁化の向きにより、二値もしくはそれ以上の多
値記録を行うことを特徴とする情報記録素子。
17. A laminate comprising a conductor layer and a plurality of magnetic layers laminated so that a conductor layer containing a conductive material is located between the magnetic layers, By passing a current through the body layer, the magnetic coupling state between the magnetic layers is changed to control the magnetization direction of the magnetic layer. Depending on the magnetization direction of the magnetic layer, binary or more multi-level recording is performed. An information recording element characterized by the above-mentioned.
【請求項18】 磁気光学効果を利用して磁性層の磁化
の向きが検出されることで、記録された情報が読み出さ
れることを特徴とする請求項17記載の情報記録素子。
18. The information recording element according to claim 17, wherein the recorded information is read by detecting the direction of magnetization of the magnetic layer using the magneto-optical effect.
【請求項19】 上記導電体層は、単相で磁気秩序を示
す物質と非磁性の物質との両方を含む複合材料からなる
ことを特徴とする請求項17記載の情報記録素子。
19. The information recording element according to claim 17, wherein the conductor layer is made of a composite material containing both a substance exhibiting magnetic order in a single phase and a nonmagnetic substance.
【請求項20】 上記導電体層は、強磁性組成の領域と
非磁性組成の領域とを交互に形成した積層薄膜又は組成
変調膜からなることを特徴とする請求項17記載の情報
記録素子。
20. The information recording element according to claim 17, wherein the conductor layer is formed of a laminated thin film or a composition modulation film in which regions of a ferromagnetic composition and regions of a nonmagnetic composition are alternately formed.
【請求項21】 上記導電体層は、強磁性組成の領域と
非磁性組成の領域とが3次元的に混じり合った構造とさ
れていることを特徴とする請求項17記載の情報記録素
子。
21. The information recording element according to claim 17, wherein the conductor layer has a structure in which a region having a ferromagnetic composition and a region having a nonmagnetic composition are three-dimensionally mixed.
【請求項22】 上記導電体層の上層及び下層に、当該
導電体層よりも電気抵抗の高い材料からなる層を備えて
いることを特徴とする請求項17記載の情報記録素子。
22. The information recording element according to claim 17, wherein a layer made of a material having higher electric resistance than the conductor layer is provided on the upper and lower layers of the conductor layer.
【請求項23】 第1の磁性層と、導電体層と、第2の
磁性層と、非磁性層と、第3の磁性層とが積層されてな
る積層体を備え、 上記積層体の導電体層に電流を流すことで、第1の磁性
層と第2の磁性層との間の磁気的結合状態を変化させ
て、第2の磁性層の磁化方向を制御するとともに、第2
の磁性層の磁化方向を制御することで、第2の磁性層、
非磁性層及び第3の磁性層に至る経路の電気抵抗を制御
することを特徴とする可変抵抗素子。
23. A laminate comprising a first magnetic layer, a conductor layer, a second magnetic layer, a non-magnetic layer, and a third magnetic layer, wherein the laminate comprises By passing a current through the body layer, the magnetic coupling state between the first magnetic layer and the second magnetic layer is changed to control the magnetization direction of the second magnetic layer,
By controlling the magnetization direction of the magnetic layer, the second magnetic layer,
A variable resistance element which controls electric resistance of a path leading to a nonmagnetic layer and a third magnetic layer.
【請求項24】 上記導電体層は、単相で磁気秩序を示
す物質と非磁性の物質との両方を含む複合材料からなる
ことを特徴とする請求項23記載の可変抵抗素子。
24. The variable resistance element according to claim 23, wherein the conductor layer is made of a composite material containing both a substance exhibiting magnetic order in a single phase and a nonmagnetic substance.
【請求項25】 上記導電体層は、強磁性組成の領域と
非磁性組成の領域とを交互に形成した積層薄膜又は組成
変調膜からなることを特徴とする請求項23記載の可変
抵抗素子。
25. The variable resistance element according to claim 23, wherein the conductor layer is formed of a laminated thin film or a composition modulation film in which regions of a ferromagnetic composition and regions of a nonmagnetic composition are alternately formed.
【請求項26】 上記導電体層は、強磁性組成の領域と
非磁性組成の領域とが3次元的に混じり合った構造とさ
れていることを特徴とする請求項23記載の可変抵抗素
子。
26. The variable resistance element according to claim 23, wherein the conductor layer has a structure in which a region having a ferromagnetic composition and a region having a nonmagnetic composition are three-dimensionally mixed.
【請求項27】 上記導電体層の上層及び下層に、当該
導電体層よりも電気抵抗の高い材料からなる層を備えて
いることを特徴とする請求項23記載の可変抵抗素子。
27. The variable resistance element according to claim 23, wherein a layer made of a material having higher electric resistance than the conductor layer is provided on the upper and lower layers of the conductor layer.
JP10130711A 1998-05-13 1998-05-13 Control of magnetization, magnetically functional element, rocord of information, information recording element and variable resistance element Withdrawn JPH11330585A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001267523A (en) * 2000-01-27 2001-09-28 Hewlett Packard Co <Hp> Magnetic memory cell having symmetrical switching characteristic
JP2003007982A (en) * 2001-06-22 2003-01-10 Nec Corp Magnetic storage device and method of designing the same
JP2007258402A (en) * 2006-03-23 2007-10-04 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Magnetic sensor
JP2021050913A (en) * 2019-09-20 2021-04-01 昭和電工株式会社 Magnetization measurement device and magnetization measurement method

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