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(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】P2025023820
(43)【公開日】2025-02-17
(54)【発明の名称】スピン変換器
(51)【国際特許分類】
H10N 50/20 20230101AFI20250207BHJP
H01F 10/32 20060101ALI20250207BHJP
【ＦＩ】
H10N50/20
H01F10/32
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024110011
(22)【出願日】2024-07-09
(31)【優先権主張番号】63/530,783
(32)【優先日】2023-08-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/538,711
(32)【優先日】2023-09-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100141139
【弁理士】
【氏名又は名称】及川 周
(74)【代理人】
【識別番号】100163496
【弁理士】
【氏名又は名称】荒 則彦
(74)【代理人】
【識別番号】100114937
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 裕幸
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 智生
【テーマコード（参考）】
5E049
5F092
【Ｆターム（参考）】
5E049AA10
5E049BA14
5E049GC01
5F092AA20
5F092AB10
5F092AC26
5F092BC06
(57)【要約】 （修正有）
【課題】小型化可能で、電流又は電圧の強度を変更できる、スピン変換器を提供する。
【解決手段】スピン変換器１００は、第１スピン軌道トルク配線層１０と、第２スピン軌道トルク配線層２０と、第１スピン波伝搬層と、を備える。第１スピン波伝搬層は、第１スピン軌道トルク配線層と第２スピン軌道トルク配線層との間にある。第１スピン軌道トルク配線層のＸ方向の第１端の第１端子４１と第２端の第２端子４２の間に電流又は電圧を印加し、第２スピン軌道トルク配線層の第３端の第３端子４３と第４端の第４端子４４との間の電流又は電圧を出力する。第３端と第４端は、Ｘ方向と直交するＹ方向において、第２スピン軌道トルク配線層の異なる位置にある。
【選択図】図１
【解決手段】スピン変換器１００は、第１スピン軌道トルク配線層１０と、第２スピン軌道トルク配線層２０と、第１スピン波伝搬層と、を備える。第１スピン波伝搬層は、第１スピン軌道トルク配線層と第２スピン軌道トルク配線層との間にある。第１スピン軌道トルク配線層のＸ方向の第１端の第１端子４１と第２端の第２端子４２の間に電流又は電圧を印加し、第２スピン軌道トルク配線層の第３端の第３端子４３と第４端の第４端子４４との間の電流又は電圧を出力する。第３端と第４端は、Ｘ方向と直交するＹ方向において、第２スピン軌道トルク配線層の異なる位置にある。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１スピン軌道トルク配線層と、第２スピン軌道トルク配線層と、第１スピン波伝搬層と、を備え、
前記第１スピン波伝搬層は、前記第１スピン軌道トルク配線層と前記第２スピン軌道トルク配線層との間にあり、
前記第１スピン軌道トルク配線層の第１方向の第１端と第２端の間に電流又は電圧を印加し、前記第２スピン軌道トルク配線層の第３端と第４端との間の電流又は電圧を出力できるように構成され、
前記第３端と前記第４端は、前記第１方向と直交する第２方向において、前記第２スピン軌道トルク配線層の異なる位置にある、スピン変換器。
前記第１スピン波伝搬層は、前記第１スピン軌道トルク配線層と前記第２スピン軌道トルク配線層との間にあり、
前記第１スピン軌道トルク配線層の第１方向の第１端と第２端の間に電流又は電圧を印加し、前記第２スピン軌道トルク配線層の第３端と第４端との間の電流又は電圧を出力できるように構成され、
前記第３端と前記第４端は、前記第１方向と直交する第２方向において、前記第２スピン軌道トルク配線層の異なる位置にある、スピン変換器。
【請求項2】
前記第１スピン波伝搬層は、磁性絶縁体である、請求項１に記載のスピン変換器。
【請求項3】
前記第１スピン軌道トルク配線層は、前記第１方向の長さが前記第２方向の長さより長く、
前記第２スピン軌道トルク配線層の前記第２方向の長さは、前記第１スピン軌道トルク配線層の前記第２方向の長さより長い、請求項１に記載のスピン変換器。
前記第２スピン軌道トルク配線層の前記第２方向の長さは、前記第１スピン軌道トルク配線層の前記第２方向の長さより長い、請求項１に記載のスピン変換器。
【請求項4】
前記第１スピン軌道トルク配線層は、前記第１方向の長さが前記第２方向の長さより長く、
前記第２スピン軌道トルク配線層は、前記第１方向の長さが前記第２方向の長さより長い、請求項１に記載のスピン変換器。
前記第２スピン軌道トルク配線層は、前記第１方向の長さが前記第２方向の長さより長い、請求項１に記載のスピン変換器。
【請求項5】
前記第３端と前記第４端との間に流れる第２電流は、前記第１端と前記第２端との間に流れる第１電流より大きい、請求項１に記載のスピン変換器。
【請求項6】
前記第３端と前記第４端との間の第２電位差は、前記第１端と前記第２端との間の第１電位差より大きい、請求項１に記載のスピン変換器。
【請求項7】
電源をさらに備え、
前記電源は、前記第１端と前記第２端との間に電流又は電圧を印加する、請求項１に記載のスピン変換器。
前記電源は、前記第１端と前記第２端との間に電流又は電圧を印加する、請求項１に記載のスピン変換器。
【請求項8】
第１端子と第２端子と第３端子と第４端子とをさらに備え、
前記第１端子は、前記第１端に接続され、
前記第２端子は、前記第２端に接続され、
前記第３端子は、前記第３端に接続され、
前記第４端子は、前記第４端に接続されている、請求項１に記載のスピン変換器。
前記第１端子は、前記第１端に接続され、
前記第２端子は、前記第２端に接続され、
前記第３端子は、前記第３端に接続され、
前記第４端子は、前記第４端に接続されている、請求項１に記載のスピン変換器。
【請求項9】
積層方向から見て、前記第１スピン軌道トルク配線層と前記第２スピン軌道トルク配線層とが重なる重畳面は、（ａ／ｂ）２×ｒ＞１を満たし、
ａは、前記重畳面の前記第１方向の長さであり、
ｂは、前記重畳面の前記第２方向の長さであり、
ｒは、ｒ＝Ｂ／Ａを満たし、
Ａは、前記第１スピン軌道トルク配線層の電流密度であり、
Ｂは、前記第２スピン軌道トルク配線層の電流密度である、請求項１に記載のスピン変換器。
ａは、前記重畳面の前記第１方向の長さであり、
ｂは、前記重畳面の前記第２方向の長さであり、
ｒは、ｒ＝Ｂ／Ａを満たし、
Ａは、前記第１スピン軌道トルク配線層の電流密度であり、
Ｂは、前記第２スピン軌道トルク配線層の電流密度である、請求項１に記載のスピン変換器。
【請求項10】
第３スピン軌道トルク配線層と、第２スピン波伝搬層と、をさらに備え、
前記第２スピン波伝搬層は、前記第２スピン軌道トルク配線層と前記第３スピン軌道トルク配線層との間にあり、
前記第３スピン軌道トルク配線層の前記第１方向の第５端と第６端の間に電流又は電圧を印加できるように構成され、
前記第５端は、前記第１端と積層方向に対向する位置にあり、
前記第１端と前記第２端との間に流れる第１電流と、前記第５端と前記第６端との間に流れる第３電流とは、流れ方向が反対である、請求項１に記載のスピン変換器。
前記第２スピン波伝搬層は、前記第２スピン軌道トルク配線層と前記第３スピン軌道トルク配線層との間にあり、
前記第３スピン軌道トルク配線層の前記第１方向の第５端と第６端の間に電流又は電圧を印加できるように構成され、
前記第５端は、前記第１端と積層方向に対向する位置にあり、
前記第１端と前記第２端との間に流れる第１電流と、前記第５端と前記第６端との間に流れる第３電流とは、流れ方向が反対である、請求項１に記載のスピン変換器。
【請求項11】
第３スピン軌道トルク配線層と、第２スピン波伝搬層と、接続配線と、をさらに備え、
前記第２スピン波伝搬層は、前記第２スピン軌道トルク配線層と前記第３スピン軌道トルク配線層との間にあり、
前記第３スピン軌道トルク配線層の前記第１方向の第５端と第６端の間に電流又は電圧を印加できるように構成され、
前記第５端は、前記第１端と積層方向に対向する位置にあり、
前記第１端と前記第５端は、接続配線で直接接続されている、請求項１に記載のスピン変換器。
前記第２スピン波伝搬層は、前記第２スピン軌道トルク配線層と前記第３スピン軌道トルク配線層との間にあり、
前記第３スピン軌道トルク配線層の前記第１方向の第５端と第６端の間に電流又は電圧を印加できるように構成され、
前記第５端は、前記第１端と積層方向に対向する位置にあり、
前記第１端と前記第５端は、接続配線で直接接続されている、請求項１に記載のスピン変換器。
【請求項12】
第３スピン軌道トルク配線層と、第２スピン波伝搬層と、をさらに備え、
前記第２スピン波伝搬層は、前記第２スピン軌道トルク配線層と前記第３スピン軌道トルク配線層との間にあり、
第１スピン波伝搬層と第２スピン波伝搬層とは、同じ材料からなる、請求項１に記載のスピン変換器。
前記第２スピン波伝搬層は、前記第２スピン軌道トルク配線層と前記第３スピン軌道トルク配線層との間にあり、
第１スピン波伝搬層と第２スピン波伝搬層とは、同じ材料からなる、請求項１に記載のスピン変換器。
【請求項13】
前記第１スピン波伝搬層の厚さは、６ｎｍ以上である、請求項１に記載のスピン変換器。
【請求項14】
前記第１スピン波伝搬層の厚さは、スピン伝導長以下である、請求項１に記載のスピン変換器。
【請求項15】
前記第１スピン波伝搬層は、強磁性体、フェリ磁性体、反強磁性体のいずれかである、請求項１に記載のスピン変換器。
【請求項16】
前記第１スピン軌道トルク配線層と、前記第２スピン軌道トルク配線層と、のうちいずれか一方は、トポロジカル絶縁体である、請求項１に記載のスピン変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、スピン変換器に関する。
【背景技術】
【0002】
電流や電圧の強度を変化させる変圧器は、様々な電子機器に用いられる主要な電子部品の一つである。例えば、特許文献１には、コイルを用いた変圧器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２３－０１８３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
コイルの大きさとインダクタンスの強度とはトレードオフの関係にあり、小型のコイルで大きなインダクタンスを実現することは難しい。そのため、コイルを用いた変圧器は、小型化に限界がある。
【0005】
本開示は上記事情に鑑みてなされたものであり、小型化可能で、電流又は電圧の強度を変更できる、スピン変換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
【0007】
第１の態様に係るスピン変換器は、第１スピン軌道トルク配線層と、第２スピン軌道トルク配線層と、第１スピン波伝搬層と、を備える。前記第１スピン波伝搬層は、前記第１スピン軌道トルク配線層と前記第２スピン軌道トルク配線層との間にある。前記第１スピン軌道トルク配線層の第１方向の第１端と第２端の間に電流又は電圧を印加し、前記第２スピン軌道トルク配線層の第３端と第４反との間の電流又は電圧を出力できるように構成されている。前記第３端と前記第４端は、前記第１方向と直交する第２方向において、前記第２スピン軌道トルク配線層の異なる位置にある。
【発明の効果】
【0008】
本開示にかかるスピン変換器は、小型化可能で、電流又は電圧の強度を変更できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態に係るスピン変換器の平面図である。
【図2】第１実施形態に係るスピン変換器の第１の断面図である。
【図3】第１実施形態に係るスピン変換器の第２の断面図である。
【図4】第１実施形態に係るスピン変換器の機能を説明するための図である。
【図5】第１実施形態に係るスピン変換器の用途の一例の模式図である。
【図6】第１実施形態に係るスピン変換器の第１変形例の平面図である。
【図7】第１実施形態に係るスピン変換器の第２変形例の平面図である。
【図8】第１実施形態に係るスピン変換器の第３変形例の平面図である。
【図9】第２実施形態に係るスピン変換器の平面図である。
【図10】第２実施形態に係るスピン変換器の第１の断面図である。
【図11】第２実施形態に係るスピン変換器の第２の断面図である。
【図12】第２実施形態に係るスピン変換器の機能を説明するための図である。
【図13】第２実施形態に係るスピン変換器の第１変形例の平面図である。
【図14】第２実施形態に係るスピン変換器の第１変形例の第１の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本開示はそれらに限定されるものではなく、本開示の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【0011】
まず方向について定義する。各層が広がる面の一方向をＸ方向、Ｘ方向に対して直交する方向をＹ方向とする。例えば、第１スピン軌道トルク配線層の第１端ｅ１と第２端ｅ２とを繋ぐ第１方向をＸ方向とする。第１方向と直交する第２方向を例えばＹ方向とする。また各層の厚み方向をＺ方向とする。Ｘ方向及びＹ方向に対して、Ｚ方向は直交する。
【0012】
「第１実施形態」
図１は、第１実施形態に係るスピン変換器１００をＺ方向から見た平面図である。図２は、第１実施形態に係るスピン変換器のＹ方向の中心を通るＸＺ断面図である。図３は、第１実施形態に係るスピン変換器のＸ方向の中心を通るＹＺ断面図である。
図１は、第１実施形態に係るスピン変換器１００をＺ方向から見た平面図である。図２は、第１実施形態に係るスピン変換器のＹ方向の中心を通るＸＺ断面図である。図３は、第１実施形態に係るスピン変換器のＸ方向の中心を通るＹＺ断面図である。
【0013】
スピン変換器１００は、入力信号と異なる出力信号を生み出す信号変換器である。例えば、スピン変換器１００は、電流を電圧に変換する電流電圧変換器、電圧を電流に変換する電圧電流変換器、電流又は電圧の強度を変える変流器又は変圧器として機能する。
【0014】
スピン変換器１００は、例えば、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０と第１スピン波伝搬層３０とを備える。スピン変換器１００は、第１端子４１、第２端子４２、第３端子４３、第４端子４４、電源５０をさらに有してもよい。またスピン変換器１００の周囲は、絶縁層９０で覆われていてもよい。
【0015】
第１端子４１は、第１スピン軌道トルク配線層１０の第１端ｅ１に接続されている。第２端子４２は、第１スピン軌道トルク配線層１０の第２端ｅ２に接続されている。第１端子４１及び第２端子４２は、スピン変換器１００への信号の書き込み端子である。第１端子４１及び第２端子４２は、導体である。例えば、第１端子４１は電源５０に接続され、第２端子４２はグラウンドに接続されている。電源５０は、第２端子４２に接続されてもよい。電源５０及びグラウンドと第１スピン軌道トルク配線層１０とが直接接する場合、第１端子４１、第２端子４２は無くてもよい。
【0016】
第３端子４３は、第２スピン軌道トルク配線層２０の第１端ｅ３に接続されている。第１端ｅ３は、第３端の一例である。第４端子４４は、第２スピン軌道トルク配線層２０の第２端ｅ４に接続されている。第２端ｅ４は、第４端の一例である。第３端子４３及び第４端子４４は、スピン変換器１００からの信号の読み出し端子である。第３端子４３及び第４端子４４は、導体である。例えば、第３端子４３及び第４端子４４は、他の素子に接続されている。第３端子４３、第４端子４４は無くてもよい。
【0017】
電源５０は、第１スピン軌道トルク配線層１０に接続されている。電源５０は、例えば、電圧源又は電流源である。電源５０は、第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に電流又は電圧を印加できるように構成されている。例えば、電源５０が電圧源の場合、電源５０は、第１スピン軌道トルク配線層１０の第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に電位差を生み出す。例えば、電源５０が電流源の場合、電源５０は、第１スピン軌道トルク配線層１０の第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に電流を流す。
【0018】
絶縁層９０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化クロム、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等である。
【0019】
第１スピン軌道トルク配線層１０は、スピン変換器１００への信号の書き込み配線である。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の第１端ｅ１と第２端ｅ２との間には、電流又は電圧が印加される。
【0020】
第１スピン軌道トルク配線層１０は、電流が流れる際のスピンホール効果によってスピン流を発生させる機能を有する金属、合金、金属間化合物、金属硼化物、金属炭化物、金属珪化物、金属燐化物のいずれかを含む。
【0021】
第１スピン軌道トルク配線層１０は、例えば、主成分として非磁性の重金属を含む。重金属は、イットリウム（Ｙ）以上の比重を有する金属を意味する。非磁性の重金属は、例えば、最外殻にｄ電子又はｆ電子を有する原子番号３９以上の原子番号が大きい非磁性金属である。第１スピン軌道トルク配線層１０は、例えば、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉからなる。非磁性の重金属は、その他の金属よりスピン軌道相互作用が強く生じる。スピンホール効果はスピン軌道相互作用により生じる。スピンホール効果によって第１スピン軌道トルク配線層１０内でスピンが偏在すると、スピン流ＪＳが発生しやすくなる。
【0022】
第１スピン軌道トルク配線層１０は、磁性金属を含んでもよい。磁性金属は、強磁性金属又は反強磁性金属である。非磁性体に含まれる微量な磁性金属は、スピンの散乱因子となる。微量とは、例えば、第１スピン軌道トルク配線層１０を構成する元素の総モル比の３％以下である。スピンが磁性金属により散乱するとスピン軌道相互作用が増強され、電流に対するスピン流の生成効率が高くなる。
【0023】
第１スピン軌道トルク配線層１０は、トポロジカル絶縁体を含んでもよい。トポロジカル絶縁体は、物質内部が絶縁体又は高抵抗体であるが、その表面にスピン偏極した金属状態が生じている物質である。トポロジカル絶縁体は、スピン軌道相互作用により内部磁場が生じる。トポロジカル絶縁体は、外部磁場が無くてもスピン軌道相互作用の効果で新たなトポロジカル相が発現する。トポロジカル絶縁体は、強いスピン軌道相互作用とエッジにおける反転対称性の破れにより純スピン流を高効率に生成できる。またトポロジカル絶縁体は、表面にのみ電流が流れるため、少ない電流量で高い電流密度を実現できる。
【0024】
トポロジカル絶縁体は、例えば、Ｓｎ、ＳｎＴｅ、Ｂｉ１．５Ｓｂ０．５Ｔｅ１．７Ｓｅ１．３、ＴｌＢｉＳｅ２、Ｂｉ２Ｔｅ３、Ｂｉ１－ｘＳｂｘ、（Ｂｉ１－ｘＳｂｘ）２Ｔｅ３、（Ｎｄ，Ｐｒ）２Ｉｒ２Ｏ７などである。トポロジカル絶縁体は、高効率にスピン流を生成することが可能である。
【0025】
第１スピン軌道トルク配線層１０は、例えば、Ｘ方向の長さＬ１がＹ方向の長さＬ２より長い。スピン流は、第１スピン軌道トルク配線層１０を流れる電子が散乱することで生じる。Ｘ方向は、第１スピン軌道トルク配線層１０において、電子の流れ方向である。Ｘ方向の長さＬ１が長いと、第１端ｅ１から第２端ｅ２に至るまでに、電子が散乱される回数が多くなる。電子の散乱回数が増えると、第１スピン軌道トルク配線層１０でのスピン流の発生効率が高まる。
【0026】
第２スピン軌道トルク配線層２０は、スピン変換器１００からの信号の読み出し配線である。第２スピン軌道トルク配線層２０の第１端ｅ３と第２端ｅ４との間の電流又は電圧を、スピン変換器１００は、出力する。
【0027】
第２スピン軌道トルク配線層２０の第１端ｅ３と第２端ｅ４とは、第１スピン軌道トルク配線層１０の第１端ｅ１と第２端ｅ２と、Ｙ方向において、異なる位置にある。例えば、第１スピン軌道トルク配線層１０の第１端ｅ１と第２端ｅ２とを最短距離で繋ぐ直線は、第２スピン軌道トルク配線層２０の第１端ｅ３と第２端ｅ４とを最短距離で繋ぐ直線と交差する。第２スピン軌道トルク配線層２０の第１端ｅ３と第２端ｅ４とを最短距離で繋ぐ直線は、Ｙ方向に対して傾いていてもよい。
【0028】
第２スピン軌道トルク配線層２０の少なくとも一部は、第１スピン波伝搬層３０を挟んで、第１スピン軌道トルク配線層１０と対向する。
【0029】
第２スピン軌道トルク配線層２０は、電流が流れる際のスピンホール効果によってスピン流を発生させる機能を有する金属、合金、金属間化合物、金属硼化物、金属炭化物、金属珪化物、金属燐化物のいずれかを含む。第２スピン軌道トルク配線層２０には、第１スピン軌道トルク配線層１０と同様の材料を用いることができる。第２スピン軌道トルク配線層２０は、第１スピン軌道トルク配線層１０と同じ材料からなってもよいし、異なる材料からなってもよい。第２スピン軌道トルク配線層２０は、トポロジカル絶縁体であることが好ましい。
【0030】
第２スピン軌道トルク配線層２０は、例えば、Ｘ方向の長さＬ３がＹ方向の長さＬ４より長い。Ｘ方向の長さＬ３がＹ方向の長さＬ４より長いと、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗が小さくなる。Ｙ方向に流れる電流にとっての流路が広がるためである。第１端ｅ３と第２端ｅ４との間の電位差が一定の場合、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗が低い方が、第１端ｅ３と第２端ｅ４の間を流れる電流量は大きくなる。すなわち、スピン変換器１００において、第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３がＹ方向の長さＬ４より長いと、スピン変換器１００から出力される出力電流が大きくなる。
【0031】
第２スピン軌道トルク配線層２０のＺ方向の厚さｔ２０は、例えば、第１スピン軌道トルク配線層１０のＺ方向の厚さｔ１０より厚い。第１スピン軌道トルク配線層１０は、厚さｔ１０が薄いほど高効率でスピン流を生み出すことができる。また第２スピン軌道トルク配線層２０のＺ方向の厚さｔ２０は厚いほど、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗を小さくできる。Ｙ方向に流れる電流にとっての流路が広がるためである。スピン変換器１００がこの構成を満たすと、スピン変換器１００から出力される出力電流が大きくなる。
【0032】
第２スピン軌道トルク配線層２０は、Ｚ方向から見て、第１スピン軌道トルク配線層１０と重なる。第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０とが重なる重畳面は、（ａ／ｂ）２×ｒ＞１を満たすことが好ましい。ここで、ａは、重畳面のＸ方向の長さであり、ｂは、重畳面のＹ方向の長さであり、ｒは、ｒ＝Ｂ／Ａを満たし、Ａは、第１スピン軌道トルク配線層１０の電流密度であり、Ｂは、第２スピン軌道トルク配線層２０の電流密度である。この関係を満たすと、スピン変換器１００に入力された電流又は電圧を増幅して出力することができる。
【0033】
第１スピン波伝搬層３０は、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０とに挟まれる。第１スピン波伝搬層３０は、第１スピン軌道トルク配線層１０から注入されたスピンを、スピン波として伝搬し、第２スピン軌道トルク配線層２０へ伝える。
【0034】
第１スピン波伝搬層３０は、例えば、磁性絶縁体である。第１スピン波伝搬層３０が磁性体を含むことで、スピン波を伝搬できる。また第１スピン波伝搬層３０が絶縁性を有することで、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０とを電気的に分離できる。第１スピン波伝搬層３０は、強磁性体、フェリ磁性体、反強磁性体のいずれでもよい。
【0035】
第１スピン波伝搬層３０の厚さは、スピン伝導長以下であることが好ましい。スピン伝導長は、導電材料におけるスピン拡散長に対応する長さであり、入力したスピンが半減するまでの距離である。第１スピン波伝搬層３０の厚さがスピン伝導長以下であれば、第１スピン波伝搬層３０におけるスピンの減衰率を３割以下とすることができる。第１スピン波伝搬層３０の厚さは、例えば、６ｎｍ以上である。
【0036】
スピン変換器１００は、各層の積層工程と、各層の加工工程とを繰り返すことで作製できる。各層の積層工程は、例えば、スパッタリング法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、電子ビーム蒸着法（ＥＢ蒸着法）、原子レーザデポジッション法等を用いることができる。各層の加工工程は、例えば、フォトリソグラフィー等を用いて行うことができる。
【0037】
次いで、スピン変換器１００の機能を説明する。図４は、スピン変換器１００の機能を説明するための模式図である。
【0038】
スピン変換器１００は、第１端子４１と第２端子４２との間に入力された信号を変換し、第３端子４３と第４端子４４との間から出力信号として出力する素子である。
【0039】
まず電源５０を用いて第１端子４１と第２端子４２との間に電位差を与える。これがスピン変換器１００への入力信号となる。第１端子４１と第２端子４２との間に電位差が生じると、第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に電流Ｉ１が流れる。
【0040】
第１スピン軌道トルク配線層１０を流れる電流Ｉ１は、スピンホール効果によってスピン流を発生させる。
【0041】
スピンホール効果は、電流を流した場合にスピン軌道相互作用に基づき、電流の流れる方向と直交する方向（例えば、ｚ方向）にスピン流が誘起される現象である。スピンホール効果は、運動（移動）する電荷（電子）が運動（移動）方向を曲げられる点で、通常のホール効果と共通する。通常のホール効果は、磁場中で運動する荷電粒子の運動方向がローレンツ力によって曲げられる。これに対し、スピンホール効果は磁場が存在しなくても、電子が移動するだけ（電流が流れるだけ）でスピンの移動方向が曲げられる。
【0042】
例えば、第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に電流が流れると、例えば、－ｙ方向に偏極したスピンは進行方向に対して－Ｚ方向に曲げられ、＋ｙ方向に偏極したスピンＳ１は進行方向に対して＋Ｚ方向に曲げられる。
【0043】
スピンＳ１は、第１スピン軌道トルク配線層１０に近接する第１スピン波伝搬層３０に注入される。第１スピン波伝搬層３０内の磁化は、第１スピン波伝搬層３０に注入されるスピンＳ１によって歳差運動をする。磁化の歳差運動は、スピン波ＳＷ１となって、第１スピン波伝搬層３０内を伝搬する。
【0044】
第１スピン波伝搬層３０と第２スピン軌道トルク配線層２０との間には、スピン波ＳＷ１として伝搬したスピンが蓄積される。第２スピン軌道トルク配線層２０内のスピン状態が不均一になると、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向に電流Ｉ２が生じる。これは、第１スピン軌道トルク配線層１０において、電流Ｉ１がスピン流を生み出す現象を逆転させた現象であり、スピンが電流Ｉ２を生み出す。
【0045】
電流Ｉ２は、第３端子４３と第４端子４４との間に生じる。つまりスピン変換器１００は、電流Ｉ１を電流Ｉ２に変換している。また第１スピン軌道トルク配線層１０の抵抗が十分高い場合は、電流Ｉ１は電位差として表すことができる。この場合、スピン変換器１００は、電圧を電流Ｉ２に変換する。また第２スピン軌道トルク配線層２０の抵抗が十分高い場合は、電流Ｉ２は電位差として表すことができる。この場合、スピン変換器１００は、電流Ｉ１を電圧に変換する。
【0046】
第２スピン軌道トルク配線層２０の第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に流れる電流Ｉ２は、第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に流れる電流Ｉ１より大きくすることができる。例えば、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の電流の流路を広くしたり、第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の電流の流路を狭くすることで、電流Ｉ２を電流Ｉ１より大きくできる。
【0047】
また第２スピン軌道トルク配線層２０の第１端ｅ３と第２端ｅ４との間の第２電位差は、第１端ｅ１と第２端ｅ２との間の第１電位差より大きくすることができる。例えば、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の電流の流路を狭くしたり、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の長さを長くしたりすることで、第２電位差を第１電位差より大きくできる。
【0048】
第１実施形態に係るスピン変換器１００は、新たな仕組みで、入力信号を出力信号に変換する。また第１実施形態に係るスピン変換器１００は、電流とスピンとの間のエネルギー変換を利用するため、コイルの巻き数等の制限がなく、小型化しやすい。
【0049】
本実施形態に係るスピン変換器１００は、例えば、量子コンピュータに適用できる。図５は、本実施形態に係るスピン変換器１００を適用した量子コンピュータの模式図である。量子コンピュータ２００は、例えば、量子プロセッサ２０１と、スピン変換器１００と、非可逆回路素子２０２と、フィルター２０３，２０４，２０５と、増幅器２０６と、を有する。
【0050】
量子プロセッサ２０１は、量子計算を行う。非可逆回路素子２０２は、量子プロセッサ２０１からの量子ビットの読み出し信号を配送する。非可逆回路素子２０２は、例えば、サーキュレータである。スピン変換器１００は、入力信号を出力信号に変換する。フィルター２０３，２０４，２０５は、例えば、伝搬する信号の周波数を制限する。増幅器２０６は、読み出し信号を増幅する。
【0051】
例えば、超電導量子コンピュータは、極低温で動作する。そのため、量子プロセッサ２０１の近傍にあるスピン変換器１００も極低温環境下に曝される位置に配置される。大きな容積の空間を極低温環境で維持することは難しく、スピン変換器１００の小型化が求められる。本実施形態に係るスピン変換器１００は、小型化しやすく、量子コンピュータに電子部品を集積することへの適用に適している。
【0052】
ここまで、第１実施形態の一例を示したが、本発明はこれらの実施形態に限られるものではなく、様々な変形例が可能である。
【0053】
図６は、第１実施形態の第１変形例に係るスピン変換器１０１の平面図である。図６に示すように、第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３’はＹ方向の長さＬ４’より短くてもよい。第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の長さＬ４’が長いと、第３端子４３と第４端子４４との間の第２スピン軌道トルク配線層２０の抵抗が大きくなる。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３’が短いと、電流の流路が狭くなり、第３端子４３と第４端子４４との間の第２スピン軌道トルク配線層２０の抵抗が大きくなる。すなわち、スピン変換器１００において、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の長さＬ４’をＸ方向の長さＬ３’より長くすることで、スピン変換器１００から出力される出力電圧を大きくできる。
【0054】
図７は、第２変形例に係るスピン変換器１０２の平面図である。図７に示すように、第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１’はＹ方向の長さＬ２’より短くてもよい。第１スピン軌道トルク配線層１０は、抵抗が高い場合が多い。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１’を短くすることで、スピン変換器１０２の素子抵抗を小さくすることができる。
【0055】
また第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３は、第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１’より長くてもよい。スピン変換器１００から出力される出力電流を大きくする場合、第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３は長い方が好ましい。
【0056】
なお、第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３及びＹ方向の長さＬ４は、第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１及びＹ方向の長さＬ２と無関係に、任意に設定できる。第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０とは、形成されるレイヤーが異なるためである。
【0057】
図８は、第３変形例に係るスピン変換器１０３の平面図である。図８に示すように、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の長さＬ４’’は、第１スピン軌道トルク配線層１０のＹ方向の長さＬ２’’より短くてもよい。スピン変換器１００から出力される出力電流を大きくする場合、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の長さＬ４’’は短い方が好ましい。
【0058】
ここまでいくつかの変形例を提示したが、第１実施形態に係るスピン変換器は、これらの例に限られるものではない。スピン変換器に求められる機能に応じて、形状を自由に設計できる。
【0059】
例えば、スピン変換器１００から出力される出力電流を大きくする場合、第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３は長い方が好ましく、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の長さＬ４は短い方が好ましい。例えば、第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３を第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１より長くしてもよい。また第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の長さＬ４を第１スピン軌道トルク配線層１０のＹ方向の長さＬ２より短くしてもよい。
【0060】
また例えば、スピン変換器１００から出力される出力電圧を大きくする場合、第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３は短い方が好ましく、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の長さＬ４は長い方が好ましい。例えば、第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３を第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１より短くしてもよい。また第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の長さＬ４を第１スピン軌道トルク配線層１０のＹ方向の長さＬ２より長くしてもよい。
【0061】
「第２実施形態」
図９は、第２実施形態に係るスピン変換器１１０をＺ方向から見た平面図である。図１０は、第２実施形態に係るスピン変換器１１０のＹ方向の中心を通るＸＺ断面図である。図１１は、第２実施形態に係るスピン変換器１１０のＸ方向の中心を通るＹＺ断面図である。
図９は、第２実施形態に係るスピン変換器１１０をＺ方向から見た平面図である。図１０は、第２実施形態に係るスピン変換器１１０のＹ方向の中心を通るＸＺ断面図である。図１１は、第２実施形態に係るスピン変換器１１０のＸ方向の中心を通るＹＺ断面図である。
【0062】
スピン変換器１１０は、例えば、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０と第３スピン軌道トルク配線層６０と第１スピン波伝搬層３０と第２スピン波伝搬層７０とを備える。スピン変換器１００は、第１端子４１、第２端子４２、第３端子４３、第４端子４４、第５端子４５、第６端子４６、電源５０、電源５１をさらに有してもよい。スピン変換器１１０において、スピン変換器１００と同様の構成には同様の符号を付し、説明を省く。
【0063】
第５端子４５は、第３スピン軌道トルク配線層６０の第１端ｅ５に接続されている。第６端子４６は、第３スピン軌道トルク配線層６０の第２端ｅ６に接続されている。第５端子４５及び第６端子４６は、スピン変換器１１０への信号の書き込み端子である。第５端子４５及び第６端子４６は、導体である。例えば、第５端子４５は電源５１に接続され、第６端子４６はグラウンドに接続されている。電源５１は、第６端子４６に接続されてもよい。電源５１及びグラウンドと第３スピン軌道トルク配線層６０とが直接接する場合、第５端子４５、第６端子４６は無くてもよい。
【0064】
電源５１は、第３スピン軌道トルク配線層６０に接続されている。電源５１は、例えば、電圧源又は電流源である。電源５１は、第１端ｅ５と第２端ｅ６との間に電流又は電圧を印加できるように構成されている。例えば、電源５１が電圧源の場合、電源５１は、第３スピン軌道トルク配線層６０の第１端ｅ５と第２端ｅ６との間に電位差を生み出す。例えば、電源５１が電流源の場合、電源５１は、第３スピン軌道トルク配線層６０の第１端ｅ５と第２端ｅ６との間に電流を流す。
【0065】
第３スピン軌道トルク配線層６０の少なくとも一部は、第２スピン波伝搬層７０を挟んで、第２スピン軌道トルク配線層２０と対向する。第３スピン軌道トルク配線層６０は、Ｚ方向に第１スピン軌道トルク配線層１０と重なる位置にある。第３スピン軌道トルク配線層６０の第１端ｅ５は、例えば、第１スピン軌道トルク配線層１０の第１端ｅ１とＺ方向に対向する位置にある。
【0066】
第３スピン軌道トルク配線層６０は、第１スピン軌道トルク配線層１０と共に、スピン変換器１００への信号の書き込み配線である。第３スピン軌道トルク配線層６０のＸ方向の第１端ｅ５と第２端ｅ６との間には、電流又は電圧が印加される。第３スピン軌道トルク配線層６０には、第１スピン軌道トルク配線層１０と同様の材料を用いることができる。第３スピン軌道トルク配線層６０は、第１スピン軌道トルク配線層１０及び第２スピン軌道トルク配線層２０と同じ材料からなってもよいし、異なる材料からなってもよい。第３スピン軌道トルク配線層６０は、トポロジカル絶縁体であることが好ましい。
【0067】
第３スピン軌道トルク配線層６０は、例えば、Ｘ方向の長さＬ５がＹ方向の長さＬ６より長い。第３スピン軌道トルク配線層６０で生じるスピン流は、第３スピン軌道トルク配線層６０を流れる電子が散乱することで生じる。Ｘ方向の長さＬ５が長いと、第１端ｅ５から第２端ｅ６に至るまでに、電子が散乱される回数が多くなる。電子の散乱回数が増えると、第３スピン軌道トルク配線層６０でのスピン流の発生効率が高まる。
【0068】
また第３スピン軌道トルク配線層６０は、例えば、Ｘ方向の長さＬ５がＹ方向の長さＬ６より短くてもよい。この場合、スピン変換器１１０の素子抵抗を下げることができる。
【0069】
また第３スピン軌道トルク配線層６０のＸ方向の長さＬ５は、第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３より長くてもよいし、短くてもよい。同様に、第３スピン軌道トルク配線層６０のＹ方向の長さＬ６は、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の長さＬ４より長くてもよいし、短くてもよい。
【0070】
第３スピン軌道トルク配線層６０のＺ方向の厚さｔ６０は、例えば、第２スピン軌道トルク配線層２０のＺ方向の厚さｔ２０より薄い。第３スピン軌道トルク配線層６０は、厚さｔ６０が薄いほど高効率でスピン流を生み出すことができる。また第２スピン軌道トルク配線層２０のＺ方向の厚さｔ２０は厚いほど、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗を小さくできる。スピン変換器１１０がこの構成を満たすと、スピン変換器１１０から出力される出力電流が大きくなる。
【0071】
第２スピン波伝搬層７０は、第３スピン軌道トルク配線層６０と第２スピン軌道トルク配線層２０とに挟まれる。第２スピン波伝搬層７０は、第３スピン軌道トルク配線層６０から注入されたスピンを、スピン波として伝搬し、第２スピン軌道トルク配線層２０へ伝える。
【0072】
第２スピン波伝搬層７０は、例えば、磁性絶縁体である。第２スピン波伝搬層７０が磁性体を含むことで、スピン波を伝搬できる。また第２スピン波伝搬層７０が絶縁性を有することで、第３スピン軌道トルク配線層６０と第２スピン軌道トルク配線層２０とを電気的に分離できる。第２スピン波伝搬層７０は、強磁性体、フェリ磁性体、反強磁性体のいずれでもよい。
【0073】
第２スピン波伝搬層７０は、第１スピン波伝搬層３０と同じ材料からなることが好ましい。第２スピン波伝搬層７０と第１スピン波伝搬層３０との共鳴周波数が一致すると、第２スピン軌道トルク配線層２０にスピンが注入されるタイミングが合い、第２スピン軌道トルク配線層２０におけるスピンから電流への変換効率が高まる。
【0074】
第２スピン波伝搬層７０の厚さは、スピン伝導長以下であることが好ましい。第２スピン波伝搬層７０の厚さは、例えば、６ｎｍ以上である。
【0075】
スピン変換器１１０は、各層の積層工程と、各層の加工工程とを繰り返すことで作製できる。各層の積層工程、各層の加工工程は、第１実施形態と同様の方法を用いることができる。
【0076】
次いで、スピン変換器１１０の機能を説明する。図１２は、スピン変換器１１０の機能を説明するための模式図である。
【0077】
スピン変換器１１０は、第１端子４１と第２端子４２との間、及び、第５端子４５と第６端子４６との間に入力された信号を変換し、第３端子４３と第４端子４４との間から出力信号として出力する素子である。
【0078】
まず電源５０を用いて第１端子４１と第２端子４２との間に電位差を与える。同様に、電源５１を用いて第５端子４５と第６端子４６との間に電位差を与える。これらがスピン変換器１１０への入力信号となる。
【0079】
第１端子４１と第２端子４２との間に電位差に応じて、第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に電流Ｉ１が流れる。第５端子４５と第６端子４６との間に電位差に応じて、第３スピン軌道トルク配線層６０のＸ方向に電流Ｉ３が流れる。ここで、電流Ｉ１と電流Ｉ３とは流れ方向が逆向きとなるように設定する。例えば、第１端子４１の電位を第２端子４２の電位より高くした場合は、第５端子４５の電位を第６端子４６の電位より低くする。この逆で、第１端子４１の電位を第２端子４２の電位より低くした場合は、第５端子４５の電位を第６端子４６の電位より高くしてもよい。
【0080】
第１スピン軌道トルク配線層１０を流れる電流Ｉ１は、スピンホール効果によってスピン流を発生させる。スピンＳ１は、第１スピン軌道トルク配線層１０に近接する第１スピン波伝搬層３０に注入される。第１スピン波伝搬層３０に注入されたスピンＳ１は、スピン波ＳＷ１となって、第１スピン波伝搬層３０内を伝搬する。
【0081】
同様に、第３スピン軌道トルク配線層６０を流れる電流Ｉ３は、スピンホール効果によってスピン流を発生させる。電流Ｉ３によって生じたスピンＳ２は、第３スピン軌道トルク配線層６０に近接する第２スピン波伝搬層７０に注入される。第２スピン波伝搬層７０に注入されたスピンＳ２は、スピン波ＳＷ２となって、第２スピン波伝搬層７０内を伝搬する。ここで、電流Ｉ１によって生じるスピンＳ１と、電流Ｉ３によって生じるスピンＳ３とは、同じ向きのスピンである。
【0082】
第１スピン波伝搬層３０と第２スピン軌道トルク配線層２０との間には、スピン波ＳＷ１として伝搬したスピンが蓄積される。第２スピン波伝搬層７０と第２スピン軌道トルク配線層２０との間には、スピン波ＳＷ２として伝搬したスピンが蓄積される。第２スピン軌道トルク配線層２０の上下の面からスピンが注入されると、第２スピン軌道トルク配線層２０内のスピン状態が不均一になる。そして、このスピン状態の不均一に起因して、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向に電流Ｉ２’が生じる。
【0083】
電流Ｉ２’は、第３端子４３と第４端子４４との間に生じる。つまりスピン変換器１１０は、電流Ｉ１及び電流Ｉ３を電流Ｉ２’に変換している。また第１スピン軌道トルク配線層１０、第２スピン軌道トルク配線層２０及び第３スピン軌道トルク配線層６０の抵抗が高い場合は、スピン変換器１１０の入出力信号を電圧にすることができる。
【0084】
第２実施形態に係るスピン変換器１１０は、新たな仕組みで、入力信号を出力信号に変換する。また第２実施形態に係るスピン変換器１１０は、電流とスピンとの間のエネルギー変換を利用するため、コイルの巻き数等の制限がなく、小型化しやすい。また第２実施形態に係るスピン変換器１１０は、第２スピン軌道トルク配線層２０の上下面からスピンが注入されるため、スピンから電流へのスピン－電流変換効率が高い。
【0085】
ここまで、第２実施形態の一例を示したが、本開示はこれらの実施形態に限られるものではなく、様々な変形例が可能である。例えば、第２実施形態に係るスピン変換器１１０に、第１実施形態に係るスピン変換器１００の変形例を適用できる。
【0086】
図１３は、第２実施形態の第１変形例に係るスピン変換器１１１の平面図である。図１４は、第２実施形態の第１変形例に係るスピン変換器１１１のＸＺ断面図である。スピン変換器１１１において、スピン変換器１１０と同様の構成には同様の符号を付し、説明を省く。
【0087】
スピン変換器１１１は、例えば、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０と第３スピン軌道トルク配線層６０と第１スピン波伝搬層３０と第２スピン波伝搬層７０と接続配線８０とを有する。スピン変換器１１１は、第５端子４５と第６端子４６とに変えて、接続配線８０が設けられている。またスピン変換器１１１は、電源５０、電源５１に変えて、電源５２が設けられている。
【0088】
接続配線８０は、導体である。接続配線８０は、例えば、第１スピン軌道トルク配線層１０の第１端ｅ１と第３スピン軌道トルク配線層６０の第１端ｅ５とを繋ぐ。電源５２は、第６端子４６に接続され、第２端子４２はグラウンドに接続されている。電源５２は、第１スピン軌道トルク配線層１０及び第３スピン軌道トルク配線層６０に電流又は電圧を印加できるように構成されている。
【0089】
電源５２を用いて第６端子４６と第２端子４２との間に電位差を印加すると、第３スピン軌道トルク配線層６０及び第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に電流が流れる。第３スピン軌道トルク配線層６０を流れる電流の向きと第１スピン軌道トルク配線層１０を流れる電流の向きとは反対である。すなわち、第１変形例に係るスピン変換器１１１は、一つの電源５２で、スピン変換器１１０と同様の機能を示す。
【0090】
第１変形例に係るスピン変換器１１１は、スピン変換器１１０と同様の効果を奏する。またスピン変換器１１１は、構成要素が少なく、より小型化しやすい。
【0091】
以上のように、上述の実施形態に係るスピン変換器は、電流を電圧に変換する電流電圧変換器、電圧を電流に変換する電圧電流変換器、電流又は電圧の強度を変える変流器又は変圧器として機能する。以下、具体的な構造を規定した場合の、具体的なスピン変換器の変換効率を求めた。
【0092】
「第１実施例」
第１実施例では、図１に示す素子構造のスピン変換器を想定した。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１：Ｙ方向の長さＬ２＝１００：１とした。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３：Ｙ方向の長さＬ４＝１００：１とした。第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０とは同じ材料からなるとし、それぞれのスピンと電流の変換効率を１０％と仮定した。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は１ｋΩとし、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は０．１Ωとした。第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に１Ｖの電圧を印加した。第１端ｅ１と第２端ｅ２との間には、１ｍＡの電流が流れる。この際、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、１Ａの電流が流れる。つまり、第１実施例に係るスピン変換器は、１ｍＡの電流を１Ａに増幅しており、電流増幅率は１０００倍であった。
第１実施例では、図１に示す素子構造のスピン変換器を想定した。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１：Ｙ方向の長さＬ２＝１００：１とした。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３：Ｙ方向の長さＬ４＝１００：１とした。第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０とは同じ材料からなるとし、それぞれのスピンと電流の変換効率を１０％と仮定した。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は１ｋΩとし、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は０．１Ωとした。第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に１Ｖの電圧を印加した。第１端ｅ１と第２端ｅ２との間には、１ｍＡの電流が流れる。この際、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、１Ａの電流が流れる。つまり、第１実施例に係るスピン変換器は、１ｍＡの電流を１Ａに増幅しており、電流増幅率は１０００倍であった。
【0093】
「第２実施例」
第２実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０のそれぞれのスピンと電流の変換効率を１％と仮定した点が第１実施例と異なる。第２実施例のその他の条件は、第１実施例と同じとした。第２実施例では、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．０１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、１ｍＡの電流が流れる。つまり、第２実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１倍であった。
第２実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０のそれぞれのスピンと電流の変換効率を１％と仮定した点が第１実施例と異なる。第２実施例のその他の条件は、第１実施例と同じとした。第２実施例では、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．０１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、１ｍＡの電流が流れる。つまり、第２実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１倍であった。
【0094】
「第３実施例」
第３実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０のそれぞれのスピンと電流の変換効率を１００％と仮定した点が第１実施例と異なる。第３実施例のその他の条件は、第１実施例と同じとした。第３実施例では、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、１０Ａの電流が流れる。つまり、第３実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１００００倍であった。
第３実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０のそれぞれのスピンと電流の変換効率を１００％と仮定した点が第１実施例と異なる。第３実施例のその他の条件は、第１実施例と同じとした。第３実施例では、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、１０Ａの電流が流れる。つまり、第３実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１００００倍であった。
【0095】
「第４実施例」
第４実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０の形状を変更した点が第１実施例と異なる。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１：Ｙ方向の長さＬ２＝１０００：１とした。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３：Ｙ方向の長さＬ４＝１０００：１とした。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は１０ｋΩとなり、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は０．０１Ωとなる。第４実施例のその他の条件は、第１実施例と同じとした。第４実施例では、第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に、０．１ｍＡの電流が流れる。第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、１０Ａの電流が流れる。つまり、第４実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１００００倍であった。
第４実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０の形状を変更した点が第１実施例と異なる。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１：Ｙ方向の長さＬ２＝１０００：１とした。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３：Ｙ方向の長さＬ４＝１０００：１とした。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は１０ｋΩとなり、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は０．０１Ωとなる。第４実施例のその他の条件は、第１実施例と同じとした。第４実施例では、第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に、０．１ｍＡの電流が流れる。第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、１０Ａの電流が流れる。つまり、第４実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１００００倍であった。
【0096】
「第５実施例」
第５実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０の形状を変更した点が第１実施例と異なる。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１：Ｙ方向の長さＬ２＝２０：１とした。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３：Ｙ方向の長さＬ４＝２０：１とした。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は１ｋΩであり、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は２．５Ωである。第５実施例のその他の条件は、第１実施例と同じとした。第５実施例では、第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に、１ｍＡの電流が流れる。第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、４０Ａの電流が流れる。つまり、第５実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は４０倍であった。
第５実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０の形状を変更した点が第１実施例と異なる。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１：Ｙ方向の長さＬ２＝２０：１とした。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３：Ｙ方向の長さＬ４＝２０：１とした。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は１ｋΩであり、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は２．５Ωである。第５実施例のその他の条件は、第１実施例と同じとした。第５実施例では、第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に、１ｍＡの電流が流れる。第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、４０Ａの電流が流れる。つまり、第５実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は４０倍であった。
【0097】
「第６実施例」
第６実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０のそれぞれのスピンと電流の変換効率を１％と仮定した点が第５実施例と異なる。第６実施例のその他の条件は、第５実施例と同じとした。第６実施例では、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．０１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、４ｍＡの電流が流れる。つまり、第６実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は４倍であった。
第６実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０のそれぞれのスピンと電流の変換効率を１％と仮定した点が第５実施例と異なる。第６実施例のその他の条件は、第５実施例と同じとした。第６実施例では、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．０１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、４ｍＡの電流が流れる。つまり、第６実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は４倍であった。
【0098】
「第７実施例」
第７実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０の形状を変更した点が第６実施例と異なる。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１：Ｙ方向の長さＬ２＝１０：１とした。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３：Ｙ方向の長さＬ４＝１０：１とした。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は１ｋΩとなり、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は１０Ωとなる。第７実施例のその他の条件は、第６実施例と同じとした。第７実施例では、第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に、１ｍＡの電流が流れる。第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．０１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、１Ａの電流が流れる。つまり、第７実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１倍であった。
第７実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０の形状を変更した点が第６実施例と異なる。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１：Ｙ方向の長さＬ２＝１０：１とした。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３：Ｙ方向の長さＬ４＝１０：１とした。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は１ｋΩとなり、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は１０Ωとなる。第７実施例のその他の条件は、第６実施例と同じとした。第７実施例では、第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に、１ｍＡの電流が流れる。第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．０１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、１Ａの電流が流れる。つまり、第７実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１倍であった。
【0099】
「第８実施例」
第８実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０の形状を変更した点が第１実施例と異なる。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１：Ｙ方向の長さＬ２＝１：１００とした。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３：Ｙ方向の長さＬ４＝１：１００とした。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は０．１Ωとなり、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は１ｋΩとなる。第８実施例のその他の条件は、第１実施例と同じとした。第８実施例では、第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に、１０Ａの電流が流れる。第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、０．１ｍＡの電流が流れる。つまり、第８実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１／１００００倍であった。
第８実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０の形状を変更した点が第１実施例と異なる。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１：Ｙ方向の長さＬ２＝１：１００とした。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３：Ｙ方向の長さＬ４＝１：１００とした。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は０．１Ωとなり、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は１ｋΩとなる。第８実施例のその他の条件は、第１実施例と同じとした。第８実施例では、第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に、１０Ａの電流が流れる。第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、０．１ｍＡの電流が流れる。つまり、第８実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１／１００００倍であった。
【0100】
「第９実施例」
第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さを１００μｍ、Ｙ方向の長さを１μｍ、Ｚ方向の厚さを１ｎｍ、材料をＴａとして、抵抗率を１２ｍΩｃｍとした。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は、２４００Ωである。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に１Ｖの電圧を印加すると、第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に０．４１７ｍＡの電流が流れる。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さを１μｍ、Ｙ方向の長さを１００μｍ、Ｚ方向の厚さを１ｎｍとした。第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０とは同じ材料からなるとし、それぞれのスピンと電流の変換効率を１０％と仮定した。第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は、０．２４Ωである。第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向には、０．１Ｖの電位差が生じ、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向に４１７ｍＡの電流が流れる。第９実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１０００倍であった。
第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さを１００μｍ、Ｙ方向の長さを１μｍ、Ｚ方向の厚さを１ｎｍ、材料をＴａとして、抵抗率を１２ｍΩｃｍとした。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は、２４００Ωである。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に１Ｖの電圧を印加すると、第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に０．４１７ｍＡの電流が流れる。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さを１μｍ、Ｙ方向の長さを１００μｍ、Ｚ方向の厚さを１ｎｍとした。第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０とは同じ材料からなるとし、それぞれのスピンと電流の変換効率を１０％と仮定した。第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は、０．２４Ωである。第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向には、０．１Ｖの電位差が生じ、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向に４１７ｍＡの電流が流れる。第９実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１０００倍であった。
【0101】
「第１０実施例」
第１０実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０のそれぞれのスピンと電流の変換効率を１％と仮定した点が第９実施例と異なる。第１０実施例のその他の条件は、第９実施例と同じとした。第９実施例では、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．０１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、４１．７ｍＡの電流が流れる。つまり、第１０実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１００倍であった。
第１０実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０のそれぞれのスピンと電流の変換効率を１％と仮定した点が第９実施例と異なる。第１０実施例のその他の条件は、第９実施例と同じとした。第９実施例では、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．０１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、４１．７ｍＡの電流が流れる。つまり、第１０実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１００倍であった。
【0102】
「第１１実施例」
第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さを１００μｍ、Ｙ方向の長さを１μｍ、Ｚ方向の厚さを５ｎｍ、材料をＴａとして、抵抗率を１２ｍΩｃｍとした。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は、２４００Ωである。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に１Ｖの電圧を印加すると、第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に０．４１７ｍＡの電流が流れる。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さを１μｍ、Ｙ方向の長さを１００μｍ、Ｚ方向の厚さを５ｎｍとした。第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０とは同じ材料からなるとし、それぞれのスピンと電流の変換効率を１０％と仮定した。第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は、０．２４Ωである。第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向には、０．００１Ｖの電位差が生じ、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向に４．１７ｍＡの電流が流れる。第１１実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１０倍であった。
第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さを１００μｍ、Ｙ方向の長さを１μｍ、Ｚ方向の厚さを５ｎｍ、材料をＴａとして、抵抗率を１２ｍΩｃｍとした。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は、２４００Ωである。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に１Ｖの電圧を印加すると、第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に０．４１７ｍＡの電流が流れる。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さを１μｍ、Ｙ方向の長さを１００μｍ、Ｚ方向の厚さを５ｎｍとした。第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０とは同じ材料からなるとし、それぞれのスピンと電流の変換効率を１０％と仮定した。第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は、０．２４Ωである。第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向には、０．００１Ｖの電位差が生じ、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向に４．１７ｍＡの電流が流れる。第１１実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１０倍であった。
【0103】
「第１２実施例」
第１２実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０のそれぞれのスピンと電流の変換効率を１％と仮定した点が第１１実施例と異なる。第１２実施例のその他の条件は、第１１実施例と同じとした。第１２実施例では、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．００１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、０．４１７ｍＡの電流が流れる。つまり、第１２実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１倍であった。
第１２実施例では、第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０のそれぞれのスピンと電流の変換効率を１％と仮定した点が第１１実施例と異なる。第１２実施例のその他の条件は、第１１実施例と同じとした。第１２実施例では、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．００１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、０．４１７ｍＡの電流が流れる。つまり、第１２実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１倍であった。
【0104】
「第１３実施例」
第１３実施例は、第１スピン軌道トルク配線層１０のＹ方向の長さを０．１μｍとし、第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さを０．１μｍとした点が、第１２実施例と異なる。第１３実施例におけるその他の条件は、第１２実施例と同じとした。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は、２４０００Ωである。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に０．１Ｖの電圧を印加すると、第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に０．０４１７ｍＡの電流が流れる。第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は、０．２４Ωである。第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向には、０．００１Ｖの電位差が生じ、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向に０.４１７ｍＡの電流が流れる。第１３実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１０倍であった。
第１３実施例は、第１スピン軌道トルク配線層１０のＹ方向の長さを０．１μｍとし、第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さを０．１μｍとした点が、第１２実施例と異なる。第１３実施例におけるその他の条件は、第１２実施例と同じとした。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は、２４０００Ωである。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に０．１Ｖの電圧を印加すると、第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向に０．０４１７ｍＡの電流が流れる。第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は、０．２４Ωである。第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向には、０．００１Ｖの電位差が生じ、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向に０.４１７ｍＡの電流が流れる。第１３実施例に係るスピン変換器の電流増幅率は１０倍であった。
【0105】
「第１４実施例」
第１４実施例では、図１に示す素子構造のスピン変換器を想定した。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１：Ｙ方向の長さＬ２＝１００：１とした。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３：Ｙ方向の長さＬ４＝１００：１とした。第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０とは同じ材料からなるとし、それぞれのスピンと電流の変換効率を１０％と仮定した。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は１ｋΩとし、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は０．１Ωとした。第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に１Ｖの電圧を印加した。第１端ｅ１と第２端ｅ２との間には、１ｍＡの電流が流れる。この際、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、１０μＶの電位差が生じた。つまり、第１４実施例に係るスピン変換器は、１Ｖの電位差を１０μＶに変換しており、電圧増幅率は１／１００００倍であった。
第１４実施例では、図１に示す素子構造のスピン変換器を想定した。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１：Ｙ方向の長さＬ２＝１００：１とした。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３：Ｙ方向の長さＬ４＝１００：１とした。第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０とは同じ材料からなるとし、それぞれのスピンと電流の変換効率を１０％と仮定した。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は１ｋΩとし、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は０．１Ωとした。第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に１Ｖの電圧を印加した。第１端ｅ１と第２端ｅ２との間には、１ｍＡの電流が流れる。この際、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、１０μＶの電位差が生じた。つまり、第１４実施例に係るスピン変換器は、１Ｖの電位差を１０μＶに変換しており、電圧増幅率は１／１００００倍であった。
【0106】
「第１５実施例」
第１５実施例では、図１に示す素子構造のスピン変換器を想定した。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１：Ｙ方向の長さＬ２＝１：１００とした。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３：Ｙ方向の長さＬ４＝１：１００とした。第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０とは同じ材料からなるとし、それぞれのスピンと電流の変換効率を１０％と仮定した。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は１ｋΩとし、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は１ｋΩとした。第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に１Ｖの電圧を印加した。第１端ｅ１と第２端ｅ２との間には、１０Ａの電流が流れる。この際、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、１ｋＶの電位差が生じた。つまり、第１５実施例に係るスピン変換器は、１Ｖの電位差を１ｋＶに変換しており、電圧増幅率は１０００倍であった。
第１５実施例では、図１に示す素子構造のスピン変換器を想定した。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の長さＬ１：Ｙ方向の長さＬ２＝１：１００とした。第２スピン軌道トルク配線層２０のＸ方向の長さＬ３：Ｙ方向の長さＬ４＝１：１００とした。第１スピン軌道トルク配線層１０と第２スピン軌道トルク配線層２０とは同じ材料からなるとし、それぞれのスピンと電流の変換効率を１０％と仮定した。第１スピン軌道トルク配線層１０のＸ方向の抵抗は１ｋΩとし、第２スピン軌道トルク配線層２０のＹ方向の抵抗は１ｋΩとした。第１端ｅ１と第２端ｅ２との間に１Ｖの電圧を印加した。第１端ｅ１と第２端ｅ２との間には、１０Ａの電流が流れる。この際、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間に生じる起電力は０．１Ｖであり、第１端ｅ３と第２端ｅ４との間には、１ｋＶの電位差が生じた。つまり、第１５実施例に係るスピン変換器は、１Ｖの電位差を１ｋＶに変換しており、電圧増幅率は１０００倍であった。
【符号の説明】
【0107】
１０ 第１スピン軌道トルク配線層
２０ 第２スピン軌道トルク配線層
３０ 第１スピン波伝搬層
４１ 第１端子
４２ 第２端子
４３ 第３端子
４４ 第４端子
４５ 第５端子
４６ 第６端子
５０、５１、５２ 電源
６０ 第３スピン軌道トルク配線層
７０ 第２スピン波伝搬層
８０ 接続配線
９０ 絶縁層
１００、１０１、１０２、１０３、１１０、１１１ スピン変換器
ｅ１、ｅ３、ｅ５ 第１端
ｅ２、ｅ４、ｅ６ 第２端
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ２’、Ｉ３ 電流
２０ 第２スピン軌道トルク配線層
３０ 第１スピン波伝搬層
４１ 第１端子
４２ 第２端子
４３ 第３端子
４４ 第４端子
４５ 第５端子
４６ 第６端子
５０、５１、５２ 電源
６０ 第３スピン軌道トルク配線層
７０ 第２スピン波伝搬層
８０ 接続配線
９０ 絶縁層
１００、１０１、１０２、１０３、１１０、１１１ スピン変換器
ｅ１、ｅ３、ｅ５ 第１端
ｅ２、ｅ４、ｅ６ 第２端
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ２’、Ｉ３ 電流
【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】