特開 2024-132661 磁気素子および磁気構造体の生成方法

(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】P2024132661

(43)【公開日】2024-10-01

(54)【発明の名称】磁気素子および磁気構造体の生成方法

(51)【国際特許分類】

   H10B 61/00 20230101AFI20240920BHJP

   H01L 29/82 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H10B61/00

H01L29/82 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023043519

(22)【出願日】2023-03-17

(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】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】本多 周太

【テーマコード（参考）】

4M119

5F092

【Ｆターム（参考）】

4M119AA01

4M119BB20

4M119CC02

4M119CC05

4M119KK10

5F092AA04

5F092AB06

5F092AC30

5F092AD22

5F092AD24

5F092BD04

5F092BD05

5F092BD13

5F092GA03

(57)【要約】

【課題】磁気構造体を密に形成する磁気素子を実現する。
【解決手段】磁気素子（１）は、線状の磁性部材（１０）と、磁性部材に、スキルミオンである第１磁気構造体（２ａ）を書き込み、第１磁気構造体と繋がるように、スキルミオンである第２磁気構造体（２ｂ）を書き込むことにより、第１磁気構造体と第２磁気構造体とが互いに繋がった連結磁気構造体（３ａ）を磁性部材に形成する書込部（１１）を備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

線状の磁性部材と、
前記磁性部材に、スキルミオンである第１磁気構造体を書き込み、前記第１磁気構造体と繋がるように、スキルミオンである第２磁気構造体を書き込むことにより、前記第１磁気構造体と前記第２磁気構造体とが互いに繋がった連結磁気構造体を前記磁性部材に形成する書込部を備える、磁気素子。

【請求項2】

前記第１磁気構造体の磁化方向の回転方向は、第１回転方向であり、
前記第２磁気構造体の磁化方向の回転方向は、前記第１回転方向とは異なる第２回転方向である、請求項１に記載の磁気素子。

【請求項3】

前記書込部は、前記磁性部材に、前記第２磁気構造体と繋がるように、スキルミオンである第３磁気構造体を書き込むことにより、前記第１磁気構造体と前記第２磁気構造体と前記第３磁気構造体とが線状に並んでいる前記連結磁気構造体を前記磁性部材に形成する、請求項１または２に記載の磁気素子。

【請求項4】

前記書込部は、前記第１磁気構造体の中心から前記第１磁気構造体の半径以上直径以下離れた位置に、磁場を印加することにより、前記第２磁気構造体を書き込む、請求項１または２に記載の磁気素子。

【請求項5】

前記書込部は、
前記磁性部材に隣接して配置された、所定の磁化方向に磁化方向が固定された固定部を含み、
前記第１磁気構造体の中心から前記第１磁気構造体の半径以上直径以下離れた位置に前記固定部が位置する状態で、前記固定部に電流を流すことにより、前記第２磁気構造体を書き込む、請求項１または２に記載の磁気素子。

【請求項6】

前記書込部は、
前記磁性部材に隣接して配置された、第１磁化方向に磁化方向が固定された第１固定部と、
前記磁性部材に隣接して配置された、前記第１磁化方向とは異なる第２磁化方向に磁化方向が固定された第２固定部と、を含み、
前記磁性部材を貫通する第１電流方向の電流を第１固定部に流すことにより、前記第１磁気構造体を書き込み、
前記磁性部材を貫通する、前記第１電流方向とは異なる第２電流方向の電流を第２固定部に流すことにより、前記第２磁気構造体を書き込む、請求項１または２に記載の磁気素子。

【請求項7】

前記書込部は、
前記磁性部材を貫通する第１電流方向の電流を流すと同時に、前記磁性部材に磁場を印加することにより、前記第１磁気構造体を書き込み、
前記磁性部材を貫通する、前記第１電流方向とは異なる第２電流方向の電流を流すと同時に、前記磁性部材に磁場を印加することにより、前記第２磁気構造体を書き込む、請求項１または２に記載の磁気素子。

【請求項8】

前記書込部は、
前記磁性部材の表面に沿って第１電流方向の電流を流すと同時に、前記磁性部材に磁場を印加することにより、前記第１磁気構造体を書き込み、
前記磁性部材の表面に沿って、前記第１電流方向とは異なる第２電流方向の電流を流すと同時に、前記磁性部材に磁場を印加することにより、前記第２磁気構造体を書き込む、請求項１または２に記載の磁気素子。

【請求項9】

前記書込部は、
前記磁性部材に所定方向の磁場を印加する第１巻線部と、前記第１巻線部から前記磁性部材の表面に沿って延びる第１配線とを有する第１書込装置と、
前記磁性部材に前記所定方向の磁場を印加する第２巻線部と、前記第２巻線部から前記磁性部材の表面に沿って延びる第２配線とを有する第２書込装置とを含み、
前記第１巻線部を基準にして、前記第１配線が前記磁性部材の内部に作る磁場の向きと、前記第２巻線部を基準にして、前記第２配線が前記磁性部材の内部に作る磁場の向きとは、互いに逆向きである、請求項１または２に記載の磁気素子。

【請求項10】

前記書込部は、第１書込装置と、第２書込装置とを含み、
前記第１書込装置は、
前記磁性部材の側面に接続された磁性体である第１枝部材と、
前記第１枝部材に重なるよう配置された第１重金属層と、を含み、
前記第１枝部材に前記第１磁気構造体を書き込み、
前記第２書込装置は、
前記磁性部材の側面に接続された磁性体である第２枝部材と、
前記第２枝部材に重なるよう配置された第２重金属層と、を含み、
前記第２枝部材に前記第２磁気構造体を書き込み、
界面ジャロシンスキー守谷相互作用（界面ＤＭＩ）により、前記第１枝部材における前記第１重金属層との界面近傍の磁化が傾く向きと、前記界面ＤＭＩにより、前記第２枝部材における前記第２重金属層との界面近傍の磁化が傾く向きとは、互いに異なる、請求項１または２に記載の磁気素子。

【請求項11】

線状の磁性部材と、
前記磁性部材に、磁化方向の回転方向が第１回転方向である第１磁気構造体を書き込み、前記第１磁気構造体と繋がるように、磁化方向の回転方向が前記第１回転方向とは異なる第２回転方向である第２磁気構造体を書き込むことにより、前記第１磁気構造体と前記第２磁気構造体とが互いに繋がった連結磁気構造体を前記磁性部材に形成する書込部を備える、磁気素子。

【請求項12】

スキルミオンである第１磁気構造体と、スキルミオンである第２磁気構造体とが、互いに繋がった連結磁気構造体が形成された、線状の磁性部材を備える、磁気素子。

【請求項13】

前記第１磁気構造体の磁化方向の回転方向は、第１回転方向であり、
前記第２磁気構造体の磁化方向の回転方向は、前記第１回転方向とは異なる第２回転方向である、請求項１２に記載の磁気素子。

【請求項14】

線状の磁性部材に、スキルミオンである第１磁気構造体を書き込むステップと、
前記第１磁気構造体と繋がるように、スキルミオンである第２磁気構造体を書き込むことにより、前記第１磁気構造体と前記第２磁気構造体とが互いに繋がった連結磁気構造体を前記磁性部材に形成するステップとを含む、磁気構造体の生成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は磁気素子および磁気構造体の生成方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、磁気スキルミオン（以下、「スキルミオン」と略称する。）と呼ばれる磁気構造体が磁性体中で観測され注目を集めている。スキルミオンとは、中心部の磁気モーメントと周辺部の磁気モーメントとが反平行であり、上記中心部から上記周辺部に向かうにつれて磁気モーメントの方向が徐々に変化するナノスケールの円形状または楕円形状の磁気構造体をいう。上記スキルミオンは、磁性体中を流れる電流由来のスピン流で駆動することができるため、上記スキルミオンを情報担体として利用した磁気メモリ装置などが、高密度かつ低消費電力の磁気デバイスとして提案されている（特許文献１・２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開WO2015/125708

【特許文献2】国際公開WO2016/002806

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述の従来技術では、スキルミオンを十分に密に形成することができない。そのため、磁気素子をスキルミオンメモリに利用した場合、情報の書込密度に向上の余地がある。

【0005】

本発明の一態様は、磁気構造体を密に形成する磁気素子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】

【0006】

本発明の態様１に係る磁気素子は、線状の磁性部材と、前記磁性部材に、スキルミオンである第１磁気構造体を書き込み、前記第１磁気構造体と繋がるように、スキルミオンである第２磁気構造体を書き込むことにより、前記第１磁気構造体と前記第２磁気構造体とが互いに繋がった連結磁気構造体を前記磁性部材に形成する書込部を備える。

【0007】

上記の構成によれば、第１磁気構造体の中心と第２磁気構造体の中心との間隔を短くすることができる。それゆえ、磁気素子において、磁気構造体を高密度に形成することができる。よって、磁気素子では、情報の記録密度を高くすることができる。

【0008】

本発明の態様２に係る磁気素子では、上記態様１において、前記第１磁気構造体の磁化方向の回転方向は、第１回転方向であり、前記第２磁気構造体の磁化方向の回転方向は、前記第１回転方向とは異なる第２回転方向である構成であってもよい。

【0009】

本発明の態様３に係る磁気素子では、上記態様１または２において、前記書込部は、前記磁性部材に、前記第２磁気構造体と繋がるように、スキルミオンである第３磁気構造体を書き込むことにより、前記第１磁気構造体と前記第２磁気構造体と前記第３磁気構造体とが線状に並んでいる前記連結磁気構造体を前記磁性部材に形成する、構成であってもよい。

【0010】

本発明の態様４に係る磁気素子では、上記態様１から３のいずれかにおいて、前記書込部は、前記第１磁気構造体の中心から前記第１磁気構造体の半径以上直径以下離れた位置に、磁場を印加することにより、前記第２磁気構造体を書き込む、構成であってもよい。

【0011】

本発明の態様５に係る磁気素子では、上記態様１から３のいずれかにおいて、前記書込部は、前記磁性部材に隣接して配置された、所定の磁化方向に磁化方向が固定された固定部を含み、前記第１磁気構造体の中心から前記第１磁気構造体の半径以上直径以下離れた位置に前記固定部が位置する状態で、前記固定部に電流を流すことにより、前記第２磁気構造体を書き込む、構成であってもよい。

【0012】

本発明の態様６に係る磁気素子では、上記態様１から３のいずれかにおいて、前記書込部は、前記磁性部材に隣接して配置された、第１磁化方向に磁化方向が固定された第１固定部と、前記磁性部材に隣接して配置された、前記第１磁化方向とは異なる第２磁化方向に磁化方向が固定された第２固定部と、を含み、前記磁性部材を貫通する第１電流方向の電流を第１固定部に流すことにより、前記第１磁気構造体を書き込み、前記磁性部材を貫通する、前記第１電流方向とは異なる第２電流方向の電流を第２固定部に流すことにより、前記第２磁気構造体を書き込む、構成であってもよい。

【0013】

本発明の態様７に係る磁気素子では、上記態様１から４のいずれかにおいて、前記書込部は、前記磁性部材を貫通する第１電流方向の電流を流すと同時に、前記磁性部材に磁場を印加することにより、前記第１磁気構造体を書き込み、前記磁性部材を貫通する、前記第１電流方向とは異なる第２電流方向の電流を流すと同時に、前記磁性部材に磁場を印加することにより、前記第２磁気構造体を書き込む、構成であってもよい。

【0014】

本発明の態様８に係る磁気素子では、上記態様１から４のいずれかにおいて、前記書込部は、前記磁性部材の表面に沿って第１電流方向の電流を流すと同時に、前記磁性部材に磁場を印加することにより、前記第１磁気構造体を書き込み、前記磁性部材の表面に沿って、前記第１電流方向とは異なる第２電流方向の電流を流すと同時に、前記磁性部材に磁場を印加することにより、前記第２磁気構造体を書き込む、構成であってもよい。

【0015】

本発明の態様９に係る磁気素子では、上記態様１から４のいずれかにおいて、前記書込部は、前記磁性部材に所定方向の磁場を印加する第１巻線部と、前記第１巻線部から前記磁性部材の表面に沿って延びる第１配線とを有する第１書込装置と、前記磁性部材に前記所定方向の磁場を印加する第２巻線部と、前記第２巻線部から前記磁性部材の表面に沿って延びる第２配線とを有する第２書込装置とを含み、前記第１巻線部を基準にして、前記第１配線が前記磁性部材の内部に作る磁場の向きと、前記第２巻線部を基準にして、前記第２配線が前記磁性部材の内部に作る磁場の向きとは、互いに逆向きである、構成であってもよい。

【0016】

本発明の態様１０に係る磁気素子では、上記態様１から３のいずれかにおいて、前記書込部は、第１書込装置と、第２書込装置とを含み、前記第１書込装置は、前記磁性部材の側面に接続された磁性体である第１枝部材と、前記第１枝部材に重なるよう配置された第１重金属層と、を含み、前記第１枝部材に前記第１磁気構造体を書き込み、前記第２書込装置は、前記磁性部材の側面に接続された磁性体である第２枝部材と、前記第２枝部材に重なるよう配置された第２重金属層と、を含み、前記第２枝部材に前記第２磁気構造体を書き込み、界面ジャロシンスキー守谷相互作用（界面ＤＭＩ）により、前記第１枝部材における前記第１重金属層との界面近傍の磁化が傾く向きと、前記界面ＤＭＩにより、前記第２枝部材における前記第２重金属層との界面近傍の磁化が傾く向きとは、互いに異なる、構成であってもよい。

【0017】

本発明の態様１１に係る磁気素子は、線状の磁性部材と、前記磁性部材に、磁化方向の回転方向が第１回転方向である第１磁気構造体を書き込み、前記第１磁気構造体と繋がるように、磁化方向の回転方向が前記第１回転方向とは異なる第２回転方向である第２磁気構造体を書き込むことにより、前記第１磁気構造体と前記第２磁気構造体とが互いに繋がった連結磁気構造体を前記磁性部材に形成する書込部を備える。

【0018】

本発明の態様１２に係る磁気素子は、スキルミオンである第１磁気構造体と、スキルミオンである第２磁気構造体とが、互いに繋がった連結磁気構造体が形成された、線状の磁性部材を備える。

【0019】

本発明の態様１３に係る磁気素子では、上記態様１２において、前記第１磁気構造体の磁化方向の回転方向は、第１回転方向であり、前記第２磁気構造体の磁化方向の回転方向は、前記第１回転方向とは異なる第２回転方向である構成であってもよい。

【0020】

本発明の態様１４に係る磁気構造体の生成方法は、線状の磁性部材に、スキルミオンである第１磁気構造体を書き込むステップと、前記第１磁気構造体と繋がるように、スキルミオンである第２磁気構造体を書き込むことにより、前記第１磁気構造体と前記第２磁気構造体とが互いに繋がった連結磁気構造体を前記磁性部材に形成するステップとを含む。

【発明の効果】

【0021】

本発明の一態様によれば、磁気構造体を密に形成する磁気素子を実現することができる。そのため、レーストラックメモリなどの磁気メモリの高集積化、およびコストダウンが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】一実施形態に係る磁気素子の構成の一部を示す平面図である。

【図2】連結磁気構造体の磁化方向を示す模式図である。

【図3】連結磁気構造体の磁化方向を示す模式図である。

【図4】一実施形態に係る磁気素子が連結磁気構造体を書き込む流れを示す模式図である。

【図5】一実施形態に係る磁気素子の構成の一部を示す図である。

【図6】一実施形態に係る磁気素子の構成の一部を示す図である。

【図7】一実施形態に係る磁気素子の構成の他の一部を示す図である。

【図8】一実施形態に係る磁気素子の構成の一部を示す斜視図である。

【図9】一実施形態に係る磁気素子の構成の一部を示す斜視図である。

【図10】一実施形態に係る磁気素子の構成の一部を示す斜視図である。

【図11】一実施形態に係る磁気素子の構成の他の一部を示す斜視図である。

【図12】一実施形態に係る磁気素子の構成の一部を示す平面図である。

【図13】一実施形態に係る磁気素子の構成の一部を示す斜視図である。

【図14】一実施形態に係る磁気素子の構成の一部を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

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。

【0024】

図１は、一実施形態に係る磁気素子１の構成の一部を示す平面図である。本図には、参考例の磁気素子１００も併せて図示する。磁気素子１は、線状の磁性部材１０を備える。

【0025】

磁性部材１０は、ｘ方向に延びる線状かつｚ方向に薄い厚さを有する薄膜状（ｘｙ平面に平行な平板状）の磁性体である。ここで、上記磁性体とは、強磁性体、フェリ磁性体、スペリ磁性体等を含むものである。磁性部材１０は、一軸異方性を有し、その磁化容易軸が板面に対して略垂直な方向である垂直磁化部材である。上記磁性体のキュリー温度は、周囲温度（例えば室温）より高いことが望ましく、磁気素子１に通電したときに発生するジュール熱により上昇する磁性部材１０の温度の上限値よりも高いことがさらに望ましい。また、上記垂直磁化部材は、上記磁性体の部材の格子構造を歪ませることにより容易に作成することができる。

【0026】

上記磁性体の一例としては、ＴｂＦｅＣｏ（テルビウム鉄コバルト、スペリ磁性）、ＣｏＦｅＢ（コバルト鉄ボロン）、ＣｏＰｔ（コバルト白金）、ＣｏＣｒＰｔ（コバルトクロム白金）、ＣｏＦｅＳｉ（コバルト鉄ケイ素）、ＧｅＦｅＣｏ（ゲルマニウム鉄コバルト、フェリ磁性）、ＭｎＳｉ（シリコマンガン）などの合金が挙げられる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、上記キュリー温度を満たす種々の磁性体（強磁性体、フェリ磁性体、スペリ磁性体等）を利用することができる。

【0027】

磁性部材１０には、複数の磁気構造体２ａ、２ｂが形成されている。例えば、磁気素子１は、磁性部材１０に形成された磁気構造体２ａ、２ｂの「有」または「無」によって、情報「１」または「０」を表すことができる。

【0028】

参考例の磁気素子１００では、単位情報を表す磁気構造体２同士が互いに接触しないよう、「１」が連続する場合でも隣接する磁気構造体２同士の間に間隔が設けられている。

【0029】

一方、本実施形態の磁気素子１は、第１磁気構造体２ａと第２磁気構造体２ｂとが互いに繋がった連結磁気構造体３ａ、３ｂを含む。連結磁気構造体３ａは、互いに繋がった第１磁気構造体２ａと第２磁気構造体２ｂとを含む。連結磁気構造体３ｂは、線状に並んで互いにこの順に繋がった第１磁気構造体２ａと第２磁気構造体２ｂと第１磁気構造体２ａ（第３磁気構造体）とを含む。連結磁気構造体は、互いに線状に繋がった３つ以上の磁気構造体を含んでもよい。連結磁気構造体３ａ、３ｂは、線状の磁性部材１０が延びる方向（ｘ方向）に沿って延びている。すなわち、連結された複数の磁気構造体２ａ、２ｂは、線状の磁性部材１０が延びる方向に沿って線状に（一列に）並んでいる。

【0030】

磁気素子１では、第１磁気構造体２ａおよび第２磁気構造体２ｂが互いに繋がった連結磁気構造体３ａ、３ｂを含むため、単位情報を表す第１磁気構造体２ａの中心と第２磁気構造体２ｂの中心との間隔が、参考例の磁気素子１００の磁気構造体２の中心と隣の磁気構造体２の中心との間隔に比べて短い。それゆえ、磁気素子１では、磁気構造体を高密度に形成することができる。よって、磁気素子１では、情報の記録密度を高くすることができる。

【0031】

図２は、連結磁気構造体３ａの磁化方向を模式的に示す図である。本図には磁性部材１０が示されており、各位置における磁化方向が小さい矢印で示されている。大きい矢印は磁化方向の回転方向を示している。磁気構造体の小さい矢印の向きは、磁性体としてＴｂＦｅＣｏを想定したマイクロマグネティクスシミュレーションで計算されたものである。磁性部材１０において磁気構造体が形成されていない領域では、磁化方向（磁気モーメントの方向）が－ｚ方向である（ｍ_ｚ＝－１）。ｍ_ｚは規格化された磁気モーメントのｚ成分である。第１磁気構造体２ａの中心と第２磁気構造体２ｂの中心とでは、磁化方向がｚ方向である（ｍ_ｚ＝１）。第１磁気構造体２ａの中心および第２磁気構造体２ｂの中心から離れると、磁化方向がｚ軸から傾いている。第１磁気構造体２ａおよび第２磁気構造体２ｂの縁部では、磁化方向はｘｙ平面に平行である（ｍ_ｚ＝０）。第１磁気構造体２ａおよび第２磁気構造体２ｂは、スキルミオンと呼ばれる磁気構造体である。第１磁気構造体２ａの縁部では、磁化方向の回転方向は第１回転方向（ｚ方向から見たとき右回り）である。ｚ方向から見たとき、第２磁気構造体２ｂの縁部では、磁化方向の回転方向は第１回転方向とは異なる第２回転方向（ｚ方向から見たとき左回り）である。連結磁気構造体３ａの中央（第１磁気構造体２ａと第２磁気構造体２ｂとの間）では、第１磁気構造体２ａの磁化方向と第２磁気構造体２ｂの磁化方向とが揃っている（ｙ方向とｚ方向の間を向いている）。それゆえ、第１磁気構造体２ａと第２磁気構造体２ｂとが互いに繋がった状態で、連結磁気構造体３ａは安定している。

【0032】

図３は、連結磁気構造体３ｂの磁化方向を模式的に示す図である。本図には磁性部材１０が示されており、各位置における磁化方向が小さい矢印で示されている。大きい矢印は磁化方向の回転方向を示している。磁気構造体の小さい矢印の向きは、磁性体としてＴｂＦｅＣｏを想定したマイクロマグネティクスシミュレーションで計算されたものである。第１磁気構造体２ａの中心と第２磁気構造体２ｂの中心とでは、磁化方向がｚ方向である（ｍ_ｚ＝１）。連結磁気構造体３ｂは、磁化方向の回転方向が第１回転方向である第１磁気構造体２ａ、磁化方向の回転方向が第２回転方向である第２磁気構造体２ｂ、および、磁化方向の回転方向が第１回転方向である第１磁気構造体２ａ（第３磁気構造体）が互いに繋がったものである。隣接する磁気構造体同士では、縁部の磁化方向の回転方向が互いに逆になっている。そのため、隣接する磁気構造体同士の間では、磁化方向が揃っている。それゆえ、第１磁気構造体２ａと第２磁気構造体２ｂと第１磁気構造体２ａとが線状に繋がった状態で、連結磁気構造体３ａは安定している。隣接する磁気構造体同士の中間では、磁化方向は、磁気構造体同士が並ぶ方向（ｘ方向）とは垂直な方向（ｙ方向とｚ方向との間または－ｙ方向とｚ方向との間。かつ±ｚ方向ではない。）を向いている。

【0033】

なお、線状の磁性部材１０に電流を流すことで、電流とは反対向きのスピン流の方向に、磁気構造体２ａ、２ｂ、および連結磁気構造体３ａ、３ｂを移動させることができる。連結磁気構造体３ａ、３ｂは、ｘ方向に沿って延びているが、磁性部材１０の形状に沿って、ｘ方向以外の方向に延びても良い。連結磁気構造体３ｂは、一直線ではなく、少し屈曲して延びてもよい。磁性部材１０は、曲線と直線とを組み合わせた構造から構成されても良い。ただし、連結磁気構造体３ａ、３ｂが磁性部材１０のどの場所でも同じ形状になるように、磁性部材１０の幅は一様であることが好ましい。曲線と直線とを組み合わせて磁性部材１０を構成することで、限られたスペースの中に長い磁性部材１０を配置でき、磁気素子１を用いたレーストラックメモリの記憶密度が上がる。磁性部材１０の幅（ｙ方向の長さ）は、１つの磁気構造体のｙ方向の長さよりも長く、１つの磁気構造体のｙ方向の長さの４倍より短い方が好ましい。ただし、レーストラックメモリの記憶密度向上の点から、磁性部材１０の幅は短い方が好ましい。連結磁気構造体３ａではスキルミオンが２つ、連結磁気構造体３ｂではスキルミオンが３つ連結しているが、連結磁気構造体３ａ、３ｂを複数個連結させることで、スキルミオンが４つ以上連結した連結磁気構造体が構成される。これにより、情報「１」が４つ以上連続する場合に対応できる。

【0034】

図４は、一実施形態に係る磁気素子１が連結磁気構造体を書き込む流れを示す模式図である。本図において、第１磁気構造体２ａおよび第２磁気構造体２ｂの縁に描かれている矢印は、磁化方向の回転方向を示す。本図において、薄い矢印は、スピン流の方向を示す。磁気素子１は、磁性部材１０および書込部１１を備える。

【0035】

書込部１１は、磁性部材１０の一部に対して、磁性部材１０に隣接する位置に配置されている。書込部１１は、磁性部材１０に第１磁気構造体２ａまたは第２磁気構造体２ｂを書き込む。書込部１１は、例えば、ｚ方向の磁場を磁性部材１０の対象箇所に生成するときに、対象箇所にレーザ光を照射することで、第１磁気構造体２ａを書き込んでもよい。この場合、書き込まれる磁気構造体の磁化方向の回転方向は、磁性部材１０および書込部１１の特性に応じて決まる。このように、書き込まれる磁気構造体の磁化方向の回転方向を自由に制御できなくてもよい。なお、レーザ光の照射は省略することができる。

【0036】

書込部１１は、磁性部材１０に単独の磁気構造体を書き込む（４１０）。形成される磁気構造体は、例えば、磁化方向の回転方向が第１回転方向である第１磁気構造体２ａである。

【0037】

磁気素子１は、磁性部材１０に－ｘ方向の電流ｉ１を流す（４１１）。電子は逆に流れるため、スピン流はｘ方向となる。第１磁気構造体２ａは、スピン流によってｘ方向に移動する。

【0038】

書込部１１は、磁性部材１０における第１磁気構造体２ａの中心から距離Ｄ離れた位置に、磁場を印加することにより、次の磁気構造体を書き込む（４１２）。これにより、書込部１１は、先に形成された第１磁気構造体２ａと繋がるように、第２磁気構造体２ｂを書き込むことができる。第１磁気構造体２ａと接触する位置に後から形成される磁気構造体の磁化方向の回転方向は、既に形成されていた第１磁気構造体２ａの影響を受けて、自ずと第１磁気構造体２ａとは逆の回転方向になる。これにより、書込部１１は、連結磁気構造体３ａを磁性部材１０に形成する。

【0039】

Ｄは、例えば第１磁気構造体２ａの直径Ｒ以下、半径Ｒ／２以上であってよい。これにより、新しく書き込まれる第２磁気構造体２ｂが、既に形成されている第１磁気構造体２ａと繋がる。また、繋がった各磁気構造体の中心同士が互いに分離した、安定した連結磁気構造体３ａを形成することができる。ここで、孤立した第１磁気構造体２ａにおけるｍ_ｚ＝０である円形の縁部の幅を、第１磁気構造体２ａの直径Ｒとする。

【0040】

次に磁気素子１は、磁性部材１０に－ｘ方向の電流ｉ１を流す（４１３）。連結磁気構造体３ａは、スピン流によってｘ方向に移動する。

【0041】

書込部１１は、磁性部材１０における第２磁気構造体２ｂの中心から距離Ｄ離れた位置に、磁場を印加することにより、次の磁気構造体を書き込む（４１４）。これにより、書込部１１は、先に形成された第２磁気構造体２ｂと繋がるように、新たな第１磁気構造体２ａ（第３磁気構造体）を書き込むことができる。第２磁気構造体２ｂと接触する位置に後から形成される磁気構造体の磁化方向の回転方向は、既に形成されていた第２磁気構造体２ｂの影響を受けて、自ずと第２磁気構造体２ｂとは逆の回転方向になる。これにより、書込部１１は、連結磁気構造体３ｂを磁性部材１０に形成する。同様にして、磁気素子１は、４つ以上の磁気構造体が線状に並んで互いに繋がった連結磁気構造体を磁性部材１０に形成することができる。なお、線状の磁性部材１０は、曲線状にカーブしていてもよい。線状の磁性部材１０は、強磁性絶縁体を介して環状に繋がっていてもよい。連結磁気構造体３ａ、３ｂは、磁性部材１０の曲線に沿って並んだまま電流によって移動していく。

【0042】

以下に書込部を具体化した種々の磁気素子の例について説明する。以下の磁気素子においても、上述の磁気素子と同様にして、連結磁気構造体３ａ、３ｂを形成することができる。

【0043】

図５は、一実施形態に係る磁気素子１ａの構成の一部を示す図である。符号５１０ａ、５１１ａは磁気素子１ａの斜視図を示す。符号５１０ｂ、５１１ｂは磁気素子１ａの断面図を示す。本図における縁取り矢印は磁化方向を示す。符号５１０ａにおける細い矢印は電流の向きを示す。符号５１０ｂにおける細い矢印は電流によって生じる磁場を示す。

【0044】

磁気素子１ａは、磁性部材１０と、書込部としての巻線部１１ａとを備える。巻線部１１ａは、環状になっており、巻き数は任意である。巻線部１１ａは、磁性部材１０と接触していてもよいし離れていてもよい。

【0045】

磁気素子１ａは、巻線部１１ａに電流を流す（５１０ａ）。巻線部１１ａは、流れる電流により、磁性部材１０における巻線部１１ａの中心に対応する位置にｚ方向の磁場を印加する（５１０ｂ）。これにより、磁性部材１０における巻線部１１ａに対応する位置に磁気構造体２ａが形成される（５１１ａ、５１１ｂ）。

【0046】

図６、一実施形態に係る磁気素子１ｂの構成の一部を示す図である。図７は、一実施形態に係る磁気素子１ｂの構成の他の一部を示す図である。符号６１０ａ、６１１ａ、７１０ａ、７１１ａは磁気素子１ｂの斜視図を示す。符号６１０ｂ、６１１ｂ、７１０ｂ、７１１ｂは磁気素子１ｂの断面図を示す。本図における縁取り矢印は磁化方向を示す。本図において、第１磁気構造体２ａおよび第２磁気構造体２ｂの縁に描かれている矢印は、磁化方向の回転方向を示す。符号６１１ａ、７１１ａにおいては、第１書込装置１１ｂおよび第２書込装置１１ｃを透過して描いている。

【0047】

磁気素子１ｂは、磁性部材１０と、書込部としての第１書込装置１１ｂおよび第２書込装置１１ｃとを備える。第１書込装置１１ｂおよび第２書込装置１１ｃは互いに異なる位置に配置されている。第１書込装置１１ｂは、第１固定部１２ａおよび電極１３を含む。第２書込装置１１ｃは、第２固定部１２ｂおよび電極１３を含む。

【0048】

第１固定部１２ａおよび第２固定部１２ｂは、垂直磁気異方性を有する強磁性体である。第１固定部１２ａおよび第２固定部１２ｂは、は、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅ、ＦｅＰｔ合金などのＦｅ系材料、ＣｏＰｔ合金、Ｃｏ／Ｐｔ多層膜、ＴｂＦｅＣｏ合金、Ｃｒ_２Ｏ_３、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。第１固定部１２ａおよび第２固定部１２ｂ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。

【0049】

第１固定部１２ａは、所定の第１磁化方向（上向き、ｚ方向）に磁化方向が固定されている。第１固定部１２ａは、磁性部材１０の第１面（ｚ方向側の表面）に隣接して配置されている。第１固定部１２ａは、例えば円柱形であるが、これに限らず、任意の多角柱形であってよい。電極１３は、磁性部材１０の第２面（－ｚ方向側の表面）における第１固定部１２ａに対応する位置に、配置されている。

【0050】

第１書込装置１１ｂは、電極１３、磁性部材１０、および第１固定部１２ａを通るように、第１電流方向（ｚ方向）の第１電流ｉ１を流す（６１０ａ、６１０ｂ）。そのため、第１固定部１２ａから磁性部材１０にスピン流が流れる。これにより、第１固定部１２ａの上向きの磁化方向を有する電子が磁性部材１０に注入され、第１固定部１２ａに対応する位置に上向きの磁化方向を有する磁気構造体が書き込まれる（６１１ａ、６１１ｂ）。このとき、磁性部材１０を第１電流方向（ｚ方向）に貫通する第１電流ｉ１によって第２回転方向（ｚ方向からみて左回り）の磁場が形成されるため、書き込まれる磁気構造体の磁化方向の回転方向も第２回転方向となる。すなわち、第１書込装置１１ｂによって第２磁気構造体２ｂが形成される。

【0051】

第２固定部１２ｂは、所定の第２磁化方向（下向き、－ｚ方向）に磁化方向が固定されている。第２固定部１２ｂは、磁性部材１０の第１面に隣接して配置されている。第２固定部１２ｂは、例えば円柱形であるが、これに限らず、任意の多角柱形であってよい。電極１３は、磁性部材１０の第２面における第２固定部１２ｂに対応する位置に、配置されている。

【0052】

第２書込装置１１ｃは、第２固定部１２ｂ、磁性部材１０、および電極１３を通るように、第１電流方向とは異なる第２電流方向（－ｚ方向）の第２電流ｉ２を流す（７１０ａ、７１０ｂ）。そのため、磁性部材１０から第２固定部１２ｂにスピン流が流れる。これにより、第２固定部１２ｂの下向きの磁化方向を有する電子がｚ方向に移動し、空いた分、磁性部材１０から下向きの磁化方向を有する電子が第２固定部１２ｂに流れ込む。結果的に、磁性部材１０に上向きの磁化方向を有する電子が残り、第２固定部１２ｂに対応する位置に上向きの磁化方向を有する磁気構造体が書き込まれる（７１１ａ、７１１ｂ）。このとき、磁性部材１０を第２電流方向（－ｚ方向）に貫通する第２電流ｉ２によって第１回転方向（ｚ方向からみて右回り）の磁場が形成されるため、書き込まれる磁気構造体の磁化方向の回転方向も第１回転方向となる。すなわち、第２書込装置１１ｃによって第１磁気構造体２ａが形成される。

【0053】

このように、磁気素子１ｂは、第１書込装置１１ｂおよび第２書込装置１１ｃによって、第２磁気構造体２ｂと第１磁気構造体２ａとを選択的に書き込むことができる。磁気素子１ｂは、第１磁気構造体２ａに繋がるように、第１書込装置１１ｂによって第２磁気構造体２ｂを書き込むことにより、磁性部材１０に連結磁気構造体３ａを形成することができる。第１書込装置１１ｂは、第１磁気構造体２ａの中心から距離Ｄ離れた位置に第２磁気構造体２ｂを書き込む。例えば、Ｒ／２≦Ｄ≦Ｒであってよい。以下の他の書込部の例でも同様である。

【0054】

また、上記の構成では、第１書込装置１１ｂと第２書込装置１１ｃとの両方を用いて、第２磁気構造体２ｂと第１磁気構造体２ａとを選択的に書き込んだが、磁気素子は、第１書込装置１１ｂおよび第２書込装置１１ｃの一方のみを備える構成であってもよい。磁気構造体が形成されていない領域に、孤立した磁気構造体を形成する場合、第１書込装置１１ｂは、第２磁気構造体２ｂを書き込む。そして、図４に示すような位置関係で、第１書込装置１１ｂは既に形成されている第２磁気構造体２ｂに繋がるように、新たな磁気構造体を書き込む。新たな磁気構造体は、既に形成されている第２磁気構造体２ｂの縁部の磁化方向に影響を受けて、反対の回転方向の第１磁気構造体２ａとなる。具体的には、第１書込装置１１ｂは、第２磁気構造体２ｂの中心から距離Ｄ離れた位置に第１固定部１２ａが位置する状態で、第１固定部１２ａに第１電流ｉ１を流すことにより、第１磁気構造体２ａを書き込む。Ｒ／２≦Ｄ≦Ｒであってよい。上記の例では第１書込装置１１ｂのみを用いたが、第２書込装置１１ｃのみを用いても同様のことが可能である。第１書込装置１１ｂおよび第２書込装置１１ｃのいずれか一方を用いた場合、簡単な構成で磁気構造体を形成できる。一方、第１書込装置１１ｂと第２書込装置１１ｃとの両方を用いた場合、希望する箇所に希望する磁気構造体を形成できる。

【0055】

図８は、一実施形態に係る磁気素子１ｃの構成の一部を示す斜視図である。本図において、磁性部材１０に描かれている矢印は、電流により生じる磁場の方向を示す。本図においては、磁場印加装置１５を透過して描いている。

【0056】

磁気素子１ｃは、磁性部材１０、および書込部１１ｄを備える。書込部１１ｄは、第１電極１４、第２電極１３、および磁場印加装置１５を備える。第１電極１４は、磁性部材１０の第１面に接続されている。第２電極１３は、磁性部材１０の第２面における第１電極１４に対応する位置に接続されている。

【0057】

磁場印加装置１５は、磁性部材１０にｚ方向の磁場を印加する装置である。磁場印加装置１５は、磁場を印加可能な任意の装置であってよいが、例えば、図５に示す巻線部１１ａ等を有してもよい。

【0058】

書込部１１ｄは、第１電流ｉ１を流すと同時に、磁場印加装置１５によって磁性部材１０にｚ方向の磁場を印加する（８１０）。これにより、書込部１１ｄは、磁性部材１０に磁気構造体を書き込む。第１電流ｉ１は、第２電極１３から磁性部材１０を貫通して第１電極１４に流れる第１電流方向（ｚ方向）の電流である。磁性部材１０をｚ方向に流れる第１電流ｉ１によって、磁性部材１０には第２回転方向の磁場が形成される。この磁場に影響され、形成される磁気構造体は、第２磁気構造体２ｂとなる。

【0059】

また、書込部１１ｄは、第２電流ｉ２を流すと同時に、磁場印加装置１５によって磁性部材１０にｚ方向の磁場を印加する（８１１）。これにより、書込部１１ｄは、磁性部材１０に磁気構造体を書き込む。第２電流ｉ２は、第１電極１４から磁性部材１０を貫通して第２電極１３に流れる第２電流方向（－ｚ方向）の電流である。磁性部材１０を－ｚ方向に流れる第２電流ｉ２によって、磁性部材１０には第１回転方向の磁場が形成される。この磁場に影響され、形成される磁気構造体は、第１磁気構造体２ａとなる。

【0060】

図９は、一実施形態に係る磁気素子１ｄの構成の一部を示す斜視図である。本図において、第１配線１４ａおよび第２配線１４ｂの周囲に描かれている矢印は、電流により生じる磁場の方向を示す。本図においては、磁場印加装置１５を透過して描いている。

【0061】

磁気素子１ｄは、磁性部材１０、および書込部１１ｅを備える。書込部１１ｅは、第１電極１４、第１配線１４ａ、第２配線１４ｂ、および磁場印加装置１５を備える。第１電極１４は、磁性部材１０の第１面側における、磁場印加装置１５がｚ方向の磁場を印加する位置に配置されている。第１電極１４は、ｚ方向に延びている。

【0062】

第１配線１４ａは、第１電極１４に接続されており、第１電極１４から磁性部材１０の第１面に沿ってある方向（ｙ方向）に延びている。

【0063】

第２配線１４ｂは、第１電極１４に接続されており、第１電極１４から磁性部材１０の第１面に沿って、第１配線１４ａとは異なる方向に延びている。ここでは、第２配線１４ｂは、第１配線１４ａとは反対方向（－ｙ方向）に延びている。

【0064】

第１電極１４、第１配線１４ａ、および第２配線１４ｂは、磁性部材１０と接触していてもよいし離れていてもよい。

【0065】

書込部１１ｅは、第１電極１４に第１電流ｉ１を流すと同時に、磁場印加装置１５によって磁性部材１０にｚ方向の磁場を印加する（９１０）。これにより、書込部１１ｅは、磁性部材１０に磁気構造体を書き込む。第１電流ｉ１は、第１電極１４から第１配線１４ａおよび第２配線１４ｂに分かれて流れる電流である。これにより、第１配線１４ａにおいて、磁性部材１０の第１面に沿った第１電流方向（ｙ方向）に第２電流ｉ２が流れる。第２配線１４ｂにおいて、磁性部材１０の第１面に沿った第２電流方向（－ｙ方向）に第３電流ｉ３が流れる。ｉ１＝ｉ２＋ｉ３である。第２電流ｉ２および第３電流ｉ３により、磁性部材１０には第２回転方向の磁場が部分的に形成される。この磁場に影響され、形成される磁気構造体は、第２磁気構造体２ｂとなる。

【0066】

また、書込部１１ｅは、第１電極１４に第４電流ｉ４を流すと同時に、磁場印加装置１５によって磁性部材１０にｚ方向の磁場を印加する（９１１）。これにより、書込部１１ｅは、磁性部材１０に磁気構造体を書き込む。第４電流ｉ４は、第１配線１４ａおよび第２配線１４ｂから第１電極１４に合流して流れる電流である。これにより、第１配線１４ａにおいて、磁性部材１０の第１面に沿った第３電流方向（－ｙ方向）に第５電流ｉ５が流れる。第３電流方向は、第１電流方向とは異なる（反対の）方向である。第２配線１４ｂにおいて、磁性部材１０の第１面に沿った第４電流方向（ｙ方向）に第６電流ｉ６が流れる。第４電流方向は、第２電流方向とは異なる（反対の）方向である。ｉ４＝ｉ５＋ｉ６である。第５電流ｉ５および第６電流ｉ６により、磁性部材１０には第１回転方向の磁場が部分的に形成される。この磁場に影響され、形成される磁気構造体は、第１磁気構造体２ａとなる。

【0067】

図１０は、一実施形態に係る磁気素子１ｅの構成の一部を示す斜視図である。図１１は、一実施形態に係る磁気素子１ｅの構成の他の一部を示す斜視図である。本図において、薄い色の矢印は電流により生じる磁場の方向を示す。本図において、配線に沿って描かれている矢印は、電流の方向を示す。本図における縁取り矢印は磁化方向を示す。

【0068】

磁気素子１ｅは、磁性部材１０、ならびに、書込部としての第１書込装置１１ｆおよび第２書込装置１１ｇを備える。第１書込装置１１ｆは、第１巻線部１６ａ、第１配線１４ａ、および第２配線１４ｂを備える。第２書込装置１１ｇは、第２巻線部１６ｂ、第３配線１４ｃ、および第４配線１４ｄを備える。第１書込装置１１ｆおよび第２書込装置１１ｇは、それぞれ磁性部材１０における異なる箇所に配置されている。第１巻線部１６ａおよび第２巻線部１６ｂは、環状になっており、巻き数は任意である。

【0069】

第１配線１４ａは、第１巻線部１６ａの一端に接続されている。第１配線１４ａは、第１巻線部１６ａからｚ方向に延びている。第２配線１４ｂは、第１巻線部１６ａの他端に接続されている。第２配線１４ｂは、第１巻線部１６ａから磁性部材１０の第１面に沿ってある方向（ｙ方向）に延びている。

【0070】

第３配線１４ｃは、第２巻線部１６ｂの一端に接続されている。第３配線１４ｃは、第２巻線部１６ｂからｚ方向に延びている。第４配線１４ｄは、第２巻線部１６ｂの他端に接続されている。第４配線１４ｄは、第２巻線部１６ｂから磁性部材１０の第１面に沿ってある方向（ｙ方向）に延びている。第４配線１４ｄが延びる方向は、第２配線１４ｂが延びる方向と、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0071】

第１巻線部１６ａ、第２巻線部１６ｂ、第１配線１４ａ、第２配線１４ｂ、第３配線１４ｃ、および第４配線１４ｄは、磁性部材１０と接触していてもよいし離れていてもよい。

【0072】

第１書込装置１１ｆは、第２配線１４ｂから第１巻線部１６ａを介して第１配線１４ａに流れる第１電流ｉ１を流す（１０１０）。これにより、第１巻線部１６ａは、磁性部材１０に所定方向（ｚ方向）の磁場を印加する。これにより、第１書込装置１１ｆは、磁性部材１０に磁気構造体を書き込む。第２配線１４ｂを流れる第１電流ｉ１により、磁性部材１０の内部には第１回転方向の磁場が部分的に形成される。この磁場に影響され、形成される磁気構造体は、第１磁気構造体２ａとなる（１０１１）。

【0073】

第２書込装置１１ｇは、第３配線１４ｃから第２巻線部１６ｂを介して第４配線１４ｄに流れる第２電流ｉ２を流す（１１１０）。これにより、第２巻線部１６ｂは、磁性部材１０に所定方向（ｚ方向）の磁場を印加する。これにより、第２書込装置１１ｇは、磁性部材１０に磁気構造体を書き込む。第４配線１４ｄを流れる第２電流ｉ２により、磁性部材１０の内部には第２回転方向の磁場が部分的に形成される。この磁場に影響され、形成される磁気構造体は、第２磁気構造体２ｂとなる（１１１１）。

【0074】

このように、第１巻線部１６ａを基準（中心）にして、第２配線１４ｂが磁性部材１０の内部に作る第１磁場の向きは、第１回転方向に沿った向きである。第２巻線部１６ｂを基準（中心）にして、第４配線１４ｄが磁性部材１０の内部に作る第２磁場の向きは、第２回転方向に沿った向きである。第１巻線部１６ａを基準にした第１磁場の向きと、第２巻線部１６ｂを基準にした第２磁場の向きとは、互いに逆向きである。これにより、第１書込装置１１ｆおよび第２書込装置１１ｇは、互いに磁化方向の回転方向が異なる第１磁気構造体２ａおよび第２磁気構造体２ｂを、磁性部材１０に書き込むことができる。

【0075】

図１２は、一実施形態に係る磁気素子１ｆの構成の一部を示す平面図である。図１３は、一実施形態に係る磁気素子１ｆの構成の一部を示す斜視図である。磁気素子１ｆは、磁性部材１０、ならびに、書込部としての第１書込装置１１ｈおよび第２書込装置１１ｉを備える。第１書込装置１１ｈは、第１枝部材１７ａ、第３枝部材１７ｃ、第１重金属層１８ａ、および、第１形成部１９ａを備える。第２書込装置１１ｉは、第２枝部材１７ｂ、第４枝部材１７ｄ、第２重金属層１８ｂ、および、第２形成部１９ｂを備える。

【0076】

第１枝部材１７ａは、磁性部材１０の側面から突出するように、磁性部材１０の第１側面に接続された板状の磁性体である。第３枝部材１７ｃは、磁性部材１０の側面から突出するように、磁性部材１０の第２側面に接続された板状の磁性体である。第１枝部材１７ａと第３枝部材１７ｃとは、磁性部材１０を挟んで相対する位置に配置されている。

【0077】

第２枝部材１７ｂは、磁性部材１０の側面から突出するように、磁性部材１０の第１側面に接続された板状の磁性体である。第４枝部材１７ｄは、磁性部材１０の側面から突出するように、磁性部材１０の第２側面に接続された板状の磁性体である。第２枝部材１７ｂと第４枝部材１７ｄとは、磁性部材１０を挟んで相対する位置に配置されている。

【0078】

第１重金属層１８ａは、第１枝部材１７ａに重なるよう、第１枝部材１７ａの第２面に配置されている。第２重金属層１８ｂは、第２枝部材１７ｂに重なるよう、第２枝部材１７ｂの第２面に配置されている。第１重金属層１８ａおよび第２重金属層１８ｂは、磁性部材１０には重なっていない。第１重金属層１８ａおよび第２重金属層１８ｂは、非磁性または常磁性の重金属の薄膜である。当該重金属の一例としては、Ｐｔ（白金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。第１重金属層１８ａは、第２重金属層１８ｂとは異なる重金属で形成されている。

【0079】

第１重金属層１８ａと接する第１枝部材１７ａの界面近傍の磁化には、界面ジャロシンスキー守谷相互作用（以下、「界面ＤＭＩ」と略称する。）が働く。同様に、第２重金属層１８ｂと接する第２枝部材１７ｂの界面近傍の磁化にも界面ＤＭＩが働く。界面ＤＭＩは第１枝部材１７ａおよび第２枝部材１７ｂの磁化を傾ける働きをする。第１枝部材１７ａと第１重金属層１８ａとの間の界面ＤＭＩと、第２枝部材１７ｂと第２重金属層１８ｂとの間の界面ＤＭＩとは、界面近傍の磁化を傾ける向きが互いに異なる。ここでは、界面ＤＭＩにより第１枝部材１７ａにおける第１重金属層１８ａとの界面近傍の磁化が傾く向きは、第１回転方向である。界面ＤＭＩにより第２枝部材１７ｂにおける第２重金属層１８ｂとの界面近傍の磁化が傾く向きは、第２回転方向である。第１重金属層１８ａおよび第２重金属層１８ｂは、第１枝部材１７ａおよび第１重金属層１８ａによる界面ＤＭＩの符号が、第２枝部材１７ｂおよび第２重金属層１８ｂによる界面ＤＭＩの符号とは反対となるような重金属によってそれぞれ構成されている。例えば、第１重金属層１８ａは、Ｐｔ、またはＲｈを含む。例えば、第２重金属層１８ｂは、Ｒｕ、Ｔａ、またはＷを含む。

【0080】

第１形成部１９ａは、第１枝部材１７ａに第１磁気構造体２ａを書き込む。第１形成部１９ａとして、上述の書込部１１、巻線部１１ａ、第１巻線部１６ａ、第２巻線部１６ｂ、第１書込装置１１ｂ、第２書込装置１１ｃ、または磁場印加装置１５を用いることができる。第１形成部１９ａは、磁場印加またはスピン注入により第１枝部材１７ａに磁気構造体を形成する。界面ＤＭＩにより、第１枝部材１７ａに形成される磁気構造体の磁化方向の回転方向は第１回転方向に決定される。

【0081】

第２形成部１９ｂは、第２枝部材１７ｂに第２磁気構造体２ｂを書き込む。第２形成部１９ｂとして、上述の書込部１１、巻線部１１ａ、第１巻線部１６ａ、第２巻線部１６ｂ、第１書込装置１１ｂ、第２書込装置１１ｃ、または磁場印加装置１５を用いることができる。第２形成部１９ｂは、磁場印加またはスピン注入により第２枝部材１７ｂに磁気構造体を形成する。界面ＤＭＩにより、第２枝部材１７ｂに形成される磁気構造体の磁化方向の回転方向は第２回転方向に決定される。

【0082】

第１書込装置１１ｈは、第１形成部１９ａによって第１枝部材１７ａに第１磁気構造体２ａを書き込む。その後、第１書込装置１１ｈは、第３枝部材１７ｃから磁性部材１０を介して第１枝部材１７ａに第１電流ｉ１を流す。第１電流ｉ１により、第１枝部材１７ａから第３枝部材１７ｃに向かってスピン流が生じる。それゆえ、第１磁気構造体２ａは、磁性部材１０に移動する。これにより、第１書込装置１１ｈは、磁性部材１０に第１磁気構造体２ａを書き込む。また、磁性部材１０に既に第１磁気構造体２ａまたは第２磁気構造体２ｂが形成されていれば、当該磁気構造体は、第１電流ｉ１によって第３枝部材１７ｃに移動する。これにより、磁性部材１０から特定の磁気構造体を消去することもできる。

【0083】

同様に、第２書込装置１１ｉは、第２形成部１９ｂによって第２枝部材１７ｂに第２磁気構造体２ｂを書き込む。その後、第２書込装置１１ｉは、第４枝部材１７ｄから磁性部材１０を介して第２枝部材１７ｂに第２電流ｉ２を流す。同様にして、第２書込装置１１ｉは、磁性部材１０に第２磁気構造体２ｂを書き込む。

【0084】

図１４は、一実施形態に係る磁気素子１ｇの構成の一部を示す斜視図である。磁気素子１ｇは、磁性部材１０、ならびに、書込部としての第１書込装置１１ｈおよび第２書込装置１１ｍを備える。第２書込装置１１ｍは、第２枝部材１７ｂ、第４枝部材１７ｄ、第２重金属層１８ｂ、および、第２形成部１９ｂを備える。

【0085】

第２書込装置１１ｍは、第２重金属層１８ｂが第２枝部材１７ｂの第１面に形成されている点が、磁気素子１ｆの第２書込装置１１ｉとは異なる。第１重金属層１８ａと第２重金属層１８ｂとで、配置される表面が異なる。それゆえ、第１重金属層１８ａと第２重金属層１８ｂとを、同種の重金属、または、同じ符号の界面ＤＭＩを生じさせる重金属で構成することができる。第１書込装置１１ｈは、磁性部材１０に第１磁気構造体２ａを書き込む。第２書込装置１１ｍは、磁性部材１０に第２磁気構造体２ｂを書き込む。

【0086】

なお、第２形成部１９ｂとして、上述の第１書込装置１１ｂまたは第２書込装置１１ｃを用いる場合、第２重金属層１８ｂにおける第２形成部１９ｂに対応する位置には穴があり、第２形成部１９ｂは第２枝部材１７ｂに接している。

【0087】

なお、上述したある磁気素子の第１磁気構造体２ａを書き込む書込装置と、他の磁気素子の第２磁気構造体２ｂを書き込む書込装置とを、組み合わせて設けてもよい。

【0088】

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】

【0089】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ 磁気素子
２ａ 第１磁気構造体
２ｂ 第２磁気構造体
３ａ、３ｂ 連結磁気構造体
１０ 磁性部材
１１ａ 巻線部
１１、１１ｄ、１１ｅ 書込部
１１ｂ、１１ｆ、１１ｈ 第１書込装置
１１ｃ、１１ｇ、１１ｉ、１１ｍ 第２書込装置
１２ａ 第１固定部
１２ｂ 第２固定部
１４ａ 第１配線
１４ｂ 第２配線
１４ｃ 第３配線
１４ｄ 第４配線
１５ 磁場印加装置
１６ａ 第１巻線部
１６ｂ 第２巻線部
１７ａ 第１枝部材
１７ｂ 第２枝部材
１７ｃ 第３枝部材
１７ｄ 第４枝部材
１８ａ 第１重金属層
１８ｂ 第２重金属層
１９ａ 第１形成部
１９ｂ 第２形成部

【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】