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特開2024-114453磁気メモリ装置、磁気メモリ素子の制御方法、および制御プログラム
(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】P2024114453
(43)【公開日】2024-08-23
(54)【発明の名称】磁気メモリ装置、磁気メモリ素子の制御方法、および制御プログラム
(51)【国際特許分類】
H10B 61/00 20230101AFI20240816BHJP
H01L 29/06 20060101ALI20240816BHJP
H01L 29/82 20060101ALI20240816BHJP
H10N 50/10 20230101ALI20240816BHJP
H10N 52/00 20230101ALI20240816BHJP
G11C 11/16 20060101ALI20240816BHJP
【ＦＩ】
H10B61/00
H01L29/06 601N
H01L29/82 Z
H10N50/10
H10N52/00 Z
H10N50/10 Z
G11C11/16 100C
G11C11/16 230
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023020242
(22)【出願日】2023-02-13
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業（ＣＲＥＳＴ）「３次元磁気メモリの開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】399030060
【氏名又は名称】学校法人 関西大学
(71)【出願人】
【識別番号】504139662
【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】本多 周太
(72)【発明者】
【氏名】加藤 剛志
(72)【発明者】
【氏名】大島 大輝
(72)【発明者】
【氏名】園部 義明
【テーマコード（参考）】
4M119
5F092
【Ｆターム（参考）】
4M119AA20
4M119BB01
4M119CC05
4M119CC10
4M119DD09
4M119DD17
4M119DD24
4M119DD25
4M119DD33
4M119DD52
4M119EE03
5F092AA20
5F092AB07
5F092AC12
5F092AC26
5F092AD23
5F092AD25
5F092AD26
5F092BB16
5F092BB18
5F092BB22
5F092BB23
5F092BB25
5F092BB34
5F092BB35
5F092BB36
5F092BB42
5F092BB43
5F092BB45
5F092BC03
(57)【要約】
【課題】磁気メモリ素子の磁性細線から順次読み出されたデータが消滅することを防止する。
【解決手段】コントローラ（１２）は、ビット列に対応する複数の磁化の向きをそれぞれ有する複数の磁区を磁性細線（２２）に書き込み、磁性細線（２２）の他端部（２８）の磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出す。コントローラ（１２ａ）が磁気メモリ素子（１１ａ）から読み出したビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を、コントローラ（１２ｂ）は他の磁気メモリ素子（１１ｂ）に記録する。
【選択図】図１
【解決手段】コントローラ（１２）は、ビット列に対応する複数の磁化の向きをそれぞれ有する複数の磁区を磁性細線（２２）に書き込み、磁性細線（２２）の他端部（２８）の磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出す。コントローラ（１２ａ）が磁気メモリ素子（１１ａ）から読み出したビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を、コントローラ（１２ｂ）は他の磁気メモリ素子（１１ｂ）に記録する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
２つの磁気メモリ素子と、コントローラとを備える磁気メモリ装置であって、
前記２つの磁気メモリ素子のそれぞれは、
第１電流によるトルクが発生するトルク発生源と、
前記トルクに応じた磁化の向きを有する磁区が一端部に形成され、第２電流が流れることにより前記磁区が他端部の側へ移動する磁性細線と、
所定の磁化方向を維持する固定層と、
前記磁性細線の他端部および前記固定層の間に設けられた中間層と、を備え、
前記コントローラは、
前記２つの磁気メモリ素子のそれぞれに関して、書き込み時は、前記第１電流および前記第２電流を制御することにより、ビット列に対応する複数の磁化の向きをそれぞれ有する複数の磁区を前記磁性細線に書き込み、読み出し時は、前記中間層に第３電流を流すように制御することにより、前記磁性細線の他端部の磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出すことを可能とし、
前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方から読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録する、磁気メモリ装置。
前記２つの磁気メモリ素子のそれぞれは、
第１電流によるトルクが発生するトルク発生源と、
前記トルクに応じた磁化の向きを有する磁区が一端部に形成され、第２電流が流れることにより前記磁区が他端部の側へ移動する磁性細線と、
所定の磁化方向を維持する固定層と、
前記磁性細線の他端部および前記固定層の間に設けられた中間層と、を備え、
前記コントローラは、
前記２つの磁気メモリ素子のそれぞれに関して、書き込み時は、前記第１電流および前記第２電流を制御することにより、ビット列に対応する複数の磁化の向きをそれぞれ有する複数の磁区を前記磁性細線に書き込み、読み出し時は、前記中間層に第３電流を流すように制御することにより、前記磁性細線の他端部の磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出すことを可能とし、
前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方から読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録する、磁気メモリ装置。
【請求項2】
前記コントローラは、前記読み出し時において、
前記２つの磁気メモリ素子の一方の前記中間層に前記第３電流を流すことにより、前記ビットの値を読み出し、
前記２つの磁気メモリ素子の他方に、前記第１電流および前記第２電流を流すことにより、読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を記録する、請求項１に記載の磁気メモリ装置。
前記２つの磁気メモリ素子の一方の前記中間層に前記第３電流を流すことにより、前記ビットの値を読み出し、
前記２つの磁気メモリ素子の他方に、前記第１電流および前記第２電流を流すことにより、読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を記録する、請求項１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項3】
前記２つの磁気メモリ素子の組を複数備える、請求項１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項4】
前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方として機能する読み出し側の磁気メモリ素子の数は、前記２つの磁気メモリ素子の他方として機能する記録側の磁気メモリ素子の数より多い、請求項１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項5】
前記コントローラは、前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方として機能する読出し側の磁気メモリ素子と、前記２つの磁気メモリ素子の他方として機能する記録側の磁気メモリ素子と、を識別する識別ビットに対応する磁化の向きを有する磁区が、前記２つの磁気メモリ素子における前記磁性細線の他端部に形成されるように制御する、請求項１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項6】
前記コントローラは、前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方から読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録し、これを順次行うように制御した後、前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録したビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の一方に記録し、これを順次行うように制御する、請求項１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項7】
前記コントローラは、前記読み出し時において、前記磁性細線の他端部の磁区が有する磁化の向きに対応する前記ビットの値を読み出すと共に、前記磁性細線の一端部に、所定の磁化の向きを有する磁区を形成するように制御する、請求項１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項8】
前記第３電流は、前記第２電流と同じ値である、請求項１に記載の磁気メモリ装置。
【請求項9】
第１電流によるトルクが発生するトルク発生源と、前記トルクに応じた磁化の向きを有する磁区が一端部に形成され、第２電流が流れることにより前記磁区が他端部の側へ移動する磁性細線と、所定の磁化方向を維持する固定層と、前記磁性細線の他端部および前記固定層の間に設けられた中間層と、を備える２つの磁気メモリ素子を制御する制御方法であって、
前記２つの磁気メモリ素子のそれぞれに関して、
書き込み時に、前記第１電流および前記第２電流を制御することにより、ビット列に対応する複数の磁化の向きをそれぞれ有する複数の磁区を前記磁性細線に書き込み、
読み出し時に、前記中間層に第３電流を流すように制御することにより、前記磁性細線の他端部の磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出し、
前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方から読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録する、磁気メモリ素子の制御方法。
前記２つの磁気メモリ素子のそれぞれに関して、
書き込み時に、前記第１電流および前記第２電流を制御することにより、ビット列に対応する複数の磁化の向きをそれぞれ有する複数の磁区を前記磁性細線に書き込み、
読み出し時に、前記中間層に第３電流を流すように制御することにより、前記磁性細線の他端部の磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出し、
前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方から読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録する、磁気メモリ素子の制御方法。
【請求項10】
請求項１に記載の磁気メモリ装置の前記コントローラとしてコンピュータを機能させるための制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ナノスケールの磁気構造体を含む磁気メモリ素子を備える磁気メモリ装置、磁気メモリ素子の制御方法、および制御プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、消費電力を低減させる観点から、記憶したデータを保持するための電力を必要としない不揮発性メモリの開発が進められている。磁気を利用した不揮発性メモリとしては、磁気抵抗メモリ（Magnetoresistive Random Access Memory、ＭＲＡＭ）、レーストラックメモリ（Racetrack Memory）などが挙げられる。
【0003】
ＭＲＡＭは、磁気抵抗効果(Magnetic Resistance effect、ＭＲ)素子を備える。ＭＲ素子は、磁化方向が可変な自由層と、所定の磁化方向を維持する固定層（ピン層）と、上記自由層および上記固定層の間に中間層とを備える。上記自由層と上記固定層と上記中間層とで、磁気トンネル接合(Magnetic Tunnel Junction、ＭＴＪ)を形成する。ＭＲＡＭは、上記自由層の磁化の向きに応じて上記ＭＲ素子の電気抵抗が変化する性質を利用して、データの読み書きを行う。
【0004】
一方、レーストラックメモリは、磁性材料を数百ナノメートルから数百マイクロメートルの直線状に加工した磁気ナノワイヤを備える。データの書込み時には、書込みヘッドにより磁気ナノワイヤ中に磁区が生成され、磁気ナノワイヤにパルス電流を流すことにより上記磁区が移動し、これを繰り返す。一方、データの読出し時には、読出しヘッドにより上記磁区の磁化方向が検出され、磁気ナノワイヤにパルス電流を流すことにより磁区が移動し、これを繰り返す。上記読出しヘッドには、上記ＭＲ素子が利用される。ここで、上記磁気ナノワイヤの一端が上記ＭＲ素子の上記自由層としての役割を担う。
【0005】
また、特許文献１に記載の磁気メモリ素子は、スピン軌道トルクを生成するＳＯＴ（Spin-Orbit Torque）発生源と、磁性細線（磁気ナノワイヤ）と、上記中間層および上記固定層と、を備える。上記磁性細線は、一端が上記ＳＯＴ発生源の主面に接続され、他端が上記中間層に接続されている。上記中間層の他端部と上記中間層と上記固定層とで、上記磁気トンネル接合を形成し、上記ＭＲ素子を構成する。
【0006】
データの書込み時には、ＳＯＴ発生源が生成したスピン軌道トルクにより、上記磁性細線の一端部に磁区が生成され、上記磁性細線に電流を流すことにより上記磁区が他端方向に移動し、これを繰り返す。一方、上記磁性細線の他端部と上記中間層および上記固定層とは、データ読出し用のＭＲ素子として機能する。従って、データの読出し時には、上記ＭＲ素子により上記磁性細線の他端部における磁区の磁化方向が検出され、上記磁性細線に電流を流すことにより、一端方向に隣接する磁区が上記他端部に移動し、これを繰り返す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０２２－０５９４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上記のような磁気メモリ素子においては、磁性細線の他端部の磁区は、読み出し時に磁性細線に電流を流すことにより消失する。このような読出し方法は、「破壊読出し」と呼ばれる。従って、特許文献１に記載の磁気メモリ素子では、磁性細線からデータを順次読み出す場合、読み出したデータが順次消滅することになる。
【0009】
本発明の一態様は、磁気メモリ素子の磁性細線から順次読み出されたデータが消滅することを防止できる磁気メモリ装置等を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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、２つの磁気メモリ素子と、コントローラとを備える磁気メモリ装置であって、前記２つの磁気メモリ素子のそれぞれは、第１電流によるトルクが発生するトルク発生源と、前記トルクに応じた磁化の向きを有する磁区が一端部に形成され、第２電流が流れることにより前記磁区が他端部の側へ移動する磁性細線と、所定の磁化方向を維持する固定層と、前記磁性細線の他端部および前記固定層の間に設けられた中間層と、を備え、前記コントローラは、前記２つの磁気メモリ素子のそれぞれに関して、書き込み時は、前記第１電流および前記第２電流を制御することにより、ビット列に対応する複数の磁化の向きをそれぞれ有する複数の磁区を前記磁性細線に書き込み、読み出し時は、前記中間層に第３電流を流すように制御することにより、前記磁性細線の他端部の磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出すことを可能とし、前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方から読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録する。
【0011】
また、本発明の別の態様に係る制御方法は、第１電流によるトルクが発生するトルク発生源と、前記トルクに応じた磁化の向きを有する磁区が一端部に形成され、第２電流が流れることにより前記磁区が他端部の側へ移動する磁性細線と、所定の磁化方向を維持する固定層と、前記磁性細線の他端部および前記固定層の間に設けられた中間層と、を備える２つの磁気メモリ素子を制御する制御方法であって、前記２つの磁気メモリ素子のそれぞれに関して、書き込み時に、前記第１電流および前記第２電流を制御することにより、ビット列に対応する複数の磁化の向きをそれぞれ有する複数の磁区を前記磁性細線に書き込み、読み出し時に、前記中間層に第３電流を流すように制御することにより、前記磁性細線の他端部の磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出し、前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方から読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録する。
【0012】
上記の構成および方法によると、前記２つの磁気メモリ素子の一方から読み出したビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録する。これにより、前記２つの磁気メモリ素子の一方から順次読み出されたデータは、前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録されるので、消滅することを防止できる。なお、第１電流と第２電流とは同じ電流であってもよいし、異なる電流であってもよい。
【0013】
本態様に係る磁気メモリ装置では、前記コントローラは、前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方の前記中間層に前記第３電流を流すことにより、前記ビットの値を読み出し、前記２つの磁気メモリ素子の他方に、前記第１電流および前記第２電流を流すことにより、読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を記録する構成であってもよい。
【0014】
本態様に係る磁気メモリ装置は、前記２つの磁気メモリ素子の組を複数備えてもよい。この場合、記憶容量を増大させることができる。また、読出し側の磁気メモリ素子から読み出したデータを書き込む記録側の磁気メモリ素子が予め決まっているので、前記記録側の磁気メモリ素子を探す手間を省くことができる。その結果、上記データを迅速に書き込むことができる。
【0015】
本態様に係る磁気メモリ装置では、前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方として機能する読み出し側の磁気メモリ素子の数は、前記２つの磁気メモリ素子の他方として機能する記録側の磁気メモリ素子の数より多い構成であってもよい。
【0016】
本態様に係る磁気メモリ装置では、前記コントローラは、前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方として機能する読出し側の磁気メモリ素子と、前記２つの磁気メモリ素子の他方として機能する記録側の磁気メモリ素子と、を識別する識別ビットに対応する磁化の向きを有する磁区が、前記２つの磁気メモリ素子における前記磁性細線の他端部に形成されるように制御してもよい。この場合、前記コントローラが、前記磁性細線の他端部の磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出すことにより、前記２つの磁気メモリ素子の何れが前記読出し側の磁気メモリ素子であり、何れが前記記録側の磁気メモリ素子であるかを容易に識別することができる。
【0017】
本態様に係る磁気メモリ装置では、前記コントローラは、前記読み出し時において、前記２つの磁気メモリ素子の一方から読み出した前記ビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録し、これを順次行うように制御した後、前記２つの磁気メモリ素子の他方に記録したビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区を前記２つの磁気メモリ素子の一方に記録し、これを順次行うように制御してもよい。
【0018】
この場合、前記２つの磁気メモリ素子の一方に形成されていた１または複数の磁区が元に戻ることになる。従って、前記２つの磁気メモリ素子の一方は、ビット列が実際に記憶される実記憶用素子として機能し、前記２つの磁気メモリ素子の他方は、ビット列が一時的に記憶される一時記憶用素子として機能することになる。
【0019】
本態様に係る磁気メモリ装置では、前記コントローラは、前記読み出し時において、前記磁性細線の他端部の磁区が有する磁化の向きに対応する前記ビットの値を読み出すと共に、前記磁性細線の一端部に、所定の磁化の向きを有する磁区を形成するように制御してもよい。
【0020】
この場合、前記２つの磁気メモリ素子の一方における磁性細線に形成された磁区を前記２つの磁気メモリ素子の他方の磁性細線に移動させた場合、前記２つの磁気メモリ素子の一方における磁性細線は、磁化の向きが揃うことになる。これにより、前記磁化の向きが不揃いであることによる磁性細線の一端部に磁区を形成することに及ぼす影響を減らすことができる。
【0021】
本態様に係る磁気メモリ装置では、前記第３電流は、前記第２電流と同じ値であってもよい。この場合、読み出し時の電流と書き込み時の電流とを同じにできる。そのため、電流制御が容易になる。
【0022】
本発明の各態様に係る磁気メモリ装置のコントローラは、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記コントローラが備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより前記コントローラをコンピュータにて実現させるコントローラの制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【発明の効果】
【0023】
本発明の一態様によれば、磁気メモリ素子の磁性細線から順次読み出されたデータが消滅することを防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】本発明の一実施形態に係る磁気メモリ装置の概要と、動作の一例を示す斜視図である。
【図2】上記磁気メモリ装置におけるコントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図3】上記コントローラにおける書込処理の流れを示すフローチャートである。
【図4】上記コントローラにおける読出処理の流れを示すフローチャートである。
【図5】上記磁気メモリ装置の変形例を示す斜視図である。
【図6】本発明の別の実施形態係る磁気メモリ装置の概要を示す斜視図である。
【図7】本発明のさらに別の実施形態に係る磁気メモリ装置の概要と、動作の一例を示す斜視図である。
【図8】本発明のさらに別の実施形態に係る磁気メモリ装置の概要と、動作の一例を示す斜視図である。
【図9】本発明のさらに別の実施形態係る磁気メモリ装置の概要を示す斜視図である。
【図10】磁気メモリ素子およびコントローラの変形例を示す斜視図である。
【図11】上記コントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図12】本発明のさらに別の実施形態に係る磁気メモリ装置の概要と、動作の一例を示す斜視図である。
【図13】本発明のさらに別の実施形態に係る磁気メモリ装置の概要と、動作の一例を示す斜視図である。
【図14】本発明のさらに別の実施形態に係る磁気メモリ装置の概要と、動作の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付記し、適宜その説明を省略する。また、図面に記載のｘ、ｙ、およびｚを用いて方向を特定する。
【0026】
【0027】
図１は、本実施形態に係る磁気メモリ装置の概要と、動作の一例を示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態の磁気メモリ装置１は、２つの磁気メモリ素子１１（１１ａと１１ｂ）と、２つのコントローラ１２（１２ａと１２ｂ）とを含む。
【0028】
（磁気メモリの概要）
各磁気メモリ素子１１では、ＳＯＴ発生源２１（スピン軌道トルク発生源）、磁性細線２２、中間層２３、および固定層２４が順に設けられている。
各磁気メモリ素子１１では、ＳＯＴ発生源２１（スピン軌道トルク発生源）、磁性細線２２、中間層２３、および固定層２４が順に設けられている。
【0029】
ＳＯＴ発生源２１は、スピン軌道トルクを生成する板状部材である。ＳＯＴ発生源２１には、表面から略垂直な方向に磁性細線２２が接続されている。ＳＯＴ発生源２１は、両端部２５・２６の一方から他方に電流（第１電流Ｉ1）を流すことにより、電流の方向（ｘ方向）と垂直な方向（ｙ方向）にスピン軌道トルクが生成される。このとき、磁性細線２２の下端部２７（一端部）における磁化の方向が、電流の方向およびスピン軌道トルクの方向と垂直な方向、すなわち、磁性細線２２が延伸する方向（ｚ方向）となる。そして、磁性細線２２に電流（第２電流Ｉ2または第３電流Ｉ3）を流すことにより、上記磁化の方向を有する磁区が形成される。この磁区における磁化の向きが、記憶する情報となる。なお、図１において、磁性細線２２の下端部２７が磁性細線２２と異なる径で記載されているが、同じ径であってもよい。
【0030】
ＳＯＴ発生源２１は、通常、非磁性金属の部材であるが、トポロジカル絶縁体、または反強磁性体を含んでもよい。トポロジカル絶縁体とは、物質の内部は絶縁体でありながら、表面は電気を通すという物質である。トポロジカル絶縁体の例としては、半金属ビスマスおよびビスマス化合物が挙げられる。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、組成を変化させることにより内部が導電性を有するようにしてもよい。また、反強磁性体としては、ＲｕＯ２などが挙げられる。また、ＳＯＴ発生源２１は、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｗ、およびＴａの少なくとも１種の金属を含むようにしてもよい。さらに、ＳＯＴ発生源２１は、強磁性体ＮｉＦｅやＣｏＦｅＢなどの磁性材料とＴｉの組み合わせ、またはＣｕなどの金属とその酸化物の積層構造でも構成可能である。
【0031】
ＳＯＴ発生源２１の両端部２５・２６は、コントローラ１２と電気的に接続されている。コントローラ１２によって、ＳＯＴ発生源２１を流れる電流およびその向きが制御される。
【0032】
磁性細線２２は、磁気異方性を有する磁性体である。磁性細線２２は、下端部２７にてＳＯＴ発生源２１に接続し、上端部２８（他端部）にて中間層２３に接続する。図１では、磁性細線２２はＺ軸方向に延伸する細線である。
【0033】
また、磁性細線２２は、柱状部材であることが望ましい。また、磁性細線２２は、強磁性金属の部材であることが望ましい。磁性細線２２は、細長い形状の磁性体として形成されている。そして、磁性細線２２内を電流が流れ、磁壁（一定の磁化方向を向いた区間の境界）が移動する磁壁移動型メモリとして機能する。具体的には、電流（第２電流Ｉ2）を磁性細線２２内に流して、スピントランスファートルク（ＳＴＴ）を発生させる。また、磁性細線２２の下端部２７の下に配置されたＳＯＴ発生源２１に電流（第１電流Ｉ1）を流して、ＳＯＴを磁性細線２２の下端部２７に発生させる。このＳＴＴとＳＯＴの併用により磁性細線２２内に磁壁や磁区を書き込む。磁性細線２２を長くすると記憶容量が大きくなる。磁性細線２２の幅が略一定であれば（磁性細線２２が柱状であれば）、磁区の移動が安定する。なお、柱状の磁性細線２２の幅は、連続的に緩やかに変化してもよい（両端で太さが異なってもよい）。
【0034】
例えば、磁性細線２２は、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、Ｆｅ／Ｐｔ多層膜、Ｆｅ／Ｐｄ多層膜、ＦｅＰｔ合金、ＦｅＰｄ合金、Ｔｂ／ＦｅＣｏ多層膜、ＴｂＦｅＣｏ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＦｅＢ合金、Ｆｅ／Ｎｉ多層膜、ＦｅＮｉ合金、ＭｎＧａ合金、ＭｎＡｌ合金、ＭｎＢｉ合金、ＭｎＧｅ合金、ＣｒＰｔ３合金、ＭｎＣｒ／ＡｌＧｅ多層膜等で構成されることが好適である。また、磁性細線２２は、これらの合金および多層膜のうちの２種類以上によって構成されてもよい。さらに、磁性細線２２は、上記合金および上記多層膜のうちの２種類以上を規則的に積層することによって構成されてもよい。この場合、磁壁の位置の制御が容易になる。
【0035】
磁性細線２２は、多種多様な形状をとり得る。図１に示す磁性細線２２は、細長い形状の磁性体として形成された磁性細線であり、一直線（ここでは、Ｚ軸）上に延びる。磁性細線２２の断面は、円形、楕円形、多角形など、多種多様な断面形状を採りうる。また、磁性細線２２の太さ（断面の幅）が同一細線内で変わっても良い。ただし、磁性細線２２は、円型など角が少ない断面形状で、幅が一様、かつ、延伸方向に長い、ことが望ましい。
【0036】
中間層２３は、一端で磁性細線２２と構造的に接続する。また、中間層２３は、他端で固定層２４と構造的に接続する。中間層２３は、非磁性絶縁体である。例えば、中間層２３は、絶縁物質を主成分とする層である。中間層２３は、ＭｇＯ等の絶縁膜から構成されている。なお、中間層２３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、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ、ＶＯ、ＮｂＯ等が挙げられるが、中間層２３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、例えば、スピネル型ＭｇＡｌ２Ｏ４なども用いてもよい。本実施形態では、磁性細線２２、中間層２３、および固定層２４によってＭＲ素子を構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、中間層２３にＣｕなどの金属の導体層を設けてＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）素子を構成してよい。この場合、金属としては非磁性金属が望ましい。
【0037】
固定層２４は、垂直磁気異方性を有する強磁性体である。すなわち、固定層２４は、磁性細線２２の延伸方向と平行な磁気異方性を有する層である。また、固定層２４は、一端で中間層２３と構造的に接続する。また、固定層２４は、他端でコントローラ１２と電気的に接続する。固定層２４は、磁化の向きが固定（維持）された強磁性金属層である。たとえば、固定層２４は、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅ、ＦｅＰｔ合金などのＦｅ系材料、ＣｏＰｔ合金、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、ＴｂＦｅＣｏ合金、Ｃｒ２Ｏ３、もしくはそれらを複合させたもので構成されてもよい。また、これら強磁性金属と反強磁性層とを積層した構成でもよい。磁性細線２２、中間層２３、および固定層２４はＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子を構成する。
【0038】
（コントローラの概要）
コントローラ１２は、磁気メモリ素子１１への情報の書込および読出を行う。また、コントローラ１２は、磁性細線２２中の情報の移動を行う。これらの動作は、コントローラ１２がＳＯＴ発生源２１に流す第１電流Ｉ1と、磁性細線２２、中間層２３、および固定層２４に流す、磁区移動用の第２電流Ｉ2および読出し用の第３電流Ｉ3と、を制御することにより実現される。なお、第２電流Ｉ2は第３電流Ｉ3以上である（または第３電流Ｉ3よりも大きい）。
コントローラ１２は、磁気メモリ素子１１への情報の書込および読出を行う。また、コントローラ１２は、磁性細線２２中の情報の移動を行う。これらの動作は、コントローラ１２がＳＯＴ発生源２１に流す第１電流Ｉ1と、磁性細線２２、中間層２３、および固定層２４に流す、磁区移動用の第２電流Ｉ2および読出し用の第３電流Ｉ3と、を制御することにより実現される。なお、第２電流Ｉ2は第３電流Ｉ3以上である（または第３電流Ｉ3よりも大きい）。
【0039】
コントローラ１２は、書き込む情報によりＳＯＴ発生源２１に流す第１電流Ｉ1の向きを変更する。例えば、１ビットの値０を磁気メモリ素子１１に書き込む場合、コントローラ１２は、ＳＯＴ発生源２１の一端部２５から他端部２６の方へ第１電流Ｉ1を流す。一方、１ビットの値１を磁気メモリ素子１１に書き込む場合、コントローラ１２は、ＳＯＴ発生源２１の他端部２６から一端部２５の方へ第１電流Ｉ1を流す。なお、２進数の値と第１電流Ｉ1の向きとの対応関係は任意に設定できる。
【0040】
また、コントローラ１２は、磁性細線２２の下端部２７と、固定層２４との間に第２電流Ｉ2を流すことで、磁気メモリ素子１１下部に書き込まれた情報を磁性細線２２の上端部２８側へ移動させる。
【0041】
また、コントローラ１２は、磁性細線２２の下端部２７と、固定層２４との間に所定の電圧を印加し、磁性細線２２の下端部２７と、固定層２４との間に流れる第３電流Ｉ3の値を測定して、磁性細線２２の上端部２８における磁化の向きを読み出す。これにより、書き込まれた情報の値を読み出すことができる。なお、コントローラ１２は、磁性細線２２の下端部２７と、固定層２４との間に所定の第３電流を流し、磁性細線２２の下端部２７と、固定層２４との間の電圧を測定して、上記磁化の向きを読み出してもよい。
【0042】
（コントローラの詳細）
図２は、２つのコントローラ１２（１２ａと１２ｂ）の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、各コントローラ１２は、第１電流制御部３１、第２電流制御部３２、第３電流制御部３３、書込指示部３４、および読出指示部３５を含む。
図２は、２つのコントローラ１２（１２ａと１２ｂ）の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、各コントローラ１２は、第１電流制御部３１、第２電流制御部３２、第３電流制御部３３、書込指示部３４、および読出指示部３５を含む。
【0043】
第１電流制御部３１は、第１電流Ｉ1をＳＯＴ発生源２１に流すタイミングおよび向きを制御する。第２電流制御部３２は、第２電流Ｉ2を磁性細線２２、中間層２３、および固定層２４に流すタイミングを制御する。第３電流制御部３３は、第３電流Ｉ3を磁性細線２２、中間層２３、および固定層２４に流すタイミングを制御する。また、第３電流制御部３３は、第３電流Ｉ3の値、または、磁性細線２２の上端部２８と固定層２４との間の電圧の値を測定する。
【0044】
（書き込み処理（記録処理））
書込指示部３４は、外部の装置から取得したデータを磁気メモリ素子１１に書き込むように、第１電流制御部３１および第２電流制御部３２に指示する。
書込指示部３４は、外部の装置から取得したデータを磁気メモリ素子１１に書き込むように、第１電流制御部３１および第２電流制御部３２に指示する。
【0045】
図３は、書込指示部３４における書込処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すように、書込指示部３４は、まず、取得したデータをビット列に変換する（Ｓ１１）。次に、書込指示部３４は、ビット列のうちの１つのビットの値に対応する向きに第１電流Ｉ1を流すように第１電流制御部３１に指示すると共に、第２電流Ｉ2を流すように第２電流制御部３２に指示する（Ｓ１２）。これにより、１つのビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区が磁性細線２２の下端部２７に形成される。取得したデータのビット列変換と磁区の書き込みは同時進行でもよい。すなわち、第１電流Ｉ1と第２電流Ｉ2は同一の電流であってもよい。
【0046】
そして、書込指示部３４は、上記ビット列の全てのビットについて実行するまで、ステップＳ１２を繰り返す（Ｓ１３）。例えば、書込指示部３４は、ビット列のうちの次のビットの値に対応する向きに第１電流Ｉ1を流すように第１電流制御部３１に指示すると共に、第２電流Ｉ2を流すように第２電流制御部３２に指示する。これにより、最初のビットに対応する磁区が上方へ移動すると共に、次のビットの値に対応する磁化の向きを有する磁区が磁性細線２２の下端部２７に形成される。最初のビットと次のビットの値が同じ場合には、第１電流Ｉ1を流さなくてもよい。
【0047】
これにより、図１の動作１００１における左側の磁気メモリ素子１１のように、上記ビット列に対応する複数の磁区が積み上がることになる。すなわち、図１に示す磁気メモリ素子１１は、４ビットのデータ（ビット列）を記憶することができる。その後、上記書込処理を終了する。
【0048】
（読み出し処理）
読出指示部３５は、磁気メモリ素子１１からデータを読み出すように、第２電流制御部３２および第３電流制御部３３に指示する。
読出指示部３５は、磁気メモリ素子１１からデータを読み出すように、第２電流制御部３２および第３電流制御部３３に指示する。
【0049】
図４は、読出指示部３５における読出処理の流れを示すフローチャートである。図４に示すように、読出指示部３５は、まず、第３電流Ｉ3を一方の磁気メモリ素子１１ａに流すように第３電流制御部３３に指示して、第３電流Ｉ3の値、または、磁性細線２２の下端部２７と固定層２４との間の電圧の値、または、電気抵抗値を第３電流制御部３３から取得する（Ｓ２１）。次に、読出指示部３５は、取得した第３電流Ｉ3または上記電圧の値または電気抵抗値に基づき、磁性細線２２の上端部２８における磁区の磁化の向きを特定し、特定した磁化の向きに対応するビットの値を取得する（Ｓ２２）。
【0050】
次に、読出指示部３５は、所望のビット列の値を未だ取得していない場合（Ｓ２３にてＮＯ）、第２電流Ｉ2を磁気メモリ素子１１ａに流すように第２電流制御部３２に指示する（Ｓ２４）。これにより、磁気メモリ素子１１ａに形成されている磁区が上方に移動する。なお、磁性細線２２の上端部２８における磁区は消滅する。その後、ステップＳ２１に戻る。
【0051】
そして、読出指示部３５は、所望のビット列の値を取得した場合（Ｓ２３にてＹＥＳ）、上記読出処理を終了する。
【0052】
本実施形態では、図２に示すように、一方のコントローラ１２における読出指示部３５は、ビットの値を他方のコントローラ１２における書込指示部３４に送信する。当該書込指示部３４は、取得したビットの値に対応する向きに第１電流Ｉ1を流すように第１電流制御部３１に指示すると共に、第２電流Ｉ2を流すように第２電流制御部３２に指示する。
【0053】
（読み出し・記録動作）
上記構成の磁気メモリ装置１における読み出し動作を、図１を参照して説明する。なお、以下では、磁気メモリ素子１１およびコントローラ１２に関して、読出し側（図１の左側）を磁気メモリ素子１１ａおよびコントローラ１２ａと記載し、記録側（図１の右側）を磁気メモリ素子１１ｂおよびコントローラ１２ｂと記載する。また、読出し側の磁気メモリ素子１１ａには、第１磁区から第４磁区が形成されているとする。また、図１において、磁気メモリ素子１１内の矢印は、磁化の向きを示し、矢印内の数字は磁区の番号を示している。従来の磁気メモリ素子は、読み出し用の磁気メモリ素子だけで読み出し動作を行っていたので、読み出し時にデータが消失してしまう。しかしながら、本実施形態では、読み出し側の磁気メモリ素子と記録側の磁気メモリ素子とを有しているために、読出し時のデータの消失を防ぐことができる。すなわち、本実施形態においては、読み出し時にも記録動作（書込み動作）を行う。
上記構成の磁気メモリ装置１における読み出し動作を、図１を参照して説明する。なお、以下では、磁気メモリ素子１１およびコントローラ１２に関して、読出し側（図１の左側）を磁気メモリ素子１１ａおよびコントローラ１２ａと記載し、記録側（図１の右側）を磁気メモリ素子１１ｂおよびコントローラ１２ｂと記載する。また、読出し側の磁気メモリ素子１１ａには、第１磁区から第４磁区が形成されているとする。また、図１において、磁気メモリ素子１１内の矢印は、磁化の向きを示し、矢印内の数字は磁区の番号を示している。従来の磁気メモリ素子は、読み出し用の磁気メモリ素子だけで読み出し動作を行っていたので、読み出し時にデータが消失してしまう。しかしながら、本実施形態では、読み出し側の磁気メモリ素子と記録側の磁気メモリ素子とを有しているために、読出し時のデータの消失を防ぐことができる。すなわち、本実施形態においては、読み出し時にも記録動作（書込み動作）を行う。
【0054】
まず、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、図４のステップＳ２１およびＳ２２を実行して、磁気メモリ素子１１ａの上端部２８における第１磁区の磁化の向き（上向き）に対応するビットの値（１）を取得する（読み出す）。次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｂの書込指示部３４に送信する。
【0055】
一方、コントローラ１２ｂの書込指示部３４は、図３のステップＳ１２を実行する。これにより、図１の動作１００１に示すように、上記ビットの値（１）に対応する磁化の向き（上向き）を有する第１磁区が磁気メモリ素子１１ｂの磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0056】
次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、図４のステップＳ２４を実行する。これにより、図１の動作１００２に示すように、磁気メモリ素子１１ａに形成されている磁区が上方に移動し、第１磁区は消滅する。次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、図４のステップＳ２１およびＳ２２を実行して、磁気メモリ素子１１ａの上端部２８における第２磁区の磁化の向き（下向き）に対応するビットの値（０）を取得する（読み出す）。次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｂの書込指示部３４に送信する。
【0057】
一方、コントローラ１２ｂの書込指示部３４は、図３のステップＳ１２を実行する。これにより、図１の動作１００２に示すように、上記ビットの値（０）に対応する磁化の向き（下向き）を有する第２磁区が磁気メモリ素子１１ｂの磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0058】
次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、図４のステップＳ２４を実行する。これにより、図１の動作１００３に示すように、磁気メモリ素子１１ａに形成されている磁区が上方に移動し、第２磁区は消滅する。次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、図４のステップＳ２１およびＳ２２を実行して、磁気メモリ素子１１ａの上端部２８における第３磁区の磁化の向き（下向き）に対応するビットの値（０）を取得する（読み出す）。次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｂの書込指示部３４に送信する。
【0059】
一方、コントローラ１２ｂの書込指示部３４は、図３のステップＳ１２を実行する。これにより、図１の動作１００３に示すように、上記ビットの値（０）に対応する磁化の向き（下向き）を有する第３磁区が磁気メモリ素子１１ｂの磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0060】
次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、図４のステップＳ２４を実行する。これにより、図１の動作１００４に示すように、磁気メモリ素子１１ａに形成されている磁区が上方に移動し、第３磁区は消滅する。次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、図４のステップＳ２１およびＳ２２を実行して、磁気メモリ素子１１ａの上端部２８における第４磁区の磁化の向き（上向き）に対応するビットの値（１）を取得する（読み出す）。次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｂの書込指示部３４に送信する。
【0061】
一方、コントローラ１２ｂの書込指示部３４は、図３のステップＳ１２を実行する。これにより、図１の動作１００４に示すように、上記ビットの値（１）に対応する磁化の向き（上向き）を有する第４磁区が磁気メモリ素子１１ｂの磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0062】
以上により、磁気メモリ素子１１ａに形成されていた第１磁区～第４磁区が、磁気メモリ素子１１ｂに移動することになる。これにより、磁気メモリ素子１１ａから順次読み出されたビット列（データ）は、磁気メモリ素子１１ｂに書き込まれるので、消滅することを防止できる。なお、この後は、磁気メモリ素子１１ｂが読出し側となり、磁気メモリ素子１１ａが記録側となる。
【0063】
（付記事項）
なお、第３電流Ｉ3は、第２電流Ｉ2よりも小さくてもよいし、同じ値であってもよい。すなわち、読み出し時の電流と書き込み時の電流とを同じにしてもよい。この場合、第３電流制御部３３は第２電流制御部３２に統合できる。すなわち、電流制御が容易になる。
なお、第３電流Ｉ3は、第２電流Ｉ2よりも小さくてもよいし、同じ値であってもよい。すなわち、読み出し時の電流と書き込み時の電流とを同じにしてもよい。この場合、第３電流制御部３３は第２電流制御部３２に統合できる。すなわち、電流制御が容易になる。
【0064】
また、磁気メモリ素子１１ａの読出指示部３５は、磁気メモリ素子１１ａの上端部２８における磁区の磁化の向きに対応するビットの値を取得すると共に、磁気メモリ素子１１ａに形成されている磁区を上方に移動させることになる。
【0065】
また、第２電流Ｉ2の大きさは、第１電流Ｉ1の大きさと異なってもよい。
【0066】
また、本実施形態では、磁気メモリ素子１１は４ビットのデータを記憶しているが、これに限定されるものではなく、例えば、６４ビット、１２８ビット、２５６ビット等のデータを記憶してもよい。すなわち、本実施形態によれば、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）とスピントランスファートルク（ＳＴＴ）を併用し、それらを「組」として複数用いることにより、多値化による大容量化が可能であり、且つ、データの消滅を防ぐことができる。
【0067】
（変形例）
図５は、本実施形態の磁気メモリ装置１の変形例を示す斜視図である。
図５は、本実施形態の磁気メモリ装置１の変形例を示す斜視図である。
【0068】
ところで、磁気メモリ素子１１に流す第１電流Ｉ1は、ビットの値に従って向きを変更する必要がある。一方、磁気メモリ素子１１に流す第２電流Ｉ2および第３電流Ｉ3は、向きおよび大きさを変更する必要はない。そこで、図５に示すように、本変形例の磁気メモリ装置１ａは、図１～図４に示す磁気メモリ装置１に比べて、２つの磁気メモリ素子１１（１１ａと１１ｂ）に流す第２電流Ｉ2および第３電流Ｉ3が共通となっている。
【0069】
また、本変形例の磁気メモリ装置１ａは、図１～図４に示す磁気メモリ装置１に比べて、２つのコントローラ１２（１２ａと１２ｂ）が一体となっている。この場合、コントローラ１２に含まれるブロック３１～３５のうち、第１電流制御部３１以外のブロック３２～３５を一体とすることができる。
【0070】
【0071】
〔実施形態２〕
本発明の別の実施形態について、図６を参照して説明する。
本発明の別の実施形態について、図６を参照して説明する。
【0072】
図６は、本実施形態係る磁気メモリ装置の概要を示す斜視図である。図６に示すように、本実施形態の磁気メモリ装置２は、図１に示す２つの磁気メモリ素子１１（１１ａと１１ｂ）の組１３を複数含むものである。なお、図６では、コントローラ１２および配線を省略している。
【0073】
これにより、磁気メモリ装置２の記憶容量を増大させることができる。また、読出し側の磁気メモリ素子１１ａから読み出したデータを書き込む記録側の磁気メモリ素子１１ｂが予め決まっているので、前記記録側の磁気メモリ素子を探す手間を省くことができる。その結果、上記ビット列を迅速に書き込むことができる。また、複数の組１３からデータを並列に読み出すことができる。
【0074】
〔実施形態３〕
本発明のさらに別の実施形態について、図７を参照して説明する。
本発明のさらに別の実施形態について、図７を参照して説明する。
【0075】
図７は、本実施形態に係る磁気メモリ装置の概要と、動作の一例を示す斜視図である。図７に示すように、本実施形態の磁気メモリ装置１は、図１～図４に示す磁気メモリ装置１に比べて、２つのコントローラ１２（１２ａと１２ｂ）は、読出し側の磁気メモリ素子１１と記録側の２つの磁気メモリ素子１１（１１ａと１１ｂ）とを識別する識別ビットに対応する磁化の向きを有する磁区（第０磁区）が、２つの磁気メモリ素子１１（１１ａと１１ｂ）における磁性細線２２の上端部２８に形成されるように制御する点が異なり、その他は同様である。
【0076】
図７の例では、読出し側の磁気メモリ素子１１における第０磁区の磁化の向きは上向きである一方、記録側の磁気メモリ素子１１における第０磁区の磁化の向きは下向きである。また、図１の例に比べて、第４磁区が省略されている。
【0077】
上記の構成によると、２つのコントローラ１２（１２ａと１２ｂ）は、２つの磁気メモリ素子１１（１１ａと１１ｂ）における磁性細線２２の上端部２８の第０磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出すことにより、２つの磁気メモリ素子１１（１１ａと１１ｂ）の何れが読出し側の磁気メモリ素子であり、何れが記録側の磁気メモリ素子であるかを容易に識別することができる。
【0078】
上記構成の磁気メモリ装置１における動作を、図７を参照して説明する。まず、２つのコントローラ１２（１２ａと１２ｂ）の読出指示部３５は、図４のステップＳ２１およびＳ２２を実行して、２つの磁気メモリ素子１１（１１ａと１１ｂ）の上端部２８における第０磁区の磁化の向きに対応する識別ビットの値をそれぞれ取得する。次に、２つのコントローラ１２（１２ａと１２ｂ）は、それぞれ取得した識別ビットの値に基づき、読出し側の磁気メモリ素子１１と記録側の磁気メモリ素子１１とを識別する。図７の動作１０１１では、コントローラ１２ａは、磁気メモリ素子１１ａが読出し側の磁気メモリ素子１１であることを認識する一方、コントローラ１２ｂは、磁気メモリ素子１１ｂが記録側の磁気メモリ素子１１であることを認識する。
【0079】
次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｂの書込指示部３４に送信する。一方、コントローラ１２ｂの書込指示部３４は、図３のステップＳ１２を実行する。これにより、図７の動作１０１２に示すように、上記ビットの値（１）に対応する磁化の向き（上向き）を有する第０磁区が磁気メモリ素子１１ｂの磁性細線２２の下端部２７に形成される。また、磁気メモリ素子１１ｂの磁性細線２２の上端部２８における第０磁区が消失する。
【0080】
次に、第１磁区～第３磁区に関しては、図１の動作１００１～動作１００３と同様に実行する。これにより、磁気メモリ素子１１ａに形成されていた第０磁区～第３磁区が、磁気メモリ素子１１ｂに形成されることになる。
【0081】
次に、コントローラ１２ａの書込指示部３４は、図７の動作１０１３に示すように、記録側の磁気メモリ素子１１であることを示す識別ビットの値（０）に対応する磁化の向き（下向き）を有する第０磁区を磁気メモリ素子１１ａの磁性細線２２の下端部２７に形成させる。そして、コントローラ１２ａの書込指示部３４は、図７の動作１０１４に示すように、第０磁区を磁気メモリ素子１１ａの磁性細線２２の上端部２８に移動させる。その後、磁気メモリ装置１における動作を終了する。
【0082】
〔実施形態４〕
本発明のさらに別の実施形態について、図８を参照して説明する。
本発明のさらに別の実施形態について、図８を参照して説明する。
【0083】
図８は、本実施形態に係る磁気メモリ装置の概要と、動作の一例を示す斜視図である。図８に示すように、本実施形態の磁気メモリ装置１は、図１～図４に示す磁気メモリ装置１に比べて、磁気メモリ素子１１ｂに形成した第１磁区～第４磁区を磁気メモリ素子１１ａに戻す動作が追加される点が異なり、その他は同様である。
【0084】
上記構成の磁気メモリ装置１における動作を、図８を参照して説明する。まず、図１に示す動作１００１～動作１００４が行われて、図８の動作１０２１に示すように磁気メモリ素子１１ａに形成された第１磁区～第４磁区が、図８の動作１０２２に示すように磁気メモリ素子１１ｂに移動する。
【0085】
次に、磁気メモリ素子１１ｂおよびコントローラ１２ｂが読出し側とし、磁気メモリ素子１１ａおよびコントローラ１２ａが記録側として、図１に示す動作１００１～動作１００４と同様の動作を行う。これにより、図８の動作１０２３に示すように、磁気メモリ素子１１ｂに形成されていた第１磁区～第４磁区が、磁気メモリ素子１１ａに移動することになる。すなわち、第１磁区～第４磁区は、元の磁気メモリ素子１１ａに戻ることになる。
【0086】
従って、磁気メモリ素子１１ａは、ビット列が実際に記憶される実記憶用素子４１として機能し、磁気メモリ素子１１ｂは、ビット列が一時的に記憶される一時記憶用素子４２として機能する。
【0087】
（付記事項）
なお、コントローラ１２ａは、磁気メモリ素子１１ａの上端部２８の磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出すと共に、磁気メモリ素子１１ａの下端部２７に、所定の磁化の向きを有する磁区を形成するように制御してもよい。
なお、コントローラ１２ａは、磁気メモリ素子１１ａの上端部２８の磁区が有する磁化の向きに対応するビットの値を読み出すと共に、磁気メモリ素子１１ａの下端部２７に、所定の磁化の向きを有する磁区を形成するように制御してもよい。
【0088】
この場合、磁気メモリ素子１１ａに形成された磁区を磁気メモリ素子１１ｂに移動させた場合、磁気メモリ素子１１ａでは磁化の向きが揃うことになる。これにより、磁気メモリ素子１１ａの下端部２７に磁区を形成する場合に、磁化の向きが不揃いであることによる悪影響を減らすことができる。
【0089】
〔実施形態５〕
本発明のさらに別の実施形態について、図９を参照して説明する。
本発明のさらに別の実施形態について、図９を参照して説明する。
【0090】
図９は、本実施形態係る磁気メモリ装置の概要を示す斜視図である。図９に示すように、本実施形態の磁気メモリ装置３は、図８に示す実記憶用素子４１を複数個と、図８に示す一時記憶用素子４２との組４３を複数含むものである。なお、図９では、コントローラ１２および配線を省略している。この場合、実記憶用素子４１の数が一時記憶用素子４２の数よりも多い。
【0091】
これにより、磁気メモリ装置３の記憶容量を増大させることができる。また、上記組４３において、実記憶用素子４１の割合が大きいので、記憶容量をさらに増大させることができる。また、複数の組４３からデータを並列に読み出すことができる。
【0092】
〔変形例〕
以上ではスピン軌道トルク（ＳＯＴ）とスピントランスファートルク（ＳＴＴ）を併用して磁性細線２２内に磁壁や磁区を書き込む構成を示したが、磁区の書き込みと磁区および磁壁の移動との両方が、ＳＴＴによって行われる構成であってもよい。
以上ではスピン軌道トルク（ＳＯＴ）とスピントランスファートルク（ＳＴＴ）を併用して磁性細線２２内に磁壁や磁区を書き込む構成を示したが、磁区の書き込みと磁区および磁壁の移動との両方が、ＳＴＴによって行われる構成であってもよい。
【0093】
図１０は、磁気メモリ素子１１ｃおよびコントローラ１２ｃの変形例を示す斜視図である。上述した実施形態の磁気メモリ装置は、磁気メモリ素子１１およびコントローラ１２の代わりに、図１０に示す磁気メモリ素子１１ｃおよびコントローラ１２ｃをそれぞれ備えてもよい。
【0094】
（磁気メモリ素子）
磁気メモリ素子１１ｃは、磁性細線２２、中間層２３、固定層２４、第１固定部５１、および第２固定部５２を備える。すなわち、図１０に示す磁気メモリ素子１１ｃは、図１等に示す磁気メモリ素子１１に比べて、ＳＯＴ発生源２１の代わりに第１固定部５１および第２固定部５２を備えている。磁気メモリ素子１１ｃは、複数のビットを記憶可能な磁気メモリ素子である。
磁気メモリ素子１１ｃは、磁性細線２２、中間層２３、固定層２４、第１固定部５１、および第２固定部５２を備える。すなわち、図１０に示す磁気メモリ素子１１ｃは、図１等に示す磁気メモリ素子１１に比べて、ＳＯＴ発生源２１の代わりに第１固定部５１および第２固定部５２を備えている。磁気メモリ素子１１ｃは、複数のビットを記憶可能な磁気メモリ素子である。
【0095】
第１固定部５１は、第１方向（上向き、ｚ方向）に磁化方向が固定されている。第１固定部５１は、磁性細線２２の下端部２７に接続されている。第１固定部５１は、磁性細線２２の下端部２７の端面の一部である第１領域に接続されている。第１固定部５１は、配線を介してコントローラ１２ｃに接続されている。
【0096】
第２固定部５２は、第１方向とは異なる（反対の）第２方向（下向き、－ｚ方向）に磁化方向が固定されている。第２固定部５２は、磁性細線２２の下端部２７に接続されている。第２固定部５２は、磁性細線２２の下端部２７の端面の他の一部である第２領域に接続されている。第２固定部５２は、配線を介してコントローラ１２ｃに接続されている。
【0097】
第１固定部５１と第２固定部５２との間は、絶縁体（図示せず）で分離されていてもよい。平面視において（ｚ方向からみて）、磁性細線２２の下端部２７の端面に対し、第１固定部５１が重なって配置されている。平面視において、磁性細線２２の下端部２７の端面に対し、第２固定部５２が重なって配置されている。平面視において、第１固定部５１および第２固定部５２は、互いに重ならず、別々に配置されている。
【0098】
第１固定部５１および第２固定部５２は、垂直磁気異方性を有する強磁性体である。第１固定部５１および第２固定部５２は、固定層２４と同様の材質であり得るが、異なる材質であってもよい。第１固定部５１および第２固定部５２は、互いに同じ材質であってもよいし、互いに異なる材質であってもよい。
【0099】
（コントローラ）
コントローラ１２ｃは、磁気メモリ素子１１ｃへの情報の書込および読出を行う。また、コントローラ１２ｃは、磁性細線２２中の情報（磁区）の移動を行う。コントローラ１２ｃは、書き込み時において、固定層２４から（すなわち磁性細線２２の上端部２８から）第１固定部５１または第２固定部５２に電流を流すことによって、磁性細線２２に磁区を書き込む。
コントローラ１２ｃは、磁気メモリ素子１１ｃへの情報の書込および読出を行う。また、コントローラ１２ｃは、磁性細線２２中の情報（磁区）の移動を行う。コントローラ１２ｃは、書き込み時において、固定層２４から（すなわち磁性細線２２の上端部２８から）第１固定部５１または第２固定部５２に電流を流すことによって、磁性細線２２に磁区を書き込む。
【0100】
図１１は、上記コントローラ１２ｃの概略構成を示すブロック図である。コントローラ１２ｃは、第４電流制御部３７、第５電流制御部３８、書込指示部３４、読出指示部３５、および測定部３６を含む。
【0101】
第４電流制御部３７は、第４電流Ｉ4の大きさ、向き、および流すタイミングを制御する。第４電流Ｉ4は、第１固定部５１からコントローラ１２ｃに流れる電流である。
【0102】
第５電流制御部３８は、第５電流Ｉ5の大きさ、向き、および流すタイミングを制御する。第５電流Ｉ5は、第２固定部５２からコントローラ１２ｃに流れる電流である。第６電流Ｉ6は、固定層２４に接続された配線を流れる電流である。第６電流Ｉ6＝第４電流Ｉ4＋第５電流Ｉ5である。
【0103】
書込指示部３４は、外部の装置から取得したデータを磁気メモリ素子１１に書き込むように、第４電流制御部３７および第５電流制御部３８に指示する。
【0104】
読出指示部３５は、磁気メモリ素子１１からデータを読み出すように、測定部３６と、第４電流制御部３７および／または第５電流制御部３８とに指示する。読出指示部３５は、測定部３６の測定結果から、磁性細線２２の上端部２８側に形成されている磁区が有する磁化方向を特定し、特定した磁化方向に対応するビットの値を特定する。また、読出指示部３５は、磁気メモリ素子１１に所定の第６電流Ｉ6を流すことで、磁性細線２２に書き込まれている複数の磁区および磁壁を上端部２８側（固定層２４側）に移動させる。複数の磁区および磁壁が移動することにより上端部２８側から１番目に形成されていた磁区はなくなり、２番目に形成されていた磁区が中間層２３に隣接することになる。磁区が有する磁化方向の読み取りと、磁区の移動とを繰り返すことにより、読出指示部３５は、磁気メモリ素子１１に書き込まれている複数のビットを読み出す。
【0105】
測定部３６は、読み出し時において、中間層２３と磁性細線２２の上端部２８と、固定層２４とで構成する磁気トンネル接合（ＴＭＲ素子）に第６電流Ｉ6を流すことによって磁気トンネル接合の抵抗値を測定する。例えば、測定部３６は、一定の第６電流Ｉ6が流れているときの、固定層２４と第１固定部５１または第２固定部５２との間に掛かる電圧を測定する。または、測定部３６は、固定層２４と第１固定部５１および第２固定部５２との間に一定の電圧が掛かっているときの、第６電流Ｉ6を測定する。測定部３６は、測定結果を読出指示部３５に出力する。
【0106】
（磁区の書き込みと移動）
第４電流制御部３７は、第１固定部５１を通る第４電流Ｉ4を磁性細線２２に流す。これにより生じるスピントランスファートルクにより、第１固定部５１から磁性細線２２の下端部２７に、第１方向の磁化方向を有する磁区が書き込まれる。また、磁性細線２２に第４電流Ｉ4が流れることで、スピントランスファートルクにより、磁性細線２２の複数の磁区は、上端部２８側に移動する。
第４電流制御部３７は、第１固定部５１を通る第４電流Ｉ4を磁性細線２２に流す。これにより生じるスピントランスファートルクにより、第１固定部５１から磁性細線２２の下端部２７に、第１方向の磁化方向を有する磁区が書き込まれる。また、磁性細線２２に第４電流Ｉ4が流れることで、スピントランスファートルクにより、磁性細線２２の複数の磁区は、上端部２８側に移動する。
【0107】
第５電流制御部３８は、第２固定部５２を通る第５電流Ｉ5を磁性細線２２に流す。これにより生じるスピントランスファートルクにより、第２固定部５２から磁性細線２２の下端部２７に、第２方向の磁化方向を有する磁区が書き込まれる。また、磁性細線２２に第５電流Ｉ5が流れることで、スピントランスファートルクにより、磁性細線２２の複数の磁区は、上端部２８側に移動する。第１固定部５１および第２固定部５２は、スピントランスファートルク発生源である。
【0108】
〔実施形態６〕
本発明のさらに別の実施形態について、図１２を参照して説明する。
本発明のさらに別の実施形態について、図１２を参照して説明する。
【0109】
図１２は、本実施形態に係る磁気メモリ装置の概要と、動作の一例を示す斜視図である。図１２に示すように、本実施形態の磁気メモリ装置１は、図１～図４に示す磁気メモリ装置１に比べて、読出し側の磁気メモリ素子１１ａおよびコントローラ１２ａを、図１０に示す磁気メモリ素子１１ｃおよびコントローラ１２ｃに変更している点が異なり、その他は同様である。
【0110】
上記構成の磁気メモリ装置１における読み出し動作および記録動作を、図１２を参照して説明する。まず、コントローラ１２ｃの書込指示部３４は、第４電流Ｉ4を流すように第４電流制御部３７に指示し、或いは、第５電流Ｉ5を流すように第５電流制御部３８に指示し、これを繰り返す。これにより、図１２の動作１０３１における左側の磁気メモリ素子１１ｃのように、ビット列に対応する複数の磁区が積み上がる。
【0111】
次に、コントローラ１２ｃの読出指示部３５は、図１２の動作１０３１に示すように、第６電流Ｉ6を流すように第４電流制御部３７および第５電流制御部３８に指示し、それから、測定部３６の測定結果を取得する。これにより、読出指示部３５は、磁気メモリ素子１１ｃの上端部２８における第１磁区の磁化の向き（上向き）に対応するビットの値（１）を取得する（読み出す）。また、図１２の動作１０３２に示すように、磁気メモリ素子１１ｃに形成されている磁区が上方に移動し、第１磁区は消滅する。
【0112】
次に、コントローラ１２ｃの読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｂの書込指示部３４に送信する。一方、コントローラ１２ｂの書込指示部３４は、図３のステップＳ１２を実行する。これにより、図１２の動作１０３１に示すように、上記ビットの値（１）に対応する磁化の向き（上向き）を有する第１磁区が磁気メモリ素子１１ｂの磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0113】
次に、コントローラ１２ｃの読出指示部３５は、図１２の動作１０３２に示すように、第６電流Ｉ6を流すように第４電流制御部３７および第５電流制御部３８に指示し、それから、測定部３６の測定結果を取得する。これにより、読出指示部３５は、磁気メモリ素子１１ｃの上端部２８における第２磁区の磁化の向き（下向き）に対応するビットの値（０）を取得する（読み出す）。また、図１２の動作１０３３に示すように、磁気メモリ素子１１ｃに形成されている磁区が上方に移動し、第２磁区は消滅する。
【0114】
次に、コントローラ１２ｃの読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｂの書込指示部３４に送信する。一方、コントローラ１２ｂの書込指示部３４は、図３のステップＳ１２を実行する。これにより、図１２の動作１０３２に示すように、上記ビットの値（０）に対応する磁化の向き（下向き）を有する第２磁区が磁気メモリ素子１１ｂの磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0115】
次に、コントローラ１２ｃの読出指示部３５は、図１２の動作１０３３に示すように、第６電流Ｉ6を流すように第４電流制御部３７および第５電流制御部３８に指示し、それから、測定部３６の測定結果を取得する。これにより、読出指示部３５は、磁気メモリ素子１１ｃの上端部２８における第３磁区の磁化の向き（下向き）に対応するビットの値（０）を取得する（読み出す）。また、図１２の動作１０３４に示すように、磁気メモリ素子１１ｃに形成されている磁区が上方に移動し、第３磁区は消滅する。
【0116】
次に、コントローラ１２ｃの読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｂの書込指示部３４に送信する。一方、コントローラ１２ｂの書込指示部３４は、図３のステップＳ１２を実行する。これにより、図１２の動作１０３３に示すように、上記ビットの値（０）に対応する磁化の向き（下向き）を有する第３磁区が磁気メモリ素子１１ｂの磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0117】
次に、コントローラ１２ｃの読出指示部３５は、図１２の動作１０３４に示すように、第６電流Ｉ6を流すように第４電流制御部３７および第５電流制御部３８に指示し、それから、測定部３６の測定結果を取得する。これにより、読出指示部３５は、磁気メモリ素子１１ｃの上端部２８における第４磁区の磁化の向き（上向き）に対応するビットの値（１）を取得する（読み出す）。また、図１２には示していないが、磁気メモリ素子１１ｃに形成されている磁区が上方に移動し、第４磁区は消滅する。
【0118】
次に、コントローラ１２ｃの読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｂの書込指示部３４に送信する。一方、コントローラ１２ｂの書込指示部３４は、図３のステップＳ１２を実行する。これにより、図１２の動作１０３４に示すように、上記ビットの値（１）に対応する磁化の向き（上向き）を有する第４磁区が磁気メモリ素子１１ｂの磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0119】
以上により、磁気メモリ素子１１ｃに形成されていた第１磁区～第４磁区が、磁気メモリ素子１１ｂに移動することになる。これにより、磁気メモリ素子１１ｃから順次読み出されたビット列（データ）は、磁気メモリ素子１１ｂに書き込まれるので、消滅することを防止できる。なお、この後は、磁気メモリ素子１１ｂが読出し側となり、磁気メモリ素子１１ｃが記録側となる。
【0120】
〔実施形態７〕
本発明のさらに別の実施形態について、図１３を参照して説明する。
本発明のさらに別の実施形態について、図１３を参照して説明する。
【0121】
図１３は、本実施形態に係る磁気メモリ装置の概要と、動作の一例を示す斜視図である。図１３に示すように、本実施形態の磁気メモリ装置１は、図１～図４に示す磁気メモリ装置１に比べて、記録側の磁気メモリ素子１１ｂおよびコントローラ１２ｂを、図１０に示す磁気メモリ素子１１ｃおよびコントローラ１２ｃに変更している点が異なり、その他は同様である。
【0122】
上記構成の磁気メモリ装置１における読み出し動作および記録動作を、図１３を参照して説明する。まず、コントローラ１２ａの書込指示部３４は、図３のステップＳ１１～Ｓ１３を実行する。これにより、図１３の動作１０４１における左側の磁気メモリ素子１１ａのように、ビット列に対応する複数の磁区が積み上がる。
【0123】
次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、図４のステップＳ２１およびＳ２２を実行して、磁気メモリ素子１１ａの上端部２８における第１磁区の磁化の向き（上向き）に対応するビットの値（１）を取得する（読み出す）。次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｃの書込指示部３４に送信する。
【0124】
一方、コントローラ１２ｃの書込指示部３４は、上記ビットの値（１）に対応する磁化の向き（上向き）を有する第１固定部５１を通る第４電流Ｉ4を磁性細線２２に流すように第４電流制御部３７に指示する。これにより、図１３の動作１０４１に示すように、上記ビットの値（１）に対応する磁化の向き（上向き）を有する第１磁区が磁気メモリ素子１１ｃの磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0125】
次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、図４のステップＳ２４を実行する。これにより、図１３の動作１０４２に示すように、磁気メモリ素子１１ａに形成されている磁区が上方に移動し、第１磁区は消滅する。次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、図４のステップＳ２１およびＳ２２を実行して、磁気メモリ素子１１ａの上端部２８における第２磁区の磁化の向き（下向き）に対応するビットの値（０）を取得する（読み出す）。次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｃの書込指示部３４に送信する。
【0126】
一方、コントローラ１２ｃの書込指示部３４は、上記ビットの値（０）に対応する磁化の向き（下向き）を有する第２固定部５２を通る第５電流Ｉ5を磁性細線２２に流すように第５電流制御部３８に指示する。これにより、図１３の動作１０４２に示すように、上記ビットの値（０）に対応する磁化の向き（下向き）を有する第２磁区が磁気メモリ素子１１ｃの磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0127】
次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、図４のステップＳ２４を実行する。これにより、図１３の動作１０４３に示すように、磁気メモリ素子１１ａに形成されている磁区が上方に移動し、第２磁区は消滅する。次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、図４のステップＳ２１およびＳ２２を実行して、磁気メモリ素子１１ａの上端部２８における第３磁区の磁化の向き（下向き）に対応するビットの値（０）を取得する（読み出す）。次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｃの書込指示部３４に送信する。
【0128】
一方、コントローラ１２ｃの書込指示部３４は、上記ビットの値（０）に対応する磁化の向き（下向き）を有する第２固定部５２を通る第５電流Ｉ5を磁性細線２２に流すように第５電流制御部３８に指示する。これにより、図１３の動作１０４３に示すように、上記ビットの値（０）に対応する磁化の向き（下向き）を有する第３磁区が磁気メモリ素子１１ｃの磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0129】
次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、図４のステップＳ２４を実行する。これにより、図１３の動作１０４４に示すように、磁気メモリ素子１１ａに形成されている磁区が上方に移動し、第３磁区は消滅する。次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、図４のステップＳ２１およびＳ２２を実行して、磁気メモリ素子１１ａの上端部２８における第４磁区の磁化の向き（上向き）に対応するビットの値（１）を取得する（読み出す）。次に、コントローラ１２ａの読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｃの書込指示部３４に送信する。
【0130】
一方、コントローラ１２ｃの書込指示部３４は、上記ビットの値（１）に対応する磁化の向き（上向き）を有する第１固定部５１を通る第４電流Ｉ4を磁性細線２２に流すように第４電流制御部３７に指示する。これにより、図１３の動作１０４４に示すように、上記ビットの値（１）に対応する磁化の向き（上向き）を有する第４磁区が磁気メモリ素子１１ｃの磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0131】
以上により、磁気メモリ素子１１ａに形成されていた第１磁区～第４磁区が、磁気メモリ素子１１ｃに移動することになる。これにより、磁気メモリ素子１１ａから順次読み出されたビット列（データ）は、磁気メモリ素子１１ｃに書き込まれるので、消滅することを防止できる。なお、この後は、磁気メモリ素子１１ｃが読出し側となり、磁気メモリ素子１１ａが記録側となり、図１２に示す動作１０３１～動作１０３４が実行される。
【0132】
〔実施形態８〕
本発明のさらに別の実施形態について、図１４を参照して説明する。
本発明のさらに別の実施形態について、図１４を参照して説明する。
【0133】
図１４は、本実施形態に係る磁気メモリ装置の概要と、動作の一例を示す斜視図である。図１４に示すように、本実施形態の磁気メモリ装置１は、図１～図４に示す磁気メモリ装置１に比べて、読出し側の磁気メモリ素子１１ａおよびコントローラ１２ａを、図１０に示す磁気メモリ素子１１ｃおよびコントローラ１２ｃに変更している点と、記録側の磁気メモリ素子１１ｂおよびコントローラ１２ｂを、図１０に示す磁気メモリ素子１１ｃおよびコントローラ１２ｃに変更している点が異なり、その他は同様である。なお、以下では、読出し側の磁気メモリ素子１１ｃおよびコントローラ１２ｃを、それぞれ、磁気メモリ素子１１ｃ１およびコントローラ１２ｃ１と称し、記録側の磁気メモリ素子１１ｃおよびコントローラ１２ｃを、それぞれ、磁気メモリ素子１１ｃ２およびコントローラ１２ｃ２と称する。
【0134】
上記構成の磁気メモリ装置１における読み出し動作および記録動作を、図１４を参照して説明する。まず、コントローラ１２ｃ１の書込指示部３４は、第４電流Ｉ4を流すように第４電流制御部３７に指示し、或いは、第５電流Ｉ5を流すように第５電流制御部３８に指示し、これを繰り返す。これにより、図１４の動作１０５１における左側の磁気メモリ素子１１ｃ１のように、ビット列に対応する複数の磁区が積み上がる。
【0135】
次に、コントローラ１２ｃ１の読出指示部３５は、図１４の動作１０３１に示すように、第６電流Ｉ6を流すように第４電流制御部３７および第５電流制御部３８に指示し、それから、測定部３６の測定結果を取得する。これにより、読出指示部３５は、磁気メモリ素子１１ｃ１の上端部２８における第１磁区の磁化の向き（上向き）に対応するビットの値（１）を取得する（読み出す）。また、図１４の動作１０５２に示すように、磁気メモリ素子１１ｃ１に形成されている磁区が上方に移動し、第１磁区は消滅する。
【0136】
次に、コントローラ１２ｃ１の読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｃ２の書込指示部３４に送信する。一方、コントローラ１２ｃ２の書込指示部３４は、上記ビットの値（１）に対応する磁化の向き（上向き）を有する第１固定部５１を通る第４電流Ｉ4を磁性細線２２に流すように第４電流制御部３７に指示する。これにより、図１４の動作１０５１に示すように、上記ビットの値（１）に対応する磁化の向き（上向き）を有する第１磁区が磁気メモリ素子１１ｃ２の磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0137】
次に、コントローラ１２ｃ１の読出指示部３５は、図１４の動作１０５２に示すように、第６電流Ｉ6を流すように第４電流制御部３７および第５電流制御部３８に指示し、それから、測定部３６の測定結果を取得する。これにより、読出指示部３５は、磁気メモリ素子１１ｃ１の上端部２８における第２磁区の磁化の向き（下向き）に対応するビットの値（０）を取得する（読み出す）。また、図１４の動作１０５３に示すように、磁気メモリ素子１１ｃ１に形成されている磁区が上方に移動し、第２磁区は消滅する。
【0138】
次に、コントローラ１２ｃ１の読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｃ２の書込指示部３４に送信する。一方、コントローラ１２ｃ２の書込指示部３４は、上記ビットの値（０）に対応する磁化の向き（下向き）を有する第２固定部５２を通る第５電流Ｉ5を磁性細線２２に流すように第５電流制御部３８に指示する。これにより、図１４の動作１０５２に示すように、上記ビットの値（０）に対応する磁化の向き（下向き）を有する第２磁区が磁気メモリ素子１１ｃ２磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0139】
次に、コントローラ１２ｃ１の読出指示部３５は、図１４の動作１０５３に示すように、第６電流Ｉ6を流すように第４電流制御部３７および第５電流制御部３８に指示し、それから、測定部３６の測定結果を取得する。これにより、読出指示部３５は、磁気メモリ素子１１ｃ１の上端部２８における第３磁区の磁化の向き（下向き）に対応するビットの値（０）を取得する（読み出す）。また、図１４の動作１０５４に示すように、磁気メモリ素子１１ｃ１に形成されている磁区が上方に移動し、第３磁区は消滅する。
【0140】
次に、コントローラ１２ｃ１の読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｃ２の書込指示部３４に送信する。一方、コントローラ１２ｃ２の書込指示部３４は、上記ビットの値（０）に対応する磁化の向き（下向き）を有する第２固定部５２を通る第５電流Ｉ5を磁性細線２２に流すように第５電流制御部３８に指示する。これにより、図１４の動作１０５３に示すように、上記ビットの値（０）に対応する磁化の向き（下向き）を有する第３磁区が磁気メモリ素子１１ｃ２の磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0141】
次に、コントローラ１２ｃ１の読出指示部３５は、図１４の動作１０５４に示すように、第６電流Ｉ6を流すように第４電流制御部３７および第５電流制御部３８に指示し、それから、測定部３６の測定結果を取得する。これにより、読出指示部３５は、磁気メモリ素子１１ｃ１の上端部２８における第４磁区の磁化の向き（上向き）に対応するビットの値（１）を取得する（読み出す）。また、図１４には示していないが、磁気メモリ素子１１ｃ１に形成されている磁区が上方に移動し、第４磁区は消滅する。
【0142】
次に、コントローラ１２ｃ１の読出指示部３５は、取得したビットの値をコントローラ１２ｃ２の書込指示部３４に送信する。一方、コントローラ１２ｃ２の書込指示部３４は、上記ビットの値（１）に対応する磁化の向き（上向き）を有する第１固定部５１を通る第４電流Ｉ4を磁性細線２２に流すように第４電流制御部３７に指示する。これにより、図１４の動作１０５４に示すように、上記ビットの値（１）に対応する磁化の向き（上向き）を有する第４磁区が磁気メモリ素子１１ｃ２の磁性細線２２の下端部２７に形成される（記録される）。
【0143】
以上により、磁気メモリ素子１１ｃ１に形成されていた第１磁区～第４磁区が、磁気メモリ素子１１ｃ２に移動することになる。これにより、磁気メモリ素子１１ｃ１から順次読み出されたビット列（データ）は、磁気メモリ素子１１ｃ２に書き込まれるので、消滅することを防止できる。なお、この後は、磁気メモリ素子１１ｃ２が読出し側となり、磁気メモリ素子１１ｃ１が記録側となる。
【0144】
以上のように、図１～図４に示す磁気メモリ装置１に対し、図１０および図１１に示す磁気メモリ素子１１ｃおよびコントローラ１２ｃを適用することができる。同様にすれば、図５～図９に示す磁気メモリ装置１・１ａ・２・３に対し、図１０および図１１に示す磁気メモリ素子１１ｃおよびコントローラ１２ｃを適用できることが理解できる。
【0145】
〔ソフトウェアによる実現例〕
磁気メモリ装置１～３（以下、「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロック（特にコントローラ１２に含まれる各部）としてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。
磁気メモリ装置１～３（以下、「装置」と呼ぶ）の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロック（特にコントローラ１２に含まれる各部）としてコンピュータを機能させるためのプログラムにより実現することができる。
【0146】
この場合、上記装置は、上記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも１つの制御装置（例えばプロセッサ）と少なくとも１つの記憶装置（例えばメモリ）を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により上記プログラムを実行することにより、上記各実施形態で説明した各機能が実現される。
【0147】
上記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、１または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、上記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、上記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。
【0148】
また、上記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、上記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより上記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。
【0149】
また、上記各実施形態で説明した各処理は、ＡＩ（Artificial Intelligence：人工知能）に実行させてもよい。この場合、ＡＩは上記制御装置で動作するものであってもよいし、他の装置（例えばエッジコンピュータまたはクラウドサーバ等）で動作するものであってもよい。
【0150】
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、請求項に示した範囲で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】
【0151】
１・２・３ 磁気メモリ装置
１１・１１ａ・１１ｂ・１１ｃ 磁気メモリ素子
１２・１２ａ・１２ｂ・１２ｃ コントローラ
２１ ＳＯＴ発生源（スピン軌道トルク発生源）
２２ 磁性細線
２３ 中間層
２４ 固定層
２５ 一端部
２６ 他端部
２７ 下端部（一端部）
２８ 上端部（他端部）
３１ 第１電流制御部
３２ 第２電流制御部
３３ 第３電流制御部
３４ 書込指示部
３５ 読出指示部
３６ 測定部
３７ 第４電流制御部
３８ 第５電流制御部
４１ 実記憶用素子
４２ 一時記憶用素子
５１ 第１固定部（スピントランスファートルク発生源）
５２ 第２固定部（スピントランスファートルク発生源）
１１・１１ａ・１１ｂ・１１ｃ 磁気メモリ素子
１２・１２ａ・１２ｂ・１２ｃ コントローラ
２１ ＳＯＴ発生源（スピン軌道トルク発生源）
２２ 磁性細線
２３ 中間層
２４ 固定層
２５ 一端部
２６ 他端部
２７ 下端部（一端部）
２８ 上端部（他端部）
３１ 第１電流制御部
３２ 第２電流制御部
３３ 第３電流制御部
３４ 書込指示部
３５ 読出指示部
３６ 測定部
３７ 第４電流制御部
３８ 第５電流制御部
４１ 実記憶用素子
４２ 一時記憶用素子
５１ 第１固定部（スピントランスファートルク発生源）
５２ 第２固定部（スピントランスファートルク発生源）
【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】