WO2007135817A1 - マルチフェロイック素子 - Google Patents

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WO2007135817A1
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Yoshinori Tokura
Takahisa Arima
Yoshio Kaneko
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Japan Science And Technology Agency
National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
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    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices

Definitions

  • the present invention relates to a multiferroic element.
  • the present invention relates to a multiferroic element having both ferroelectricity and ferromagnetism, and is particularly used for a magnetic sensor suitable for reading information stored by a magnetic field. Furthermore, this multiferroic element can be applied to a memory element.
  • the present invention relates to a multi-flux element having a new function which has not been conventionally provided.
  • This multiferroic element can be applied to a magnetic sensor element. By using this multi-ferroic element function, it is possible to read out information embedded in the direction of magnetization without using a complicated device (for example, a magnetic sensor using a magneto-optical effect or a device such as a large pickup coil). It becomes.
  • Non-Patent Document 1 Tsuneyuki Miyake, Nikkei Microdevice, 72 (2003)
  • Non-Patent Document 2 K. Tomiyasu et al., Phys. Rev. B 70, 214434 (2004) Disclosure of the Invention
  • the present invention provides a multiferroic element that can control the direction of electric polarization or magnetic field of a solid material by applying a magnetic field or electric field, and has a simple configuration. The purpose is to do. In order to achieve the above object, the present invention provides
  • Ferroelectricity and spin direction are rotated along the outside of a cone (open angle ⁇ of the cone is 0 degrees and ⁇ 90 degrees), and it has ferromagnetism with a spin structure.
  • the present invention provides a multiferroic element that uses an external magnetic field applied to a multiferroic solid material to control the direction of electric polarization substantially orthogonal to the external magnetic field (claim 1).
  • the ferroelectricity and the spin direction is such that the spin direction rotates along the outside of the cone (the opening angle ⁇ of the cone apex is 0 ° and ⁇ 90 °) and has a spin structure.
  • a multiferroic element that uses an external electric field applied to a multiferroic solid material having magnetism to control the direction of the magnetic field substantially orthogonal to the external electric field (claim 2). .
  • It may be a multiferroic device characterized by comprising a chromium oxide which is a (Fe, Co, Ni) compound! / ⁇ (Claim 3).
  • It may be a multiferroic element characterized by being a single crystal produced by a single crystal growth method in a high pressure gas atmosphere of 2 atm or more and less than 11 atm (claim 4).
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a multiferroic magnetic sensor element according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a basic configuration of a multiferroic memory element according to the present invention.
  • FIG. 3 is a layout view of an experiment confirming the multiferroic magnetic sensor function according to the present invention.
  • FIG. 4 is a drawing showing a crystal of CoCr 2 O, which is a multiferroic solid material that is useful in the present invention.
  • FIG. 6 Shows the spin structure of CoCr 2 O, a multiferroic solid material that is useful for the present invention. It is a figure.
  • the structure of the multiferroic magnetic sensor element (Fig. 1) has a multiferroic solid material force sandwiched between two metal electrodes, and is generated by a magnetic leakage field corresponding to information.
  • the voltmeter detects the electric polarization generated in the direction almost perpendicular to the magnetic field.
  • the multiferroic memory element (FIG. 2) also has a multiferroic solid material force sandwiched between two metal electrodes. By applying a voltage between a specific selected bit line and a word line, a magnetic field is generated in a specific direction in a single memory element sandwiched between the selected lines. The generated magnetic key has a memory function.
  • the memory elements are embedded in a non-magnetic solid material.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a multiferroic magnetic sensor element according to the present invention.
  • 1 is a perpendicular magnetic recording material (perpendicular magnetic recording film)
  • 2 is a multi-fiber solid material
  • 3 and 4 are electrodes formed so as to sandwich the multi-ferroic solid material
  • 5 is It is a voltmeter that is connected to electrodes 3 and 4 and measures charges generated on the surfaces of electrodes 3 and 4 of the multiferroic solid material 2 generated by induced electrical polarization.
  • This magnetic sensor element can be simply configured without the magnetic sensor portion and the electric polarization generating portion being made of the same solid material and having a special shape.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a basic configuration of a multiferroic memory element according to the present invention.
  • 11 is a multiferroic solid material
  • 12 and 13 are electrodes formed so as to sandwich the multiferroic solid material 11.
  • a minimum memory cell 10 is configured in this unit.
  • the memory cells 10 of the minimum unit may be arranged in a plane.
  • a specific bit line 14 and a specific word line 15 are selected and a positive voltage is applied.
  • the induced magnetic field M is directed forward. If a negative voltage is applied to the next memory element, a backward magnetic field M is generated and information is stored.
  • the MRAM element currently under development is a memory control system using a magnetic field induced by current.
  • the multiferroic memory element described above uses reversal of magnetization induced by electric field. Unlike current-induced magnetic fields, it is possible to suppress a large amount of current consumption because it is induced by an electric field. This eliminates the disadvantage of high power consumption, which is a feature of current MRAM devices, and enables low power consumption.
  • the read signal is a positive / negative signal
  • the MRAM element distinguishes the signal level by the magnitude of the resistance, but it is strong against noise! ⁇ .
  • the MFM element becomes a non-volatile memory element like the MRAM element.
  • FIG. 3 is a layout view of an experiment confirming the multiferroic magnetic sensor function that is effective in the present invention.
  • 21 is a multiferroic solid material
  • 22, 23 are upper and lower electrodes sandwiching the multiferroic solid material
  • 24 is a magnetic field applied to the multiferroic solid material 21 from the outside
  • 25 is a multiphase.
  • 26 is the charge generated on the upper and lower electrodes 22 and 23 of the multiferroic solid material 21 generated by the induced electrical polarization. It is a voltmeter.
  • 27 shows the arrangement of crystal orientations of the multiferroic solid material 21 (details will be described later).
  • a single crystal produced in a high-pressure gas atmosphere of 2 to 11 atmospheres was used in the free melting zone single crystal growth method. Conventionally, such a single crystal could not be obtained with the flux method.
  • FIG. 4 is a view showing a crystal of CoCr 2 O, which is a multiferroic solid material useful for the present invention.
  • Floating zone single crystal growth method used lamp heating method using confocal ellipsoid.
  • the lamp is a xenon lamp.
  • an argon gas atmosphere of 10 atm was used.
  • the crystal growth rate is 40 mmZ hours. A large [110] surface of 2 X 2 mm 2 was obtained.
  • Fig. 5 shows the temperature dependence of the magnetization of CoCr 2 O, which is a multiferroic solid material useful for the present invention.
  • Fig. 6 shows the spin structure of CoCr 2 O, which is a multiferroic solid material that helps the present invention.
  • FIG. Shows the spin structure at temperatures below 26K.
  • a structure rotating so that the spin direction is outside the cone (open angle ⁇ of the apex of the cone is in the range of 0 ° and ⁇ 90 °) has an average magnetic field in the direction [001].
  • the tip of each spin rotates counterclockwise about the [001] axis as the central axis, and the arrangement of each spin advances in the [110] direction.
  • FIG. 7 shows the temperature of electric polarization of CoCr 2 O, which is a multiferroic solid material useful for the present invention.
  • Fig. 8 shows the accompanying magnetization reversal of CoCr 2 O, which is a multiferroic solid material that is useful in the present invention.
  • the electric polarization is the same when the direction of the magnetic field parallel to the [001] direction is periodically reversed in amplitude (approximately 0.2 T to 0.2 mm, approximately 0.01 Hz).
  • amplitude approximately 0.2 T to 0.2 mm, approximately 0.01 Hz.
  • the direction of the electric polarization of CoCr 2 O is controlled by the direction of the external magnetic field.
  • the spin direction of the multiferroic material having a spin structure is rotated so that the spin direction is along the outside of the cone (open angle ⁇ of the apex of the cone is 0 ° and ⁇ 90 °).
  • the direction of electrical polarization can be controlled by an external magnetic field.
  • the present embodiment is a cryogenic region in a temperature range of 26 ° C or less, but the spin structure shown above is rotated so that the spin direction is along the outside of the cone. It is found in materials. By searching for multiferroic materials with this structure, it is possible to develop similar phenomena at room temperature.
  • the direction of the magnetic field can be controlled by the electric field which is the reverse process.
  • the direction of electrical polarization can be controlled by an electric field. If a reversal of electric polarization occurs at this time, in a multiferroic material having a spin structure in which the spin direction rotates along the outside of the cone, the reversal theorem (principle of reciprocity) ) Is more obvious.
  • the structure of the magnetic sensor element is simplified, and the cost can be greatly reduced.
  • the magnetic sensor element can be miniaturized, the magnetic sensor can cope with the miniaturization of the magnetic domain that stores information.
  • it becomes a memory element by the inversion function of the magnetic field by the electric field.
  • the magnetization induced by the electric field has hysteresis, it becomes a nonvolatile memory element. Fewer layer configurations dramatically reduce process costs. New low power consumption, high integration, and low manufacturing cost multiferroic non-volatile memory devices (MFM devices) can be provided.
  • MFM devices multiferroic non-volatile memory devices
  • the multiferroic element of the present invention provides, for example, a magnetic sensor element having a simple structure.
  • the multiferroic element of the present invention provides a low-cost memory element.

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Abstract

　磁場もしくは電場により固体材料の電気分極もしくは磁化の方向を制御することができ、かつ構成が単純なマルチフェロイック素子を提供する。 　強誘電性と、スピンの向きが円錐（円錐の頂点の開き角度αは０度＜α≦９０の範囲）の外側を沿うように回転しているスピン構造を有する強磁性を合わせ持つマルチフェロイック固体材料に、外部磁場の向き３１を印加することにより、前記外部磁場とほぼ直交した電気分極の向き３２を制御する。または、前記マルチフェロイック固体材料に外部電場の向き３２を印加することにより、前記外部電場とほぼ直交した磁化の向き３１を制御する。

Description

明 細 書
Y /レアノ ロイック素子
技術分野
[0001] 本発明は、マルチフエロイック素子に関するものである。
背景技術
[0002] 本発明は、強誘電性と強磁性を合わせ持つマルチフエロイック素子に係り、特に、 磁ィ匕によって記憶された情報を読み出すのに好適な磁気センサーに利用される。ま た、更に、このマルチフエロイック素子はメモリ素子に応用できる。
[0003] 従来、磁場により固体材料の電気分極の方向を反転させることは出来な力つた。ま た、逆に電場により固体材料の磁ィ匕の方向を反転させることは出来な力つた。これら の作用が固体中で可能になれば、この効果を用いてさまざまな技術的展開が可能で ある。本発明は、従来にない新しい機能を持つマルチフ ロイック素子に関するもの である。このマルチフエロイック素子は磁気センサー素子に適用できる。このマルチフ エロイツク素子機能を使えば、複雑な装置 (例えば、磁気光学効果を用いた磁気セン サーゃ大きなピックアップコイルなどの装置）を用いることなぐ磁化の方向に埋め込 まれた情報を読み出すことが可能となる。逆に、電場を印加して、その固体材料の磁 化の向きを制御できることから、これによつてマルチフエロイック素子はメモリ素子にも 適用できる。これによつて各社製造業が、現在その開発にしのぎを削っている先端メ モリ素子である MRAM素子をこのマルチフエロイック素子に置き換えることができる。 このマルチフエロイック素子は、電場で制御可能であるから、現在開発されている MR AM素子の欠点である消費電力を小さくすることができる〔非特許文献 1参照〕。 非特許文献 1 :三宅常之、 日経マイクロデバイス、 72 (2003)
非特許文献 2 :K. Tomiyasu et al. , Phys. Rev. B 70, 214434 (2004) 発明の開示
[0004] 本発明は、上記問題点に鑑みて、磁場もしくは電場を印加することにより固体材料 の電気分極もしくは磁ィ匕の向きを制御することができ、かつ構成が単純なマルチフエ ロイック素子を提供することを目的とする。 [0005] 本発明は、上記目的を達成するために、
強誘電性と、スピンの向きが円錐（円錐の頂点の開き角度 αは 0度く α≤90度の範 囲）の外側を沿うように回転して 、るスピン構造を持つ強磁性を合わせ持つマルチフ エロイツク固体材料に、外部磁場を印加することにより、前記外部磁場とほぼ直交した 電気分極の向きを制御することを用いたマルチフエロイック素子を提供した (請求項 1
) ο
[0006] また、強誘電性と、スピンの向きが円錐（円錐の頂点の開き角度 αは 0度く α≤90 度の範囲）の外側を沿うように回転して 、るスピン構造を有する強磁性を合わせ持つ マルチフエロイック固体材料に、外部電場を印加することにより、前記外部電場とほぼ 直交した磁ィ匕の向きを制御することを用いたマルチフエロイック素子を提供した (請求 項 2)。
[0007] 上記した請求項 1、 2におけるマルチフエロイック固体材料は、 MCr O (M = Mn,
2 4
Fe, Co, Ni)化合物であるクロム酸化物からなることを特徴とするマルチフエロイック 素子であってもよ!/ヽ (請求項 3)。
[0008] 上記した請求項 3記載の MCr O (M = Mn, Fe, Co, Ni)化合物は、浮遊溶融帯
2 4
単結晶育成方式で、 2気圧以上 11気圧未満の高圧ガス雰囲気下で製造された単結 晶であることを特徴とするマルチフエロイック素子であってもよ 、（請求項 4)。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]本発明にかかるマルチフエロイック磁気センサー素子の基本構成を示す模式図 である。
[図 2]本発明にかかるマルチフエロイックメモリ素子の基本構成を示す模式図である。
[図 3]本発明にかかるマルチフエロイック磁気センサー機能を確認した実験の配置図 である。
[図 4]本発明に力かるマルチフ ロイック固体材料である CoCr Oの結晶を示す図面
2 4
代用の写真である。
[図 5]本発明に力かるマルチフエロイック固体材料である CoCr Oの磁化の温度依存
2 4
性を示す図である。
[図 6]本発明に力かるマルチフエロイック固体材料である CoCr Oのスピン構造を示 す図である。
[図 7]本発明に力かるマルチフエロイック固体材料である CoCr Oの電気分極の温度
2 4
依存性を示す図である。
[図 8]本発明に力かるマルチフエロイック固体材料である CoCr Oの磁化反転にとも
2 4
なう電気分極の反転を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0010] マルチフエロイック磁気センサー素子の構造（図 1)は、二つの金属電極に挟まれた マルチフエロイック固体材料力 なる構造を有し、情報に対応した磁ィ匕の漏れ磁場に より発生した磁場により、その磁場にほぼ垂直な方向に発生した電気分極を電圧計 にて検知する構造とすればょ 、。
[0011] また、マルチフエロイックメモリ素子（図 2)は、二つの金属電極に挟まれたマルチフ エロイツク固体材料力もなる。特定の選択されたビット線とワード線との間に電圧を印 加することにより、この選択された線に挟まれた単一メモリ素子に特定方向に磁ィ匕を 発生させる。発生した磁ィ匕はメモリ機能を有する。メモリ素子間は非磁性体固体材料 中に埋め込まれた構造とする。
[0012] 以下、本発明の実施の形態について説明する。
[0013] 図 1は本発明にカゝかるマルチフエロイック磁気センサー素子の基本構成を示す模 式図である。
[0014] この図において、 1は垂直磁気記録材料 (垂直磁気記録膜)、 2はマルチフエ口イツ ク固体材料、 3, 4はそのマルチフ ロイック固体材料 2を挟むように形成される電極、 5は電極 3, 4に接続され、誘起された電気分極により発生したマルチフエロイック固 体材料 2の電極 3, 4の表面に生じる電荷を計測する電圧計である。
[0015] この磁気センサー素子は、磁気センサー部と電気分極発生部が同一固体材料から なり、特殊な形状を有することなぐ単純に構成することができる。
[0016] このように構成することにより、磁気センサー素子の構造が単純となり、大幅なコスト ダウンを図ることができる。また、磁気センサー素子の微小化も可能であることから、 情報の記憶を担う磁ィ匕領域の微小化に対応可能な磁気センサーとなる。一方、電場 による磁ィ匕の反転機能によりメモリ素子となる。 [0017] 図 2は本発明にカゝかるマルチフエロイックメモリ素子の基本構成を示す模式図であ る。
[0018] この図において、 11はマルチフエロイック固体材料、 12, 13はマルチフエロイック固 体材料 11を挟むように形成される電極である。この単位で最小メモリセル 10を構成 する。メモリ素子を構成するにはこの最小単位のメモリセル 10を平面的に並べればよ い。書き込み動作は、特定のビット線 14と特定のワード線 15を選択し、正の電圧を印 加する。誘起される磁ィ匕 Mは手前への向きとなる。次のメモリ素子に負の電圧を印加 すれば、後方への磁ィ匕 Mが発生し、情報が記憶されることになる。読み出しは、選択 したメモリ素子の電荷 (電圧）の符号を取り出せばよ!、。以上のようにメモリ素子構造 は至って単純である。また、読み出し信号は正負で発生する。
[0019] 現在開発中の MRAM素子は電流誘起による磁界を利用したメモリ制御方式であ る。これに対して、上記したマルチフエロイックメモリ素子は、電場誘起による磁化の 反転を用いる。電流誘起磁界と異なり、電場誘起であるので大幅な電流消費を抑え ることが可能となる。このことから、現状の MRAM素子の特徴である消費電力が大き いという欠点を解消し、低消費電力化が可能となる。また、読み出し信号は正負信号 であることから MRAM素子が抵抗の大小で信号レベルを区別するのに対しノイズに 強！ヽ。 MFM素子は MRAM素子と同様に不揮発性メモリ素子となる。
[0020] 図 3は本発明に力かるマルチフエロイック磁気センサー機能を確認した実験の配置 図である。
[0021] この図において、 21はマルチフエロイック固体材料、 22, 23はマルチフエロイック固 体材料 21を挟む上下の電極、 24は外部からマルチフエロイック固体材料 21に印加 した磁場、 25はマルチフエロイック固体材料 21に発生した電気分極の方向（外部磁 場とほぼ直交）、 26は誘起された電気分極により発生したマルチフエロイック固体材 料 21の上下電極 22, 23表面に生じる電荷を計測する電圧計である。 27はマルチフ エロイツク固体材料 21の結晶方位の配置 (詳細は後述）を示している。
[0022] ここで、電極 22, 23の材料としては銀ペーストを用いた力 その他アルミニウム、金 などの金属を用いても問題はな ヽ。
[0023] マルチフエロイック固体材料 21として、同じスピン配置を持つクロム酸化物のうち、 C oCr Oを用いた場合の結晶方位の配置 27が示されている。この単結晶としては浮
2 4
遊溶融帯単結晶育成方式で、 2気圧以上 11気圧未満の高圧ガス雰囲気下で製造さ れた単結晶を用いた。このような単結晶は、従来、フラックス法でし力得られなかった
。この従来のフラックス法の場合、 1 2mm程度以下の単結晶しか得られず、今回の ような実験配置構成する上でふさわしくない。そこで数 mm以上に大きくできる浮遊溶 融帯単結晶育成方式で、 2気圧以上 11気圧未満の高圧ガス雰囲気下で、大型単結 晶を得ることに成功した。
[0024] 図 4は本発明に力かるマルチフエロイック固体材料である CoCr Oの結晶を示す図
2 4
面代用の写真である。
[0025] まず、原料は CoOと Cr Oをィ匕学量論比で混合し、 1200°C、 12時間で固相反応さ
2 3
せる。その後、ロッド状にプレス成型し、 1300°C、 12時間アルゴンガス中で焼結する 。浮遊溶融帯単結晶育成方式は共焦点楕円体を用いたランプ加熱方式を用いた。 ランプはキセノンランプである。蒸発を抑えるために 10気圧のアルゴンガス雰囲気下 とした。結晶成長速度は 40mmZ時間である。 2 X 2mm2の大きな〔110〕面が得られ た。
[0026] 図 5は本発明に力かるマルチフエロイック固体材料である CoCr Oの磁化の温度依
2 4
存性を示す図である。
[0027] 室温から低温に下げると、温度 93Kでフェリ磁性に転移する（非特許文献 2参照）。
さらに温度 26Kでスピンの向きが円錐の外側を沿うように回転しているスピン構造を 持つ。
[0028] 図 6は本発明に力かるマルチフエロイック固体材料である CoCr Oのスピン構造を
2 4
示す図である。温度 26K以下でのスピン構造を示す。スピンの向きが円錐（円錐の頂 点の開き角度 αは 0度く α≤ 90度の範囲）の外側を沿うように回転している構造は、 方向〔001〕に平均的な磁ィ匕を持つ。このとき、各スピンの先端は〔001〕軸を中心軸と して反時計まわりに回転しながら、各スピンの配置は、〔110〕方向に進む。
[0029] このようなスピンの向きが円錐（円錐の頂点の開き角度 αは 0度く α≤90度の範囲 )の外側を沿うように回転して ヽるスピン構造を固体材料が持つと、電気分極が発生 する。このとき発生する電気分極の向き 32は、〔― 110〕軸の方向である。なお、 31は 磁ィ匕の方向である。
[0030] 図 7は本発明に力かるマルチフエロイック固体材料である CoCr Oの電気分極の温
2 4
度依存性を示す図である。
[0031] この図において、温度 26K付近の温度から電気分極が発生することが分かる。温 度 5K付近では 2 CZm2程度の大きさを持つ。このとき、磁化と垂直な方向に電気 分極が発現する（図 6)。
[0032] このようにスピンの向きが円錐の外側を沿うように回転して 、るスピン構造を持つ場 合、磁化と電気分極が同時に共存するマルチフエロイック材料となることが分かる。
[0033] 図 8は本発明に力かるマルチフ ロイック固体材料である CoCr Oの磁化反転に伴
2 4
う電気分極の反転を示す図である。
[0034] 図 8に示すように、〔001〕方向に平行な磁場の向きを、周期的に振幅（一 0. 2T〜0 . 2Τ, 0. 01Hz程度)を反転させたとき電気分極も同じ周期で反転追随する。すなわ ち、外部磁場の向きによって CoCr Oの電気分極の向きを制御したことになる。
2 4
[0035] このようにスピンの向きが円錐（円錐の頂点の開き角度 αは 0度く α≤90度の範囲 )の外側を沿うように回転して 、るスピン構造を持つマルチフエロイック材料の場合、 外部磁場でその電気分極の向きを制御することが可能であることを初めて実証した。
[0036] 現在の実施例は、 26Κ以下の温度領域で極低温領域であるが、上に示したスピンの 向きが円錐の外側を沿うように回転して 、るスピン構造は既に多くのスピネル固体材 料で見出されている。この構造を持つマルチフエロイック材料を探索すれば、室温で 同様な現象を発現することは可能である。
[0037] 強磁性と強誘電性を合わせ持つマルチフエロイック固体材料 CoCr Oで、磁場で
2 4
電極分極を制御することを実施例で示したことから、逆の過程である電場により磁ィ匕 の向きを制御できることも分かる。強誘電体において、電気分極の方向は電場で制 御できる。このとき電気分極の反転が起きれば、スピンの向きが円錐の外側を沿うよう に回転しているスピン構造を持つマルチフエロイック材料においては、同時に磁化の 反転が起きることは相反定理 (principle of reciprocity)より自明である。
[0038] なお、上記ではマルチフエロイック固体材料 CoCr Oについて説明してきたが、マ
2 4
ルチフエロイック固体材料としては MCr O (M = Mn, Fe, Co, Ni)化合物であるク ロム酸ィ匕物であれば、同じように用いることができる。
[0039] なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなぐ本発明の趣旨に基づいて 種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 本発 明によれば、
(1)強誘電性と、スピンの向きが円錐（円錐の頂点の開き角度 αは 0度 < α≤90度 の範囲）の外側を沿うように回転して ヽるスピン構造を有する強磁性を合わせ持つマ ルチフエロイック固体材料に、外部磁場を印加することにより、前記外部磁場とほぼ 直交した電気分極の向きを制御することができる。
[0040] (2)強誘電性と、スピンの向きが円錐（円錐の頂点の開き角度 αは 0度 < α≤90度 の範囲）の外側を沿うように回転して ヽるスピン構造を有する強磁性を合わせ持つマ ルチフ ロイック固体材料に、外部電場を印加することにより、前記外部電場とほぼ 直交した磁ィ匕の向きを制御することができる。
[0041] このように構成することにより、例えば、磁気センサー素子の構造が単純となり、大 幅なコスト低減を図ることができる。また、磁気センサー素子の微小化も可能であるこ とから、情報の記憶を担う磁ィ匕領域の微小化に対応可能な磁気センサーとなる。一 方、電場による磁ィ匕の反転機能によりメモリ素子となる。従来の電流誘起磁界により 磁ィ匕の向きを制御するのと異なり、電場誘起であるので大幅な電流消費を抑えること が可能となる。このことから現状の MRAM素子の特徴である消費電力が大きいという 欠点を解消し、低消費電力化が可能となる。さらに、電場で誘起された磁化はヒステ リシスを有するから、不揮発性メモリ素子となる。少ない層構成はプロセスコストを飛 躍的に低減する。新しい低消費電力、高集積、低製造コストのマルチフエロイック不 揮発性メモリ素子 (MFM素子）を提供することができる。
産業上の利用可能性
[0042] 本発明のマルチフエロイック素子は、例えば、単純な構造の磁気センサー素子を提 供する。また、本発明のマルチフエロイック素子は低コストのメモリ素子を提供する。

Claims

請求の範囲
[1] 強誘電性と、スピンの向きが円錐（円錐の頂点の開き角度 αは 0度 < α≤90度の 範囲）の外側を沿うように回転して ヽるスピン構造を有する強磁性を合わせ持つマル チフエロイック固体材料に、外部磁場を印加することにより、前記外部磁場とほぼ直 交した電気分極の向きを制御することを特徴とするマルチフエロイック素子。
[2] 強誘電性と、スピンの向きが円錐（円錐の頂点の開き角度 αは 0度く α≤90度の 範囲）の外側を沿うように回転して ヽるスピン構造を有する強磁性を合わせ持つマル チフエロイック固体材料に、外部電場を印加することにより、前記外部電場とほぼ直 交した磁ィ匕の向きを制御することを特徴とするマルチフエロイック素子。
[3] 請求項 1又は 2記載のマルチフエロイック素子において、前記マルチフエロイック固 体材料は、 MCr O (M = Mn, Fe, Co, Ni)化合物であるクロム酸化物からなること
2 4
を特徴とするマルチフエロイック素子。
[4] 請求項 3記載のマルチフエロイック素子において、前記 MCr O (M = Mn, Fe, Co
2 4
, Ni)化合物は、浮遊溶融帯単結晶育成方式で、 2気圧以上 11気圧未満の高圧ガ ス雰囲気下で製造された単結晶であることを特徴とするマルチフエロイック素子。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010109021A (ja) * 2008-10-29 2010-05-13 Japan Science & Technology Agency マルチフェロイック電子装置
WO2010100678A1 (ja) * 2009-03-06 2010-09-10 株式会社日立製作所 トンネル磁気記録素子、磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリ
WO2011005737A2 (en) * 2009-07-07 2011-01-13 Alcatel-Lucent Usa Inc. Multiferroic materials for tunable permittivity or permeability
WO2011145146A1 (ja) * 2010-05-20 2011-11-24 株式会社日立製作所 トンネル磁気抵抗効果素子及びそれを用いた磁気メモリセル並びに磁気ランダムアクセスメモリ
US8891190B1 (en) 2011-11-18 2014-11-18 Akita University Electric field writing magnetic storage device
WO2015025589A1 (ja) * 2013-08-22 2015-02-26 株式会社村田製作所 酸化物セラミックス、及びセラミック電子部品
US9460769B2 (en) 2011-08-23 2016-10-04 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Electric field ferromagnetic resonance excitation method and magnetic function element employing same
US9950958B2 (en) 2013-03-14 2018-04-24 Murata Manufacturing Co., Ltd. Electromagnetic effect material and ceramic electronic component
CN108735806A (zh) * 2018-05-30 2018-11-02 厦门大学 一种产生可控极化率的自旋电流的结构与方法
US10497499B2 (en) 2014-05-21 2019-12-03 Murata Manufacturing Co., Ltd. Oxide ceramic and ceramic electronic component

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8397580B2 (en) 2010-09-16 2013-03-19 The Boeing Company Multi-ferroic structural health monitoring systems and methods
US9666639B2 (en) 2010-09-17 2017-05-30 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods
US8358534B2 (en) * 2010-09-17 2013-01-22 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods
US8310868B2 (en) * 2010-09-17 2012-11-13 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods
US8300454B2 (en) * 2010-09-17 2012-10-30 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods
KR20120124226A (ko) * 2011-05-03 2012-11-13 삼성전자주식회사 메모리 소자 및 그 제조 방법
GB2560936A (en) * 2017-03-29 2018-10-03 Univ Warwick Spin electronic device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004023563A1 (ja) * 2002-09-05 2004-03-18 Japan Science And Technology Agency 電界効果トランジスタ
JP2004179219A (ja) * 2002-11-25 2004-06-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気デバイスおよびこれを用いた磁気メモリ
JP2004207707A (ja) * 2002-12-13 2004-07-22 Japan Science & Technology Agency スピン注入デバイス及びこれを用いた磁気装置
WO2006028005A1 (ja) * 2004-09-08 2006-03-16 Kyoto University 強磁性強誘電体及びその製造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001006569A (ja) * 1999-06-18 2001-01-12 Toshiba Corp 電子管内蔵用抵抗器
US6773565B2 (en) * 2000-06-22 2004-08-10 Kabushiki Kaisha Riken NOx sensor
US7074336B1 (en) * 2001-06-20 2006-07-11 Sandia Corporation Inorganic ion sorbents and methods for using the same
ITFI20020038A1 (it) * 2002-03-08 2003-09-08 Colorobbia Italia S R L Coloranti ceramici in forma di sospensioni nanometriche
US7675129B2 (en) * 2002-12-13 2010-03-09 Japan Science And Technology Agency Spin injection device, magnetic device using the same, magnetic thin film used in the same
WO2006114904A1 (en) * 2005-04-22 2006-11-02 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Non volatile memory cell and semiconductor memory device
US20070064351A1 (en) * 2005-09-13 2007-03-22 Wang Shan X Spin filter junction and method of fabricating the same
JP4693634B2 (ja) * 2006-01-17 2011-06-01 株式会社東芝 スピンｆｅｔ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004023563A1 (ja) * 2002-09-05 2004-03-18 Japan Science And Technology Agency 電界効果トランジスタ
JP2004179219A (ja) * 2002-11-25 2004-06-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 磁気デバイスおよびこれを用いた磁気メモリ
JP2004207707A (ja) * 2002-12-13 2004-07-22 Japan Science & Technology Agency スピン注入デバイス及びこれを用いた磁気装置
WO2006028005A1 (ja) * 2004-09-08 2006-03-16 Kyoto University 強磁性強誘電体及びその製造方法

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010109021A (ja) * 2008-10-29 2010-05-13 Japan Science & Technology Agency マルチフェロイック電子装置
WO2010100678A1 (ja) * 2009-03-06 2010-09-10 株式会社日立製作所 トンネル磁気記録素子、磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリ
JP5166600B2 (ja) * 2009-03-06 2013-03-21 株式会社日立製作所 トンネル磁気記録素子、磁気メモリセル及び磁気ランダムアクセスメモリ
US8615150B2 (en) 2009-07-07 2013-12-24 Alcatel Lucent Method employing multiferroic materials for tunable permittivity or permeability
WO2011005737A2 (en) * 2009-07-07 2011-01-13 Alcatel-Lucent Usa Inc. Multiferroic materials for tunable permittivity or permeability
WO2011005737A3 (en) * 2009-07-07 2011-03-31 Alcatel-Lucent Usa Inc. Multiferroic materials for tunable permittivity or permeability
US8280210B2 (en) 2009-07-07 2012-10-02 Alcatel Lucent Apparatus employing multiferroic materials for tunable permittivity or permeability
JP5386637B2 (ja) * 2010-05-20 2014-01-15 株式会社日立製作所 トンネル磁気抵抗効果素子及びそれを用いた磁気メモリセル並びに磁気ランダムアクセスメモリ
WO2011145146A1 (ja) * 2010-05-20 2011-11-24 株式会社日立製作所 トンネル磁気抵抗効果素子及びそれを用いた磁気メモリセル並びに磁気ランダムアクセスメモリ
US9460769B2 (en) 2011-08-23 2016-10-04 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Electric field ferromagnetic resonance excitation method and magnetic function element employing same
US8891190B1 (en) 2011-11-18 2014-11-18 Akita University Electric field writing magnetic storage device
US9950958B2 (en) 2013-03-14 2018-04-24 Murata Manufacturing Co., Ltd. Electromagnetic effect material and ceramic electronic component
WO2015025589A1 (ja) * 2013-08-22 2015-02-26 株式会社村田製作所 酸化物セラミックス、及びセラミック電子部品
JP6061111B2 (ja) * 2013-08-22 2017-01-18 株式会社村田製作所 酸化物セラミックス、及びセラミック電子部品
US9947460B2 (en) 2013-08-22 2018-04-17 Murata Manufacturing Co., Ltd. Oxide ceramic and ceramic electronic component
US10497499B2 (en) 2014-05-21 2019-12-03 Murata Manufacturing Co., Ltd. Oxide ceramic and ceramic electronic component
CN108735806A (zh) * 2018-05-30 2018-11-02 厦门大学 一种产生可控极化率的自旋电流的结构与方法

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Publication number Publication date
US20090196818A1 (en) 2009-08-06
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JP4911640B2 (ja) 2012-04-04

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