WO2018159396A1

WO2018159396A1 - 磁気抵抗効果デバイス

Info

Publication number: WO2018159396A1
Application number: PCT/JP2018/006131
Authority: WO
Inventors: 邦恭伊藤; 晋治原
Original assignee: Tdk株式会社
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2018-09-07
Also published as: US20200058802A1; JPWO2018159396A1

Abstract

磁気抵抗効果デバイス１は、磁気抵抗効果素子２と、磁気抵抗効果素子２に対して外部磁界を印加する外部磁界印加部３を備えている。磁気抵抗効果素子２は、第１の強磁性層２１と第２の強磁性層２３とスペーサ層２２を含んでいる。外部磁界印加部３は、磁化保持部３５と磁化設定部３０を含んでいる。磁化設定部３０は、磁化保持部３５に対して磁化設定用磁界を印加した後、磁化設定用磁界の印加を停止することによって、外部磁界を生成するために用いられる磁化を磁化保持部３５に設定する機能を有している。磁化保持部３５は、設定された磁化を、磁化設定用磁界の印加停止後に保持する機能を有している。

Description

磁気抵抗効果デバイス

　本発明は、磁気抵抗効果素子と、この磁気抵抗効果素子に外部磁界を印加する外部磁界印加部とを備えた磁気抵抗効果デバイスに関する。

　近年、携帯電話機等の移動体通信機器の高機能化に伴い、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帯域の帯域幅に比例するため、通信に必要な周波数帯域の数は増加し、それに伴い、移動体通信機器に搭載されるバンドパスフィルタ等の高周波フィルタの数も増加している。

　一方、近年、高周波フィルタ等、高周波信号を扱うデバイスである高周波デバイスへ応用できる可能性のある技術として、電子の電荷とスピンとを同時に利用するスピントロニクスが注目されている。スピントロニクスの中で特に注目されている技術の１つに、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magneto-Resistance）効果やトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Tunnel Magneto Resistance effect）に代表される磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果素子等を利用した技術がある。磁気抵抗効果素子は、一般的に、２つの強磁性層と、この２つの強磁性層の間に配置されたスペーサ層とを含んでいる。また、一般的に、磁気抵抗効果素子の２つの強磁性層の一方は、磁化の方向が固定された磁化固定層であり、他方は、外部磁界の方向に応じて磁化の方向が変化する磁化自由層である。

　磁気抵抗効果素子に電流が供給されることによって一方の強磁性体のスピンが他方の強磁性体に伝送されると、他方の強磁性体のスピンを回転させるエネルギであるスピントランスファートルク（以下、ＳＴＴとも記す。）が、この他方の強磁性層の磁化に作用する。また、磁気抵抗効果素子に外部磁界が印加されると、他方の強磁性層の磁化には、外部磁界によるトルクも作用する。直流電流によるＳＴＴと、外部磁界によるトルクとが拮抗した場合には、他方の強磁性層の磁化が、固有の周波数または周期で振動を行い得る。この現象は、スピントルク発振と呼ばれる。この磁化の振動は、例えば歳差運動である。

　また、高周波電流によるＳＴＴ等の特定の周波数で変動するエネルギを強磁性層に付与すると、強磁性層に特有の周波数で磁化が振動し、且つ磁化の振動の振幅が最大になる現象が生じ得る。この現象は、強磁性共鳴と呼ばれる。以下、磁化の振動の振幅が最大になるときの磁化の振動の周波数を強磁性共鳴周波数と言う。強磁性共鳴を発生させるエネルギとしては、ＳＴＴを発生させる高周波電流や、高周波磁界等がある。

　磁気抵抗効果素子を利用した高周波デバイスとしては、例えば特許文献１，２に記載されたものが知られている。

　特許文献１には、ピン層（磁化固定層）、スペーサ層およびフリー層（磁化自由層）を含む磁気抵抗効果素子と、バイアス磁界をフリー層に印加するためのバイアス磁界印加器と、調整用磁界をフリー層に印加するための調整用磁界印加器とを備えた発振器が記載されている。特許文献１には、バイアス磁界印加器は永久磁石、電磁石等である旨と、調整用磁界印加器は電磁石等である旨が記載されている。

　特許文献２には、磁気抵抗効果膜と、一対の電極と、少なくとも２つの第１軟磁性層と、磁界発生源であるコイルと、第２軟磁性層とを備えた磁性素子が記載されている。磁気抵抗効果膜は、積層された第１強磁性層、非磁性スペーサ層および第２強磁性層を含んでいる。一対の電極は、磁気抵抗効果膜の積層方向の両側に配置されている。磁気抵抗効果膜は、少なくとも２つの第１軟磁性層の先端部の間に配置されている。第２軟磁性層は、環状である。コイルは、第２軟磁性層に巻回されている。少なくとも２つの第１軟磁性層の各々の一部と第２軟磁性層の一部は、磁気抵抗効果膜の積層方向に重なっている。少なくとも２つの第１軟磁性層と第２軟磁性層は、磁気的に結合している。この磁性素子では、コイルから発生した磁束は、第２軟磁性層と少なくとも２つの第１軟磁性層に取り込まれ、少なくとも２つの第１軟磁性層から磁気抵抗効果膜に磁界が印加される。

　特許文献３には、磁気抵抗効果素子を利用した高周波デバイスではないが、以下のような薄膜磁気デバイスが記載されている。この薄膜磁気デバイスは、パルス電流を流すためのコイル導体と、コイル導体の近傍に形成され、コイル導体にパルス電流が印加されたときに磁化が変化する磁石層と、磁石層の近傍に絶縁層を介して形成され、磁石層によって形成された磁界が印加される軟磁性層と、軟磁性層に他の絶縁層を介して形成され、軟磁性層の透磁率の変化に対応してインダクタンスが変化するインダクタ用導体層とを備えている。特許文献３には、パルス電流量によって磁石層の磁化を変化させることが可能であり、磁石層の形成する磁界によって、軟磁性層の透磁率と強磁性共鳴周波数を変化させることが可能であることが記載されている。

特開２００７－１８４９２３号公報特開２０１５－１６７２２４号公報特開２０１２－１９５３２７号公報

　磁気抵抗効果素子を利用した高周波デバイスでは、磁気抵抗効果素子の強磁性層に印加される外部磁界の大きさを変えることによって、強磁性層の磁化の発振周波数や強磁性層の強磁性共鳴周波数を変えることが可能である。本出願において、磁気抵抗効果素子を利用して所定の機能を実現するデバイスを、磁気抵抗効果デバイスと言う。所定の機能とは、例えば、共振やフィルタリングである。この磁気抵抗効果デバイスによれば、共振周波数を変えることのできる共振器や、通過帯域を変えることのできるバンドパスフィルタ等、有用な高周波デバイスを実現できる可能性がある。

　ここで、磁気抵抗効果デバイスにおいて、強磁性層に印加される外部磁界を発生する手段としては、永久磁石や電磁石が考えられる。しかし、外部磁界を発生する手段として永久磁石を用いた場合には、容易に外部磁界の大きさを変えることができない。一方、外部磁界を発生する手段として電磁石を用いた場合には、外部磁界を発生させている間、電磁石に電流を流し続ける必要があり、消費電力が多くなるという問題点がある。

　ある実施形態の目的は、磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界の大きさを容易に変えることが可能で、且つ消費電力を少なくすることのできる磁気抵抗効果デバイスを提供することにある。

　ある実施形態の磁気抵抗効果デバイスは、磁気抵抗効果素子と、磁気抵抗効果素子に対して外部磁界を印加する外部磁界印加部とを備えている。磁気抵抗効果素子は、第１の磁化を有する第１の強磁性層と、第２の磁化を有する第２の強磁性層と、第１の強磁性層と第２の強磁性層の間に配置されたスペーサ層とを含んでいる。第１の磁化と第２の磁化の少なくとも一方は、それに作用する有効磁界に応じて方向が変化する。

　外部磁界印加部は、磁化保持部と、磁化設定部とを含んでいる。磁化設定部は、磁化保持部に対して磁化設定用磁界を印加した後、磁化設定用磁界の印加を停止することによって、外部磁界を生成するために用いられる第３の磁化を磁化保持部に設定する機能を有している。磁化保持部は、磁化設定用磁界の印加停止後に、第３の磁化を保持する機能を有している。

　ある実施形態の磁気抵抗効果デバイスにおいて、磁化保持部は、半硬質磁性体または硬磁性体によって構成されていてもよい。半硬質磁性体の保磁力は、１０～２５０Ｏｅ（１Ｏｅは７９．６Ａ／ｍ）の範囲内であってもよい。また、半硬質磁性体または硬磁性体は、飽和磁界が保磁力の２倍よりも大きい磁気特性を有していてもよい。

　また、ある実施形態の磁気抵抗効果デバイスにおいて、磁化保持部は、磁気抵抗効果素子に向いた端面を有していてもよい。磁気抵抗効果素子は、この磁化保持部の端面に相当する仮想の平面を第３の磁化の方向に平行な方向に移動してできる空間内に磁気抵抗効果素子の全体が含まれるように配置されていてもよい。

　また、ある実施形態の磁気抵抗効果デバイスにおいて、磁化設定部は、第３の磁化の大きさを変化可能であってもよい。この場合、第３の磁化の大きさに応じて外部磁界の大きさが変化してもよい。また、外部磁界の大きさに応じて、第１の強磁性層と第２の強磁性層の少なくとも一方の強磁性共鳴周波数が変化してもよい。また、第３の磁化の大きさに応じて外部磁界の方向が変化してもよい。

　また、ある実施形態の磁気抵抗効果デバイスにおいて、磁化設定部は、ヨークと、ヨークの少なくとも一部に巻回されたコイルとを有していてもよい。

　また、ある実施形態の磁気抵抗効果デバイスにおいて、外部磁界印加部は、更に、永久磁石を含んでいてもよい。この場合、外部磁界は、第３の磁化による第１の磁界と、永久磁石による第２の磁界が合成されたものであってもよい。

　また、ある実施形態の磁気抵抗効果デバイスは、更に、第１の磁化と第２の磁化の少なくとも一方を振動させるためのエネルギを磁気抵抗効果素子に付与するエネルギ付与部を備えていてもよい。エネルギ付与部は、高周波電流を、エネルギとして磁気抵抗効果素子に付与してもよい。あるいは、エネルギ付与部は、高周波磁界を、エネルギとして磁気抵抗効果素子に付与してもよい。また、ある実施形態の磁気抵抗効果デバイスは、更に、第１の磁化と第２の磁化の少なくとも一方の振動に起因する高周波出力信号が現れる出力ポートを備えていてもよい。

　ある実施形態の磁気抵抗効果デバイスによれば、外部磁界を生成するために用いられる第３の磁化を容易に変更することができる。また、ある実施形態では、第３の磁化を変更しない間は、磁化設定用磁界を発生させる必要がなく、磁化設定用磁界を発生させるための電力も必要がない。これらのことから、ある実施形態によれば、磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界の大きさを容易に変えることが可能で、且つ消費電力を少なくすることができる磁気抵抗効果デバイスを実現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイスを模式的に示す説明図である。本発明の第１の実施の形態における磁気抵抗効果素子と外部磁界印加部を示す斜視図である。本発明の第１の実施の形態における磁化保持部と磁気抵抗効果素子の位置関係を示す説明図である。本発明の第１の実施の形態における磁化保持部を構成する磁性体の磁化曲線を示す特性図である。本発明の第１の実施の形態における第３の磁化の設定方法の第１の例を示す説明図である。本発明の第１の実施の形態における第３の磁化の設定方法の第２の例を示すフローチャートである。図６に示した第２の例を説明するための説明図である。図６に示した第２の例におけるコイル電流の時間的変化を示す波形図である。本発明の第１の実施の形態における第３の磁化の設定方法の第３の例を示すフローチャートである。図９に示した第３の例におけるコイル電流の時間的変化を示す波形図である。本発明の第１の実施の形態における外部磁界と強磁性共鳴周波数との関係を示す特性図である。本発明の第２の実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイスを模式的に示す説明図である。本発明の第３の実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイスを模式的に示す説明図である。本発明の第４の実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイスの主要部分を示す斜視図である。本発明の第５の実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイスの主要部分を示す斜視図である。本発明の第５の実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイスの回路構成を示す回路図である。本発明の第６の実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイスの主要部分を示す斜視図である。本発明の第６の実施の形態における第１の強磁性層と第２の強磁性層に印加される磁界を説明するための説明図である。本発明の第７の実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイスの主要部分を示す斜視図である。

［第１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て詳細に説明する。始めに、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイスを模式的に示す説明図である。図２は、本実施の形態における磁気抵抗効果素子と外部磁界印加部を示す斜視図である。本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１は、磁気抵抗効果素子２と、磁気抵抗効果素子２に対して外部磁界を印加する外部磁界印加部３と、エネルギ付与部４とを備えている。

　図１および図２に示したように、磁気抵抗効果素子２は、それぞれ強磁性材料によって構成された第１の強磁性層２１および第２の強磁性層２３と、第１の強磁性層２１と第２の強磁性層２３の間に配置されたスペーサ層２２とを含んでいる。第１の強磁性層２１は第１の磁化を有し、第２の強磁性層２３は第２の磁化を有している。第１の磁化と第２の磁化の少なくとも一方は、それに作用する有効磁界に応じて方向が変化する。磁気抵抗効果素子２では、第１の磁化と第２の磁化が相互作用することによって磁気抵抗効果が発現する。具体的に説明すると、第１の磁化の方向と第２の磁化の方向の相対角度が０°から１８０°に近づくに従って、磁気抵抗効果素子２の抵抗値が大きくなる。

　本実施の形態では特に、第１の強磁性層２１は磁化自由層であり、第２の強磁性層２３は磁化固定層である。従って、第１の磁化は、それに作用する有効磁界に応じて方向が変化し、第２の磁化の方向は固定されている。

　第１の磁化に作用する有効磁界は、第１の磁化に作用する全ての種類の磁界が合成されたものである。第１の磁化に作用する磁界には、上記の外部磁界の他に、磁気異方性磁界、交換磁界、反磁界等がある。本実施の形態では、第１の磁化に作用する有効磁界の方向は、外部磁界の方向と一致するか、ほぼ一致する。

　磁気抵抗効果素子２は、磁気抵抗効果素子２を構成する複数の層の積層方向の両端に位置する第１の端面２ａと第２の端面２ｂを有している。図１および図２には、第２の端面２ｂ側から、第２の強磁性層２３、スペーサ層２２および第１の強磁性層２１が、この順に積層された例を示している。しかし、第２の端面２ｂ側から、第１の強磁性層２１、スペーサ層２２および第２の強磁性層２３が、この順に積層されていてもよい。

　ここで、図２に示したように、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を定義する。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は、互いに直交する。本実施の形態では、第２の強磁性層２３とスペーサ層２２の界面に垂直な方向であって、第２の強磁性層２３から第１の強磁性層２１に向かう方向を、Ｚ方向とする。Ｘ方向とＹ方向は、いずれも、上記界面に対して平行な方向である。また、Ｘ方向とは反対の方向を－Ｘ方向とし、Ｙ方向とは反対の方向を－Ｙ方向とし、Ｚ方向とは反対の方向を－Ｚ方向とする。また、以下、基準の位置に対してＺ方向の先にある位置を「上方」と言い、基準の位置に対して「上方」とは反対側にある位置を「下方」と言う。

　エネルギ付与部４は、第１の磁化と第２の磁化の少なくとも一方を振動させるためのエネルギを磁気抵抗効果素子２に付与するものである。本実施の形態では特に、エネルギ付与部４は、第１の磁化を振動させるためのエネルギを磁気抵抗効果素子２に付与する。また、本実施の形態では、第１の磁化を振動させるためのエネルギとして、高周波電流を用いる。エネルギ付与部４は、高周波電流を、エネルギとして磁気抵抗効果素子２に付与することができるように構成されている。具体的に説明すると、エネルギ付与部４は、高周波入力信号が印加される入力ポート５と、入力ポート５に印加された高周波入力信号に基づく高周波電流を磁気抵抗効果素子２に伝送する第１の信号線路６とを含んでいる。高周波入力信号は、例えば、１００ＭＨｚ以上の周波数を有する信号である。高周波電流の周波数は、高周波入力信号の周波数と等しい。

　磁気抵抗効果デバイス１は、更に、出力ポート８と、第２の信号線路７とを備えている。磁気抵抗効果素子２は、第１の磁化と第２の磁化の少なくとも一方の振動に起因する高周波出力信号を生成する。本実施の形態では特に、高周波出力信号は、第１の磁化の振動に起因するものである。第２の信号線路７は、高周波出力信号を磁気抵抗効果素子２から出力ポート８に伝送する。出力ポート８には、この高周波出力信号が現れる。回路構成上、磁気抵抗効果素子２は、入力ポート５と出力ポート８との間に位置している。

　磁気抵抗効果デバイス１は、更に、第１の電極１１と、第２の電極１２と、グランド電極１３とを備えている。第１の電極１１と第２の電極１２は、それらの間に磁気抵抗効果素子２が介在するように設けられている。第１の電極１１と第２の電極１２は、高周波電流および後述する直流電流を、磁気抵抗効果素子２に流すために用いられる。第１の電極１１は、磁気抵抗効果素子２の第１の端面２ａに接している。第２の電極１２は、磁気抵抗効果素子２の第２の端面２ｂに接している。直流電流は、磁気抵抗効果素子２を構成する複数の層の面と交差する方向、例えば磁気抵抗効果素子２を構成する複数の層の面に対して垂直な方向に流れる。

　図１に示した例では、入力ポート５は、一対の端子５１，５２を有している。第１の信号線路６の一端は、端子５１に電気的に接続されている。第１の信号線路６の他端は、第１の電極１１に電気的に接続されている。

　また、図１に示した例では、出力ポート８は、一対の端子８１，８２を有している。第２の信号線路７の一端は、端子８１に電気的に接続されている。第２の信号線路７の他端は、第２の電極１２に電気的に接続されている。

　入力ポート５の端子５２と出力ポート８の端子８２は、それぞれ、グランド電極１３に電気的に接続されている。グランド電極１３の電位は、基準電位として用いられる。

　第１および第２の電極１１，１２は、例えば、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｕＣｕ、Ｒｕ、ＡｌおよびＣｒのうちのいずれかよりなる単層の膜によって構成されていてもよいし、それぞれこれらの材料のうちのいずれかよりなる複数の膜の積層体によって構成されていてもよい。

　信号線路６，７およびグランド電極１３は、マイクロストリップラインまたはコプレーナウェーブガイドによって構成されていてもよい。

　磁気抵抗効果デバイス１は、更に、チョークコイル１４と、直流電流入力端子１５とを備えている。チョークコイル１４の一端は、第２の信号線路７に電気的に接続されている。チョークコイル１４の他端は、グランド電極１３に電気的に接続されている。直流電流入力端子１５は、第１の信号線路６に電気的に接続されている。回路構成上、磁気抵抗効果素子２は、直流電流入力端子１５とチョークコイル１４の間に位置している。直流電流入力端子１５には直流電流が入力され、この直流電流が磁気抵抗効果素子２に供給される。

　チョークコイル１４は、インダクタンスを有している。これにより、チョークコイル１４のインピーダンスは、チョークコイル１４を通過する電流の周波数が高くなるほど大きくなる。従って、チョークコイル１４は、第２の信号線路７を通過する直流電流を通過させてグランド電極１３に流すと共に、第２の信号線路７を通過する高周波出力信号に対しては高いインピーダンスを示す。

　チョークコイル１４としては、例えば、チップインダクタまたは線路が用いられる。チョークコイル１４のインダクタンスは、１０ｎＨ以上であることが好ましい。なお、磁気抵抗効果デバイス１は、チョークコイル１４の代わりに、インダクタンス成分を有する抵抗素子を備えていてもよい。

　磁気抵抗効果デバイス１を動作させる際には、図１に示したように、直流電流入力端子１５とグランド電極１３の間に直流電流源１６が設けられる。これにより、直流電流源１６、直流電流入力端子１５、第１の信号線路６、磁気抵抗効果素子２、第２の信号線路７、チョークコイル１４およびグランド電極１３を含む閉回路が形成される。直流電流源１６は、この閉回路を流れる直流電流を発生する。磁気抵抗効果素子２では、第１の強磁性層２１から第２の強磁性層２３に向かう方向に直流電流が流れる。

　直流電流源１６は、例えば、直流電圧源と抵抗とを組み合わせた回路によって構成される。抵抗としては、可変抵抗または固定抵抗が用いられる。可変抵抗を用いた場合には、直流電流の大きさを変えることができる。固定抵抗を用いた場合には、直流電流は、一定値になる。なお、第１の信号線路６を通過する高周波電流が直流電流源１６に流れることを阻止するために、直流電流入力端子１５と直流電流源１６との間に、チョークコイルまたはインダクタンス成分を有する抵抗素子を設けてもよい。

　ここで、磁気抵抗効果素子２について更に詳しく説明する。第１の強磁性層２１は、磁化容易軸を有している。第１の強磁性層２１の磁化容易軸の方向は、第１の強磁性層２１とスペーサ層２２の界面に平行であってもよいし、第１の強磁性層２１とスペーサ層２２の界面に垂直であってもよい。

　第１の強磁性層２１の磁化容易軸の方向が第１の強磁性層２１とスペーサ層２２の界面に平行である場合、第１の強磁性層２１を構成する強磁性材料としては、例えば、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ等の高スピン分極率材料や、ホイスラー合金が用いられる。この場合、第１の強磁性層２１の厚みは、０．１～５０ｎｍの範囲内であることが好ましい。

　第１の強磁性層２１の磁化容易軸の方向が第１の強磁性層２１とスペーサ層２２の界面に垂直である場合、第１の強磁性層２１は、例えば、Ｃｏ、ＦｅＢ、ＣｏＣｒ系合金、ＣｏＣｒＰｔ系合金、ＦｅＰｔ系合金、希土類を含むＳｍＣｏ系合金、ＴｂＦｅＣｏ合金またはホイスラー合金よりなる膜や、Ｃｏの多層膜、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子膜、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子膜、Ｆｅ／Ｐｄ人工格子膜によって構成することができる。これらの膜の厚みは、０．１～５０ｎｍの範囲内であることが好ましい。

　また、第１の強磁性層２１は、複数の層によって構成されていてもよい。この場合、複数の層のうち、最もスペーサ層２２に近い層を、他の１つ以上の層よりもスピン分極率が高い高スピン分極率層とすることが好ましい。これにより、磁気抵抗効果素子２の抵抗変化率を大きくすることが可能になる。高スピン分極率層の材料としては、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＢ合金等の高スピン分極率材料が用いられる。高スピン分極率層の厚みは、０．１～１．５ｎｍの範囲内であることが好ましい。

　第２の強磁性層２３を構成する強磁性材料としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｉとＦｅの合金、ＦｅとＣｏの合金、ＦｅとＣｏとＢの合金等の高スピン分極率材料を用いることが好ましい。これにより、磁気抵抗効果素子２の抵抗変化率を大きくすることが可能になる。第２の強磁性層２３を構成する強磁性材料としては、ホイスラー合金を用いてもよい。第２の強磁性層２３の厚みは、１～５０ｎｍの範囲内であることが好ましい。

　また、第２の強磁性層２３は、垂直磁化膜によって構成されていてもよい。この場合、第２の強磁性層２３は、例えば、Ｃｏ、ＣｏＣｒ系合金、ＣｏＣｒＰｔ系合金、ＦｅＰｔ系合金、希土類を含むＳｍＣｏ系合金またはＴｂＦｅＣｏ合金よりなる膜や、Ｃｏの多層膜、Ｃｏ／Ｐｔ人工格子膜、Ｃｏ／Ｐｄ人工格子膜、Ｆｅ／Ｐｄ人工格子膜によって構成することができる。

　磁気抵抗効果素子２は、更に、第２の強磁性層２３の第２の磁化の方向を固定するための反強磁性層を含んでいてもよい。反強磁性層は、第２の強磁性層２３におけるスペーサ層２２に接する面とは反対側の面に接するように設けられる。反強磁性層は、第２の強磁性層２３との交換結合により、第２の強磁性層２３の第２の磁化の方向を固定する。反強磁性層の材料としては、例えば、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＦｅＳ₂、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒおよびＭｎのいずれかを用いることができる。

　第２の強磁性層２３の第２の磁化の方向は、反強磁性層を用いずに、結晶構造や形状等に基づく第２の強磁性層２３の磁気異方性によって固定してもよい。

　スペーサ層２２は、その全体が非磁性材料によって構成されていてもよい。スペーサ層２２を構成する非磁性材料は、導電材料でもよいし、絶縁材料でもよいし、半導体材料でもよい。

　スペーサ層２２を構成する非磁性の導電材料としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｒｕ等が挙げられる。スペーサ層２２が非磁性の導電材料によって構成されている場合、磁気抵抗効果素子２では、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果が発現する。この場合のスペーサ層２２の厚みは、０．５～３．０ｎｍの範囲内であることが好ましい。

　スペーサ層２２を構成する非磁性の絶縁材料としては、ＡｌＯ_x、ＭｇＯ、ＭｇＡｌＯ_x、ＴｉＯ_x等が挙げられる。ＡｌＯ_x、ＭｇＡｌＯ_x、ＴｉＯ_xにおけるｘは０より大きい任意の数である。スペーサ層２２が非磁性の絶縁材料によって構成されている場合、磁気抵抗効果素子２では、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果が発現する。この場合のスペーサ層２２の厚みは、０．５～３．０ｎｍの範囲内であることが好ましい。

　スペーサ層２２を構成する非磁性の半導体材料としては、例えば、ＺｎＯ_x、ＩｎＯ_x、ＳｎＯ_x、ＳｂＯ_x、ＧａＯ_x、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ＡｌＮ、ＴｉＮ、ＧａＮ等が挙げられる。ＺｎＯ_x、ＩｎＯ_x、ＳｎＯ_x、ＳｂＯ_x、ＧａＯ_xにおけるｘは０より大きい任意の数である。スペーサ層２２が非磁性の半導体材料によって構成されている場合、スペーサ層２２の厚みは、０．５～４．０ｎｍの範囲内であることが好ましい。

　スペーサ層２２は、絶縁材料よりなる絶縁部と、導電材料よりなり、絶縁部中に設けられた１つ以上の通電部とを含んでいてもよい。絶縁部を構成する絶縁材料としては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ等が挙げられる。通電部を構成する導電材料としては、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉ、ＣｏＭｎＡｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ等が挙げられる。この場合、スペーサ層２２の厚みは、０．５～２．０ｎｍの範囲内であることが好ましい。

　磁気抵抗効果素子２は、更に、第１および第２の金属層を含んでいてもよい。第１の金属層は、第１の強磁性層２１と第１の電極１１の間に設けられる。第２の金属層は、第２の強磁性層２３と第２の電極１２の間に設けられる。第１の金属層は、キャップ層として用いられる。第２の金属層は、シード層またはバッファ層として用いられる。第１および第２の金属層は、例えば、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｕ、ＣｒおよびＮｉＣｒのうちの１つ以上を含む単層膜または多層膜によって構成される。第１および第２の金属層の厚みは、１～２０ｎｍの範囲内であることが好ましい。

　次に、図１および図２を参照して、外部磁界印加部３の構成について説明する。外部磁界印加部３は、磁化保持部３５と、磁化設定部３０とを含んでいる。磁化設定部３０は、磁化保持部３５に対して磁化設定用磁界を印加した後、磁化設定用磁界の印加を停止することによって、外部磁界を生成するために用いられる第３の磁化を磁化保持部３５に設定する機能を有している。

　磁化保持部３５は、磁化設定用磁界の印加停止後に、第３の磁化を保持する機能を有している。磁化保持部３５は、半硬質磁性体によって構成されていてもよいし、硬磁性体によって構成されていてもよい。

　本実施の形態では、磁化保持部３５は、第１の部分３５Ａと第２の部分３５Ｂを含んでいる。この場合、第１の部分３５Ａと第２の部分３５Ｂは、いずれも半硬質磁性体または硬磁性体によって構成されている。また、磁化設定部３０によって、第１の部分３５Ａと第２の部分３５Ｂの各々に第３の磁化が設定される。図２に示したように、第１の部分３５Ａと第２の部分３５Ｂは、Ｘ方向における磁気抵抗効果素子２の両側に配置されている。

　第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂは、それぞれ、磁気抵抗効果素子２に向いた端面３５Ａａ，３５Ｂａを有している。第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂは磁化保持部３５の一部であることから、磁化保持部３５が端面３５Ａａ，３５Ｂａを有しているとも言える。

　磁化保持部３５を構成する半硬質磁性体は、残留磁化や保磁力等の磁気特性に関して、軟磁性体と硬磁性体の中間の特性を示す磁性体である。半硬質磁性体の残留磁化は、０．１～２０ｋＧ（１Ｇは１ｋＡ／ｍ）の範囲内であることが好ましい。半硬質磁性体の保磁力は、１０～２５０Ｏｅの範囲内であることが好ましい。また、半硬質磁性体の角形比は、０．５～１の範囲内であることが好ましい。角形比は、飽和磁化Ｍｓに対する残留磁化Ｍｒの比Ｍｒ／Ｍｓである。

　半硬質磁性体を構成する磁性材料の例としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉや、ＦｅとＣｏとＮｉのうちの２つまたは全てからなる合金や、ＦｅとＣｏとＮｉのうちの２つまたは全てと、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ以外の元素とを含む合金が挙げられる。Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ以外の元素の例としては、Ｔａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｂｅ、Ａｌ、Ｂ、Ｓｍ、Ｗ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖが挙げられる。ＦｅとＣｏとＮｉのうちの２つまたは全てと、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ以外の元素を含む合金の具体例としては、ＣｕＮｉＣｏ合金、ＣｕＮｉＦｅ合金、ＦｅＣｏＶ合金、ＦｅＣｏＣｒ合金が挙げられる。

　磁化保持部３５を構成する硬磁性体の保磁力は、２５０Ｏｅよりも大きいことが好ましい。また、硬磁性体の保磁力は、４０００Ｏｅ以下であることが好ましく、１０００Ｏｅ以下であることがより好ましい。

　硬磁性体を構成する磁性材料の例としては、ＣｏＰｔ合金、ＣｏＣｒＰｔ合金、ＡｌＮｉＣｏ合金、ＮｄＦｅＢ合金、ＳｍＣｏ合金が挙げられる。

　第１および第２の部分３５Ａ，３５ＢのＺ方向の厚みは、０．１～１０μｍの範囲内であることが好ましい。第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂは、第３の磁化の方向に平行な方向の磁気異方性を有することが好ましい。第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂは、例えば、スパッタ法、イオンビームデポジション法またはフレームめっき法によって形成することができる。

　磁化設定部３０は、ヨーク３１と、ヨーク３１の少なくとも一部に巻回されたコイル３２とを有している。ヨーク３１は、軟磁性材料によって構成されている。本実施の形態では、ヨーク３１は、第１の磁極部３１Ａと、第２の磁極部３１Ｂと、コア部３１Ｃと、第１の連結部３１Ｄと、第２の連結部３１Ｅを含んでいる。

　図２に示したように、第１の磁極部３１Ａと第２の磁極部３１Ｂは、それらの間に、第１の部分３５Ａ、磁気抵抗効果素子２および第２の部分３５Ｂが介在するように配置されている。すなわち、第１の磁極部３１Ａ、第１の部分３５Ａ、磁気抵抗効果素子２、第２の部分３５Ｂおよび第２の磁極部３１Ｂは、Ｘ方向に沿って、この順で一列に並んでいる。

　コア部３１Ｃは、Ｘ方向に長い形状を有し、Ｙ方向について磁気抵抗効果素子２から離れた位置に配置されている。第１の連結部３１Ｄは、コア部３１Ｃの一端部と第１の磁極部３１Ａを連結している。第２の連結部３１Ｅは、コア部３１Ｃの他端部と第２の磁極部３１Ｂを連結している。

　図１および図２では、第１の磁極部３１Ａと第１の連結部３１Ｄの境界、第２の磁極部３１Ｂと第２の連結部３１Ｅの境界、第１の連結部３１Ｄとコア部３１Ｃの境界および第２の連結部３１Ｅとコア部３１Ｃの境界を、点線で示している。例えば、第１の磁極部３１Ａ、第２の磁極部３１Ｂ、コア部３１Ｃ、第１の連結部３１Ｄおよび第２の連結部３１Ｅは、いずれも直方体形状を有している。

　ヨーク３１を構成する軟磁性材料としては、例えば、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＮｉＦｅＸ（ＸはＴａ、ＮｂまたはＭｏ）、ＦｅＣｏ、ＣｏＺｒＮｂ、ＣｏＡｌ－Ｏ、Ｆｅ－ＳｉＯ₂またはＣｏＦｅＢが用いられる。ヨーク３１のＺ方向の厚みは、０．１～１０μｍの範囲内であることが好ましい。ヨーク３１は、例えば、スパッタ法、イオンビームデポジション法またはフレームめっき法によって形成することができる。

　コイル３２は、コア部３１Ｃに巻回されている。コイル３２は、導電材料によって構成されている。コイル３２とコア部３１Ｃの間には、図示しない絶縁膜が介在している。コイル３２を構成する導電材料としては、例えば、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、またはＡｌＣｕ等の合金が用いられる。

　コイル３２は、コア部３１Ｃの上方にある複数の上部配線と、コア部３１Ｃの下方にある複数の下部配線と、Ｙ方向におけるコア部３１Ｃの両側に位置する複数の側部配線とを有している。複数の上部配線と複数の下部配線と複数の側部配線は、コア部３１Ｃの周りを回る巻線を構成するように接続されている。複数の上部配線と複数の下部配線と複数の側部配線の各々のＺ方向の厚みは、０．１～１０μｍの範囲内であることが好ましい。複数の上部配線と複数の下部配線と複数の側部配線は、例えば、スパッタ法、イオンビームデポジション法またはフレームめっき法によって形成することができる。

　複数の側部配線は、ヨーク３１と同じ材料で構成してもよい。この場合には、複数の側部配線とヨーク３１を同時に形成することが可能になる。

　コイル３２は、連結部３１Ｄ，３１Ｅに巻回されていてもよいし、磁極部３１Ａ，３１Ｂに巻回されていてもよい。同じ巻回数でより大きな磁化設定用磁界を、磁化保持部３５の第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂに印加するには、磁界発生源であるコイル３２が、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂのより近くに配置されることが望ましい。

　磁化保持部３５に対して磁化設定用磁界を印加する際には、図１に示したように、コイル３２に直流電流源３６が接続される。この直流電流源３６によってコイル３２に電流が流されることにより、ヨーク３１の第１の磁極部３１Ａと第２の磁極部３１Ｂの間に、磁化設定用磁界が発生する。この磁化設定用磁界は、磁化保持部３５の第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々に第３の磁化を設定するために用いられる。

　以下、直流電流源３６によってコイル３２に流される電流をコイル電流と言う。磁化設定用磁界の大きさは、コイル電流の大きさを調整することによって変えることができる。また、磁化設定用磁界の方向は、コイル電流の方向を変えることによって、第１の磁極部３１Ａから第２の磁極部３１Ｂに向かう方向とその反対方向との間で切り替えることができる。このように、磁化設定部３０は、磁化設定用磁界の大きさと方向を変えることができ、これにより第３の磁化の大きさと方向を変えることができる。

　次に、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の作用および効果について説明する。本実施の形態では、磁気抵抗効果素子２の第１の強磁性層２１の強磁性共鳴周波数と等しい周波数で変動するエネルギを磁気抵抗効果素子２に付与することによって、第１の強磁性層２１に強磁性共鳴を生じさせることができる。

　本実施の形態では特に、上記エネルギとして、高周波電流を用いる。高周波電流は、磁気抵抗効果素子２を流れる直流電流に重畳されて、磁気抵抗効果素子２に付与される。高周波電流が磁気抵抗効果素子２に付与されると、第１の強磁性層２１における電流密度が高周波電流の周波数で変化し、その結果、第１の強磁性層２１の第１の磁化に作用するＳＴＴが、高周波電流の周波数で変化する。これにより、第１の磁化は、その方向が変化するように、高周波電流の周波数で振動する。

　磁気抵抗効果素子２は、第１の磁化の振動に起因する高周波出力信号を生成する。この高周波出力信号の周波数は、高周波入力信号の周波数と等しい。高周波出力信号は、第２の信号線路７によって、磁気抵抗効果素子２から出力ポート８に伝送される。出力ポート８には、この高周波出力信号が現れる。

　より具体的に説明すると、第１の磁化が振動すると、第１の磁化の方向が第２の強磁性層２３の第２の磁化の方向に対してなす角度が変化し、その結果、磁気抵抗効果素子２の抵抗値が変化する。高周波出力信号は、この磁気抵抗効果素子２の抵抗値の変化によって生成される。本実施の形態では特に、高周波出力信号は、出力ポート８の端子８１の電位の変化として現れる。

　高周波入力信号の周波数が第１の強磁性層２１の強磁性共鳴周波数と等しい場合には、第１の強磁性層２１において強磁性共鳴が生じて、第１の磁化の振動の振幅が最大になる。その結果、高周波出力信号の振幅も最大になる。

　第１の強磁性層２１の強磁性共鳴周波数は、例えば、第１の強磁性層２１に作用する有効磁界の大きさを変化させることによって変化させることができる。本実施の形態では、第１の強磁性層２１に作用する有効磁界の大きさは、外部磁界印加部３によって磁気抵抗効果素子２に印加される外部磁界の大きさに依存する。従って、本実施の形態では、第１の強磁性層２１の強磁性共鳴周波数は、例えば、磁気抵抗効果素子２に印加される外部磁界の大きさを変化させることによって変化させることができる。具体的に説明すると、外部磁界を大きくすると強磁性共鳴周波数は高くなる。

　以下、外部磁界印加部３の作用について詳しく説明する。外部磁界は、磁化保持部３５の第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々に設定された第３の磁化によって生成される。外部磁界の方向は、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々に設定された第３の磁化の方向と一致するか、ほぼ一致する。

　磁化設定部３０は、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂに対して磁化設定用磁界を印加した後、磁化設定用磁界の印加を停止することによって、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々に第３の磁化を設定する。磁化設定用磁界の大きさと方向は、コイル電流の大きさと方向によって変えることができる。

　従って、外部磁界印加部３では、磁化設定部３０によって磁化設定用磁界の大きさと方向を変えることによって、第３の磁化の大きさと方向を変えることができ、その結果、外部磁界の大きさと方向を変えることができる。

　第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂは、磁化設定用磁界の印加停止後に、第３の磁化を保持する。そのため、本実施の形態では、外部磁界を変更しない間、すなわち第３の磁化を変更しない間は、磁化設定用磁界を発生させる必要がなく、磁化設定部３０のコイル３２に通電する必要もない。すなわち、外部磁界印加部３では、外部磁界を変更しない間は、磁化設定用磁界を発生させるための電力を必要としない。従って、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１によれば、磁気抵抗効果素子２に印加される外部磁界の大きさを容易に変えることが可能で、且つ消費電力を少なくすることができる。

　磁気抵抗効果素子２には空間的に均一な外部磁界が印加されることが好ましい。以下、それを実現するための磁化保持部３５と磁気抵抗効果素子２の好ましい配置について、図３を参照して説明する。図３は、磁化保持部３５と磁気抵抗効果素子２の位置関係を示す説明図である。図３において、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂに描かれた矢印は、第３の磁化を表している。まず、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの端面３５Ａａ，３５Ｂａの各々の面積は、第３の磁化の方向に垂直な磁気抵抗効果素子２の断面の面積よりも大きいことが好ましい。その上で、磁気抵抗効果素子２は、端面３５Ａａ，３５Ｂａに相当する２つの仮想の平面をそれぞれ第３の磁化の方向に平行な方向に移動してできる空間Ｓ内に磁気抵抗効果素子２の全体が含まれるように配置されていることが好ましい。これにより、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂによって、磁気抵抗効果素子２に空間的に均一な外部磁界を印加することが可能になる。

　次に、図４を参照して、磁化保持部３５を構成する半硬質磁性体または硬磁性体の磁気特性について説明する。以下、磁化保持部３５を構成する半硬質磁性体または硬磁性体を、磁性体３５Ｍと言う。図４は、磁性体３５Ｍの磁化曲線の一例を示している。図４において、横軸は磁性体３５Ｍに印加される磁界Ｈを示し、縦軸は磁性体３５Ｍの磁化Ｍを示している。磁界Ｈと磁化Ｍのいずれに関しても、所定の方向についての大きさを正の値で表し、所定の方向とは反対方向についての大きさを負の値で表す。

　ここで、磁性体３５Ｍの残留磁化、飽和磁化、保磁力、飽和磁界を、それぞれ記号Ｍｒ，Ｍｓ，Ｈｃ，Ｈｓで表す。図４に示した特性を有する磁性体３５Ｍでは、例えば、磁界Ｈが０で磁化Ｍが－Ｍｒである点ａの状態から、磁界Ｈを大きくしていくと、磁化Ｍが増加し、磁界ＨがＨｃで磁化Ｍが０である点ｂの状態を経て、磁界ＨがＨｓである点ｃの状態において磁化ＭがＭｓに達する。その後、磁界ＨがＨ₂である点ｄの状態まで磁界Ｈを大きくしても、磁化ＭはＭｓのままである。

　点ｄの状態から、磁界Ｈを小さくしていくと、磁化Ｍは、点ｃの状態までは変化しないが、その後は減少し、磁界Ｈが０で磁化ＭがＭｒである点ｅの状態になる。点ｅの状態から、磁界Ｈを負の値にし且つその大きさ（磁界Ｈの絶対値）を大きくしていくと、磁界Ｈが－Ｈｃで磁化Ｍが０である点ｆの状態を経て、磁界Ｈが－Ｈｓである点ｇの状態において磁化Ｍが－Ｍｓに達する。その後、磁界Ｈが－Ｈ₂である点ｈの状態まで負の値の磁界Ｈの絶対値を大きくしても、磁化Ｍは－Ｍｓのままである。点ｈの状態から、負の値の磁界Ｈの絶対値を小さくしていくと、磁化Ｍは、点ｇの状態までは変化しないが、その後は増加し、磁界Ｈが０で磁化Ｍが－Ｍｒである点ａの状態になる。このように、磁性体３５Ｍの磁化曲線は、ヒステリシスカーブになる。

　磁性体３５Ｍは、飽和磁界Ｈｓが保磁力Ｈｃの２倍よりも大きい磁気特性を有していることが好ましい。これにより、磁化設定用磁界の変動に対する第３の磁化の大きさの変動を小さくすることができる。

　以下、第３の磁化の設定方法の第１ないし第３の例について説明する。始めに、図５を参照して、第３の磁化の設定方法の第１の例について説明する。図５は、第３の磁化の設定方法の第１の例を示す説明図である。図５は、図４に示した磁化曲線に対応している。図５には、図４に示した点ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅも示している。第１の例は、第３の磁化を、残留磁化Ｍｒと等しいＭ₂に設定する例である。第１の例では、新たな値Ｍ₂に設定する以前の第３の磁化の値に関わらず、磁化設定用磁界を、磁性体３５Ｍの磁化が完全に飽和磁化Ｍｓに達するような値にする。図５には、新たな値Ｍ₂に設定する以前の第３の磁化の値が－Ｍｒであり、磁化設定用磁界をＨ₂にする例を示している。その後、磁化設定用磁界の印加を停止する。すると、磁性体３５Ｍは、図５における点ｄの状態から、点ｃの状態を経て点ｅの状態に達し、磁性体３５Ｍの磁化は残留磁化Ｍｒと等しいＭ₂になり、この状態が保持される。このようにして、第３の磁化はＭ₂に設定される。

　なお、第３の磁化を－Ｍｒと等しい値に設定する場合には、新たな値Ｍ₂に設定する以前の第３の磁化の値に関わらず、磁化設定用磁界を、磁性体３５Ｍの磁化が完全に－Ｍｓに達するような値にした後、磁化設定用磁界の印加を停止すればよい。

　次に、図６および図７を参照して、第３の磁化の設定方法の第２の例について説明する。図６は、第３の磁化の設定方法の第２の例を示すフローチャートである。図７は、第２の例を説明するための説明図である。図７は、図４に示した磁化曲線に対応している。第２の例は、第３の磁化を、残留磁化Ｍｒよりも小さいＭ₁に設定する例である。

　図６に示したように、第２の例は、磁化設定用磁界と逆方向に、磁化を飽和する磁界を印加する手順Ｓ１１と、磁化設定用磁界を印加した後、磁化設定用磁界の印加を停止する手順Ｓ１２とを含んでいる。図７には、手順Ｓ１１に従って、磁性体３５Ｍの磁化が完全に－Ｍｓに達するように、負の値の磁界－Ｈ₂を印加した後、手順Ｓ１２に従って、磁化設定用磁界Ｈ₁を印加し、その後、磁化設定用磁界Ｈ₁の印加を停止する例を示している。磁化設定用磁界Ｈ₁の印加を停止すると、磁性体３５Ｍの磁化はＭ₁になり、この状態が保持される。このようにして、第３の磁化はＭ₁に設定される。

　なお、磁性体３５Ｍに印加される磁界の大きさと方向は、コイル３２に流されるコイル電流の大きさと方向によって設定することができる。ここで、コイル電流に関して、磁性体３５Ｍに印加される磁界が正の値になるような方向についての大きさを正の値で表し、磁性体３５Ｍに印加される磁界が負の値になるような方向についての大きさを負の値で表す。磁性体３５Ｍに印加される磁界の大きさは、コイル電流の大きさに依存する。図８は、第２の例におけるコイル電流の時間的変化を示す波形図である。第２の例では、図８に示したように、磁性体３５Ｍに印加される磁界が－Ｈ₂になるような大きさの負の値のコイル電流を一定時間供給した後、磁性体３５Ｍに印加される磁界がＨ₁になるような大きさの正の値のコイル電流を一定時間供給する。その後、コイル電流の供給を停止する。

　なお、第３の磁化を－Ｍｒよりも大きい負の値に設定する場合には、磁性体３５Ｍの磁化が完全にＭｓに達するように、正の値の磁界を印加した後、負の値の磁化設定用磁界を印加し、その後、磁化設定用磁界の印加を停止すればよい。

　次に、図９および図１０を参照して、第３の磁化の設定方法の第３の例について説明する。図９は、第３の磁化の設定方法の第３の例を示すフローチャートである。図１０は、第３の例におけるコイル電流の時間的変化を示す波形図である。第３の例は、第２の例と同様に、第３の磁化を、残留磁化Ｍｒよりも小さいＭ₁に設定する例である。

　図９に示したように、第３の例は、消磁処理を行う手順Ｓ２１と、磁化設定用磁界と逆方向に、磁化を飽和する磁界を印加する手順Ｓ２２と、磁化設定用磁界を印加する手順Ｓ２３とを含んでいる。手順Ｓ２１における消磁処理は、始めに大きな値の磁界を印加して、磁界の方向を繰り返し反転させながら、磁界の大きさ（磁界の絶対値）を小さくする処理である。具体的には、図１０に示したように、始めに大きな値のコイル電流を供給して、コイル電流の方向を繰り返し反転させながら、コイル電流の大きさ（コイル電流の絶対値）を小さくする。これにより、磁性体３５Ｍの内部の磁化を空間的に均一にしながら、磁性体３５Ｍの磁化の値を０にすることができる。手順Ｓ２２，Ｓ２３の内容は、第２の例における手順Ｓ１１，Ｓ１２の内容と同じである。

　第３の例によれば、磁性体３５Ｍの内部の磁化の空間的なばらつきによって外部磁界の空間的なばらつきが生じることを防止することができる。これにより、磁気抵抗効果素子２に空間的に均一な外部磁界を印加することが可能になる。

　次に、図１１を参照して、磁気抵抗効果素子２に印加される外部磁界の大きさと第１の強磁性層２１の強磁性共鳴周波数の関係について説明する。前述のように、第１の強磁性層２１の強磁性共鳴周波数は、磁気抵抗効果素子２に印加される外部磁界の大きさを変化させることによって変化させることができる。図１１は、外部磁界と強磁性共鳴周波数との関係の一例を示す特性図である。図１１において、横軸は周波数を示し、縦軸はパワースペクトル密度を示している。符号９１，９２，９３，９４，９５を付した波形は、それぞれ、外部磁界の大きさを４００Ｏｅ、５００Ｏｅ、６００Ｏｅ、７００Ｏｅ、８００Ｏｅとしたときの、周波数とパワースペクトル密度の関係を示している。この波形のピークの周波数が、第１の強磁性層２１の強磁性共鳴周波数に対応する。図１１に示したように、外部磁界を大きくすると強磁性共鳴周波数は高くなる。図１１に示した例では、外部磁界の大きさが４００Ｏｅであるときの強磁性共鳴周波数は２．６ＧＨｚであり、外部磁界の大きさが８００Ｏｅであるときの強磁性共鳴周波数は４．２ＧＨｚである。従って、この例では、外部磁界の大きさを４００～８００Ｏｅの範囲で変化させることにより、強磁性共鳴周波数を２．６～４．２ＧＨｚの範囲内で変化させることが可能である。

［実施例］
　次に、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の実施例について説明する。始めに、実施例における磁気抵抗効果素子２の構成について説明する。実施例では、磁気抵抗効果素子２は、第１の強磁性層２１と、第２の強磁性層２３と、スペーサ層２２と、反強磁性層と、第１の金属層と、第２の金属層とを含んでいる。第１の強磁性層２１は、２ｎｍの厚みのＣｏＦｅＢ層によって構成されている。第２の強磁性層２３は、５０ｎｍの厚みのＣｏＦｅ層によって構成されている。スペーサ層２２は、１ｎｍの厚みのＭｇＯ層によって構成されている。反強磁性層は、１００ｎｍの厚みのＩｒＭｎ層によって構成されている。第１および第２の金属層は、それぞれＲｕ層によって構成されている。磁気抵抗効果素子２のＸ方向の寸法とＹ方向の寸法は、それぞれ１５０ｎｍである。

　次に、実施例における外部磁界印加部３の構成について説明する。実施例では、磁化設定部３０のヨーク３１は、ＮｉＦｅによって構成されている。ヨーク３１のＺ方向の厚みは、１μｍである。ヨーク３１は、フレームめっき法によって形成した。磁化設定部３０のコイル３２は、Ｃｕによって構成されている。ヨーク３１の外面に垂直な方向のコイル３２の厚みは、０．５μｍである。ヨーク３１とコイル３２との間には、ＳｉＯ₂よりなる絶縁膜が介在している。ヨーク３１とコイル３２の間隔の最小値は、０．１μｍである。

　磁化保持部３５の第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々は、ＶおよびＣｒを添加したＣｏを主成分とする合金によって構成されている。第１および第２の部分３５Ａ，３５ＢのＸ方向の寸法、Ｙ方向の寸法およびＺ方向の厚みは、それぞれ、０．５μｍ、０．２μｍ、０．２μｍである。第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々は、Ｘ方向に平行な方向の形状磁気異方性を有している。第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々の残留磁化は、１２ｋＧである。第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々の保磁力は、２００Ｏｅである。第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々の角形比は、０．８である。

　第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々と磁気抵抗効果素子２との間と、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々とヨーク３１との間には、ＳｉＯ₂よりなる絶縁膜が介在している。第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々と磁気抵抗効果素子２の間隔の最小値は、１０ｎｍである。第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々とヨーク３１の間隔の最小値は、０．１μｍである。

　次に、実施例における磁気抵抗効果デバイス１のその他の構成について説明する。第１の電極１１は、１００ｎｍの厚みのＣｕ層と１００ｎｍの厚みのＡｕ層との積層膜によって構成されている。第２の電極１２は、１００ｎｍの厚みのＣｕ層によって構成されている。第１および第２の信号線路６，７の各々は、Ｃｕによって構成されている。信号線路６，７およびグランド電極１３は、コプレーナウェーブガイドによって構成されている。第１および第２の信号線路６，７の各々の線路幅は、５０μｍである。第１および第２の信号線路６，７の各々の厚みは、１００ｎｍ以上である。チョークコイル１４のインダクタンスは、１００ｎＨである。直流電流源１６が発生する電流の最大値は、１０ｍＡである。

　実施例における外部磁界印加部３では、直流電流源３６によって１０ｍＡのコイル電流をコイル３２に供給すると、ヨーク３１から１０００Ｏｅの磁化設定用磁界が発生する。実施例では、第３の磁化の設定方法の第１の例に従って、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々に、１０００Ｏｅの磁化設定用磁界を印加した後、磁化設定用磁界の印加を停止した場合、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々に設定された第３の磁化による外部磁界の大きさは、８００Ｏｅである。この場合、図１１に示した例では、第１の強磁性層２１の強磁性共鳴周波数は４．２ＧＨｚになる。

　また、実施例では、第３の磁化の設定方法の第２の例または第３の例に従って、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々に、７５０Ｏｅの磁化設定用磁界を印加した後、磁化設定用磁界の印加を停止した場合、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々に設定された第３の磁化による外部磁界の大きさは、６００Ｏｅである。この場合、図１１に示した例では、第１の強磁性層２１の強磁性共鳴周波数は３．５ＧＨｚになる。

　この例に限らず、実施例では、第３の磁化の設定方法の第２の例または第３の例に従って、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々に印加する磁化設定用磁界の大きさを変えることによって、外部磁界の大きさと第１の強磁性層２１の強磁性共鳴周波数を変えることができる。

［第２の実施の形態］
　次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。始めに、図１２を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の構成について説明する。図１２は、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１を模式的に示す説明図である。本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の構成は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態では、磁化保持部３５の第１の部分３５Ａ、磁気抵抗効果素子２および磁化保持部３５の第２の部分３５Ｂは、Ｘ方向に沿って、この順で一列に並んでいる。しかし、ヨーク３１の第１の磁極部３１Ａと第２の磁極部３１Ｂは、第１の部分３５Ａ、磁気抵抗効果素子２および第２の部分３５Ｂの列に対して、Ｘ方向に直交する方向にずれた位置に配置されている。図１２には、第１および第２の磁極部３１Ａ，３１Ｂが、第１の部分３５Ａ、磁気抵抗効果素子２および第２の部分３５Ｂの列に対して、Ｚ方向にずれた位置に配置された例を示している。しかし、第１および第２の磁極部３１Ａ，３１Ｂは、第１の部分３５Ａ、磁気抵抗効果素子２および第２の部分３５Ｂの列に対して、Ｙ方向にずれた位置に配置されていてもよい。

　第１の磁極部３１Ａは、第１の部分３５Ａの近くに配置されている。第１の磁極部３１Ａは、第１の部分３５Ａに接触していてもよいし、図示しない非磁性膜を介して第１の部分３５Ａに隣接していてもよい。同様に、第２の磁極部３１Ｂは、第２の部分３５Ｂの近くに配置されている。第２の磁極部３１Ｂは、第２の部分３５Ｂに接触していてもよいし、図示しない非磁性膜を介して第２の部分３５Ｂに隣接していてもよい。第１の磁極部３１Ａと第１の部分３５Ａとの間の距離と、第２の磁極部３１Ｂと第２の部分３５Ｂとの間の距離は、１０μｍ以下であることが好ましい。

　本実施の形態によれば、第１の実施の形態に比べて、ヨーク３１を小さくすることができ、その結果、磁気抵抗効果デバイス１を小型化することが可能になる。また、これにより、第１および第２の信号線路６，７の長さを短くして、高周波入力信号および高周波出力信号の損失を小さくすることが可能になる。

　本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。

［第３の実施の形態］
　次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。始めに、図１３を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の構成について説明する。図１３は、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１を模式的に示す説明図である。本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の構成は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態では、外部磁界印加部３は、第１の実施の形態における磁化設定部３０の代わりに、磁化設定部１３０を含んでいる。磁化設定部１３０は、磁化設定部３０と同様の機能を有している。すなわち、磁化設定部１３０は、磁化保持部３５に対して磁化設定用磁界を印加した後、磁化設定用磁界の印加を停止することによって、外部磁界を生成するために用いられる第３の磁化を磁化保持部３５に設定する機能を有している。第１の実施の形態と同様に、磁化保持部３５は、第１の部分３５Ａと第２の部分３５Ｂを含んでいる。

　磁化設定部１３０は、導線１３１を有している。導線１３１は、第１の巻線部分１３１Ａと、第２の巻線部分１３１Ｂと、第１の巻線部分１３１Ａと第２の巻線部分１３１Ｂとを接続する接続部分１３１Ｃとを有している。磁化設定部１３０は、ヨークを有していない。第１の巻線部分１３１Ａは、磁化保持部３５の第１の部分３５Ａに巻回されている。第２の巻線部分１３１Ｂは、磁化保持部３５の第２の部分３５Ｂに巻回されている。導線１３１は、第１の実施の形態におけるコイル３２と同様の導電材料によって構成されている。第１の巻線部分１３１Ａと第１の部分３５Ａの間と、第２の巻線部分１３１Ｂと第２の部分３５Ｂの間には、図示しない絶縁膜が介在している。

　外部磁界印加部３は、更に、第１の永久磁石１３４Ａおよび第２の永久磁石１３４Ｂを含んでいる。図１３に示したように、第１の永久磁石１３４Ａと第２の永久磁石１３４Ｂは、それらの間に、第１の部分３５Ａ、磁気抵抗効果素子２および第２の部分３５Ｂが介在するように配置されている。すなわち、第１の永久磁石１３４Ａ、第１の部分３５Ａ、磁気抵抗効果素子２、第２の部分３５Ｂおよび第２の永久磁石１３４Ｂは、Ｘ方向に沿って、この順で一列に並んでいる。

　次に、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の作用および効果について説明する。磁化保持部３５に対して磁化設定用磁界を印加する際には、図１３に示したように、導線１３１に直流電流源３６が接続される。この直流電流源３６によって導線１３１に電流が流されることにより、第１および第２の巻線部分１３１Ａ，１３１Ｂから磁化設定用磁界が発生し、この磁化設定用磁界に基づいて、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々に第３の磁化が設定される。この第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々に設定された第３の磁化は、第１の磁界を発生する。

　また、第１および第２の永久磁石１３４Ａ，１３４Ｂは、一定の方向および一定の大きさの第２の磁界を発生する。第１の磁界と方向と第２の磁界の方向は、いずれもＸ方向に平行である。本実施の形態では、磁気抵抗効果素子２に印加される外部磁界は、第１の磁界と第２の磁界が合成されたものである。本実施の形態によれば、第１の磁界と第２の磁界が合成された外部磁界によって、第１の強磁性層２１の強磁性共鳴周波数を所定の周波数に設定することができ、更に、第１の磁界の大きさと方向のうちの少なくとも大きさを変化させることによって、強磁性共鳴周波数を変化させることができる。

　例えば、外部磁界の大きさと強磁性共鳴周波数が図１１に示した関係を有する場合、第２の磁界の大きさを６００Ｏｅとし、第１の磁界の大きさおよび方向を－２００～２００Ｏｅの範囲内で変化させることにより、外部磁界の大きさを４００～８００Ｏｅの範囲で変化させて、強磁性共鳴周波数を２．６～４．２ＧＨｚの範囲内で変化させることが可能である。

　本実施の形態によれば、第１および第２の永久磁石１３４Ａ，１３４Ｂを設けない場合に比べて、第３の磁化による第１の磁界の絶対値の最大値を小さくすることが可能になる。そのため、本実施の形態によれば、第１の磁界を発生させる際に必要な電力を、第１および第２の実施の形態よりも小さくすることができる。これにより、本実施の形態によれば、磁化保持部３５の第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂを小さくすることが可能になる。また、本実施の形態によれば、磁化設定用磁界の絶対値の最大値を小さくすることが可能になる。これにより、本実施の形態によれば、外部磁界印加部３の構造を簡素化したり、外部磁界印加部３を小型化したりすることができ、その結果、磁気抵抗効果デバイス１を小型化することが可能になる。

［第４の実施の形態］
　次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。始めに、図１４を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の構成について説明する。図１４は、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の主要部分を示す斜視図である。本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の構成は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態では、外部磁界印加部３は、第１の実施の形態で説明した磁化保持部３５および磁化設定部３０に加えて、第１の永久磁石２３４Ａおよび第２の永久磁石２３４Ｂを含んでいる。図１４に示したように、第１の永久磁石２３４Ａと第２の永久磁石２３４Ｂは、Ｙ方向における磁気抵抗効果素子２の両側に配置されている。

　次に、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の作用および効果について説明する。図１４に示したように、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々に設定された第３の磁化は、第１の磁界Ｈ１を発生する。また、第１および第２の永久磁石２３４Ａ，２３４Ｂは、一定の方向および一定の大きさの第２の磁界Ｈ２を発生する。第１の磁界Ｈ１の方向は、Ｘ方向に平行である。第２の磁界Ｈ２の方向は、Ｙ方向に平行である。

　本実施の形態では、磁気抵抗効果素子２に印加される外部磁界Ｈexは、第１の磁界Ｈ１と第２の磁界Ｈ２が合成されたものである。第１の磁界Ｈ１の大きさが０の場合には、外部磁界Ｈexの方向および大きさは、第２の磁界Ｈ２の方向および大きさと一致する。第１の磁界Ｈ１の大きさが０以外の場合には、外部磁界Ｈexの方向は、Ｘ方向およびＹ方向に対して傾いた方向になる。

　外部磁界Ｈexの方向および大きさは、第１の磁界Ｈ１の大きさに応じて変化する。第１の磁界Ｈ１の大きさは、第３の磁化の大きさに応じて変化する。従って、本実施の形態では、外部磁界Ｈexの方向および大きさは、第３の磁化の大きさに応じて変化する。

　外部磁界Ｈexの方向は、第１の磁界Ｈ１の方向によっても変化する。第１の磁界Ｈ１の方向は、第３の磁化の方向と一致する。従って、本実施の形態では、外部磁界Ｈexの方向は、第３の磁化の方向によっても変化する。

　ここで、外部磁界Ｈexの方向が第２の磁界Ｈ２の方向に対してなす角度をθとする。第１の磁界Ｈ１の大きさのみを変化させる場合には、０°以上９０°未満の範囲内でθを変化させることができる。第１の磁界Ｈ１の大きさおよび方向を変化させる場合には、－９０°より大きく９０°未満の範囲内でθを変化させることができる。

［第５の実施の形態］
　次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。始めに、図１５および図１６を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の構成について説明する。図１５は、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の主要部分を示す斜視図である。図１６は、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の回路構成を示す回路図である。

　本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の構成は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１は、第１の実施の形態におけるエネルギ付与部４の代わりに、エネルギ付与部１０４を備えている。エネルギ付与部１０４は、第１の強磁性層２１の第１の磁化を振動させるためのエネルギを磁気抵抗効果素子２に付与する。本実施の形態では特に、第１の磁化を振動させるためのエネルギとして、高周波磁界を用いる。エネルギ付与部１０４は、高周波磁界を、エネルギとして磁気抵抗効果素子２に付与することができるように構成されている。具体的に説明すると、エネルギ付与部１０４は、高周波磁界発生部１４０と、高周波入力信号が印加される入力ポート１０５とを含んでいる。高周波磁界発生部１４０は、高周波入力信号に基づく高周波電流を伝送し、この高周波電流に基づいて高周波磁界を発生する。この高周波磁界が、磁気抵抗効果素子２に付与される。この高周波磁界の大きさは、磁化保持部３５を構成する磁性体３５Ｍの保磁力よりも小さい。高周波電流の周波数は、高周波入力信号の周波数と等しい。

　図１５に示した例では、高周波磁界発生部１４０は、Ｘ方向に延びる線路であり、第１の電極１１、磁化設定部３０のヨーク３１の第１および第２の磁極部３１Ａ，３１Ｂ、ならびに磁化保持部３５の第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの上方に配置されている。高周波磁界発生部１４０は、磁化設定部３０のコイル３２と同様の導電材料によって構成されている。高周波磁界発生部１４０と第１の電極１１の間には、図示しない絶縁膜が介在している。

　図１５および図１６に示した例では、入力ポート１０５は、端子１５１を有している。端子１５１は、高周波磁界発生部１４０の一端部に電気的に接続されている。高周波磁界発生部１４０の他端部は、端子１５２を介してグランド電極１３に電気的に接続されている。

　また、図１６に示したように、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１は、直流電流線路９を備えている。直流電流線路９の一端は、第１の電極１１に電気的に接続されている。直流電流線路９の他端は、直流電流入力端子１５に電気的に接続されている。第２の信号線路７、直流電流線路９およびグランド電極１３は、マイクロストリップラインまたはコプレーナウェーブガイドによって構成されていてもよい。

　磁気抵抗効果デバイス１を動作させる際には、図１６に示したように、直流電流入力端子１５とグランド電極１３の間に直流電流源１６が設けられる。これにより、直流電流源１６、直流電流入力端子１５、直流電流線路９、磁気抵抗効果素子２、第２の信号線路７、チョークコイル１４およびグランド電極１３を含む閉回路が形成される。

　次に、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の作用および効果について説明する。本実施の形態では、第１の強磁性層２１には、磁化保持部３５の第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々に設定された第３の磁化による外部磁界と、高周波磁界発生部１４０によって発生された高周波磁界とが合成された磁界が印加される。以下、外部磁界と高周波磁界とが合成された磁界を、高周波重畳磁界と言う。本実施の形態では、第１の強磁性層２１の第１の磁化に作用する有効磁界の方向は、高周波重畳磁界の方向と一致するか、ほぼ一致する。

　高周波磁界は、高周波重畳磁界の方向を、外部磁界の方向を中心として振動させるように変化させる。本実施の形態では、高周波磁界の方向は、Ｙ方向に平行な方向である。従って、高周波磁界は、高周波重畳磁界の方向を、外部磁界の方向からＹ方向または－Ｙ方向に向かって傾いた方向になるように変化させる。高周波重畳磁界の方向の変化の周波数は、高周波電流の周波数と等しい。高周波重畳磁界の方向が変化すると、第１の強磁性層２１の第１の磁化に作用するダンピングトルクが変化する。これにより、第１の磁化は、その方向が変化するように、高周波電流の周波数で振動する。

［第６の実施の形態］
　次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。始めに、図１７を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の構成について説明する。図１７は、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の主要部分を示す斜視図である。本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の構成は、以下の点で第１の実施の形態と異なっている。本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１は、第１の実施の形態における磁気抵抗効果素子２の代わりに、磁気抵抗効果素子１０２を備えている。

　磁気抵抗効果素子１０２は、それぞれ強磁性材料によって構成された第１の強磁性層１２１および第２の強磁性層１２３と、第１の強磁性層１２１と第２の強磁性層１２３の間に配置されたスペーサ層１２２とを含んでいる。第１の強磁性層１２１は第１の磁化を有し、第２の強磁性層１２３は第２の磁化を有している。磁気抵抗効果素子１０２では、第１の磁化と第２の磁化が相互作用することによって磁気抵抗効果が発現する。

　本実施の形態では特に、第１の強磁性層１２１と第２の強磁性層１２３は、いずれも磁化自由層である。第１の磁化は、第１の磁化に作用する有効磁界（以下、第１の有効磁界と言う。）に応じて方向が変化する。第２の磁化は、第２の磁化に作用する有効磁界（以下、第２の有効磁界と言う。）に応じて方向が変化する。

　磁気抵抗効果素子１０２は、磁気抵抗効果素子１０２を構成する複数の層の積層方向の両端に位置する第１の端面１０２ａと第２の端面１０２ｂを有している。図１７には、第２の端面１０２ｂ側から、第２の強磁性層１２３、スペーサ層１２２および第１の強磁性層１２１が、この順に積層された例を示している。本実施の形態では、第１の電極１１は、第１の端面１０２ａに接している。第２の電極１２は、第２の端面１０２ｂに接している。第１の電極１１と第２の電極１２は、直流電流を、磁気抵抗効果素子１０２に流すために用いられる。

　図１７に示したように、本実施の形態では、第２の強磁性層１２３とスペーサ層１２２の界面に垂直な方向であって、第２の強磁性層１２３から第１の強磁性層１２１に向かう方向を、Ｚ方向とする。Ｘ方向とＹ方向は、第１の実施の形態と同様である。

　また、本実施の形態では、外部磁界印加部３は、第１の実施の形態で説明した磁化保持部３５および磁化設定部３０に加えて、第１の永久磁石３３４Ａおよび第２の永久磁石３３４Ｂを含んでいる。図１７に示したように、第１の永久磁石３３４Ａと第２の永久磁石３３４Ｂは、Ｚ方向における磁気抵抗効果素子１０２の両側に配置されている。第１の永久磁石３３４Ａは、第１の強磁性層１２１の近傍に配置されている。第２の永久磁石３３４Ｂは、第２の強磁性層１２３の近傍に配置されている。

　磁気抵抗効果素子１０２と磁化保持部３５および磁化設定部３０との位置関係は、第１の実施の形態における磁気抵抗効果素子２と磁化保持部３５および磁化設定部３０との位置関係と同じである。

　図示しないが、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１は、第１の実施の形態における図１に示したエネルギ付与部４、第２の信号線路７、出力ポート８、グランド電極１３、チョークコイル１４および直流電流入力端子１５を備えている。本実施の形態では、エネルギ付与部４は、第１の磁化と第２の磁化を振動させるためのエネルギを磁気抵抗効果素子１０２に付与する。本実施の形態では特に、第１の磁化と第２の磁化を振動させるためのエネルギとして、高周波電流を用いる。エネルギ付与部４は、高周波電流を、エネルギとして磁気抵抗効果素子１０２に付与することができるように構成されている。エネルギ付与部４の具体的な構成は、第１の実施の形態と同様である。

　磁気抵抗効果素子２の第１および第２の強磁性層１２１，１２３は、強磁性材料によって構成されている。第１および第２の強磁性層１２１，１２３を構成する強磁性材料の具体例と、第１および第２の強磁性層１２１，１２３の各々の厚みの好ましい範囲は、第１の実施の形態における第１の強磁性層２１の磁化容易軸の方向が第１の強磁性層２１とスペーサ層２２の界面に平行である場合における第１の強磁性層２１と同様である。

　磁気抵抗効果素子２のスペーサ層１２２は、第１の実施の形態におけるスペーサ層２２と同様の材料によって構成されている。

　次に、図１７および図１８を参照して、第１および第２の強磁性層１２１，１２３に印加される磁界について説明する。図１８は、第１および第２の強磁性層１２１，１２３に印加される磁界を説明するための説明図である。第１の強磁性層１２１には、磁化保持部３５の第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々に設定された第３の磁化による第１の磁界と、第１の永久磁石３３４Ａによる磁界が合成された磁界（以下、第１の外部磁界と言う。）が印加される。第１の永久磁石３３４Ａによる磁界は、本発明における第２の磁界に対応する。本実施の形態では、第１の有効磁界の方向は、第１の外部磁界の方向と一致するか、ほぼ一致する。

　第２の強磁性層１２３には、上記第１の磁界と、第２の永久磁石３３４Ｂによる磁界が合成された磁界（以下、第２の外部磁界と言う。）が印加される。第２の永久磁石３３４Ｂによる磁界は、本発明における第２の磁界に対応する。本実施の形態では、第２の有効磁界の方向は、第２の外部磁界の方向と一致するか、ほぼ一致する。

　図１８に示したように、第１の永久磁石３３４Ａでは、Ｎ極とＳ極が、Ｙ方向にこの順に並んでいる。図１８において、第１の強磁性層１２１に描かれた矢印は、第１の強磁性層１２１に印加される第１の永久磁石３３４Ａによる磁界を表している。この磁界の方向は、Ｙ方向である。

　また、図１８に示したように、第２の永久磁石３３４Ｂでは、Ｓ極とＮ極が、Ｙ方向にこの順に並んでいる。図１８において、第２の強磁性層１２３に描かれた矢印は、第２の強磁性層１２３に印加される第２の永久磁石３３４Ｂによる磁界を表している。この磁界の方向は、－Ｙ方向である。

　また、図１８における白抜きの矢印は、第１の磁界の方向の一例を表している。図１８には、第１の磁界の方向がＸ方向である場合の例を示している。この場合、第１の外部磁界の方向は、Ｙ方向からＸ方向に向かって所定の角度だけ傾いた方向になり、第２の外部磁界の方向は、－Ｙ方向からＸ方向に向かって所定の角度だけ傾いた方向になる。

　第３の磁化による磁界の値が０の場合には、第１の外部磁界の方向はＹ方向になり、第２の外部磁界の方向は－Ｙ方向になる。第３の磁化による磁界の方向が－Ｘ方向である場合には、第１の外部磁界の方向は、Ｙ方向から－Ｘ方向に向かって所定の角度だけ傾いた方向になり、第２の外部磁界の方向は、－Ｙ方向から－Ｘ方向に向かって所定の角度だけ傾いた方向になる。

　第１および第２の外部磁界の各々の方向および大きさは、第１の磁界の大きさに応じて変化する。第１の磁界の大きさは、第３の磁化の大きさに応じて変化する。従って、本実施の形態では、第１および第２の外部磁界の各々の方向および大きさは、第３の磁化の大きさに応じて変化する。

　第１および第２の外部磁界の各々の方向は、第１の磁界の方向によっても変化する。第１の磁界の方向は、第３の磁化の方向と一致する。従って、本実施の形態では、第１および第２の外部磁界の各々の方向は、第３の磁化の方向によっても変化する。

　次に、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の作用および効果について説明する。始めに、第１の強磁性層１２１の第１の磁化と第２の強磁性層１２３の第２の磁化の挙動について説明する。第１の磁化には第１の有効磁界が作用し、第２の磁化には第２の有効磁界が作用する。

　本実施の形態では、エネルギ付与部４によって、第１および第２の磁化に高周波電流に基づく振動を生じさせるためのエネルギが磁気抵抗効果素子１０２に付与される。本実施の形態では、上記エネルギは高周波電流である。高周波電流は、磁気抵抗効果素子１０２を流れる直流電流に重畳されて、磁気抵抗効果素子１０２に付与される。高周波電流が磁気抵抗効果素子１０２に付与されると、第１の強磁性層１２１における電流密度と第２の強磁性層１２３における電流密度が高周波電流の周波数で変化し、その結果、第１および第２の磁化に作用するそれぞれのＳＴＴが、高周波電流の周波数で変化する。これにより、第１および第２の磁化は、それらの方向が変化するように、高周波電流の周波数で振動する。

　本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１では、第１の強磁性層１２１の強磁性共鳴周波数と第２の強磁性層１２３の強磁性共鳴周波数を互いに異ならせている。以下、これについて詳しく説明する。第１の強磁性層１２１は第１の強磁性共鳴周波数を有し、第２の強磁性層１２３は第２の強磁性共鳴周波数を有している。第１および第２の強磁性共鳴周波数は、それぞれ第１および第２の有効磁界の大きさによって変化する。本実施の形態では、第１の永久磁石３３４Ａによる磁界の大きさと第２の永久磁石３３４Ｂによる磁界の大きさを互いに異ならせることによって、第１および第２の有効磁界の大きさを互いに異ならせ、その結果、第１および第２の強磁性共鳴周波数を互いに異ならせている。

　高周波入力信号の周波数が第１の強磁性共鳴周波数と等しい場合には、第１の強磁性層１２１において強磁性共鳴が生じて、第１の磁化の振動の振幅が最大になる。高周波入力信号の周波数が第２の強磁性共鳴周波数と等しい場合には、第２の強磁性層１２３において強磁性共鳴が生じて、第２の磁化の振動の振幅が最大になる。

　本実施の形態では、高周波出力信号は、第１の磁化の振動および第２の磁化の振動に起因するものである。磁気抵抗効果素子１０２の抵抗値は、第１の磁化の方向と第２の磁化の方向の相対角度に応じて変化する。高周波出力信号は、この磁気抵抗効果素子１０２の抵抗値の変化によって生成される。

　本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１は、バンドパスフィルタとして動作させることができる。ここで、高周波入力信号の電力に対する高周波出力信号の電力の比を、入出力電力比と言う。入出力電力比の周波数特性は、第１の強磁性共鳴周波数と第２の強磁性共鳴周波数においてそれぞれ極大値をとる。また、入出力電力比が所定値以上となる周波数帯域は、バンドパスフィルタの通過帯域に相当する。所定値は、例えば、入出力電力比の最大値の１／２である。本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１によれば、入出力電力比の周波数特性が２つの周波数において極大値をとることにより、入出力電力比の周波数特性が１つの周波数のみにおいて極大値をとる場合に比べて、バンドパスフィルタの通過帯域に相当する所定の周波数帯域を広くすることができる。このように、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１では、第１および第２の強磁性共鳴周波数を互いに異ならせることにより、磁気抵抗効果デバイス１をバンドパスフィルタとして動作させたときの通過帯域を広くすることができる。

［第７の実施の形態］
　次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。始めに、図１９を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の構成について説明する。本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の構成は、以下の点で第６の実施の形態と異なっている。本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１は、第６の実施の形態におけるエネルギ付与部４の代わりに、エネルギ付与部２０４を備えている。エネルギ付与部２０４は、第１の強磁性層１２１の第１の磁化と第２の強磁性層１２３の第２の磁化を振動させるためのエネルギを磁気抵抗効果素子１０２に付与する。本実施の形態では特に、第１の磁化と第２の磁化を振動させるためのエネルギとして、高周波磁界を用いる。エネルギ付与部２０４は、高周波磁界を、エネルギとして磁気抵抗効果素子１０２に付与することができるように構成されている。具体的に説明すると、エネルギ付与部２０４は、高周波磁界発生部２４０と、高周波入力信号が印加される入力ポート２０５とを含んでいる。高周波磁界発生部２４０は、高周波入力信号に基づく高周波電流を伝送し、この高周波電流に基づいて高周波磁界を発生する。この高周波磁界が、磁気抵抗効果素子１０２に付与される。この高周波磁界の大きさは、磁化保持部３５を構成する磁性体３５Ｍの保磁力よりも小さい。高周波電流の周波数は、高周波入力信号の周波数と等しい。

　高周波磁界発生部２４０は、線路部分２４１，２４２，２４３を含んでいる。線路部分２４１，２４２，２４３は、この順に直列に接続されている。図１９に示したように、線路部分２４１は、第１の電極１１と第１の永久磁石３３４Ａの間を通過するように、Ｙ方向に延びている。線路部分２４３は、第２の電極１２と第２の永久磁石３３４Ｂの間を通過するように、Ｙ方向に延びている。線路部分２４１，２４２，２４３は、磁化設定部３０のコイル３２と同様の導電材料によって構成されている。線路部分２４１と第１の電極１１の間、線路部分２４１と第１の永久磁石３３４Ａの間、線路部分２４３と第２の電極１２の間、および線路部分２４３と第２の永久磁石３３４Ｂの間には、図示しない絶縁膜が介在している。

　図１９に示した例では、入力ポート２０５は、端子２５１を有している。端子２５１は、線路部分２４１，２４２の接続点とは反対側の線路部分２４１の端部に電気的に接続されている。線路部分２４２，２４３の接続点とは反対側の線路部分２４３の端部は、図１６における高周波磁界発生部１４０の他端部が端子１５２を介してグランド電極１３に電気的に接続されるのと同様にして、端子２５２を介してグランド電極１３に電気的に接続されている。

　次に、本実施の形態に係る磁気抵抗効果デバイス１の作用および効果について説明する。本実施の形態では、第１の強磁性層１２１には、高周波磁界と、第６の実施の形態で説明した第１の外部磁界とが合成された磁界が印加される。第２の強磁性層１２３には、高周波磁界と、第６の実施の形態で説明した第２の外部磁界とが合成された磁界が印加される。以下、高周波磁界と第１の外部磁界とが合成された磁界を第１の高周波重畳磁界と言い、高周波磁界と第２の外部磁界とが合成された磁界を第２の高周波重畳磁界と言う。本実施の形態では、第１の強磁性層１２１の第１の磁化に作用する第１の有効磁界の方向は、第１の高周波重畳磁界の方向と一致するか、ほぼ一致する。また、第２の強磁性層１２３の第２の磁化に作用する第２の有効磁界の方向は、第２の高周波重畳磁界の方向と一致するか、ほぼ一致する。

　高周波磁界は、第１の高周波重畳磁界の方向を、第１の外部磁界の方向を中心として振動させるように変化させる。第１の高周波重畳磁界の方向の変化の周波数は、高周波電流の周波数と等しい。第１の高周波重畳磁界の方向が変化すると、第１の強磁性層１２１の第１の磁化に作用するダンピングトルクが変化する。これにより、第１の磁化は、その方向が変化するように、高周波電流の周波数で振動する。

　また、高周波磁界は、第２の高周波重畳磁界の方向を、第２の外部磁界の方向を中心として振動させるように変化させる。第２の高周波重畳磁界の方向の変化の周波数は、高周波電流の周波数と等しい。第２の高周波重畳磁界の方向が変化すると、第２の強磁性層１２３の第２の磁化に作用するダンピングトルクが変化する。これにより、第２の磁化は、その方向が変化するように、高周波電流の周波数で振動する。

　本実施の形態では、磁気抵抗効果素子１０２に高周波磁界が付与されると、第１および第２の磁化は、それらの方向が、互いに反対方向に変化するように振動する。これにより、第１の磁化の方向と第２の磁化の方向の相対角度が変化して、磁気抵抗効果素子１０２の抵抗値が変化する。その結果、高周波入力信号の周波数と等しい周波数の高周波出力信号が発生する。

　本実施の形態では、第１の強磁性層１２１の第１の強磁性共鳴周波数と、第２の強磁性層１２３の第２の強磁性共鳴周波数は、等しくてもよいし、異なっていてもよい。第１の強磁性共鳴周波数と第２の強磁性共鳴周波数が等しい場合には、第５の実施の形態に比べて、高周波出力信号の振幅の最大値を大きくすることができる。

　本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第６の実施の形態と同様である。

　なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、請求の範囲の要件を満たす限り、外部磁界印加部３の構成は、各実施の形態に示した例に限られず任意である。例えば、磁化保持部３５は、第１の部分３５Ａと第２の部分３５Ｂの一方のみを含んでいてもよい。

　また、第１の部分３５Ａと第２の部分３５Ｂは、Ｚ方向における磁気抵抗効果素子２の両側に配置されていてもよく、第１および第２の部分３５Ａ，３５Ｂの各々に設定される第３の磁化の方向は、Ｚ方向に平行な方向、すなわち磁気抵抗効果素子２を構成する複数の層の積層方向であってもよい。この場合、第１の部分３５Ａ、磁気抵抗効果素子２および第２の部分３５Ｂは、Ｚ方向に平行な方向に並んでいてもよい。この場合には、第３の磁化によって生成される外部磁界の方向は、Ｚ方向に平行な方向である。あるいは、第１の部分３５Ａ、磁気抵抗効果素子２および第２の部分３５Ｂは、Ｚ方向に対して傾いた方向に並んでいてもよい。この場合には、第３の磁化によって生成される外部磁界の方向は、Ｚ方向に対して傾いた方向になる。

　また、本発明は、強磁性共鳴現象を用いた磁気抵抗効果デバイスに限らず、スピントルク発振現象を用いた発振器等の磁気抵抗効果デバイスや、磁気抵抗効果素子に外部磁界を印加して用いる磁気抵抗効果デバイスにも適用することができる。

Claims

　磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子に対して外部磁界を印加する外部磁界印加部とを備えた磁気抵抗効果デバイスであって、
　前記磁気抵抗効果素子は、第１の磁化を有する第１の強磁性層と、第２の磁化を有する第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の間に配置されたスペーサ層とを含み、
　前記第１の磁化と前記第２の磁化の少なくとも一方は、それに作用する有効磁界に応じて方向が変化し、
　前記外部磁界印加部は、磁化保持部と、磁化設定部とを含み、
　前記磁化設定部は、前記磁化保持部に対して磁化設定用磁界を印加した後、前記磁化設定用磁界の印加を停止することによって、前記外部磁界を生成するために用いられる第３の磁化を前記磁化保持部に設定する機能を有し、
　前記磁化保持部は、前記磁化設定用磁界の印加停止後に、前記第３の磁化を保持する機能を有することを特徴とする磁気抵抗効果デバイス。
　前記磁化保持部は、半硬質磁性体または硬磁性体によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果デバイス。
　前記半硬質磁性体の保磁力は、１０～２５０Ｏｅの範囲内であることを特徴とする請求項２記載の磁気抵抗効果デバイス。
　前記半硬質磁性体または硬磁性体は、飽和磁界が保磁力の２倍よりも大きい磁気特性を有していることを特徴とする請求項２または３記載の磁気抵抗効果デバイス。
　前記磁化保持部は、前記磁気抵抗効果素子に向いた端面を有し、
　前記磁気抵抗効果素子は、前記端面に相当する仮想の平面を前記第３の磁化の方向に平行な方向に移動してできる空間内に前記磁気抵抗効果素子の全体が含まれるように配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の磁気抵抗効果デバイス。
　前記磁化設定部は、前記第３の磁化の大きさを変化可能であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の磁気抵抗効果デバイス。
　前記第３の磁化の大きさに応じて前記外部磁界の大きさが変化することを特徴とする請求項６記載の磁気抵抗効果デバイス。
　前記外部磁界の大きさに応じて、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層の少なくとも一方の強磁性共鳴周波数が変化することを特徴とする請求項７記載の磁気抵抗効果デバイス。
　前記第３の磁化の大きさに応じて前記外部磁界の方向が変化することを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の磁気抵抗効果デバイス。
　前記磁化設定部は、ヨークと、前記ヨークの少なくとも一部に巻回されたコイルとを有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の磁気抵抗効果デバイス。
　前記外部磁界印加部は、更に、永久磁石を含み、
　前記外部磁界は、前記第３の磁化による第１の磁界と、前記永久磁石による第２の磁界が合成されたものであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の磁気抵抗効果デバイス。
　更に、前記第１の磁化と前記第２の磁化の少なくとも一方を振動させるためのエネルギを前記磁気抵抗効果素子に付与するエネルギ付与部を備えたことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の磁気抵抗効果デバイス。
　前記エネルギ付与部は、高周波電流を、前記エネルギとして前記磁気抵抗効果素子に付与することを特徴とする請求項１２記載の磁気抵抗効果デバイス。
　前記エネルギ付与部は、高周波磁界を、前記エネルギとして前記磁気抵抗効果素子に付与することを特徴とする請求項１２記載の磁気抵抗効果デバイス。
　更に、前記第１の磁化と前記第２の磁化の少なくとも一方の振動に起因する高周波出力信号が現れる出力ポートを備えたことを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれかに記載の磁気抵抗効果デバイス。