(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022158650
(43)【公開日】2022-10-17
(54)【発明の名称】磁化制御デバイス及び磁気メモリ装置
(51)【国際特許分類】
H01L 29/82 20060101AFI20221006BHJP
H01L 21/8239 20060101ALI20221006BHJP
H01L 43/08 20060101ALI20221006BHJP
H01F 10/12 20060101ALI20221006BHJP
【ＦＩ】
H01L29/82 Z
H01L27/105 447
H01L43/08 Z
H01F10/12
【審査請求】未請求
【請求項の数】18
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021063691
(22)【出願日】2021-04-02
(71)【出願人】
【識別番号】399030060
【氏名又は名称】学校法人 関西大学
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】本多 周太
【テーマコード（参考）】
4M119
5E049
5F092
【Ｆターム（参考）】
4M119AA01
4M119AA05
4M119BB01
4M119BB03
4M119BB20
4M119CC05
4M119CC10
4M119DD17
4M119DD42
4M119EE03
5E049AA00
5E049BA08
5F092AA03
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5F092AB06
5F092AC08
5F092AC12
5F092AC26
5F092AD25
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5F092BB23
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5F092BB35
5F092BB36
5F092BB42
5F092BB43
5F092BC04
(57)【要約】
【課題】強磁性体の磁化の向きを高速に反転、制御する。
【解決手段】磁化制御デバイス（１）は、第１方向に磁化された第１の強磁性体（２）と、第１方向に交差する第２方向に延伸する第１の非磁性金属（３）と、を有する。第１の非磁性金属（３）は、第１方向において、第１の強磁性体（２）よりも短い長さ（３０）を有する第１の注入領域（３５）を有し、第１の非磁性金属（３）は、第１の注入領域（３５）において第１の強磁性体（２）の一部分と対向している。
【選択図】図１
【解決手段】磁化制御デバイス（１）は、第１方向に磁化された第１の強磁性体（２）と、第１方向に交差する第２方向に延伸する第１の非磁性金属（３）と、を有する。第１の非磁性金属（３）は、第１方向において、第１の強磁性体（２）よりも短い長さ（３０）を有する第１の注入領域（３５）を有し、第１の非磁性金属（３）は、第１の注入領域（３５）において第１の強磁性体（２）の一部分と対向している。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１方向に磁化された第１の強磁性体と、
前記第１方向に交差する第２方向に延伸する第１の非磁性金属と、
を備え、
前記第１の非磁性金属は、前記第１方向において、前記第１の強磁性体よりも短い長さを有する第１の注入領域を有し、
前記第１の非磁性金属は、前記第１の注入領域において前記第１の強磁性体の一部分と対向している磁化制御デバイス。
前記第１方向に交差する第２方向に延伸する第１の非磁性金属と、
を備え、
前記第１の非磁性金属は、前記第１方向において、前記第１の強磁性体よりも短い長さを有する第１の注入領域を有し、
前記第１の非磁性金属は、前記第１の注入領域において前記第１の強磁性体の一部分と対向している磁化制御デバイス。
【請求項2】
前記第１の注入領域は、前記第１の強磁性体の前記第２方向に沿って形成された一方の端部と対向している請求項１に記載の磁化制御デバイス。
【請求項3】
前記第１の注入領域の面積は、前記第１の強磁性体の面積の４５％以下である請求項２に記載の磁化制御デバイス。
【請求項4】
前記第１の注入領域の面積は、前記第１の強磁性体の面積の２０％以下である請求項３に記載の磁化制御デバイス。
【請求項5】
前記第２方向に延伸する第２の非磁性金属を、さらに備え、
前記第２の非磁性金属は、前記第１方向において、前記第１の強磁性体よりも短い長さを有する第２の注入領域を有し、
前記第２の非磁性金属は、前記第２の注入領域において前記第１の強磁性体の他の一部分と対向している請求項１に記載の磁化制御デバイス。
前記第２の非磁性金属は、前記第１方向において、前記第１の強磁性体よりも短い長さを有する第２の注入領域を有し、
前記第２の非磁性金属は、前記第２の注入領域において前記第１の強磁性体の他の一部分と対向している請求項１に記載の磁化制御デバイス。
【請求項6】
前記第１の注入領域は、前記第１の強磁性体の前記第２方向に沿って形成された一方の端部と対向しており、
前記第２の注入領域は、前記第１の強磁性体の前記第２方向に沿った他方の端部と対向している請求項５に記載の磁化制御デバイス。
前記第２の注入領域は、前記第１の強磁性体の前記第２方向に沿った他方の端部と対向している請求項５に記載の磁化制御デバイス。
【請求項7】
前記第１の注入領域の面積と、前記第２の注入領域の面積との和が、前記第１の強磁性体の面積の４０％以下である請求項６に記載の磁化制御デバイス。
【請求項8】
前記第１の非磁性金属と、前記第２の非磁性金属は、少なくとも一部において連結している請求項６に記載の磁化制御デバイス。
【請求項9】
前記第１の注入領域は、前記第１の強磁性体の前記第２方向に沿って形成された中央部と対向している請求項１に記載の磁化制御デバイス。
【請求項10】
前記第１の注入領域の面積は、前記第１の強磁性体の面積の３０％以下である請求項９に記載の磁化制御デバイス。
【請求項11】
前記第１の非磁性金属は、その前記第１方向の長さが一様な態様で前記第２方向に延伸する請求項１に記載の磁化制御デバイス。
【請求項12】
前記第１の強磁性体の他の一部分及び前記第１の非磁性金属と接合する接合体をさらに備え、
前記接合体が絶縁体又は半導体である請求項１に記載の磁化制御デバイス。
前記接合体が絶縁体又は半導体である請求項１に記載の磁化制御デバイス。
【請求項13】
前記第１の強磁性体が、前記第１の非磁性金属の側面を覆うように形成される請求項１に記載の磁化制御デバイス。
【請求項14】
前記第１の非磁性金属が、前記第１の強磁性体の前記一部分と対向する幅狭部と、前記幅狭部に接続されて前記第１方向の長さが前記幅狭部よりも長い幅広部とを有する請求項１に記載の磁化制御デバイス。
【請求項15】
前記第１の非磁性金属が重金属を含む請求項１に記載の磁化制御デバイス。
【請求項16】
前記第１の強磁性体が、前記第１の非磁性金属の第１面に形成され、
前記第１の非磁性金属の第１面の反対側の第２面の一部分に形成されたスピン拡散領域をさらに備える請求項１に記載の磁化制御デバイス。
前記第１の非磁性金属の第１面の反対側の第２面の一部分に形成されたスピン拡散領域をさらに備える請求項１に記載の磁化制御デバイス。
【請求項17】
前記第１の強磁性体の磁化を反転させるための反転スピン流が、前記第１の非磁性金属から前記第１の強磁性体に注入され、
前記第１の強磁性体の磁化の反転を補助するための補助スピン流を前記第１の強磁性体に注入するために、前記第１の強磁性体と対向して前記第１方向に延伸する他の非磁性金属をさらに備える請求項１に記載の磁化制御デバイス。
前記第１の強磁性体の磁化の反転を補助するための補助スピン流を前記第１の強磁性体に注入するために、前記第１の強磁性体と対向して前記第１方向に延伸する他の非磁性金属をさらに備える請求項１に記載の磁化制御デバイス。
【請求項18】
第１方向に磁化された第１の強磁性体と、
前記第１方向に交差する第２方向に延伸する第１の非磁性金属と、
前記第１の強磁性体の、前記第１の非磁性金属と接する面の反対側の面に形成された絶縁体と、
前記絶縁体の、前記第１の強磁性体と接する面の反対側の面に形成された第２の強磁性体と、
を備え、
前記第１の非磁性金属は、前記第１方向において、前記第１の強磁性体よりも短い長さを有する第１の注入領域を備え、
前記第１の非磁性金属は、前記第１の注入領域において前記第１の強磁性体の一部分と対向している磁気メモリ装置。
前記第１方向に交差する第２方向に延伸する第１の非磁性金属と、
前記第１の強磁性体の、前記第１の非磁性金属と接する面の反対側の面に形成された絶縁体と、
前記絶縁体の、前記第１の強磁性体と接する面の反対側の面に形成された第２の強磁性体と、
を備え、
前記第１の非磁性金属は、前記第１方向において、前記第１の強磁性体よりも短い長さを有する第１の注入領域を備え、
前記第１の非磁性金属は、前記第１の注入領域において前記第１の強磁性体の一部分と対向している磁気メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、スピン軌道トルク（ＳＯＴ、Spin orbit torque）磁化反転に基づく磁化制御デバイス及び磁気メモリ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
スピン軌道トルクにより磁化の向きを制御させる方法に基づく磁化制御デバイスが知られている（特許文献１及び２）。
【0003】
特許文献１及び２に記載の磁化制御デバイスは、磁化の向きが可変な強磁性金属層と強磁性金属層にスピン軌道トルクを与える金属配線を備える。また、ＳＯＴ型の磁気メモリ装置ＳＯＴ－ＭＲＡＭ（Spin Orbit Torque-Magnetic Random Accesses Memory）は、これらに加え、強磁性金属層の金属配線と逆側に非磁性絶縁層とその先に磁化の向きが固定された第２の強磁性金属層とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2020-31234号公報
【特許文献2】国際公開第2017/090739号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述のＳＯＴ－ＭＲＡＭのようなスピン軌道トルク磁化反転や磁化制御に基づく磁化制御デバイスは、より少ない電流で強磁性体の磁化の反転や磁化の向きの制御を高速化、省エネルギー化することが求められる。ここで、「磁化の向きの制御」とは、磁化の向きを一定方向に変更することも含まれる。
【0006】
本発明の一態様は、強磁性体の磁化の向きを高速に反転、制御することができる磁化制御デバイス及び磁気メモリ装置を実現することを目的とする。また、ここで「反転」とは、１８０度回転することに限らず、ある程度角度を変えること（転向すること）も含む。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、第１方向に磁化された第１の強磁性体と、前記第１方向に交差する第２方向に延伸する第１の非磁性金属と、を備え、前記第１の非磁性金属は、前記第１方向において、前記第１の強磁性体よりも短い長さを有する第１の注入領域を有し、前記第１の非磁性金属は、前記第１の注入領域において前記第１の強磁性体の一部分と対向している。
【0008】
この特徴によれば、第１の非磁性金属に電流を流すと、第１方向を向いたスピンが第１の非磁性金属の第１の強磁性体側の面に蓄積され、第１方向の反対方向を向いたスピンが第１の非磁性金属の第１の強磁性体と反対側の面に蓄積される。そして、第１の非磁性金属の第１の強磁性体側の面に蓄積された第１方向のスピンが第１の非磁性金属の第１の注入領域から第１の強磁性体の一部分を通って第１の強磁性体に注入される。第１の強磁性体の一部分を通って注入されたスピンが第１の強磁性体で拡散されることで、第１の強磁性体の全面を通って第１方向のスピンが注入される場合よりも高速に第１の強磁性体の磁化が反転する。この結果、第１の強磁性体の磁化を高速に反転、制御することができる磁化制御デバイスを実現することができる。
【0009】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１の注入領域は、前記第１の強磁性体の前記第２方向に沿って形成された一方の端部と対向していることが好ましい。
【0010】
上記構成によれば、第１の非磁性金属の第１の強磁性体側の面に蓄積された第１方向のスピンが第１の非磁性金属から第１の強磁性体の一方の端部を通って第１の強磁性体に注入される。このため、第１の強磁性体の一方の端部を通って注入されたスピンが第１の強磁性体２で拡散されることで、第１の強磁性体の全面を通って第１方向のスピンが注入される場合よりも高速に第１の強磁性体の磁化が反転する。
【0011】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１の注入領域の面積は、前記第１の強磁性体の面積の４５％以下であることが好ましい。
【0012】
上記構成によれば、第１の注入領域の面積が第１の強磁性体の面積と等しい従来の構成よりも、第１の強磁性体の磁化の反転時間が短縮される。
【0013】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１の注入領域の面積は、前記第１の強磁性体の面積の２０％以下であることが好ましい。
【0014】
上記構成によれば、第１の注入領域の面積が第１の強磁性体の面積と等しい従来の構成よりも、第１の強磁性体の磁化の反転時間がより一層短縮される。
【0015】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１方向に交差する第２方向に延伸する第２の非磁性金属を、さらに備え、前記第２の非磁性金属は、前記第１方向において、前記第１の強磁性体よりも短い長さを有する第２の注入領域を有し、前記第２の非磁性金属は、前記第２の注入領域において前記第１の強磁性体の一部分と対向していることが好ましい。
【0016】
上記構成によれば、第１の非磁性金属と第２の非磁性金属とのそれぞれを第１方向に沿った幅寸法が一様な態様で構成できるので、第１及び第２非磁性金属の構造が簡素になり、第１及び第２非磁性金属の形成が容易になる。
【0017】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１の注入領域は、前記第１の強磁性体の前記第２方向に沿って形成された一方の端部と対向しており、前記第２の注入領域は、前記第１の強磁性体の前記第２方向に沿った他方の端部と対向していることが好ましい。
【0018】
上記構成によれば、第１の非磁性金属の第１の強磁性体側の面に蓄積された第１方向のスピンが第１の非磁性金属から第１の強磁性体の一方の端部と他方の端部とを通って第１の強磁性体に注入される。このため、第１の強磁性体の両端部を通って注入されたスピンが第１の強磁性体２で拡散されることで、第１の強磁性体の全面を通って第１方向のスピンが注入される場合よりも高速に第１の強磁性体２の磁化が反転する。
【0019】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１の注入領域の面積と、前記第２の注入領域の面積との和が、前記第１の強磁性体の面積の４０％以下であることが好ましい。
【0020】
上記構成によれば、第１の注入領域の面積と第２の注入領域の面積との和が第１の強磁性体の面積と等しい従来の構成よりも、第１の強磁性体の磁化の反転時間が短縮される。
【0021】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１の非磁性金属と、前記第２の非磁性金属は、少なくとも一部において連結していることが好ましい。
【0022】
上記構成によれば、第１の強磁性体の第１方向に沿った中央部に対向するように第２方向に延伸して形成された非磁性金属の孔の第１方向に沿った両側から、第１の強磁性体の両端部を通ってスピンを注入することができる。
【0023】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１の注入領域は、前記第１の強磁性体の前記第２方向に沿って形成された中央部と対向していることが好ましい。
【0024】
上記構成によれば、第１の非磁性金属の第１の強磁性体側の面に蓄積された第１方向のスピンが第１の非磁性金属から第１の強磁性体の第１方向に沿った中央部を通って第１の強磁性体に注入される。このため、第１の強磁性体の第１方向に沿った中央部を通って注入されたスピンが第１の強磁性体２で拡散されることで、第１の強磁性体の全面を通って第１方向のスピンが注入される場合よりも高速に第１の強磁性体の磁化が反転する。
【0025】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１の注入領域の面積は、前記第１の強磁性体の面積の３０％以下であることが好ましい。
【0026】
上記構成によれば、第１の注入領域の面積が第１の強磁性体の面積と等しい従来の構成よりも、第１の強磁性体の磁化の反転時間が短縮される。
【0027】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１の非磁性金属は、その前記第１方向の長さが一様な態様で前記第２方向に延伸することが好ましい。
【0028】
上記構成によれば、第１の非磁性金属の構造が簡素になり、第１の非磁性金属の形成が容易になる。
【0029】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１の強磁性体の他の一部分及び前記第１の非磁性金属と接合する接合体をさらに備え、前記接合体が絶縁体又は半導体であることが好ましい。
【0030】
上記構成によれば、絶縁体又は半導体である接合体が、第１の強磁性体の他の一部分及び第１の非磁性金属と接合し、第１の非磁性金属と協働して第１の強磁性体を支持することができる。
【0031】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１の強磁性体が、前記第１の非磁性金属の側面を覆うように形成されることが好ましい。
【0032】
上記構成によれば、第１の強磁性体を支持する接合体が不要になり、磁化制御デバイスの構成が簡素になる。
【0033】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１の非磁性金属が、前記第１の強磁性体の前記一部分と対向する幅狭部と、前記幅狭部に接続されて前記第１方向の長さが前記幅狭部よりも長い幅広部とを有することが好ましい。
【0034】
上記構成によれば、幅広部を流れる電流が幅狭部に集まるので、第１の強磁性体の一部分を通って注入されるスピンの注入密度が増加し、第１の強磁性体の磁化反転が高速化する。
【0035】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１の非磁性金属が重金属を含むことが好ましい。
【0036】
上記構成によれば、重金属に電流を流すと、重金属の第１の強磁性体側の面に蓄積された第１方向のスピンが重金属から第１の強磁性体の一部分を通って第１の強磁性体に注入される。第１の強磁性体の一部分を通って注入されたスピンが第１の強磁性体で拡散されることで、第１の強磁性体の全面を通って第１方向のスピンが注入される場合よりも高速に第１の強磁性体２の磁化が反転する。
【0037】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１の強磁性体が、前記第１の非磁性金属の第１面に形成され、前記第１の非磁性金属の第１面の反対側の第２面の一部分に形成されたスピン拡散領域をさらに備えることが好ましい。
【0038】
上記構成によれば、第１の非磁性金属を流れる電流の伝導電子に作用するスピン軌道相互作用により第１方向スピンが第１の非磁性金属の第１面の側に蓄積される（スピンホール効果）。第１面の側に蓄積された第１方向スピンが、第１の強磁性体の磁化の向きを変更させるために第１の強磁性体の一部分を通って注入される。すると、第１の強磁性体から第１方向スピンと逆向きのスピンが第１の非磁性金属へ戻ってくる。第１の強磁性体から戻ってくるスピンや、第１の強磁性体から戻ってくるスピンと同じスピンの流れのスピンを逆流スピンと呼ぶことにする。
【0039】
一方、第１方向スピンと逆方向を向いた第２方向スピンがスピン軌道相互作用により第１の非磁性金属の第２面の側に蓄積され、第２面の側に蓄積された第２方向スピンが、第２面からスピン拡散領域に移動する。これに伴い、逆流スピンが第１の非磁性金属の第１面から第２面に移動するので、第１の非磁性金属の第１面の第１方向スピンの割合を増加させることができる。この結果、第１の強磁性体へ注入されるスピンの偏りや第１方向スピンの量を増大させて、第１の強磁性体の磁化の反転や磁化の向きの制御をより一層高速化、省エネルギー化することができる。
【0040】
本発明の一態様に係る磁化制御デバイスは、前記第１の強磁性体の磁化を反転させるための反転スピン流が、前記第１の非磁性金属から前記第１の強磁性体に注入され、前記第１の強磁性体の磁化の反転を補助するための補助スピン流を前記第１の強磁性体に注入するために、前記第１の強磁性体と対向して前記第１方向に延伸する他の非磁性金属をさらに備えることが好ましい。
【0041】
上記構成によれば、第１の強磁性体の磁化の向き（第１方向）に交差する交差方向に磁化された補助スピン流が第１の強磁性体に注入される。このため、第１方向と反対の方向に磁化された反転スピン流による第１の強磁性体の磁化方向の反転行程が、第１方向に交差する交差方向に磁化された補助スピン流を注入する行程により補助される。この結果、第１の強磁性体の磁化をより一層高速に反転させることができる。
【0042】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る磁気メモリ装置は、第１方向に磁化された第１の強磁性体と、前記第１方向に交差する第２方向に延伸する第１の非磁性金属と、前記第１の強磁性体の、前記第１の非磁性金属と接する面の反対側の面に形成された絶縁体と、前記絶縁体の、前記第１の強磁性体と接する面の反対側の面に形成された第２の強磁性体と、を備え、前記第１の非磁性金属は、前記第１方向において、前記第１の強磁性体よりも短い長さを有する第１の注入領域を備え、前記第１の非磁性金属は、前記第１の注入領域において前記第１の強磁性体の一部分と対向している。
【発明の効果】
【0043】
本発明の一態様によれば、強磁性体の磁化の向きを高速もしくは低消費電力で反転、制御することができる磁化制御デバイス及び磁気メモリ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】実施形態１に係る磁化制御デバイスの斜視図である。
【図2】上記磁化制御デバイスに設けられた第１の強磁性体と非磁性金属との間の関係を示す平面図である。
【図3】上記磁化制御デバイスを有する磁気メモリ装置の側面図である。
【図4】上記磁化制御デバイスの平面図である。
【図6】比較例に係る磁化制御デバイスに設けられた第１の強磁性体と非磁性金属との間の関係を示す平面図である。
【図7】上記磁化制御デバイスの反転時間のシミュレーションの条件を説明するための図である。
【図8】上記磁化制御デバイスの反転時間のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図9】上記磁化制御デバイスの断面の変形例を示す断面図である。
【図10】上記磁化制御デバイスの非磁性金属の形状の変形例を示す平面図である。
【図11】上記磁化制御デバイスの非磁性金属の形状の他の変形例を示す平面図である。
【図12】上記磁化制御デバイスの第１の強磁性体の変形例を示す斜視図である。
【図13】実施形態２に係る磁化制御デバイスに設けられた第１の強磁性体と第１の非磁性金属と第２の非磁性金属との間の関係を示す平面図である。
【図14】上記磁化制御デバイスの側面図である。
【図15】上記磁化制御デバイスの平面図である。
【図17】上記磁化制御デバイスの反転時間のシミュレーションの条件を説明するための図である。
【図18】上記磁化制御デバイスの反転時間のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図19】上記磁化制御デバイスの断面の変形例を示す断面図である。
【図20】上記磁化制御デバイスの非磁性金属の形状の変形例を示す平面図である。
【図21】実施形態３に係る磁化制御デバイスの反転時間のシミュレーションの条件を説明するための図である。
【図22】上記磁化制御デバイスの反転時間のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図23】実施形態４に係る磁化制御デバイスの反転時間のシミュレーションの条件を説明するための図である。
【図24】上記磁化制御デバイスの反転時間のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図25】実施形態５に係る磁化制御デバイスの側面図である。
【図26】上記磁化制御デバイスの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0045】
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。
【0046】
〔実施形態１〕
（磁化制御デバイス１の構成）
図１は実施形態１に係る磁化制御デバイス１の斜視図である。図２は磁化制御デバイス１に設けられた第１の強磁性体２と第１の非磁性金属３との間の関係を示す平面図である。図３は磁化制御デバイス１を有する磁気メモリ装置１２の側面図である。図４は磁化制御デバイス１の平面図である。図５は図４に示される線ＡＡに沿った断面図である。
（磁化制御デバイス１の構成）
図１は実施形態１に係る磁化制御デバイス１の斜視図である。図２は磁化制御デバイス１に設けられた第１の強磁性体２と第１の非磁性金属３との間の関係を示す平面図である。図３は磁化制御デバイス１を有する磁気メモリ装置１２の側面図である。図４は磁化制御デバイス１の平面図である。図５は図４に示される線ＡＡに沿った断面図である。
【0047】
磁化制御デバイス１は、ｙ方向（第１方向）に磁化された直方体形状の第１の強磁性体２と、ｘ方向（第２方向）に延伸する第１の非磁性金属３とを備える。第１の非磁性金属３は、第１の強磁性体２の一部分と対向してｘ方向に延伸する。第１の非磁性金属３は、第１の強磁性体２のｙ方向側の端部５と対向してｘ方向に延伸する。
【0048】
言い換えれば、第１の非磁性金属３は、ｙ方向（第１方向）において、第１の強磁性体２よりも短い長さ３０を有する第１の注入領域３５を有している。そして、第１の非磁性金属３は、第１の注入領域３５において第１の強磁性体２の一部分と対向している。第１の注入領域３５において、スピンが第１の非磁性金属３から第１の強磁性体２に注入する。
【0049】
磁化制御デバイス１は、第１の強磁性体２の他の一部分及び第１の非磁性金属３の側面と接合してｚ方向から見て台形状に形成された接合体４をさらに備えていてもよい。この接合体４は絶縁体又は半導体により形成される。
【0050】
第１の非磁性金属３は、第１の強磁性体２の端部５と対向してｙ方向の幅寸法（長さ）が短い幅狭部７と、幅狭部７に接続されてｙ方向に沿った幅寸法（長さ）が幅狭部７よりも長い幅広部８・９とを有する。
【0051】
第１の注入領域３５は、第１の非磁性金属３の幅狭部７の第１の強磁性体２側の面に配置される。
【0052】
第１の非磁性金属３は重金属を含むことが好ましい。この重金属は例えばＰｔ、Ｐｈ、Ｗ、及びＴａを使用することができる。また、第１の非磁性金属３は、トポロジカル絶縁体でもよい。トポロジカル絶縁体は、物質の内部は絶縁体で表面は電気を通す物質である。例えば、トポロジカル絶縁体は、半金属ビスマス及びビスマス化合物がある。特にＢｉＴｅＳｂまたはＢｉＳｂがトポロジカル絶縁体として好適である。また、トポロジカル絶縁体は、組成変化により内部が導電性を有するようにしてもよい。
【0053】
第１の強磁性体２は、例えば、Ｃｏ／Ｎｉ多層膜、ＣｏＮｉ系合金、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、ＣｏＰｄ合金、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、ＣｏＰｔ合金、Ｔｂ／ＦｅＣｏ多層膜、ＴｂＦｅＣｏ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＢ合金、Ｆｅ／Ｎｉ多層膜、及びＦｅＮｉ合金のうちの少なくとも一つで構成されることが好適である。
【0054】
図３に示すように、第１の強磁性体２の、第１の非磁性金属３と接する面の反対側の面に絶縁体１０が形成される。絶縁体１０の、第１の強磁性体２と接する面の反対側の面に第２の強磁性体１１が形成される。第１の非磁性金属３と第１の強磁性体２と絶縁体１０と第２の強磁性体１１とは、ＳＯＴ（Spin Orbit Torque）型の磁気メモリ装置１２を構成する。第２の強磁性体１１は、磁化の向きが固定された固定層を構成する。第１の強磁性体２は磁化の向きを一定方向に変更可能な自由層を構成する。磁気メモリ装置１２は、磁気抵抗メモリ（MRAM：Magnetic Random Access Memory）等に利用することができる。
【0055】
【0056】
第２の強磁性体１１は、例えば、Ｃｏ／Ｎｉ多層膜、ＣｏＮｉ系合金、Ｃｏ／Ｐｄ多層膜、ＣｏＰｄ合金、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、ＣｏＰｔ合金、Ｔｂ／ＦｅＣｏ多層膜、ＴｂＦｅＣｏ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＢ合金、Ｆｅ／Ｎｉ多層膜、及びＦｅＮｉ合金のうちの少なくとも一つで構成されることが好適である。第２の強磁性体１１は、第１の強磁性体２と同じ素材で構成される必要はない。
【0057】
絶縁体１０は、絶縁物質を主成分とする。絶縁体１０は、ＭｇＯ等の絶縁膜から構成されている。なお、絶縁体１０を構成する材料としては、ＮａＣｌ構造を有する酸化物が好ましく、前述したＭｇＯの他、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ、ＶＯ、ＮｂＯ等が挙げられるが、絶縁体１０としての機能に支障をきたさない限り、特に限定されるものではない。当該材料として、たとえば、Ａｌ２Ｏ４、スピネル型ＭｇＡｌ２Ｏ４などを用いてもよい。本実施形態では、第１の強磁性体２、絶縁体１０、及び第２の強磁性体１１でＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance）素子を構成している。しかし、絶縁体１０の代わりにＣｕなどの金属を用いてＧＭＲ（Giant Magnetic Resistance）素子を構成してもよい。
【0058】
特許文献１に記載の磁化制御デバイスは、強磁性金属層がＳＯＴ生成部よりも長い箇所を有し、ＳＯＴ生成部が強磁性金属層の一部分と対向して延伸する構成を開示している。しかしながら、電流が流れる方向に垂直な方向（幅方向）ではＳＯＴ生成部の方が強磁性金属層よりも長くなっており、本願発明を示唆するものではない。
【0059】
特許文献２に記載の磁化制御デバイスは、ＳＯＴ生成部の寸法が厚さ方向に沿って変化しており、ＳＯＴ生成部の寸法が強磁性金属層の寸法よりも短い箇所が存在し、ＳＯＴ生成部が強磁性金属層の一部分と対向して延伸する構成を開示している。しかしながら、電流が流れる方向に垂直な方向（幅方向）ではＳＯＴ生成部と強磁性金属層とは等しい寸法を有しており、本願発明を示唆するものではない。
【0060】
（磁化制御デバイス１の動作）
このように構成された磁化制御デバイス１の第１の非磁性金属３に電流を－ｘ方向に沿って流すと、伝導電子はｘ方向に沿って幅広部８から幅狭部７を通って幅広部９に移動する。伝導電子は、スピン軌道相互作用によって、スピンに依存した方向に曲がる。例えば、ｙ方向を向いたスピンは、第１の非磁性金属３の幅広部８の第１の強磁性体２側の面１３に蓄積される。そして、－ｙ方向を向いたスピンは、幅広部８の第１の強磁性体２とは反対側の面１４に蓄積される。面１３に蓄積されたｙ方向のスピンは、第１の非磁性金属３の幅狭部７の第１の注入領域３５から第１の強磁性体２の端部５へ注入される。注入されたｙ方向のスピンが第１の強磁性体２で拡散されることで、第１の強磁性体２の磁化がｙ方向から－ｙ方向へ高速に反転する。
このように構成された磁化制御デバイス１の第１の非磁性金属３に電流を－ｘ方向に沿って流すと、伝導電子はｘ方向に沿って幅広部８から幅狭部７を通って幅広部９に移動する。伝導電子は、スピン軌道相互作用によって、スピンに依存した方向に曲がる。例えば、ｙ方向を向いたスピンは、第１の非磁性金属３の幅広部８の第１の強磁性体２側の面１３に蓄積される。そして、－ｙ方向を向いたスピンは、幅広部８の第１の強磁性体２とは反対側の面１４に蓄積される。面１３に蓄積されたｙ方向のスピンは、第１の非磁性金属３の幅狭部７の第１の注入領域３５から第１の強磁性体２の端部５へ注入される。注入されたｙ方向のスピンが第１の強磁性体２で拡散されることで、第１の強磁性体２の磁化がｙ方向から－ｙ方向へ高速に反転する。
【0061】
また、ｘ方向に沿って第１の非磁性金属３に電流を流すと、伝導電子は－ｘ方向に沿って幅広部９から幅狭部７を通って幅広部８に移動する。ｙ方向のスピンは、第１の非磁性金属３の幅広部９の面１４に蓄積される。－ｙ方向のスピンは、幅広部９の面１３に蓄積される。面１３に蓄積された－ｙ方向のスピンは、第１の非磁性金属３の幅狭部７の第１の注入領域３５から第１の強磁性体２の端部５へ注入される。注入された－ｙ方向のスピンが第１の強磁性体２で拡散されることで、第１の強磁性体２の磁化が－ｙ方向からｙ方向へ高速に反転する。
【0062】
ただし，電流の流れる向き（ｘ、－ｘ方向）と蓄積されるスピンの向き（ｙ、－ｙ方向）は、第１の非磁性金属３のスピンホール角の符号に依存し、スピンホール角が逆符号の物質においては、蓄積される向きが逆になる。つまり、電流を－ｘ方向に沿って流すと、－ｙ方向を向いたスピンは、第１の非磁性金属３の幅広部８の第１の強磁性体２側の面１３に蓄積される。また、ｘ方向に沿って第１の非磁性金属３に電流を流すと、ｙ方向のスピンは、幅広部９の面１３に蓄積される。
【0063】
図６は比較例に係る磁化制御デバイスに設けられた第１の強磁性体２と非磁性金属９３との間の関係を示す平面図である。第１の強磁性体２と非磁性金属９３とはｙ方向の長さ（幅寸法）が一致している。このため、ｙ方向のスピンは、非磁性金属９３から第１の強磁性体２のｙ方向の長さ（幅寸法）に相当する領域の全面に注入される。
【0064】
本実施形態に係る磁化制御デバイス１の第１の非磁性金属３は、第１の強磁性体２の近傍でｙ方向の幅寸法が細くなっている。このため、比較例に係る構造と比較して、スピンが注入される領域は狭いが、その分、同一電流あたりの注入領域（第１の注入領域３５）での電流密度が大きくなる。
【0065】
（反転時間のシミュレーション結果）
図７は磁化制御デバイス１の反転時間のシミュレーションの条件を説明するための図である。図８は磁化制御デバイス１の反転時間のシミュレーションの結果を示すグラフである。シミュレーションとして、Landau－Lifshitz－Gilbert（ＬＬＧ）方程式に基づいたマイクロマグネティクスシミュレーションを用いた。
図７は磁化制御デバイス１の反転時間のシミュレーションの条件を説明するための図である。図８は磁化制御デバイス１の反転時間のシミュレーションの結果を示すグラフである。シミュレーションとして、Landau－Lifshitz－Gilbert（ＬＬＧ）方程式に基づいたマイクロマグネティクスシミュレーションを用いた。
【0066】
第１の強磁性体２のｙ方向の寸法５０ｎｍ、ｘ方向の寸法２５ｎｍとし、第１の強磁性体２の注入領域（第１の注入領域３５）のｙ方向に沿った長さＬｙを変えたときの第１の強磁性体２の磁化の反転時間をシミュレーションした。図８の横軸は注入領域（第１の注入領域３５）の長さＬｙ（ｎｍ）、及び、スピン注入密度増加比を示し、縦軸は同一電流量（同一スピン注入量）における磁化の反転時間（ｎｓ）及び反転時間減少比を示す。長さＬｙ＝５０ｎｍは、第１の強磁性体２の底面の全体にスピンが注入される場合であり、比較例の構成に相当する。すなわち、図８は、第１の注入領域３５の面積を変化させた場合の磁化の反転時間を示している。
【0067】
長さＬｙを５０ｎｍから減少させると、２５ｎｍまで、磁化の反転時間は、長さＬｙ＝５０ｎｍの時よりも増大して低速化した。そして、長さＬｙが２２．５ｎｍ以下になると、反転時間は、長さＬｙ＝５０ｎｍの時よりも低減した。すなわち、第１の非磁性金属３の第１方向（ｙ方向）の長さを、第１の強磁性体２の第１方向（ｙ方向）の長さの４５％以下にすることにより、反転時間が低減した。言い換えれば、第１の注入領域３５の面積を、第１の強磁性体２の面積の４５％以下にすることにより、反転時間が低減した。第１の強磁性体２の面積とは、図１において第１の強磁性体２の上面（＋ｚ方向）から見た第１の強磁性体２の面積である。
【0068】
また、長さＬｙ＝１０ｎｍでは、比較例のＬｙ＝５０ｎｍの場合と比較して、同一電流値（同一消費電力）で、注入領域の電流密度は５倍になり、磁化の反転時間は２．８／１２．７＝０．２２で、約１／５に減少した。すなわち、第１の非磁性金属３の第１方向（ｙ方向）の長さを、第１の強磁性体２の第１方向（ｙ方向）の長さの２０％以下にすることにより、反転時間は約１／５に低減した。言い換えれば、第１の注入領域３５の面積を、第１の強磁性体２の面積の２０％以下にすることにより、反転時間は約１／５に低減した。
【0069】
このように、第１の強磁性体２の一部（ここでは端部５）のみにスピンを注入する方が第１の強磁性体２の底面の全体にスピンを注入するよりも磁化の反転時間が短くなるのは、第１の強磁性体２の端部５の方が中央部よりも磁化がスピンにより動きやすいため、端部５に注入されたスピンの方が中央部に注入されたスピンよりも磁化反転に対する寄与が大きいためであると考えられる。
【0070】
このように、第１の強磁性体２の端部５と対向する第１の非磁性金属３の幅狭部７のｙ方向に沿った長さＬｙ（非磁性金属幅寸法）は、第１の強磁性体２のｙ方向に沿った強磁性体幅寸法よりも短いことが好ましい。シミュレーション結果の図８においては、Ｌｙが第１の強磁性体２のｙ方向に沿った強磁性体幅寸法の４５％より短いと反転時間が減少したが、第１の強磁性体２のサイズがｙ方向の寸法１００ｎｍ、ｘ方向の寸法１２．５ｎｍのシミュレーションにおいては、Ｌｙが第１の強磁性体２のｙ方向に沿った強磁性体幅寸法の９５％より短ければ反転時間が減少する結果が得られた。すなわち、反転時間が減少する効果が得られるＬｙの寸法は第１の強磁性体２のサイズや材料にも依存する。
【0071】
要するに、上記のような構造の場合、第１の注入領域３５の面積は第１の強磁性体２の面積より小さい方がよく、第１の注入領域３５の面積が第１の強磁性体２の面積より４５％以下であることがより好ましく、第１の注入領域３５の面積が第１の強磁性体２の面積より２０％以下であることがより一層好ましい。
【0072】
（変形例）
図９は磁化制御デバイス１の断面の変形例を示す断面図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
図９は磁化制御デバイス１の断面の変形例を示す断面図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0073】
接合体４を設ける代わりに、第１の強磁性体２Ａが、図９に示すように、第１の非磁性金属３の側面を覆うように形成されてもよい。
【0074】
図１０は磁化制御デバイス１の非磁性金属の形状の変形例を示す平面図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0075】
図１０に示すように、ｘ方向に沿った幅寸法が一様な態様で、第１の強磁性体２のｘ方向に沿って形成された端部５と対向してｘ方向に延伸する第１の非磁性金属３Ａを第１の非磁性金属３に代えて設けてもよい。
【0076】
図１１は磁化制御デバイス１の非磁性金属の形状の他の変形例を示す平面図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0077】
ｙ方向の長さがｘ方向に沿って曲線状に変化する幅広部８Ｂを有する第１の非磁性金属３Ｂを設けてもよい。この場合、上記幅広部８Ｂの形状に整合する接合体４Ｂを設けてもよい。
【0078】
図１２は磁化制御デバイスの第１の強磁性体の変形例を示す斜視図である。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0079】
楕円柱形状の第１の強磁性体２Ｃを設けてもよい。この場合、第１の非磁性金属３は第１の強磁性体２Ｃのｙ方向に沿った端部５Ｃに対向してｘ方向に延伸する。第１の非磁性金属３の幅狭部７の第１の強磁性体２Ｃに対応する領域に第１の注入領域３５Ｃが配置される。
【0080】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0081】
（磁化制御デバイス１Ｄの構成）
図１３は実施形態２に係る磁化制御デバイス１Ｄに設けられた第１の強磁性体２と第１の非磁性金属３Ａと第２の非磁性金属３３との間の関係を示す平面図である。図１４は磁化制御デバイス１Ｄの側面図である。図１５は磁化制御デバイス１Ｄの平面図である。図１６は図１５に示される線ＢＢに沿った断面図である。
図１３は実施形態２に係る磁化制御デバイス１Ｄに設けられた第１の強磁性体２と第１の非磁性金属３Ａと第２の非磁性金属３３との間の関係を示す平面図である。図１４は磁化制御デバイス１Ｄの側面図である。図１５は磁化制御デバイス１Ｄの平面図である。図１６は図１５に示される線ＢＢに沿った断面図である。
【0082】
図１３～１６において、磁化制御デバイス１Ｄは、ｙ方向（第１方向）に磁化された第１の強磁性体２と、ｘ方向（第２方向）に延伸する第１の非磁性金属３Ａと、を有している。第１の非磁性金属３Ａは、ｙ方向（第１方向）において、第１の強磁性体２よりも短い長さ３０を有する第１の注入領域３５を有している。第１の非磁性金属３Ａは、第１の注入領域３５において第１の強磁性体２の一部分と対向している。
【0083】
さらに、磁化制御デバイス１Ｄは、ｘ方向（第２方向）に延伸する第２の非磁性金属３３を有している。第２の非磁性金属３３は、ｙ方向（第１方向）において、第１の強磁性体２よりも短い長さ３１を有する第２の注入領域３７を有している。第２の非磁性金属３３は、第２の注入領域３７において第１の強磁性体２の他の一部分と対向している。第１の注入領域３５において、スピンが第１の非磁性金属３Ａから第１の強磁性体２に注入される。そして、第２の注入領域３７において、スピンが第２の非磁性金属３３から第１の強磁性体２に注入される。
【0084】
言い換えれば、磁化制御デバイス１Ｄは、第１の強磁性体２のｙ方向に沿った一方の端部５と対向してｘ方向に延伸する第１の非磁性金属３Ａと、第１の強磁性体２のｙ方向に沿った他方の端部６と対向してｘ方向に延伸する第２の非磁性金属３３とを有する。この場合、第１の非磁性金属３Ａの側面、第２の非磁性金属３３の側面、及び第１の強磁性体２の中央部と接合する接合体４Ｄを形成してもよい。
【0085】
このように、第１の非磁性金属３Ａ及び第２の非磁性金属３３は、第１の強磁性体２のｙ方向に沿った両端と対向してｘ方向に延伸する。
【0086】
（反転時間のシミュレーション結果）
図１７は磁化制御デバイス１Ｄの反転時間のシミュレーションの条件を説明するための図である。図１８は磁化制御デバイス１Ｄの反転時間のシミュレーションの結果を示すグラフである。
図１７は磁化制御デバイス１Ｄの反転時間のシミュレーションの条件を説明するための図である。図１８は磁化制御デバイス１Ｄの反転時間のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【0087】
第１の強磁性体２のｙ方向の寸法５０ｎｍ、ｘ方向の寸法２５ｎｍとし、第１の強磁性体２の端部５からの第１の注入領域３５の長さ（（１／２）×Ｌｙ）、及び、端部６からの第２の注入領域３７の長さ（（１／２）×Ｌｙ）を変えたときの第１の強磁性体２の磁化の反転時間をシミュレーションした。
【0088】
長さＬｙを５０ｎｍから減少させると、５ｎｍまで全体的に、磁化の反転時間は、長さＬｙ＝５０ｎｍの時よりも低減した。例えば、両端から１０ｎｍの領域に注入する長さＬｙ＝２０ｎｍでは、比較例のＬｙ＝５０ｎｍの場合と比較して、磁化の反転時間は約３０％に減少した。すなわち、第１の非磁性金属３Ａ及び第２の非磁性金属３３が第１の強磁性体２の両端に対向する場合、その対向する箇所において、第１の非磁性金属３Ａ及び第２の非磁性金属３３の第１方向（ｙ方向）の長さの和を、第１の強磁性体２の第１方向（ｙ方向）の長さの４０％以下にすることにより、反転時間は約３０％に低減した。言い換えれば、第１の注入領域３５及び第２の注入領域３７の面積を、第１の強磁性体２の面積の４０％以下にすることにより、反転時間は約３０％に低減した。
【0089】
このように、第１の強磁性体２の両端に注入領域を設けると、第１の強磁性体２の磁化の反転速度は全体的に高速化した。
【0090】
一方の端部５と対向する第１の非磁性金属３Ａの長さ（（１／２）×Ｌｙ）（非磁性金属第１幅寸法）と、他方の端部６と対向する第２の非磁性金属３３の長さ（（１／２）×Ｌｙ）（非磁性金属第２幅寸法）との和が、第１の強磁性体２のｙ方向に沿った寸法（強磁性体幅寸法）よりも短いことで、同一電流量あたりの磁化反転時間が短縮される。非磁性金属第１幅寸法と非磁性金属第２幅寸法とは異なる長さでも良い。また、非磁性金属第１幅寸法と非磁性金属第２幅寸法との長さが強磁性体幅寸法の４０％よりも短いことが一層好ましい。言い換えれば、第１の注入領域３５及び第２の注入領域３７の面積の和は第１の強磁性体２の面積より小さい方がよく、第１の注入領域３５及び第２の注入領域３７の面積の和を第１の強磁性体２の面積の４０％以下にすることがより好ましい。
【0091】
（変形例）
図１９は磁化制御デバイス１Ｄの断面の変形例を示す断面図である。
図１９は磁化制御デバイス１Ｄの断面の変形例を示す断面図である。
【0092】
【0093】
図２０は磁化制御デバイス１Ｄの非磁性金属の形状の変形例を示す平面図である。図２０に示すように、第１の非磁性金属３Ａと、第２の非磁性金属３３とは、少なくとも一部において連結して非磁性金属３Ｆを構成していてもよい。
【0094】
言い換えれば、非磁性金属３Ｆは、第１の強磁性体２のｙ方向に沿った中央部１８に対向する孔１７を有してもよい。この場合、非磁性金属３Ｆは、第１の強磁性体２の端部５と対向する幅狭部１９と、端部６と対向する幅狭部２０と、幅狭部１９・２０に接続されてｙ方向に沿った幅寸法が幅狭部１９・２０よりも長い幅広部８Ｆ・９Ｆとを有する。孔１７は、図２０に示すようにｘ方向に延伸して形成された長孔であってもよいし、丸孔でもよく、多角形の孔であってもよい。
【0095】
〔実施形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明のさらに他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0096】
【0097】
第１の強磁性体２のｙ方向の寸法５０ｎｍ、ｘ方向の寸法２５ｎｍとし、第１の強磁性体２の中央部１８に対応する注入領域の長さＬｙを変えたときの第１の強磁性体２の磁化の反転時間をシミュレーションした。
【0098】
長さＬｙを５０ｎｍから減少させると、２０ｎｍまで、反転時間は、長さＬｙ＝５０ｎｍの時よりも著しく増大して超低速化した。長さＬｙが１５ｎｍ以下になると、反転時間は、長さＬｙ＝５０ｎｍの時よりも低減した。すなわち、中央部１８と対向する第１の非磁性金属３Ｇのｙ方向（第１方向）における長さを、第１の強磁性体２のｙ方向（第１方向）における長さの３０％以下にすると、反転時間は低減する。言い換えれば、第１の注入領域３５の面積を、第１の強磁性体２の面積の３０％以下にすることにより、反転時間は低減する。
【0099】
また、長さＬｙ＝１０ｎｍでは、比較例のＬｙ＝５０ｎｍの場合と比較して、同一電流値（同一消費電力）で、反転時間は、約１／２に減少した。すなわち、中央部１８と対向する第１の非磁性金属３Ｇの第１方向における長さを、第１の強磁性体２のｙ方向（第１方向）における長さの２０％以下にすると、反転時間は約１/２に低減する。言い換えれば、第１の注入領域３５の面積を、第１の強磁性体２の面積の２０％以下にすることにより、反転時間は約１/２に低減する。
【0100】
〔実施形態４〕
本発明のさらに他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明のさらに他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0101】
【0102】
第１の非磁性金属３Ｈの注入領域２１のｙ方向の長さＬｙを１０ｎｍに固定して、注入位置をｙ方向に沿って変えたときの第１の強磁性体２の磁化の反転時間をシミュレーションした。
【0103】
注入位置の下端の第１の強磁性体２のエッジからの距離ｒｙを２０ｎｍから減少させると、５ｎｍまで、反転時間は、長さＬｙ＝５０ｎｍの時よりも著しく増大して低速化した。距離ｒｙが５ｎｍ以下になると、反転時間は、長さＬｙ＝５０ｎｍの時よりも低減した。以上を考察すると、第１の強磁性体２の端部６での注入が効率がよいといえる。
【0104】
〔実施形態５〕
本発明のさらに他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
本発明のさらに他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【0105】
【0106】
磁化制御デバイス１Ｉの第１の強磁性体２には、第１の強磁性体２の磁化を反転させるための反転スピン流が第１の非磁性金属３Ａから注入される。そして、磁化制御デバイス１Ｉは、第１の強磁性体２の磁化の反転を補助するための補助スピン流を第１の強磁性体２に注入するために、第１の強磁性体２と対向してｙ方向に延伸する他の非磁性金属２３をさらに備える。非磁性金属２３は、第１の非磁性金属３Ａと交差するように形成される。
【0107】
第１の強磁性体２は、第１の非磁性金属３Ａ及び非磁性金属２３の第１面２４に形成される。そして、磁化制御デバイス１Ｉは、第１の非磁性金属３Ａ及び非磁性金属２３の第１面２４の反対側の第２面２５の一部分に、第１の非磁性金属３Ａに沿ってｘ方向に延伸した後、非磁性金属２３に沿って－ｙ方向に延伸して形成されたスピン拡散領域２２をさらに備える。
【0108】
第１の強磁性体の２の端部５と対向してｘ方向に延伸する第１の非磁性金属３Ａにより第１の強磁性体２の磁化の反転時間が従来の１／５に短縮される。そして、第１の非磁性金属３Ａ及び非磁性金属２３の第２面２５の一部分に形成されたスピン拡散領域２２により反転時間は従来の１／２に短縮される。さらに、補助スピン流を第１の強磁性体２に注入する非磁性金属２３により反転時間は従来の１／１０に短縮される。このため、磁化制御デバイス１Ｉは、第１の強磁性体２の磁化の反転時間を従来の１／１００に短縮することができる。
【0109】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0110】
１ 磁化制御デバイス
２ 第１の強磁性体
３ 第１の非磁性金属
４ 接合体
５ 端部
１０ 絶縁体
１１ 第２の強磁性体
１２ 磁気メモリ装置
１８ 中央部
２３ 非磁性金属
２４ 第１面
２５ 第２面
３３ 第２の非磁性金属
３５ 第１の注入領域
３７ 第２の注入領域
２ 第１の強磁性体
３ 第１の非磁性金属
４ 接合体
５ 端部
１０ 絶縁体
１１ 第２の強磁性体
１２ 磁気メモリ装置
１８ 中央部
２３ 非磁性金属
２４ 第１面
２５ 第２面
３３ 第２の非磁性金属
３５ 第１の注入領域
３７ 第２の注入領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】