JPWO2018116655A1 - 磁気抵抗効果デバイス - Google Patents

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Abstract

磁気抵抗効果デバイス１００は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂと、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと、第１のポート１０９ａと、第２のポート１０９ｂと、信号線路１０７と、直流印加端子１１０とを有し、第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂが信号線路１０７を介して接続され、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続され、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ（１０１ｂ）および第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、直流印加端子１１０から入力され第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ（１０１ｂ）および第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの磁化固定層１０２、スペーサ層１０３および磁化自由層１０４の配置順との関係が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ（１０１ｂ）と第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃとで逆になるように形成され、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ（１０１ｂ）のスピントルク共鳴周波数と第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数は互いに異なることを特徴とする。

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子を利用した磁気抵抗効果デバイスに関するものである。
近年、携帯電話等の移動通信端末の高機能化に伴い、無線通信の高速化が進められている。通信速度は使用する周波数の帯域幅に比例するため、通信に必要な周波数バンドは増加し、それに伴って、移動通信端末に必要な高周波フィルタの搭載数も増加している。また、近年新しい高周波用部品に応用できる可能性のある分野として研究されているのがスピントロニクスであり、その中で注目されている現象の一つが、磁気抵抗効果素子によるスピントルク共鳴現象である（非特許文献１参照）。磁気抵抗効果素子に交流電流を流すことで、磁気抵抗効果素子にスピントルク共鳴を起こすことが出来、スピントルク共鳴周波数に対応した周波数で周期的に磁気抵抗効果素子の抵抗値が振動する。磁気抵抗効果素子に印加される磁場の強さによって、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数は変化し、一般的にその共鳴周波数は数〜数十ＧＨｚの高周波帯域である。
Ｎａｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．４３８、Ｎｏ．７０６６、ｐｐ．３３９−３４２、１７ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００５
磁気抵抗効果素子は、スピントルク共鳴現象を利用して高周波デバイスに応用することが考えられるが、高周波フィルタ等の高周波デバイスに応用するための具体的な構成は従来示されていない。本発明は、磁気抵抗効果素子を利用した高周波フィルタ等の高周波デバイスを実現できる磁気抵抗効果デバイスを提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、第１の磁気抵抗効果素子と、第２の磁気抵抗効果素子と、高周波信号が入力される第１のポートと、高周波信号が出力される第２のポートと、信号線路と、直流印加端子とを有し、前記第１のポートおよび前記第２のポートが前記信号線路を介して接続され、前記第１の磁気抵抗効果素子および前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第２のポートに対して並列に前記信号線路に接続され、前記第１の磁気抵抗効果素子および前記第２の磁気抵抗効果素子は、それぞれ磁化固定層、磁化自由層およびこれらの間に配置されたスペーサ層を有し、前記第１の磁気抵抗効果素子および前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記直流印加端子から入力され前記第１の磁気抵抗効果素子および前記第２の磁気抵抗効果素子のそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの前記磁化固定層、前記スペーサ層および前記磁化自由層の配置順との関係が、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とで逆になるように形成され、前記第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数と前記第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数は互いに異なることを第１の特徴とする。
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、直流印加端子から入力される直流電流が、第１の磁気抵抗効果素子の中を磁化固定層から磁化自由層の方向に流れ、第２の磁気抵抗効果素子の中を磁化自由層から磁化固定層の方向に流れる場合、第１のポートから入力された高周波信号を、第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第２のポート側に通過させることが出来、第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第２のポートに対して遮断することが出来る。つまり、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、高周波フィルタ（帯域通過型フィルタまたは帯域遮断型フィルタ）として機能する。
この場合の磁気抵抗効果デバイスを帯域通過型フィルタとして考える場合には、第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が通過帯域となる。第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数と第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため（第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため）、第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第２のポートに対し遮断することができる。高周波信号が遮断される第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の高周波数側または低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。
この場合の磁気抵抗効果デバイスを帯域遮断型フィルタとして考える場合には、第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が遮断帯域となる。第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数と第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため（第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため）、第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第２のポート側に通過させることができる。高周波信号が通過する第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の高周波数側または低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、通過帯域または遮断帯域の高周波数側または低周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタまたは帯域遮断型フィルタとして機能することが可能となる。
また、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、直流印加端子から入力される直流電流が、第１の磁気抵抗効果素子の中を磁化自由層から磁化固定層の方向に流れ、第２の磁気抵抗効果素子の中を磁化固定層から磁化自由層の方向に流れる場合、第１のポートから入力された高周波信号を、第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第２のポートに対し遮断することが出来、第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第２のポート側に通過させることが出来る。つまり、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、高周波フィルタ（帯域遮断型フィルタまたは帯域通過型フィルタ）として機能する。
この場合の磁気抵抗効果デバイスを帯域遮断型フィルタとして考える場合には、第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が遮断帯域となる。第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数と第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため（第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため）、第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第２のポート側に通過させることができる。高周波信号が通過する第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の高周波数側または低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。
この場合の磁気抵抗効果デバイスを帯域通過型フィルタとして考える場合には、第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が通過帯域となる。第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数と第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため（第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため）、第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第２のポートに対し遮断することができる。高周波信号が遮断される第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の高周波数側または低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、遮断帯域または通過帯域の高周波数側または低周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタまたは帯域通過型フィルタとして機能することが可能となる。
また、上記目的を達成するための本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、第１の磁気抵抗効果素子と、第２の磁気抵抗効果素子と、高周波信号が入力される第１のポートと、高周波信号が出力される第２のポートと、信号線路と、磁気抵抗効果素子に直流電流または直流電圧を印加可能な直流印加端子と、基準電位端子とを有し、前記第１のポートおよび前記第２のポートが前記信号線路を介して接続され、前記第１の磁気抵抗効果素子および前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第２のポートに対して並列に前記信号線路に接続され、前記第１の磁気抵抗効果素子および前記第２の磁気抵抗効果素子は、それぞれ磁化固定層、磁化自由層およびこれらの間に配置されたスペーサ層を有し、前記第１の磁気抵抗効果素子及び前記第２の磁気抵抗効果素子は、それぞれの一端側が前記直流印加端子側になり、それぞれの他端側が前記基準電位端子側になるように、前記直流印加端子および前記基準電位端子に接続され、前記第１の磁気抵抗効果素子及び前記第２の磁気抵抗効果素子は、それぞれの前記一端側から前記他端側への向きと、それぞれの前記磁化自由層から前記磁化固定層への向きとの関係が、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とで逆になるように形成され、前記第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数と前記第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数は互いに異なることを第２の特徴とする。
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、上述した第１の特徴を有する磁気抵抗効果デバイスと同様に、通過帯域または遮断帯域の高周波数側または低周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタまたは帯域遮断型フィルタとして機能することが可能となる。
本発明によれば、磁気抵抗効果素子を利用した高周波フィルタ等の高周波デバイスを実現できる磁気抵抗効果デバイスを提供することが出来る。
第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。 第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの直流電流に対する周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの磁場強度に対する周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第２の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。 第２の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第３の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。 第３の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第３の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの直流電流に対する周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第３の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの磁場強度に対する周波数と減衰量との関係を示したグラフである。 第４の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した断面模式図である。 第４の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの周波数と減衰量との関係を示したグラフである。
本発明を実施するための好適な形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことが出来る。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス１００は、磁化固定層１０２（第１の磁化固定層）、磁化自由層１０４（第１の磁化自由層）およびこれらの間に配置されたスペーサ層１０３（第１のスペーサ層）を有する２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂと、磁化固定層１０２（第２の磁化固定層）、磁化自由層１０４（第２の磁化自由層）およびこれらの間に配置されたスペーサ層１０３（第２のスペーサ層）を有する第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと、高周波信号が入力される第１のポート１０９ａと、高周波信号が出力される第２のポート１０９ｂと、信号線路１０７と、直流印加端子の一例としての直流電流入力端子１１０とを有している。第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂが信号線路１０７を介して接続されている。２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続されている。より具体的には、磁気抵抗効果デバイス１００は基準電位端子１１４を有しており、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂは互いに直列接続されており、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａの磁化固定層１０２側が、第１のポート１０９ａと第２のポート１０９ｂとの間の信号線路１０７に接続され、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂの磁化自由層１０４側が、基準電位端子１１４に接続されて基準電位端子１１４を介してグラウンド１０８に接続可能になっており、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃの磁化自由層１０４側が、第１のポート１０９ａと第２のポート１０９ｂとの間の信号線路１０７に接続され、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃの磁化固定層１０２側が、基準電位端子１１４に接続されて基準電位端子１１４を介してグラウンド１０８に接続可能になっている。グラウンド１０８は磁気抵抗効果デバイス１００の外部のものとすることができる。磁気抵抗効果デバイス１００は、基準電位端子１１４がグラウンド１０８に接続され、直流電流源１１２が直流電流入力端子１１０とグラウンド１０８に接続されて用いられる。直流電流源１１２が直流電流入力端子１１０とグラウンド１０８に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス１００は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含む閉回路を形成可能となっており、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含む閉回路を形成可能となっている。
第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂは、それぞれの一端側（この例では磁化固定層１０２側）が直流電流入力端子１１０側になり、それぞれの他端側（この例では磁化自由層１０４側）が基準電位端子１１４側になるように、直流電流入力端子１１０および基準電位端子１１４に接続されている。第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、その一端側（この例では磁化自由層１０４側）が直流電流入力端子１１０側になり、その他端側（この例では磁化固定層１０２側）が基準電位端子１１４側になるように、直流電流入力端子１１０および基準電位端子１１４に接続されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００では、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ及び第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層１０４から磁化固定層１０２への向きとの関係が、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂと第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃとで逆になるように形成されている。この例では、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂでは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層１０４から磁化固定層１０２への向きとが、逆向きの関係になっており、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃでは、その一端側から他端側への向きと、その磁化自由層１０４から磁化固定層１０２への向きとが、同じ向きの関係になっている。
第１の磁気抵抗効果素子１０１ａは、直流電流入力端子１１０から入力される直流電流が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａの中を磁化固定層１０２から磁化自由層１０４の方向に流れるように形成されている。第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂは、直流電流入力端子１１０から入力される直流電流が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂの中を磁化固定層１０２から磁化自由層１０４の方向に流れるように形成されている。第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、直流電流入力端子１１０から入力される直流電流が、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃの中を磁化自由層１０４から磁化固定層１０２の方向に流れるように形成されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００では、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂ及び第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの磁化固定層１０２、スペーサ層１０３および磁化自由層１０４の配置順との関係が、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂと第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃとで逆になっている。なお、本明細書において直流電流とは、時間によって方向が変化しない電流であり、時間によって大きさが変化する電流を含む。また、本明細書において直流電圧とは、時間によって方向が変化しない電圧であり、時間によって大きさが変化する電圧を含む。
さらに、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数および第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数は互いに異なっている。磁気抵抗効果デバイス１００では、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数よりも高い、または、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっている。
第１のポート１０９ａは交流信号である高周波信号が入力される入力ポートであり、第２のポート１０９ｂは高周波信号が出力される出力ポートである。第１のポート１０９ａに入力される高周波信号及び第２のポート１０９ｂから出力される高周波信号は、例えば、１００ＭＨｚ以上の周波数を有する信号である。第１の磁気抵抗効果素子１０１ａは、上部電極１０５を介して信号線路１０７と電気的に接続され、下部電極１０６を介して第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂと電気的に接続されており、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂは、上部電極１０５を介して第１の磁気抵抗効果素子１０１ａと電気的に接続され、下部電極１０６と基準電位端子１１４を介してグラウンド１０８と電気的に接続されている。第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、下部電極１０６を介して信号線路１０７と電気的に接続され、上部電極１０５と基準電位端子１１４を介してグラウンド１０８と電気的に接続されている。第１のポート１０９ａから入力される高周波信号は、その一部が２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂまたは第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに流され、残りの高周波信号は第２のポート１０９ｂに出力される。また、高周波信号が第１のポート１０９ａから第２のポート１０９ｂに通過する際の電力比（出力電力／入力電力）のｄＢ値である減衰量（Ｓ２１）は、ネットワークアナライザなどの高周波測定器により測定することが出来る。
上部電極１０５および下部電極１０６は、一対の電極としての役目を有し、各磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向に各磁気抵抗効果素子を介して配設されている。つまり、上部電極１０５および下部電極１０６は、信号（電流）を各磁気抵抗効果素子に対して、各磁気抵抗効果素子を構成する各層の面と交差する方向、例えば、各磁気抵抗効果素子を構成する各層の面に対して垂直な方向（積層方向）に流すための一対の電極としての機能を有している。上部電極１０５および下部電極１０６は、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｕＣｕ、Ｒｕ、またはこれらの材料のいずれか２つ以上の膜で構成されることが好ましい。２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂはそれぞれ、一端側（磁化固定層１０２側）が上部電極１０５を介して信号線路１０７に電気的に接続され、他端側（磁化自由層１０４側）が下部電極１０６を介してグラウンド１０８に電気的に接続されている。また、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、一端側（磁化自由層１０４側）が下部電極１０６を介して信号線路１０７に電気的に接続され、他端側（磁化固定層１０２側）が上部電極１０５を介してグラウンド１０８に電気的に接続されている。
グラウンド１０８は、基準電位として機能する。信号線路１０７とグラウンド１０８との形状は、マイクロストリップライン（ＭＳＬ）型やコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）型に規定することが好ましい。マイクロストリップライン形状やコプレーナウェーブガイド形状を設計する際、信号線路１０７の特性インピーダンスと回路系のインピーダンスが等しくなるように信号線路１０７の信号線幅やグラウンド間距離を設計することにより、信号線路１０７を伝送損失の少ない伝送線路とすることが可能となる。
直流電流入力端子１１０は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａの信号線路１０７への接続部と第１のポート１０９ａとの間の信号線路１０７に接続されている。直流電流入力端子１１０に直流電流源１１２が接続されることで、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに対して、それぞれの積層方向に直流電流を印加することが可能になる。また、直流電流入力端子１１０と直流電流源１１２との間に、高周波信号をカットするための、インダクタまたは抵抗素子が直列に接続されてもよい。
直流電流源１１２は、グラウンド１０８及び直流電流入力端子１１０に接続され、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含む閉回路が形成され、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含む閉回路が形成される。直流電流源１１２は、直流電流入力端子１１０から、上記の閉回路に直流電流を印加する。直流電流源１１２は、例えば、可変抵抗と直流電圧源との組み合わせの回路により構成され、直流電流の電流値を変化可能に構成されている。直流電流源１１２は、一定の直流電流を発生可能な、固定抵抗と直流電圧源との組み合わせの回路により構成されてもよい。
磁場印加機構１１１は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃの近傍に配設され、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに磁場（静磁場）を印加して、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を設定可能となっている。例えば、磁場印加機構１１１は、電圧もしくは電流のいずれかにより、印加磁場強度を可変制御できる電磁石型またはストリップライン型で構成される。また、磁場印加機構１１１は、電磁石型またはストリップライン型と一定の磁場のみを供給する永久磁石との組み合わせにより構成されていてもよい。また、磁場印加機構１１１は、各磁気抵抗効果素子に個別に配置され、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を、独立に設定可能な構造でもよい。磁場印加機構１１１は、各磁気抵抗効果素子に印加する磁場を変化させることで、磁化自由層１０４における有効磁場を変化させて各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化可能となっている。
磁化固定層１０２は、強磁性体材料で構成されており、その磁化方向が実質的に一方向に固定されている。磁化固定層１０２は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｉとＦｅの合金、ＦｅとＣｏの合金、またはＦｅとＣｏとＢの合金などの高スピン分極率材料から構成されることが好ましい。これにより、高い磁気抵抗変化率を得ることが出来る。また、磁化固定層１０２は、ホイスラー合金で構成されても良い。また、磁化固定層１０２の膜厚は、１〜１０ｎｍとすることが好ましい。また、磁化固定層１０２の磁化を固定するために磁化固定層１０２に接するように反強磁性層を付加してもよい。或いは、結晶構造、形状などに起因する磁気異方性を利用して磁化固定層１０２の磁化を固定してもよい。反強磁性層には、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＦｅＳ２、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒまたはＭｎなどを用いることが出来る。
スペーサ層１０３は、磁化固定層１０２と磁化自由層１０４の間に配置され、磁化固定層１０２の磁化と磁化自由層１０４の磁化が相互作用して磁気抵抗効果が得られる。スペーサ層１０３としては、導電体、絶縁体、半導体によって構成される層、または、絶縁体中に導体によって構成される通電点を含む層で構成される。
スペーサ層１０３として非磁性導電材料を適用する場合、材料としてはＣｕ、Ａｇ、ＡｕまたはＲｕなどが挙げられ、磁気抵抗効果素子には巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果が発現する。ＧＭＲ効果を利用する場合、スペーサ層１０３の膜厚は、０．５〜３．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
スペーサ層１０３として非磁性絶縁材料を適用する場合、材料としてはＡｌ２Ｏ３またはＭｇＯなどが挙げられ、磁気抵抗効果素子にはトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果が発現する。磁化固定層１０２と磁化自由層１０４との間にコヒーレントトンネル効果が発現するように、スペーサ層１０３の膜厚を調整することで高い磁気抵抗変化率が得られる。ＴＭＲ効果を利用する場合、スペーサ層１０３の膜厚は、０．５〜３．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
スペーサ層１０３として非磁性半導体材料を適用する場合、材料としてはＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＩＴＯ、ＧａＯｘまたはＧａ２Ｏｘなどが挙げられ、スペーサ層１０３の膜厚は１．０〜４．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
スペーサ層１０３として非磁性絶縁体中の導体によって構成される通電点を含む層を適用する場合、Ａｌ２Ｏ３またはＭｇＯによって構成される非磁性絶縁体中に、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｃｕ、ＡｌまたはＭｇなどの導体によって構成される通電点を含む構造とすることが好ましい。この場合、スペーサ層１０３の膜厚は、０．５〜２．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
磁化自由層１０４は、その磁化の方向が変化可能であり、強磁性材料で構成されている。磁化自由層１０４の磁化の方向は、例えば、外部印加磁場またはスピン偏極電子によって変化可能である。磁化自由層１０４は、膜面内方向に磁化容易軸を有する材料の場合、材料としてはＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉまたはＣｏＭｎＡｌなどが挙げられ、厚さは１〜３０ｎｍ程度とすることが好ましい。磁化自由層１０４は、膜面法線方向に磁化容易軸を有する材料の場合、材料としてはＣｏ、ＣｏＣｒ系合金、Ｃｏ多層膜、ＣｏＣｒＰｔ系合金、ＦｅＰｔ系合金、希土類を含むＳｍＣｏ系合金またはＴｂＦｅＣｏ合金などが挙げられる。また、磁化自由層１０４は、ホイスラー合金で構成されても良い。また、磁化自由層１０４とスペーサ層１０３との間に、高スピン分極率材料を挿入しても良い。これによって、高い磁気抵抗変化率を得ることが可能となる。高スピン分極率材料としては、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＢ合金などが挙げられる。ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＢ合金いずれの膜厚も０．２〜１．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
また、上部電極１０５と各磁気抵抗効果素子との間、および下部電極１０６と各磁気抵抗効果素子との間にキャップ層、シード層またはバッファー層を配設しても良い。キャップ層、シード層またはバッファー層としては、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒまたはこれらの積層膜などが挙げられ、これらの層の膜厚は２〜１０ｎｍ程度とすることが好ましい。
尚、各磁気抵抗効果素子の大きさは、平面視形状が長方形（正方形を含む）の場合、長辺を１００ｎｍ程度、或いは１００ｎｍ以下にすることが望ましい。また、平面視形状が長方形ではない場合は、平面視形状に最小の面積で外接する長方形の長辺を、各磁気抵抗効果素子の長辺と定義する。長辺が１００ｎｍ程度と小さい場合、磁化自由層１０４の磁区の単磁区化が可能となり、高効率なスピントルク共鳴現象の実現が可能となる。ここで、「平面視形状」とは、各磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向に垂直な平面で見た形状のことである。
ここで、スピントルク共鳴現象について説明する。
磁気抵抗効果素子に、磁気抵抗効果素子の固有のスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、磁化自由層の磁化がスピントルク共鳴周波数で振動する。この現象をスピントルク共鳴現象と呼ぶ。磁気抵抗効果素子の素子抵抗値は、磁化固定層と磁化自由層との磁化の相対角で決まる。そのため、スピントルク共鳴時の磁気抵抗効果素子の抵抗値は、磁化自由層の磁化の振動に伴い、周期的に変化する。つまり、磁気抵抗効果素子は、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化する抵抗振動素子として取り扱うことが出来る。
各磁気抵抗効果素子の中を磁化固定層１０２から磁化自由層１０４の方向に流れる直流電流を各磁気抵抗効果素子に印加しながら、各磁気抵抗効果素子にスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、各磁気抵抗効果素子は、入力された高周波信号とは位相が１８０°異なる状態で、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化し、この高周波信号に対するインピーダンスは増加する。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００において、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂは、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが増加する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
また、各磁気抵抗効果素子の中を磁化自由層１０４から磁化固定層１０２の方向に流れる直流電流を各磁気抵抗効果素子に印加しながら、各磁気抵抗効果素子にスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、各磁気抵抗効果素子は、入力された高周波信号と同位相の状態で、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化し、この高周波信号に対するインピーダンスは減少する。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００において、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが減少する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
スピントルク共鳴周波数は、磁化自由層１０４における有効磁場によって変化する。磁化自由層１０４における有効磁場Ｈｅｆｆは、磁化自由層１０４に印加される外部磁場ＨＥ、磁化自由層１０４における異方性磁場Ｈｋ、磁化自由層１０４における反磁場ＨＤ、磁化自由層１０４における交換結合磁場ＨＥＸを用いて、
Ｈｅｆｆ＝ＨＥ＋Ｈｋ＋ＨＤ＋ＨＥＸ
で表される。磁場印加機構１１１は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに磁場を印加し、各磁化自由層１０４に外部磁場ＨＥを印加することにより、各磁化自由層１０４における有効磁場Ｈｅｆｆを設定可能な有効磁場設定機構である。有効磁場設定機構である磁場印加機構１１１は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加する磁場を変化させることで、各磁化自由層１０４における有効磁場を変化させて、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのそれぞれのスピントルク共鳴周波数を変化させることが出来る。このように、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加される磁場を変化させると、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのそれぞれのスピントルク共鳴周波数は変化する。
また、スピントルク共鳴時に２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに直流電流が印加されることにより、スピントルクが増加して、振動する抵抗値の振幅が増加する。振動する抵抗値の振幅が増加することにより、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのそれぞれの素子インピーダンスの変化量が増加する。また、印加される直流電流の電流密度を変化させると、スピントルク共鳴周波数は変化する。したがって、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのそれぞれのスピントルク共鳴周波数は、磁場印加機構１１１からの磁場を変化させるか、直流電流入力端子１１０からの印加直流電流を変化させることにより変化させることが出来る。２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのそれぞれに印加される直流電流の電流密度は、それぞれの発振閾値電流密度よりも小さいことが好ましい。磁気抵抗効果素子の発振閾値電流密度とは、この値以上の電流密度の直流電流の印加により、磁気抵抗効果素子の磁化自由層の磁化が一定周波数及び一定の振幅で歳差運動を開始し、磁気抵抗効果素子が発振する（磁気抵抗効果素子の出力（抵抗値）が一定周波数及び一定の振幅で変動する）閾値の電流密度のことである。
また、同一の磁場および同一の電流密度の直流電流が磁気抵抗効果素子に印加された状態で考えると、磁気抵抗効果素子の平面視形状のアスペクト比が大きくなるに従って磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数は高くなる。ここで「平面視形状のアスペクト比」とは、磁気抵抗効果素子の平面視形状に最小の面積で外接する長方形の、短辺の長さに対する長辺の長さの比率のことである。例えば、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａと第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂと第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃについて、膜構成が互いに同じで、平面視形状はいずれも長方形であるが、平面視形状のアスペクト比が互いに異なるようにすることで、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数および第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が互いに異なるようにすることができる。ここで「膜構成が同じ」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の材料および膜厚が同じであり、さらに各層の積層順が同じであることを意味する。
スピントルク共鳴現象により、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号の高周波成分の中で第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第２のポート１０９ｂに並列に接続された、高インピーダンス状態の第１の磁気抵抗効果素子１０１ａによりグラウンド１０８から遮断され、第２のポート１０９ｂに出力されやすくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、低インピーダンス状態の第１の磁気抵抗効果素子１０１ａを通過してグラウンド１０８に流れ、第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。同様に、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号の高周波成分の中で第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第２のポート１０９ｂに並列に接続された、高インピーダンス状態の第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂによりグラウンド１０８から遮断され、第２のポート１０９ｂに出力されやすくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、低インピーダンス状態の第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂを通過してグラウンド１０８に流れ、第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。
さらに、スピントルク共鳴現象により、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号の高周波成分の中で第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第２のポート１０９ｂに並列に接続された、低インピーダンス状態の第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃを通過してグラウンド１０８に流れ、第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、高インピーダンス状態の第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃによりグラウンド１０８から遮断され、第２のポート１０９ｂに出力されやすくなる。
図２に、磁気抵抗効果デバイス１００に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図２の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図２のプロット線２２０は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加された磁場が一定で、且つ、印加された直流電流が一定の時のグラフである。ｆａは第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数であり、ｆｂは第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数であり、ｆｃは第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数である。図２では、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数より低い場合の例を示している。
図２のプロット線１２０に示されるように、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が通過帯域となる。また、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃにより、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の低周波数側（上記の通過帯域の低周波数側）において、高周波信号を第２のポート１０９ｂに対し遮断することができる。高周波信号が遮断される第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、この場合の磁気抵抗効果デバイス１００は、図２のプロット線１２０に示されるような、通過帯域の低周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能する。この場合、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、高周波信号の減衰量の周波数に対する変化が急峻であるため、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数を、使用する通過帯域の下限周波数に一致させることが好ましい。
同様にして、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数より高い場合には、磁気抵抗効果デバイス１００は、通過帯域の高周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能する。この場合、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数を、使用する通過帯域の上限周波数に一致させることが好ましい。
図３および図４に、磁気抵抗効果デバイス１００に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図３および図４の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図３は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加された磁場が一定の時のグラフである。図３のプロット線１３１は、直流電流入力端子１１０から２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂに印加される直流電流値がＩａ１であり、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加される直流電流値がＩｂ１の時のものであり、プロット線１３２は、直流電流入力端子１１０から２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂに印加される直流電流値がＩａ２であり、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加される直流電流値がＩｂ２の時のものである。この時の直流電流値の関係は、Ｉａ１＜Ｉａ２およびＩｂ１＜Ｉｂ２である。また、図４は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加された直流電流が一定の時のグラフである。図４のプロット線１４１は、磁場印加機構１１１から２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加される磁場強度がＨｂ１の時のものであり、プロット線１４２は磁場印加機構１１１から２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加される磁場強度がＨｂ２の時のものである。この時の磁場強度の関係は、Ｈｂ１＜Ｈｂ２である。
例えば、図３に示されるように、直流電流入力端子１１０から２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加される直流電流値を大きくした場合、電流値の変化に伴い２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数での素子インピーダンスの変化量が増加することで、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域（通過帯域）において、第２のポート１０９ｂから出力される高周波信号がさらに大きくなり、通過損失が小さくなる。それと同時に、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域において、第２のポート１０９ｂから出力される高周波信号がさらに小さくなる。したがって、磁気抵抗効果デバイス１０１は、遮断特性と通過特性のレンジが大きく、さらに急峻な肩特性を持つ高周波フィルタを実現することが可能となる。また、直流電流値を大きくすると、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数はｆｄ１からｆｄ２に、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数はｆｅ１からｆｅ２に、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数はｆｇ１からｆｇ２にシフトする。すなわち通過帯域は低周波数側へシフトする。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、通過帯域の周波数を変化可能な急峻な肩特性を持つ高周波フィルタとして機能することも出来る。
さらに、例えば、図４に示されるように、磁場印加機構１１１から印加される磁場強度をＨｂ１からＨｂ２に強くした場合、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数はｆｈ１からｆｈ２に、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数はｆｉ１からｆｉ２に、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数はｆｊ１からｆｊ２にシフトする。すなわち、通過帯域は高周波数側へシフトする。また、磁場強度（磁化自由層１０４における有効磁場Ｈｅｆｆ）を変化させる方が、直流電流値を変化させるよりも大きく通過帯域をシフトさせることができる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、通過帯域の周波数を変化可能な急峻な肩特性を持つ高周波フィルタとして機能することが出来る。
なお、各磁気抵抗効果素子に印加される外部磁場ＨＥ（磁化自由層１０４における有効磁場Ｈｅｆｆ）が大きくなるに従って、各磁気抵抗効果素子の振動する抵抗値の振幅が小さくなるので、各磁気抵抗効果素子に印加される外部磁場ＨＥ（磁化自由層１０４における有効磁場Ｈｅｆｆ）を大きくするのに伴い、各磁気抵抗効果素子に印加される直流電流の電流密度を大きくすることが好ましい。
また、磁気抵抗効果デバイス１００では、第１の磁気抵抗効果素子は１個（第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂのいずれか一方）としてもよい。
このように、磁気抵抗効果デバイス１００は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂと、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと、高周波信号が入力される第１のポート１０９ａと、高周波信号が出力される第２のポート１０９ｂと、信号線路１０７と、直流電流入力端子１１０（直流印加端子）とを有し、第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂが信号線路１０７を介して接続され、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続され、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、それぞれ磁化固定層１０２、磁化自由層１０４およびこれらの間に配置されたスペーサ層１０３を有し、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ（１０１ｂ）及び第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、それぞれの一端側が直流電流入力端子１１０（直流印加端子）側になり、それぞれの他端側が基準電位端子１１４側になるように、直流電流入力端子１１０（直流印加端子）および基準電位端子１１４に接続され、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ（１０１ｂ）及び第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層１０４から磁化固定層１０２への向きとの関係が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ（１０１ｂ）と第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃとで逆になるように形成されている。また、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａは、直流電流入力端子１１０（直流印加端子）から入力される直流電流が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａの中を磁化固定層１０２から磁化自由層１０４の方向に流れるように形成され、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂは、直流電流入力端子１１０（直流印加端子）から入力される直流電流が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂの中を磁化固定層１０２から磁化自由層１０４の方向に流れるように形成され、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、直流電流入力端子１１０（直流印加端子）から入力される直流電流が、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃの中を磁化自由層１０４から磁化固定層１０２の方向に流れるように形成され、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数と第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数は互いに異なっており、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数と第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数は互いに異なっている。
したがって、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ及び第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに第１のポート１０９ａから信号線路１０７を介して高周波信号が入力されることにより、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ及び第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃにスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの中を磁化固定層１０２から磁化自由層１０４の方向に直流電流が流れることにより、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第１の磁気抵抗効果素子１０１ａの素子インピーダンスが増加し、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂの素子インピーダンスが増加する。同様に、スピントルク共鳴と同時に、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃの中を磁化自由層１０４から磁化固定層１０２の方向に直流電流が流れることにより、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃの素子インピーダンスが減少する。
２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂが第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続されることにより、高周波信号を、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂが低インピーダンス状態である非共鳴周波数では第２のポート１０９ｂに対して遮断し、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂが高インピーダンス状態である共鳴周波数では第２のポート１０９ｂ側に通過させることが出来る。さらに、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃが、第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続されることにより、高周波信号を、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃが低インピーダンス状態である共鳴周波数では第２のポート１０９ｂに対し遮断し、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃが高インピーダンス状態である非共鳴周波数では第２のポート１０９ｂ側に通過させることが出来る。このように、磁気抵抗効果デバイス１００は、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号を、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第２のポート１０９ｂ側に通過させることが出来、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第２のポート１０９ｂに対して遮断することが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数で高周波信号の通過量の極大値を持ち、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数で高周波信号の通過量の極小値を持ち、高周波フィルタとして機能する。
磁気抵抗効果デバイス１００では、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域または第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が通過帯域となる。第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数と第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため（第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため）、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第２のポート１０９ｂに対し遮断することができる。また、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数と第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため（第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため）、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第２のポート１０９ｂに対し遮断することができる。高周波信号が遮断される第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍または第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の高周波数側または低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、通過帯域の高周波数側または低周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能することが可能となる。
さらに、磁気抵抗効果デバイス１００は、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂを有し、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数より高い、または２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数より低いので、広い通過帯域を持ち、通過帯域の高周波数側または低周波数側における肩特性が急峻である帯域通過型フィルタとして機能することが可能となる。
さらに、遮断特性と通過特性のレンジを大きく、肩特性を急峻にするためには、磁化自由層１０４が膜面法線方向に磁化容易軸を有し、磁化固定層１０２が膜面方向に磁化容易軸を有する構成とすることが好ましい。
また、直流電流入力端子１１０から印加される直流電流を変化させることにより、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数を可変制御することができるため、磁気抵抗効果デバイス１００は、周波数可変フィルタとして機能することも可能となる。
さらに、磁気抵抗効果デバイス１００は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数を設定可能な周波数設定機構としての磁場印加機構１１１を有するので、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数を任意の周波数にすることができる。したがって、磁気抵抗効果デバイス１００は、任意の周波数帯のフィルタとして機能することが可能となる。
さらに、磁気抵抗効果デバイス１００は、磁場印加機構１１１が、磁化自由層１０４における有効磁場を設定可能な有効磁場設定機構であり、磁化自由層１０４における有効磁場を変化させて２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数を変化可能であるので、周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
また、以上の説明では、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂが互いに直列に接続されている例で説明したが、第１の磁気抵抗効果素子は３個以上であってもよい。また、複数の第１の磁気抵抗効果素子同士が互いに並列に接続されていても良い。これらの場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、各々の第１の磁気抵抗効果素子が第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス１００と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
また、以上の説明では、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂと第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃとが、互いに並列に接続されている例で説明したが、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの少なくとも一方と第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃとが直列に接続されていても良い。
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス２００の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス２００において、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス２００は、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００に対し、さらに第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄを有している。第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、磁化固定層１０２（第３の磁化固定層）、磁化自由層１０４（第３の磁化自由層）およびこれらの間に配置されたスペーサ層１０３（第３のスペーサ層）を有している。第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続されている。より具体的には、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは互いに直列接続されており、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの一端側（磁化自由層１０４側）が、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに接続され、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの他端側（磁化固定層１０２側）が、基準電位端子１１４に接続されて基準電位端子１１４を介してグラウンド１０８に接続可能になっている。
第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、その一端側（この例では磁化自由層１０４側）が直流電流入力端子１１０側になり、その他端側（この例では磁化固定層１０２側）が基準電位端子１１４側になるように、直流電流入力端子１１０および基準電位端子１１４に接続されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス２００では、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ及び第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層１０４から磁化固定層１０２への向きとの関係が、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄとで同じになるように形成されている。この例では、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ及び第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのそれぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層１０４から磁化固定層１０２への向きとが、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ及び第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄ共に、同じ向きの関係になっている。
第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、直流電流入力端子１１０から入力される直流電流が、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの中を磁化自由層１０４から磁化固定層１０２の方向に流れるように形成されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス２００では、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ及び第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの磁化固定層１０２、スペーサ層１０３および磁化自由層１０４の配置順との関係が、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄとで同じになっている。さらに、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数よりも高く、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数よりも低くなっている。
第１のポート１０９ａから入力される高周波信号は、その一部が２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂまたは、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄに流され、残りの高周波信号は第２のポート１０９ｂに出力される。
第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、一端側（磁化自由層１０４側）が下部電極１０６を介して信号線路１０７（第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ）に電気的に接続され、他端側（磁化固定層１０２側）が上部電極１０５と基準電位端子１１４を介してグラウンド１０８に電気的に接続されている。
直流電流入力端子１１０は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａの信号線路１０７への接続部と第１のポート１０９ａとの間の信号線路１０７に接続されている。直流電流入力端子１１０に直流電流源１１２が接続されることで、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄに直流電流を印加することが可能になる。
直流電流源１１２は、グラウンド１０８及び直流電流入力端子１１０に接続され、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含む閉回路が形成され、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄ、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含む閉回路が形成される。直流電流源１１２は、直流電流入力端子１１０から、上記の閉回路に直流電流を印加する。
磁場印加機構１１１は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの近傍に配設され、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄに磁場を印加して、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を設定可能となっている。
磁気抵抗効果デバイス２００のその他の構成は、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と同じである。
磁気抵抗効果デバイス２００において、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、直流電流入力端子１１０から入力される直流電流が、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの中を磁化自由層１０４から磁化固定層１０２の方向に流れるように形成されているので、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと同様に、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが減少する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
スピントルク共鳴現象により、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号の高周波成分の中で第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第２のポート１０９ｂに並列に接続された、低インピーダンス状態の第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄによりグラウンド１０８に流れやすくなり、第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、高インピーダンス状態の第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄによりグラウンド１０８から遮断され、第２のポート１０９ｂに出力されやすくなる。
図６に、磁気抵抗効果デバイス２００に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図６の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図６のプロット線２２０は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄに印加された磁場が一定で、且つ、印加された直流電流が一定の時のグラフである。ｆａは第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数であり、ｆｂは第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数であり、ｆｃは第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数であり、ｆｅは第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数である。
図６のプロット線２２０に示されるように、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が通過帯域となる。また、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃにより、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の高周波数側（上記の通過帯域の高周波数側）において、高周波信号を第２のポート１０９ｂに対し遮断することができる。高周波信号が遮断される第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の高周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。また、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄにより、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の低周波数側（上記の通過帯域の低周波数側）において、高周波信号を第２のポート１０９ｂに対し遮断することができる。高周波信号が遮断される第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス２００は、図６のプロット線２２０に示されるような、通過帯域の低周波数側および高周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能する。この場合、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍および第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、高周波信号の減衰量の周波数に対する変化が急峻であるため、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数を、使用する通過帯域の上限周波数に一致させ、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数を、使用する通過帯域の下限周波数に一致させることが好ましい。
また、磁気抵抗効果デバイス２００では、第１の磁気抵抗効果素子は１個（第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂのいずれか一方）としてもよい。
このように、磁気抵抗効果デバイス２００は、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄを磁気抵抗効果デバイス１００に対してさらに有し、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続され、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、それぞれ磁化固定層１０２、磁化自由層１０４およびこれらの間に配置されたスペーサ層１０３を有し、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、その一端側が直流電流入力端子１１０（直流印加端子）側になり、その他端側が基準電位端子１１４側になるように、直流電流入力端子１１０（直流印加端子）および基準電位端子１１４に接続され、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ及び第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層１０４から磁化固定層１０２への向きとの関係が、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄとで同じになるように形成されている。また、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、直流電流入力端子１１０（直流印加端子）から入力される直流電流が、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの中を磁化自由層１０４から磁化固定層１０２の方向に流れるように形成され、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっており、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっている。
したがって、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄに第１のポート１０９ａから信号線路１０７を介して高周波信号が入力されることにより、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄにスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの中を磁化自由層１０４から磁化固定層１０２の方向に直流電流が流れることにより、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの素子インピーダンスが減少する。
第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄが、第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続されることにより、高周波信号を、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄが低インピーダンス状態である共鳴周波数では第２のポート１０９ｂに対し遮断し、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄが高インピーダンス状態である非共鳴周波数では第２のポート１０９ｂ側に通過させることが出来る。
第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数が第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数よりも低いため、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の高周波数側および低周波数側において、高周波信号を第２のポートに対し遮断することができる。また、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数が第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数よりも低いため、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の高周波数側および低周波数側において、高周波信号を第２のポートに対し遮断することができる。高周波信号が遮断される第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍および第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、通過帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに大きくすることができるため、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍または第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される通過帯域の高周波数側および低周波数側の両方の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス２００は、通過帯域の高周波数側および低周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能することが可能となる。
さらに、磁気抵抗効果デバイス２００は、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂを有するので、広い通過帯域を持ち、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数よりも高く、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数が、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数よりも低いため、通過帯域の高周波数側及び低周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域通過型フィルタとして機能することが可能となる。
また、以上の説明では、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂが互いに直列に接続されている例で説明したが、第１の磁気抵抗効果素子は３個以上であってもよい。また、複数の第１の磁気抵抗効果素子同士が互いに並列に接続されていても良い。これらの場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、各々の第１の磁気抵抗効果素子が第２のポート１０９ｂに対して並列に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス２００と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
また、以上の説明では、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄが互いに直列に接続されている例で説明したが、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄが互いに並列に接続されていても良い。この場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄが、第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス２００と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
また、以上の説明では、互いに直列に接続された２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂと、互いに直列に接続された第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄとが、互いに並列に接続されている例で説明したが、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの少なくとも一方と、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの少なくとも一方とが、直列に接続されていても良い。
第１実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００および第２実施形態の磁気抵抗効果デバイス２００において、さらに、通過帯域を広く、肩特性を急峻にするためには、肩特性を急峻にする第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ（第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄ）のＱ値を、通過帯域を形成する第１の磁気抵抗効果素子１０１ａと第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂの少なくとも一方のＱ値よりも大きくすることが好ましい。ここでＱ値とは、磁気抵抗効果素子のインピーダンスの絶対値が、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数ｆ０におけるインピーダンスの絶対値から３ｄＢ減少または増加する、周波数ｆ０の両側の周波数ｆ１、ｆ２（ｆ１＜ｆ２）を用いて、
Ｑ＝ｆ０／（ｆ２−ｆ１）
で表される。スピントルク共鳴時の磁気抵抗効果素子のＱ値は、磁気抵抗効果素子に印加される直流電流の電流密度に比例するため、例えば、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａと第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂと第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄについて、膜構成および平面視形状の面積が互いに同じである場合には、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａと第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂとを互いに直列接続し、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂと第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄとを互いに並列接続することにより、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ（第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄ）のＱ値を、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのＱ値及び第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのＱ値よりも大きくすることができる。また、例えば、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａと第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂと第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄとが互いに直列接続されている場合には、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃの平面視形状の面積を、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ（第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂ）の平面視形状の面積よりも小さくすることにより、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのＱ値を、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ（第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂ）のＱ値よりも大きくすることができ、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの平面視形状の面積を、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ（第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂ）の平面視形状の面積よりも小さくすることにより、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのＱ値を、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ（第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂ）のＱ値よりも大きくすることができる。
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス３００の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス３００において、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス３００は、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００に対し、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの中を流れる直流電流の向きおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃの中を流れる直流電流の向きが異なる。磁気抵抗効果デバイス３００では、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａは、直流電流入力端子１１０から入力される直流電流が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａの中を磁化自由層１０４から磁化固定層１０２の方向に流れるように形成されている。第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂは、直流電流入力端子１１０から入力される直流電流が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂの中を磁化自由層１０４から磁化固定層１０２の方向に流れるように形成されている。第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、直流電流入力端子１１０から入力される直流電流が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｃの中を磁化固定層１０２から磁化自由層１０４の方向に流れるように形成されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス３００では、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂ及び第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの磁化固定層１０２、スペーサ層１０３および磁化自由層１０４の配置順との関係が、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂと第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃとで逆になっている。磁気抵抗効果デバイス３００のその他の構成は、第１の実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００と同じである。
各磁気抵抗効果素子の中を磁化自由層１０４から磁化固定層１０２の方向に流れる直流電流を各磁気抵抗効果素子に印加しながら、各磁気抵抗効果素子にスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、各磁気抵抗効果素子は、入力された高周波信号と同位相の状態で、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化し、この高周波信号に対するインピーダンスは減少する。つまり、磁気抵抗効果デバイス３００において、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂは、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが減少する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
各磁気抵抗効果素子の中を磁化固定層１０２から磁化自由層１０４の方向に流れる直流電流を各磁気抵抗効果素子に印加しながら、各磁気抵抗効果素子にスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、各磁気抵抗効果素子は、入力された高周波信号と位相が１８０°異なる状態で、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化し、この高周波信号に対するインピーダンスは増加する。つまり、磁気抵抗効果デバイス３００において、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが増加する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
スピントルク共鳴現象により、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号の高周波成分の中で第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第２のポート１０９ｂに並列に接続された、低インピーダンス状態の第１の磁気抵抗効果素子１０１ａを通過してグラウンド１０８に流れ、第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、高インピーダンス状態の第１の磁気抵抗効果素子１０１ａによりグラウンド１０８から遮断され、第２のポート１０９ｂに出力されやすくなる。同様に、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号の高周波成分の中で第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第２のポート１０９ｂに並列に接続された、低インピーダンス状態の第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂを通過してグラウンド１０８に流れ、第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、高インピーダンス状態の第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂによりグラウンド１０８から遮断され、第２のポート１０９ｂに出力されやすくなる。
さらに、スピントルク共鳴現象により、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号の高周波成分の中で第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第２のポート１０９ｂに並列に接続された、高インピーダンス状態の第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃによりグラウンド１０８から遮断され、第２のポート１０９ｂに出力されやすくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、低インピーダンス状態の第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃを通過してグラウンド１０８に流れ、第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。
図８に、磁気抵抗効果デバイス３００に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図８の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図８のプロット線３２０は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加された磁場が一定で、且つ、印加された直流電流が一定の時のグラフである。ｆａは第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数であり、ｆｂは第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数であり、ｆｃは第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数である。図８では、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数より低い場合の例を示している。
図８のプロット線３２０に示されるように、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が遮断帯域となる。また、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃにより、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の低周波数側（上記の遮断帯域の低周波数側）において、高周波信号を第２のポート１０９ｂ側に通過させることができる。高周波信号が通過する第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、この場合の磁気抵抗効果デバイス３００は、図８のプロット線３２０に示されるような、遮断帯域の低周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能する。この場合、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、高周波信号の減衰量の周波数に対する変化が急峻であるため、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数を、使用する遮断帯域の下限周波数に一致させることが好ましい。
同様にして、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数より高い場合には、磁気抵抗効果デバイス３００は、遮断帯域の高周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能する。この場合、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数を、使用する遮断帯域の上限周波数に一致させることが好ましい。
図９および図１０に、磁気抵抗効果デバイス３００に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図９および図１０の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図９は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加された磁場が一定の時のグラフである。図９のプロット線３３１は、直流電流入力端子１１０から２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂに印加される直流電流値がＩａ１であり、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加される直流電流値がＩｂ１の時のものであり、プロット線３３２は、直流電流入力端子１１０から２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂに印加される直流電流値がＩａ２であり、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加される直流電流値がＩｂ２の時のものである。この時の直流電流値の関係は、Ｉａ１＜Ｉａ２およびＩｂ１＜Ｉｂ２である。また、図１０は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加された直流電流が一定の時のグラフである。図１０のプロット線３４１は、磁場印加機構１１１から２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加される磁場強度がＨｂ１の時のものであり、プロット線３４２は磁場印加機構１１１から２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加される磁場強度がＨｂ２の時のものである。この時の磁場強度の関係は、Ｈｂ１＜Ｈｂ２である。
例えば、図９に示されるように、直流電流入力端子１１０から２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに印加される直流電流値を大きくした場合、電流値の変化に伴い２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数での素子インピーダンスの変化量が増加することで、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域（遮断帯域）において、第２のポート１０９ｂから出力される高周波信号がさらに小さくなり、通過損失が大きくなる。それと同時に、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域において、第２のポート１０９ｂから出力される高周波信号がさらに大きくなる。したがって、磁気抵抗効果デバイス３００は、遮断特性と通過特性のレンジが大きく、さらに急峻な肩特性を持つ高周波フィルタを実現することが可能となる。また、直流電流値を大きくすると、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数はｆｄ１からｆｄ２に、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数はｆｅ１からｆｅ２に、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数はｆｇ１からｆｇ２にシフトする。すなわち遮断帯域は低周波数側へシフトする。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、遮断帯域の周波数を変化可能な急峻な肩特性を持つ高周波フィルタとして機能することも出来る。
さらに、例えば、図１０に示されるように、磁場印加機構１１１から印加される磁場強度をＨｂ１からＨｂ２に強くした場合、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数はｆｈ１からｆｈ２に、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数はｆｉ１からｆｉ２に、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数はｆｊ１からｆｊ２にシフトする。すなわち、遮断帯域は高周波数側へシフトする。また、磁場強度（磁化自由層１０４における有効磁場Ｈｅｆｆ）を変化させる方が、直流電流値を変化させるよりも大きく遮断帯域をシフトさせることができる。つまり、磁気抵抗効果デバイス３００は、遮断帯域の周波数を変化可能な急峻な肩特性を持つ高周波フィルタとして機能することが出来る。
なお、各磁気抵抗効果素子に印加される外部磁場ＨＥ（磁化自由層１０４における有効磁場Ｈｅｆｆ）が大きくなるに従って、各磁気抵抗効果素子の振動する抵抗値の振幅が小さくなるので、各磁気抵抗効果素子に印加される外部磁場ＨＥ（磁化自由層１０４における有効磁場Ｈｅｆｆ）を大きくするのに伴い、各磁気抵抗効果素子に印加される直流電流の電流密度を大きくすることが好ましい。
また、磁気抵抗効果デバイス３００では、第１の磁気抵抗効果素子は１個（第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂのいずれか一方）としてもよい。
このように、磁気抵抗効果デバイス３００は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂと、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと、高周波信号が入力される第１のポート１０９ａと、高周波信号が出力される第２のポート１０９ｂと、信号線路１０７と、直流電流入力端子１１０（直流印加端子）とを有し、第１のポート１０９ａおよび第２のポート１０９ｂが信号線路１０７を介して接続され、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続され、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂおよび第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、それぞれ磁化固定層１０２、磁化自由層１０４およびこれらの間に配置されたスペーサ層１０３を有し、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ（１０１ｂ）及び第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、それぞれの一端側が直流電流入力端子１１０（直流印加端子）側になり、それぞれの他端側が基準電位端子１１４側になるように、直流電流入力端子１１０（直流印加端子）および基準電位端子１１４に接続され、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ（１０１ｂ）及び第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層１０４から磁化固定層１０２への向きとの関係が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ（１０１ｂ）と第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃとで逆になるように形成されている。また、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａは、直流電流入力端子１１０（直流印加端子）から入力される直流電流が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａの中を磁化自由層１０４から磁化固定層１０２の方向に流れるように形成され、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂは、直流電流入力端子１１０（直流印加端子）から入力される直流電流が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂの中を磁化自由層１０４から磁化固定層１０２の方向に流れるように形成され、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃは、直流電流入力端子１１０（直流印加端子）から入力される直流電流が、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃの中を磁化固定層１０２から磁化自由層１０４の方向に流れるように形成され、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数と第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数は互いに異なっており、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数と第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数は互いに異なっている。
したがって、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ及び第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに第１のポート１０９ａから信号線路１０７を介して高周波信号が入力されることにより、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ及び第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃにスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの中を磁化自由層１０４から磁化固定層１０２の方向に直流電流が流れることにより、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第１の磁気抵抗効果素子１０１ａの素子インピーダンスが減少し、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂの素子インピーダンスが減少する。同様に、スピントルク共鳴と同時に、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃの中を磁化固定層１０２から磁化自由層１０４の方向に直流電流が流れることにより、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃの素子インピーダンスが増加する。
２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂが第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続されることにより、高周波信号を、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂが高インピーダンス状態である非共鳴周波数では第２のポート１０９ｂ側に通過させ、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂが低インピーダンス状態である共鳴周波数では第２のポート１０９ｂに対して遮断することが出来る。さらに、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃが、第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続されることにより、高周波信号を、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃが高インピーダンス状態である共鳴周波数では第２のポート１０９ｂ側に通過させ、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃが低インピーダンス状態である非共鳴周波数では第２のポート１０９ｂに対して遮断することが出来る。このように、磁気抵抗効果デバイス１００は、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号を、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第２のポート１０９ｂに対して遮断することが出来、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第２のポート１０９ｂ側に通過させることが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス３００は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数で高周波信号の通過量の極小値を持ち、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数で高周波信号の通過量の極大値を持ち、高周波フィルタとして機能する。
磁気抵抗効果デバイス３００では、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域または第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が遮断帯域となる。第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数と第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため（第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため）、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第２のポート１０９ｂ側に通過させることができる。また、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数と第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が互いに異なるため（第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数よりも高いまたは低いため）、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の高周波数側または低周波数側において、高周波信号を第２のポート１０９ｂ側に通過させることができる。高周波信号が通過する第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍または第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の高周波数側または低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス３００は、遮断帯域の高周波数側または低周波数側において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能することが可能となる。
さらに、磁気抵抗効果デバイス３００は、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂを有し、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数より高い、または２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数より低いので、広い遮断帯域を持ち、遮断帯域の高周波数側または低周波数側における肩特性が急峻である帯域遮断型フィルタとして機能することが可能となる。
また、以上の説明では、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂが互いに直列に接続されている例で説明したが、第１の実施形態で説明した場合と同様にして、第１の磁気抵抗効果素子は３個以上であってもよい。また、複数の第１の磁気抵抗効果素子同士が互いに並列に接続されていても良い。これらの場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、各々の第１の磁気抵抗効果素子が第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス３００と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
また、以上の説明では、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂと第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃとが、互いに並列に接続されている例で説明したが、第１の実施形態で説明した場合と同様にして、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの少なくとも一方と第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃとが直列に接続されていても良い。
（第４の実施形態）
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス４００の断面模式図である。磁気抵抗効果デバイス４００において、第３の実施形態の磁気抵抗効果デバイス３００と異なる点について主に説明し、共通する事項は適宜説明を省略する。第３の実施形態の磁気抵抗効果デバイス３００と共通している要素は同じ符号を用いており、共通している要素の説明は省略する。磁気抵抗効果デバイス４００は、第３の実施形態の磁気抵抗効果デバイス３００に対し、さらに第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄを有している。第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、磁化固定層１０２（第３の磁化固定層）、磁化自由層１０４（第３の磁化自由層）およびこれらの間に配置されたスペーサ層１０３（第３のスペーサ層）を有している。第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続されている。より具体的には、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは互いに直列接続されており、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの一端側（磁化自由層１０４側）が、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃに接続され、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの他端側（磁化固定層１０２側）が、基準電位端子１１４に接続されて基準電位端子１１４を介してグラウンド１０８に接続可能になっている。
第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、その一端側（この例では磁化自由層１０４側）が直流電流入力端子１１０側になり、その他端側（この例では磁化固定層１０２側）が基準電位端子１１４側になるように、直流電流入力端子１１０および基準電位端子１１４に接続されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス４００では、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ及び第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層１０４から磁化固定層１０２への向きとの関係が、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄとで同じになるように形成されている。この例では、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ及び第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのそれぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層１０４から磁化固定層１０２への向きとが、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ及び第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄ共に、同じ向きの関係になっている。
第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、直流電流入力端子１１０から入力される直流電流が、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの中を磁化固定層１０２から磁化自由層１０４の方向に流れるように形成されている。つまり、磁気抵抗効果デバイス４００では、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ及び第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの磁化固定層１０２、スペーサ層１０３および磁化自由層１０４の配置順との関係が、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄとで同じになっている。さらに、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数よりも高く、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数よりも低くなっている。
第１のポート１０９ａから入力される高周波信号は、その一部が２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂまたは、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄに流され、残りの高周波信号は第２のポート１０９ｂに出力される。
第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、一端側（磁化自由層１０４側）が下部電極１０６を介して信号線路１０７（第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ）に電気的に接続され、他端側（磁化固定層１０２側）が上部電極１０５と基準電位端子１１４を介してグラウンド１０８に電気的に接続されている。
直流電流入力端子１１０は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａの信号線路１０７への接続部と第１のポート１０９ａとの間の信号線路１０７に接続されている。直流電流入力端子１１０に直流電流源１１２が接続されることで、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄに直流電流を印加することが可能になる。
直流電流源１１２は、グラウンド１０８及び直流電流入力端子１１０に接続され、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含む閉回路が形成され、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄ、信号線路１０７、グラウンド１０８および直流電流入力端子１１０を含む閉回路が形成される。直流電流源１１２は、直流電流入力端子１１０から、上記の閉回路に直流電流を印加する。
磁場印加機構１１１は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの近傍に配設され、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄに磁場を印加して、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を設定可能となっている。
磁気抵抗効果デバイス４００のその他の構成は、第３の実施形態の磁気抵抗効果デバイス３００と同じである。
磁気抵抗効果デバイス４００において、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、直流電流入力端子１１０から入力される直流電流が、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの中を磁化固定層１０２から磁化自由層１０４の方向に流れるように形成されているので、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと同様に、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが増加する抵抗素子として取り扱うことが出来る。
スピントルク共鳴現象により、第１のポート１０９ａから入力された高周波信号の高周波成分の中で、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、第２のポート１０９ｂに並列に接続された、高インピーダンス状態の第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄによりグラウンド１０８から遮断され、第２のポート１０９ｂに出力されやすくなる。一方、高周波信号の高周波成分の中で第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、低インピーダンス状態の第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄを通過し、グラウンド１０８に流れ、第２のポート１０９ｂに出力されにくくなる。
図１２に、磁気抵抗効果デバイス４００に入力される高周波信号の周波数と減衰量との関係を示したグラフを示す。図１２の縦軸は減衰量、横軸は周波数を表している。図１２のプロット線４２０は、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄに印加された磁場が一定で、且つ、印加された直流電流が一定の時のグラフである。ｆａは第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数であり、ｆｂは第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数であり、ｆｃは第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数であり、ｆｅは第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数である。
図１２のプロット線４２０に示されるように、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍の帯域が遮断帯域となる。また、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃにより、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の高周波数側（上記の遮断帯域の高周波数側）において、高周波信号を第２のポート１０９ｂ側に通過させることができる。高周波信号が通過する第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の高周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。また、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄにより、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の低周波数側（上記の遮断帯域の低周波数側）において、高周波信号を第２のポート１０９ｂ側に通過させることができる。高周波信号が通過する第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍および第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の低周波数側の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス４００は、図１２のプロット線４２０に示されるような、遮断帯域の低周波数側および高周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能する。この場合、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍および第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、高周波信号の減衰量の周波数に対する変化が急峻であるため、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数を、使用する遮断帯域の上限周波数に一致させ、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数を、使用する遮断帯域の下限周波数に一致させることが好ましい。
また、磁気抵抗効果デバイス４００では、第１の磁気抵抗効果素子は１個（第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂのいずれか一方）としてもよい。
このように、磁気抵抗効果デバイス４００は、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄを磁気抵抗効果デバイス３００に対してさらに有し、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続され、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂ、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、それぞれ磁化固定層１０２、磁化自由層１０４およびこれらの間に配置されたスペーサ層１０３を有し、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、その一端側が直流電流入力端子１１０（直流印加端子）側になり、その他端側が基準電位端子１１４側になるように、直流電流入力端子１１０（直流印加端子）および基準電位端子１１４に接続され、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ及び第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、それぞれの一端側から他端側への向きと、それぞれの磁化自由層１０４から磁化固定層１０２への向きとの関係が、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄとで同じになるように形成されている。また、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄは、直流電流入力端子１１０（直流印加端子）から入力される直流電流が、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの中を磁化固定層１０２から磁化自由層１０４の方向に流れるように形成され、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっており、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数は、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数よりも低くなっている。
したがって、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄに第１のポート１０９ａから信号線路１０７を介して高周波信号が入力されることにより、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄにスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。このスピントルク共鳴と同時に、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの中を磁化固定層１０２から磁化自由層１０４の方向に直流電流が流れることにより、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの素子インピーダンスが増加する。
第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄが、第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続されることにより、高周波信号を、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄが高インピーダンス状態である共鳴周波数では第２のポート１０９ｂ側に通過させ、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄが低インピーダンス状態である非共鳴周波数では第２のポート１０９ｂに対して遮断することが出来る。
第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数が第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数よりも低いため、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の高周波数側および低周波数側において、高周波信号を第２のポート側に通過させることができる。また、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数よりも高く、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数が第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数よりも低いため、第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の高周波数側および低周波数側において、高周波信号を第２のポート側に通過させることができる。高周波信号が通過する第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数の近傍および第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数の近傍においては、遮断帯域における高周波信号の減衰量に対する減衰量の比をさらに小さくすることができるため、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａのスピントルク共鳴周波数の近傍または第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂのスピントルク共鳴周波数の近傍で形成される遮断帯域の高周波数側および低周波数側の両方の肩特性を急峻にすることが可能になる。つまり、磁気抵抗効果デバイス２００は、遮断帯域の高周波数側および低周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能することが可能となる。
さらに、磁気抵抗効果デバイス４００は、スピントルク共鳴周波数が互いに異なる２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂを有するので、広い遮断帯域を持ち、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃのスピントルク共鳴周波数が、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数よりも高く、第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄのスピントルク共鳴周波数が、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの各々のスピントルク共鳴周波数よりも低いため、遮断帯域の高周波数側及び低周波数側の両方において急峻な肩特性を持つ帯域遮断型フィルタとして機能することが可能となる。
また、以上の説明では、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂが互いに直列に接続されている例で説明したが、第１の実施形態で説明した場合と同様にして、第１の磁気抵抗効果素子は３個以上であってもよい。また、複数の第１の磁気抵抗効果素子同士が互いに並列に接続されていても良い。これらの場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、各々の第１の磁気抵抗効果素子が第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス４００と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
また、以上の説明では、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄが互いに直列に接続されている例で説明したが、第２の実施形態で説明した場合と同様にして、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃと第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄが互いに並列に接続されていても良い。この場合の磁気抵抗効果デバイスであっても、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄが、第２のポート１０９ｂに対して並列に信号線路１０７に接続されることにより、磁気抵抗効果デバイス４００と同様の、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことができる。
また、以上の説明では、互いに直列に接続された２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂと、互いに直列に接続された第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄとが、互いに並列に接続されている例で説明したが、第２の実施形態で説明した場合と同様にして、２つの第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂの少なくとも一方と、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃおよび第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄの少なくとも一方とが、直列に接続されていても良い。
第３実施形態の磁気抵抗効果デバイス３００および第４実施形態の磁気抵抗効果デバイス４００において、さらに、遮断帯域を広く、肩特性を急峻にするためには、肩特性を急峻にする第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ（第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄ）のＱ値を、遮断帯域を形成する第１の磁気抵抗効果素子１０１ａと第１の磁気抵抗効果素子１０１ｂの少なくとも一方のＱ値よりも大きくすることが好ましい。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上記で説明した実施形態以外にも変更や構成要素の追加を行うことが可能である。例えば、第１のポート１０９ａに接続された高周波回路に直流信号が流れるのを防ぐために、第１〜第４の実施形態における直流電流入力端子１１０の信号線路１０７への接続部と第１のポート１０９ａとの間の信号線路１０７に、直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続してもよい。また、第２のポート１０９ｂに接続された高周波回路に直流信号が流れるのを防ぐために、第１〜第４の実施形態における第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃの信号線路１０７への接続部と第２のポート１０９ｂとの間の信号線路１０７に、直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続してもよい。
また、第１〜第４の実施形態において、各磁気抵抗効果素子の中を流れる高周波信号の各磁気抵抗効果素子に対する向きが、第１〜第４の実施形態の説明の中で図示されている向きとは反対になるように各磁気抵抗効果素子が形成されていても良い。例えば、第１〜第４の実施形態では、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂは、磁化固定層１０２側が第１のポート１０９ａ側に接続されており、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ（および第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄ）は、磁化自由層１０４側が第１のポート１０９ａ側に接続されているが、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂは、磁化自由層１０４側が第１のポート１０９ａ側に接続され、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ（および第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄ）は、磁化固定層１０２側が第１のポート１０９ａ側に接続されるようにしてもよい。これらの場合は、直流電流源１１２から直流電流入力端子１１０に入力される直流電流の向きを、各実施形態の説明の中で図示されている向きとは反対になるようにすればよい。
また、第１〜第４の実施形態において、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂは、それぞれの磁化固定層１０２側が直流電流入力端子１１０側になり、それぞれの磁化自由層１０４側が基準電位端子１１４側になるように、直流電流入力端子１１０および基準電位端子１１４に接続されており、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ（および第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄ）は、それぞれの磁化自由層１０４側が直流電流入力端子１１０側になり、それぞれの磁化固定層１０２側が基準電位端子１１４側になるように、直流電流入力端子１１０および基準電位端子１１４に接続されているが、第１の磁気抵抗効果素子１０１ａ、１０１ｂは、それぞれの磁化自由層１０４側が直流電流入力端子１１０側になり、それぞれの磁化固定層１０２側が基準電位端子１１４側になるように、直流電流入力端子１１０および基準電位端子１１４に接続され、第２の磁気抵抗効果素子１０１ｃ（および第３の磁気抵抗効果素子１０１ｄ）は、それぞれの磁化固定層１０２側が直流電流入力端子１１０側になり、それぞれの磁化自由層１０４側が基準電位端子１１４側になるように、直流電流入力端子１１０および基準電位端子１１４に接続されるようにしてもよい。
また、第１〜第４の実施形態では、直流電流源１１２からの直流電流が、直流印加端子の一例である直流電流入力端子１１０から入力され、各磁気抵抗効果素子（第１〜第３の磁気抵抗効果素子）に印加される例で説明したが、直流電流源１１２にかえて直流電圧源を直流印加端子に接続し、直流印加端子から直流電圧が各磁気抵抗効果素子（第１〜第３の磁気抵抗効果素子）に対してそれぞれの積層方向に印加されて、各磁気抵抗効果素子の中を直流電流が流れるようにしてもよい。つまり、直流印加端子は、各磁気抵抗効果素子（第１〜第３の磁気抵抗効果素子）に直流電流または直流電圧を印加可能であればよい。直流電圧源は、一定の直流電圧を発生可能な直流電圧源でもよく、発生する直流電圧値の大きさが変化可能な直流電圧源でもよい。
また、第１〜第４の実施形態では、磁気抵抗効果デバイス１００（２００、３００、４００）が周波数設定機構（有効磁場設定機構）として磁場印加機構１１１を有する例で説明しているが、周波数設定機構（有効磁場設定機構）は、以下に示すような他の例でも良い。例えば、磁気抵抗効果素子に電場を印加し、その電場を変化させることにより、磁化自由層における異方性磁場Ｈｋを変化させて磁化自由層における有効磁場を変化させ、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化させることができる。この場合、磁気抵抗効果素子に電場を印加する機構が、周波数設定機構（有効磁場設定機構）となる。また、磁化自由層の近傍に圧電体を設け、その圧電体に電場を印加して圧電体を変形させ、磁化自由層を歪ませることにより、磁化自由層における異方性磁場Ｈｋを変化させて磁化自由層における有効磁場を変化させ、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化させることができる。この場合、圧電体に電場を印加する機構および圧電体が、周波数設定機構（有効磁場設定機構）となる。また、電気磁気効果を有する反強磁性体またはフェリ磁性体である制御膜を磁化自由層に磁気的に結合するように設け、制御膜に磁場および電場を印加し、制御膜に印加する磁場および電場の少なくとも一方を変化させることにより、磁化自由層における交換結合磁場ＨＥＸを変化させて磁化自由層における有効磁場を変化させ、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化させることができる。この場合、制御膜に磁場を印加する機構、制御膜に電場を印加する機構および制御膜が、周波数設定機構（有効磁場設定機構）となる。
また、周波数設定機構が無くても（磁場印加機構１１１からの磁場が印加されなくても）、各磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が所望の周波数である場合には、周波数設定機構（磁場印加機構１１１）は無くてもよい。
１０１ａ、１０１ｂ 第１の磁気抵抗効果素子
１０１ｃ 第２の磁気抵抗効果素子
１０１ｄ 第３の磁気抵抗効果素子
１０２ 磁化固定層
１０３ スペーサ層
１０４ 磁化自由層
１０５ 上部電極
１０６ 下部電極
１０７ 信号線路
１０８ グラウンド
１０９ａ 第１のポート
１０９ｂ 第２のポート
１１０ 直流電流入力端子
１１１ 磁場印加機構
１１２ 直流電流源
１１４ 基準電位端子
１００、２００、３００、４００ 磁気抵抗効果デバイス

Claims (8)

  1. 第１の磁気抵抗効果素子と、第２の磁気抵抗効果素子と、高周波信号が入力される第１のポートと、高周波信号が出力される第２のポートと、信号線路と、直流印加端子とを有し、
    前記第１のポートおよび前記第２のポートが前記信号線路を介して接続され、
    前記第１の磁気抵抗効果素子および前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第２のポートに対して並列に前記信号線路に接続され、
    前記第１の磁気抵抗効果素子および前記第２の磁気抵抗効果素子は、それぞれ磁化固定層、磁化自由層およびこれらの間に配置されたスペーサ層を有し、
    前記第１の磁気抵抗効果素子および前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記直流印加端子から入力され前記第１の磁気抵抗効果素子および前記第２の磁気抵抗効果素子のそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの前記磁化固定層、前記スペーサ層および前記磁化自由層の配置順との関係が、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とで逆になるように形成され、
    前記第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数と前記第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数は互いに異なることを特徴とする磁気抵抗効果デバイス。
  2. スピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の前記第１の磁気抵抗効果素子を有し、
    前記第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数は、前記複数の第１の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数より高い、または前記複数の第１の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数より低いことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  3. 第３の磁気抵抗効果素子をさらに有し、
    前記第３の磁気抵抗効果素子は、前記第２のポートに対して並列に前記信号線路に接続され、
    前記第１の磁気抵抗効果素子、前記第２の磁気抵抗効果素子および前記第３の磁気抵抗効果素子は、それぞれ磁化固定層、磁化自由層およびこれらの間に配置されたスペーサ層を有し、
    前記第２の磁気抵抗効果素子および前記第３の磁気抵抗効果素子は、前記直流印加端子から入力され前記第２の磁気抵抗効果素子および前記第３の磁気抵抗効果素子のそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの前記磁化固定層、前記スペーサ層および前記磁化自由層の配置順との関係が、前記第２の磁気抵抗効果素子と前記第３の磁気抵抗効果素子とで同じになるように形成され、
    前記第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が、前記第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数よりも高く、前記第３の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が、前記第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  4. 第３の磁気抵抗効果素子をさらに有し、
    前記第３の磁気抵抗効果素子は、前記第２のポートに対して並列に前記信号線路に接続され、
    前記第１の磁気抵抗効果素子、前記第２の磁気抵抗効果素子および前記第３の磁気抵抗効果素子は、それぞれ磁化固定層、磁化自由層およびこれらの間に配置されたスペーサ層を有し、
    前記第２の磁気抵抗効果素子および前記第３の磁気抵抗効果素子は、前記直流印加端子から入力され前記第２の磁気抵抗効果素子および前記第３の磁気抵抗効果素子のそれぞれの中を流れる直流電流の向きと、それぞれの前記磁化固定層、前記スペーサ層および前記磁化自由層の配置順との関係が、前記第２の磁気抵抗効果素子と前記第３の磁気抵抗効果素子とで同じになるように形成され、
    前記第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が、前記複数の第１の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数よりも高く、前記第３の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が、前記複数の第１の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数よりも低いことを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  5. 第１の磁気抵抗効果素子と、第２の磁気抵抗効果素子と、高周波信号が入力される第１のポートと、高周波信号が出力される第２のポートと、信号線路と、磁気抵抗効果素子に直流電流または直流電圧を印加可能な直流印加端子と、基準電位端子とを有し、
    前記第１のポートおよび前記第２のポートが前記信号線路を介して接続され、
    前記第１の磁気抵抗効果素子および前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第２のポートに対して並列に前記信号線路に接続され、
    前記第１の磁気抵抗効果素子および前記第２の磁気抵抗効果素子は、それぞれ磁化固定層、磁化自由層およびこれらの間に配置されたスペーサ層を有し、
    前記第１の磁気抵抗効果素子及び前記第２の磁気抵抗効果素子は、それぞれの一端側が前記直流印加端子側になり、それぞれの他端側が前記基準電位端子側になるように、前記直流印加端子および前記基準電位端子に接続され、
    前記第１の磁気抵抗効果素子及び前記第２の磁気抵抗効果素子は、それぞれの前記一端側から前記他端側への向きと、それぞれの前記磁化自由層から前記磁化固定層への向きとの関係が、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子とで逆になるように形成され、
    前記第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数と前記第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数は互いに異なることを特徴とする磁気抵抗効果デバイス。
  6. スピントルク共鳴周波数が互いに異なる複数の前記第１の磁気抵抗効果素子を有し、
    前記第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数は、前記複数の第１の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数より高い、または前記複数の第１の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数より低いことを特徴とする請求項５に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  7. 第３の磁気抵抗効果素子をさらに有し、
    前記第３の磁気抵抗効果素子は、前記第２のポートに対して並列に前記信号線路に接続され、
    前記第１の磁気抵抗効果素子、前記第２の磁気抵抗効果素子および前記第３の磁気抵抗効果素子は、それぞれ磁化固定層、磁化自由層およびこれらの間に配置されたスペーサ層を有し、
    前記第３の磁気抵抗効果素子は、その一端側が前記直流印加端子側になり、その他端側が前記基準電位端子側になるように、前記直流印加端子および前記基準電位端子に接続され、
    前記第２の磁気抵抗効果素子及び前記第３の磁気抵抗効果素子は、それぞれの前記一端側から前記他端側への向きと、それぞれの前記磁化自由層から前記磁化固定層への向きとの関係が、前記第２の磁気抵抗効果素子と前記第３の磁気抵抗効果素子とで同じになるように形成され、
    前記第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が、前記第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数よりも高く、前記第３の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が、前記第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数よりも低いことを特徴とする請求項５に記載の磁気抵抗効果デバイス。
  8. 第３の磁気抵抗効果素子をさらに有し、
    前記第３の磁気抵抗効果素子は、前記第２のポートに対して並列に前記信号線路に接続され、
    前記第１の磁気抵抗効果素子、前記第２の磁気抵抗効果素子および前記第３の磁気抵抗効果素子は、それぞれ磁化固定層、磁化自由層およびこれらの間に配置されたスペーサ層を有し、
    前記第３の磁気抵抗効果素子は、その一端側が前記直流印加端子側になり、その他端側が前記基準電位端子側になるように、前記直流印加端子および前記基準電位端子に接続され、
    前記第２の磁気抵抗効果素子及び前記第３の磁気抵抗効果素子は、それぞれの前記一端側から前記他端側への向きと、それぞれの前記磁化自由層から前記磁化固定層への向きとの関係が、前記第２の磁気抵抗効果素子と前記第３の磁気抵抗効果素子とで同じになるように形成され、
    前記第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が、前記複数の第１の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数よりも高く、前記第３の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数が、前記複数の第１の磁気抵抗効果素子の各々のスピントルク共鳴周波数よりも低いことを特徴とする請求項６に記載の磁気抵抗効果デバイス。
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