(57)【要約】【課題】漏れ磁場により安定した形状の磁区を形成することができる技術を提供する。【解決手段】磁壁移動型デバイス１は、データを導入する導入領域１１と、導入領域１１の端部１４に隣接したデータ領域と、を長さ方向に有する少なくとも１つの磁性細線１０と、導入領域１１の端部１３で磁性細線１０に直交するように配置され通電によって発生する磁場Ａにより磁性細線１０の導入領域１１に磁区を形成する直線状の第１導体配線２１と、導入領域１１の端部１４で磁性細線１０に直交するように配置され通電によって発生する磁場Ｂにより磁性細線１０の導入領域１１に磁区を形成する直線状の第２導体配線２２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
データを導入する導入領域と、前記導入領域の他端に隣接したデータ領域と、を長さ方向に有する少なくとも１つの磁性細線と、
前記導入領域の一端で前記磁性細線に直交するように配置され通電によって発生する磁場により前記磁性細線の前記導入領域に磁区を形成する直線状の第１導体配線と、
前記導入領域の前記他端で前記磁性細線に直交するように配置され通電によって発生する磁場により前記磁性細線の前記導入領域に磁区を形成する直線状の第２導体配線と、
を備える磁壁移動型デバイス。
【請求項２】
前記磁性細線と、前記第１導体配線および前記第２導体配線と、の間に絶縁層を備え、
前記第１導体配線および前記第２導体配線は、前記絶縁層に対して同じ側に配置されている請求項１に記載の磁壁移動型デバイス。
【請求項３】
前記第１導体配線の幅および前記第２導体配線の幅は、４０ｎｍ以下であり、
前記第１導体配線と前記第２導体配線との間の距離は、１００ｎｍ以下である請求項１または請求項２に記載の磁壁移動型デバイス。
【請求項４】
前記第１導体配線の幅および前記第２導体配線の幅は、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、
前記第１導体配線と前記第２導体配線との間の距離は、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下である請求項３に記載の磁壁移動型デバイス。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の磁壁移動型デバイスに所定の磁化方向のデータを記録する磁壁移動型デバイスのデータ記録方法であって、
前記第１導体配線に第１方向の電流を流すことで発生する磁場と、前記第２導体配線に前記第１方向とは逆方向である第２方向の電流を流すことで発生する磁場と、により前記磁性細線の前記導入領域に第１磁化方向の磁区を形成する双方向第１磁区形成工程と、
前記第１導体配線に前記第２方向の電流を流すことで発生する磁場と、前記第２導体配線に前記第１方向の電流を流すことで発生する磁場と、により前記磁性細線の前記導入領域に第２磁化方向の磁区を形成する双方向第２磁区形成工程と、
のうちの少なくとも一方の工程を行うデータ記録方法。
【請求項６】
前記双方向第１磁区形成工程または前記双方向第２磁区形成工程に続けて、
前記磁性細線に対して磁壁を駆動するための電流を流すことで当該磁性細線に形成されている磁壁を駆動する磁壁駆動工程をさらに行う請求項５に記載のデータ記録方法。
【請求項７】
前記双方向第１磁区形成工程に続けて、
前記磁性細線に流す磁壁を駆動するための電流に連動させて、前記第２導体配線に電流を流さずに前記第１導体配線に前記第１方向の電流を流すことで発生する磁場により前記磁性細線の前記導入領域に前記第１磁化方向の磁区を形成する一方向第１磁区形成工程をさらに行うか、または、前記双方向第２磁区形成工程に続けて、
前記磁性細線に流す前記磁壁を駆動するための電流に連動させて、前記第２導体配線に電流を流さずに前記第１導体配線に前記第２方向の電流を流すことで発生する磁場により前記磁性細線の前記導入領域に前記第２磁化方向の磁区を形成する一方向第２磁区形成工程をさらに行う請求項５に記載のデータ記録方法。
【請求項８】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の磁壁移動型デバイスと、
前記磁性細線にパルス電流を印加するパルス電流源と、
入力された情報信号を分割し、前記第１導体配線および前記第２導体配線に前記パルス電流を供給すると共に、前記パルス電流源から前記磁性細線への前記パルス電流の供給タイミングを制御する記録系制御部と、を備え、
前記記録系制御部は、
前記第１導体配線に第１方向の電流を流すことで発生する磁場と、前記第２導体配線に前記第１方向とは逆方向である第２方向の電流を流すことで発生する磁場と、により前記磁性細線の前記導入領域に第１磁化方向の磁区を形成する双方向第１磁区形成処理と、
前記第１導体配線に前記第２方向の電流を流すことで発生する磁場と、前記第２導体配線に前記第１方向の電流を流すことで発生する磁場と、により前記磁性細線の前記導入領域に第２磁化方向の磁区を形成する双方向第２磁区形成処理と、
のうちの少なくとも一方を実行する記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁壁移動型デバイスおよびそのデータ記録方法ならびに記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スピントランスファー効果による磁壁の電流駆動現象が注目されている（例えば非特許文献１および非特許文献２参照）。
非特許文献１に記載されたレーストラックメモリは、磁性細線を基板に対して垂直方向にも延伸させたＵ字型の３次元構造を持つメモリである。レーストラックメモリでは、磁性細線に直交するように配置された書き込みヘッドで磁性細線中に磁区を形成し、磁性細線にパルス電流を印加してその位置を動かしてデータを記録する。この書き込みヘッドは、書き込み電流が通電される配線からの漏れ磁場により、磁性細線に所定磁化方向のデータの書き込みを行っている。なお、レーストラックメモリでは、再生時には、読み出したいデータ（磁区）が、磁性細線に直交するように配置された読出しヘッドの直下に来るまで磁性細線にパルス電流を印加して磁区を移動させている。
【０００３】
非特許文献２には、垂直磁化を示す材料としてＣｏ／Ｎｉが積層された磁性細線上に、直交するように、１２μｍの間隔を空けて２本のＴｉ／Ａｕ電極を設けた磁壁移動型デバイスが記載されている。磁性細線において２本の電極間の領域がデータ記録領域となっている。一方の電極は書き込みヘッドとして機能し、他方の電極は読出しヘッドとして機能する。このデバイスでは、一方の電極（書き込みヘッド）に電流を流すことで発生した漏れ磁場を用いることで磁性細線に磁区を書き込む。そして、磁区が書き込まれた磁性細線に電極を介して電流パルスを流すことで、この磁性細線内で磁区を移動させている。非特許文献２には、電流パルスでシフトされる磁区の幅（磁壁間距離）は、５．１±０．９μｍ、あるいは、３．２±０．６μｍであることが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Parkin Stuart S. P.et al.,” Magnetic Domain-Wall Racetrack Memory”, Science, 11 Apr 2008, Vol. 320, Issue 5873, pp. 190-194
【非特許文献２】Chiba D., et al.,” Control of Multiple Magnetic Domain Walls by Current in a Co/Ni Nano-Wire”, Applied Physics Express, June 2010, 073004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
記録トラックとしての磁性細線に対してデータを書き込む配線からの漏れ磁場には磁場の広がりがある。そのため、従来の磁壁移動型デバイスでは、微小な磁区を形成しようとしたときには、安定した形状の磁区を形成することができず、改良の余地があった。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、漏れ磁場により安定した形状の磁区を形成することができる磁壁移動型デバイスおよびそのデータ記録方法ならびに記録装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本願発明者らは、漏れ磁場により磁区を形成する手法において種々検討を行った。その結果、直線状の記録素子に平行に同様の直線状の記録素子を追加する構造を採用したときに、磁壁の形状の乱れが低減された安定した形状の磁区を形成できることを見出した。
そこで、本発明に係る磁壁移動型デバイスは、データを導入する導入領域と、前記導入領域の他端に隣接したデータ領域と、を長さ方向に有する少なくとも１つの磁性細線と、前記導入領域の一端で前記磁性細線に直交するように配置され通電によって発生する磁場により前記磁性細線の前記導入領域に磁区を形成する直線状の第１導体配線と、前記導入領域の前記他端で前記磁性細線に直交するように配置され通電によって発生する磁場により前記磁性細線の前記導入領域に磁区を形成する直線状の第２導体配線と、を備えている。
【０００８】
また、本発明に係るデータ記録方法は、前記磁壁移動型デバイスに所定の磁化方向のデータを記録する磁壁移動型デバイスのデータ記録方法であって、前記第１導体配線に第１方向の電流を流すことで発生する磁場と、前記第２導体配線に前記第１方向とは逆方向である第２方向の電流を流すことで発生する磁場と、により前記磁性細線の前記導入領域に第１磁化方向の磁区を形成する双方向第１磁区形成工程と、前記第１導体配線に前記第２方向の電流を流すことで発生する磁場と、前記第２導体配線に前記第１方向の電流を流すことで発生する磁場と、により前記磁性細線の前記導入領域に第２磁化方向の磁区を形成する双方向第２磁区形成工程と、のうちの少なくとも一方の工程を行う。
【０００９】
また、本発明に係る記録装置は、前記磁壁移動型デバイスと、前記磁性細線にパルス電流を印加するパルス電流源と、入力された情報信号を分割し、前記第１導体配線および前記第２導体配線に前記パルス電流を供給すると共に、前記パルス電流源から前記磁性細線への前記パルス電流の供給タイミングを制御する記録系制御部と、を備え、前記記録系制御部が、前記第１導体配線に第１方向の電流を流すことで発生する磁場と、前記第２導体配線に前記第１方向とは逆方向である第２方向の電流を流すことで発生する磁場と、により前記磁性細線の前記導入領域に第１磁化方向の磁区を形成する双方向第１磁区形成処理と、前記第１導体配線に前記第２方向の電流を流すことで発生する磁場と、前記第２導体配線に前記第１方向の電流を流すことで発生する磁場と、により前記磁性細線の前記導入領域に第２磁化方向の磁区を形成する双方向第２磁区形成処理と、のうちの少なくとも一方を実行する構成を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、以下に示す優れた効果を奏するものである。
磁壁移動型デバイスによれば、磁性細線において第１導体配線と第２導体配線との間の導入領域に磁区を形成できる。したがって、第１導体配線と第２導体配線とを近接させて配置することで容易にサブミクロンオーダーの微小な磁区を形成することができる。
また、磁壁移動型デバイスは、磁性細線において一方の導体配線の直下に一方の磁壁を形成することができ、また、他方の導体配線の直下に他方の磁壁を形成することができる。したがって、微小な磁区を形成しようとしたときに、各導体配線の直下に配置された磁壁の形状をそれぞれ乱れのない安定な形状にすることができる。
また、記録装置およびデータ記録方法は、磁壁移動型デバイスの第１導体配線および第２導体配線に異なる向きの電流を流すことができる。したがって、第１導体配線と第２導体配線との間で、第１導体配線から漏れる磁場と第２導体配線から漏れる磁場とが強め合うので、所定の磁化方向を書き込むために導体配線に流す電流の値を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る磁壁移動型デバイスの模式図であって、（ｂ）は、磁区が形成された磁性細線の模式図である。
【図２】（ａ）−（ｂ）、および（ｃ）−（ｄ）は、それぞれ磁壁移動型デバイスのデータ記録方法の模式的な説明図である。
【図３】（ａ）−（ｂ）、および（ｃ）−（ｄ）は、それぞれ磁壁移動型デバイスのデータ記録方法の別の例の説明図である。
【図４】（ａ）は、比較例に係る磁壁移動型デバイスの模式図であり、（ｂ）は、磁区が形成された磁性細線の模式図である。
【図５】マイクロマグネティックスシミュレーションの計算結果を示す図であって、（ａ）は実施例１を示し、（ｂ）は比較例１を示している。
【図６】（ａ）は磁性細線中の磁壁の位置を示す模式図であって、（ｂ）は磁性細線中の磁区の位置を示す模式図である。
【図７】実施例２についてのマイクロマグネティックスシミュレーションの計算結果を示す図である。
【図８】（ａ）−（ｅ）は、磁壁移動型デバイスのデータ記録方法の模式的な説明図である。
【図９】（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る磁壁移動型デバイスの模式図であり、（ｂ）は、磁区が形成された磁性細線の模式図である。
【図１０】磁壁移動型デバイスを適用した磁性細線メモリを示す模式図である。
【図１１】磁壁移動型デバイスを適用した空間光変調器を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
［磁壁移動型デバイスの構造］
まず、磁壁移動型デバイスの構造について図１（ａ）および図２（ａ）を参照して説明する。磁壁移動型デバイス１は、図示しない基板上に、磁性細線１０と、第１導体配線２１と、第２導体配線２２と、を備えている。磁性細線１０は、第１導体配線２１および第２導体配線２２の上（ｚ方向の正の向き）に設けられている。第１導体配線２１および第２導体配線２２は、磁性細線１０に直交するように配置された直線状の配線である。第１導体配線２１および第２導体配線２２は、通電によって発生する磁場により磁性細線１０に磁区を形成する。
【００１３】
図１（ａ）では、磁性細線１０の長さ方向がｘ方向である。第１導体配線２１および第２導体配線２２の長さ方向がｙ方向である。また、磁性細線１０、第１導体配線２１、第２導体配線２２の厚み方向がｚ方向である。なお、磁性細線１０の幅方向がｙ方向であり、第１導体配線２１および第２導体配線２２の幅方向がｘ方向である。
【００１４】
以下の説明では、ｙ軸の正の方向（第１方向）へ流れる電流が電流Ａであり、ｙ軸の負の方向（第２方向）へ流れる電流が電流Ｂであるものとする。また、電流Ａを流すことで導体配線の周囲に発生する磁場が磁場Ａであり、電流Ｂを流すことで導体配線の周囲に発生する磁場が磁場Ｂであるものとする。
【００１５】
磁性細線１０は、磁性体を厚さおよび幅に対して十分に長い細線状に形成してなる。
磁性細線１０としては、磁化方向が膜厚方向（ｚ方向）に向き易い垂直磁化膜を採用することができる。垂直磁化膜は、垂直磁気異方性の磁気材料で形成される。このような材料としては、公知の強磁性材料を適用できる。具体的には、Ｃｏ等の遷移金属とＰｄ，Ｐｔ，Ｃｕとを繰り返し積層したＣｏ／Ｐｄ多層膜のような多層膜、またＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｇｄ−Ｆｅ等の希土類金属と遷移金属との合金（ＲＥ−ＴＭ合金）、Ｔｂ／Ｃｏなどの希土類多層膜が挙げられる。
【００１６】
これらの材料はスパッタリング法等の公知の方法により成膜され、フォトリソグラフィと、エッチングまたはリフトオフとにより、細線形状に成形されて磁性細線１０となる。本実施形態においては、磁性細線１０は垂直磁気異方性材料であるので、異なる２つの磁化方向とは、上向きまたは下向きのいずれかを指す。以下では、磁性細線１０に形成される下向きの磁化方向を例えば第１磁化方向とも呼び、上向きの磁化方向を例えば第２磁化方向とも呼ぶ。また、下向きの磁化方向を例えばデータ「０」に対応付け、上向きの磁化方向を例えばデータ「１」に対応付けるようにしてもよい。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、磁性細線１０は、長さ方向に、データを導入する導入領域１１と、導入領域１１の端部１４に隣接したデータ領域１２と、を少なくとも備えている。
図２（ａ）に示す例では、磁性細線１０の長さ方向がｘ方向である。この磁性細線１０において図中左側の一部の領域が導入領域１１として利用され、その右側の大部分の領域がデータ領域１２として利用される。導入領域１１とデータ領域１２は、磁性細線１０を形式的に区分するものであり、磁性細線１０は物理的には連続的に形成されている。なお、導入領域１１における図中左側の一端を端部１３、図中右側の他端を端部１４と呼ぶ。導入領域１１は、データとして上向きまたは下向きの所望の磁化方向を書き込む領域である。データ領域１２は、データを記録するための記録領域である。磁性細線１０は、上向きまたは下向きの磁化方向の磁区を導入領域１１に形成され、この磁区が細線の長さ方向に移動してデータ領域１２に到達する。なお、磁性細線１０は、両端に電極を接続するための領域を備えている。これらの電極は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ等の金属やその合金のような一般的な電極用金属材料からなる。
【００１８】
第１導体配線２１および第２導体配線２２は、ｙ方向に延設された直線状の配線である。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、第１導体配線２１は、導入領域１１の端部１３で磁性細線１０に直交するように配置される。また、第２導体配線２２は、導入領域１１の端部１４で磁性細線１０に直交するように配置される。ここでは、磁性細線１０の左端が、導入領域１１の端部１３になっている。
【００１９】
第１導体配線２１および第２導体配線２２の材料としては、一般的な電極材料を適用できる。具体的には、例えば、導電性のよいＣｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｔａ，Ｃｒ等の金属やその合金を挙げることができる。一例としては、各導体配線２１，２２の材料に、Ｃｕを用いることが好適である。各導体配線２１，２２の形成方法としては、例えばスパッタリング法等の公知の方法により電極材料を成膜し、フォトリソグラフィ工程と、エッチングまたはリフトオフ法等の工程とを用いることができる。
【００２０】
第１導体配線２１および第２導体配線２２の幅は、後記するシミュレーション結果から、４０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることがより好ましい。また、第１導体配線２１と第２導体配線２２との間の距離は、後記するシミュレーション結果から、１００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００２１】
図１（ａ）に示す例では、磁壁移動型デバイス１は、磁性細線１０と、第１導体配線２１および第２導体配線２２と、の間に絶縁層３０を備えている。絶縁層３０は、第１導体配線２１および第２導体配線２２と、磁性細線１０とを絶縁するものである。絶縁層３０は、第１導体配線２１および第２導体配線２２上に形成されている。絶縁層３０の上には磁性細線１０が形成されている。すなわち、ｚ方向において、第１導体配線２１と第２導体配線２２とは、絶縁層３０に対して同じ側に配置されている。絶縁層３０を形成する絶縁体は、一般的な絶縁体材料で構成されている。このような材料として、例えばＳｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等の酸化膜や、Ｓｉ3Ｎ4やＭｇＦ2等を挙げることができる。絶縁層３０は、図示しない基板上で安定に支持されていればその形状は図示した平板状に限定されない。第１導体配線２１と第２導体配線２２の間に絶縁材料を充填したり、第１導体配線２１および第２導体配線２２の周囲に絶縁材料を敷き詰めたりすることが好ましい。
【００２２】
［磁壁移動型デバイスのデータ記録方法］
次に、図１（ｂ）および図２（ｂ）を参照して、磁壁移動型デバイス１の磁性細線１０の導入領域１１へのデータの書き込み方法について説明する。
【００２３】
磁性細線１０へデータを書き込むには、記録したい２値情報（０または１）に対応させて上向きまたは下向きの十分な強度の磁界を第１導体配線２１および第２導体配線２２により発生させる。例えば第１導体配線２１および第２導体配線２２から下向きの磁界を発生させた場合、磁性細線１０の導入領域１１が下向きに磁化され、１ビット分の情報が磁区として書き込まれる。
【００２４】
磁壁移動型デバイス１に所定の磁化方向のデータを記録するデータ記録方法は、例えば、双方向第１磁区形成工程を行う。この双方向第１磁区形成工程は、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示すように、第１導体配線２１に電流Ａを流すことで発生する磁場Ａと、第２導体配線２２に電流Ｂを流すことで発生する磁場Ｂと、により磁性細線１０に第１磁化方向（下向き）の磁区を形成する工程である。
【００２５】
ここでは、磁性細線１０に下向きの磁区を形成する前の初期状態では、図２（ａ）に示すように、磁性細線１０の全体に、例えば第２磁化方向（上向き）の磁区が形成されているものとする。図２（ｂ）において、一例として下向きの磁化はドットで示され、図２（ａ）および図２（ｂ）において上向きの磁化は無地で示されている。
【００２６】
磁性細線１０の導入領域１１の端部１３は、図２（ｃ）および図２（ｄ）に示すように、例えば磁性細線１０の左端ではなくてもよい。これらの形態では、導入領域１１の端部１３よりも外側（図２において左側）に磁性細線１０の左端部１５が配置されている。なお、図２（ｄ）において、一例として下向きの磁化はドットで示され、図２（ｃ）および図２（ｄ）において上向きの磁化は無地で示されている。
【００２７】
また、磁壁移動型デバイス１に所定の磁化方向のデータを記録するデータ記録方法は、前記双方向第１磁区形成工程の代わりに、双方向第２磁区形成工程を行うこととしてもよい。この双方向第２磁区形成工程は、第１導体配線２１に電流Ｂを流すことで発生する磁場Ｂと、第２導体配線２２に電流Ａを流すことで発生する磁場Ａと、により磁性細線１０に第２磁化方向（上向きの磁化）の磁区を形成する工程である。
【００２８】
ここでは、磁性細線１０に上向きの磁区を形成する前の初期状態では、図３（ａ）に示すように、磁性細線１０の全体に、例えば第１磁化方向（下向き）の磁区が形成されているものとする。図３（ａ）および図３（ｂ）において、一例として下向きの磁化はドットで示され、図３（ｂ）において上向きの磁化は無地で示されている。
【００２９】
磁性細線１０の導入領域１１の端部１３は、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように、例えば磁性細線１０の左端ではなくてもよい。図３（ｃ）および図３（ｄ）において、一例として下向きの磁化はドットで示され、図３（ｄ）において上向きの磁化は無地で示されている。
【００３０】
［シミュレーション］
本実施形態の磁壁移動型デバイス１の性能を確認するため、磁性細線１０への磁区形成過程のマイクロマグネティックシミュレーションを行った。このとき、下記の第１計算条件でＬＬＧ（Landau-Lifshitz-Gilbert）方程式を用いて計算したものを実施例１とする。
磁壁移動型デバイス１のデータ記録方法では、予め磁性細線１０の全体に第２磁化方向（上向き）の磁区を形成しておいた。その上で、図１（ｂ）に示すように、第１導体配線２１に電流Ａを流すことで発生する磁場Ａと、第２導体配線２２に電流Ｂを流すことで発生する磁場Ｂと、により磁性細線１０に第１磁化方向（下向き）の磁区を形成した。
【００３１】
また、比較のため、第２導体配線２２を備えていない磁壁移動型デバイスにおいて、磁区形成過程を同様の条件で計算したものを比較例１とした。比較例１に係る磁壁移動型デバイス２を図４（ａ）に示す。この磁壁移動型デバイス２は、磁性細線１０と、第１導体配線２１と、絶縁層３０と、を備える。磁壁移動型デバイス２のデータ記録方法では、予め磁性細線１０の全体に第２磁化方向（上向き）の磁区を形成しておいた。その上で、図４（ｂ）に示すように、第１導体配線２１に、例えば電流Ａを流すことで発生する磁場Ａにより磁性細線１０に第１磁化方向（下向き）の磁区を形成した。
【００３２】
［第１計算条件］
（磁性細線の構造）
長さ（ｘ方向）：１．６［μｍ］
幅  （ｙ方向）：６０［ｎｍ］
膜厚（ｚ方向）：１２［ｎｍ］
（磁性細線の磁気特性）
飽和磁化Ｍｓ：０．２５［Ｔ］
異方性磁界Ｈｋ ：８．５［ｋＯｅ］
交換結合係数Ａ：１．２×１０-11［Ｊ／ｍ］
（第１導体配線、第２導体配線の構造）
長さ（ｙ方向）：１．４［μｍ］
幅  （ｘ方向）：４０［ｎｍ］
膜厚（ｚ方向）：４０［ｎｍ］
配線間距離（ｘ方向）Ｓ：１００［ｎｍ］
各導体配線と磁性細線との間の距離（ｚ方向）ｈ：５［ｎｍ］
各導体配線への印加電流：０．５［Ａ］
磁性細線の初期磁化方向：ｚ軸の正の方向（上向き）
なお、１［Ｏｅ］＝１０3／（４π)［Ａ／ｍ］である。
【００３３】
図５（ａ）および図５（ｂ）は、電流を印加して１［ｎｓ］後に、ｚ軸の正の方向から見た、磁性細線１０の磁化状態をそれぞれ示している。
図５（ａ）は、第１導体配線２１に対して、ｙ軸の正の方向へ電流（電流Ａ）を印加した場合における磁性細線１０の磁化状態を示す（比較例１）。
図５（ｂ）は、第１導体配線２１に対して、ｙ軸の正の方向へ電流（電流Ａ）を印加し、かつ、第２導体配線２２に対して、ｙ軸の負の方向へ電流（電流Ｂ）を印加した場合における磁性細線１０の磁化状態を示す（実施例１）。
【００３４】
比較例１および実施例１において、磁性細線１０には、第１導体配線２１の側から、濃色の領域、中間色の細い領域、淡色の幅広い領域が、この順番に表示されている。ここで、濃色の領域は下向き磁区を示している。淡色の幅広い領域は上向き磁区を示している。中間色の細い領域は磁壁を示している。なお、磁性細線１０上のメッシュサイズは４ｎｍとした。
【００３５】
図５（ａ）に示す比較例１では、電流磁界によって第１導体配線２１から見てｘ軸における正の方向の側において、磁性細線１０に下向き磁区（濃色の領域）が形成されることが分かる。ただし、第１導体配線２１からの電流磁界が空間的な分布を持つため、第１導体配線２１から離れた磁壁は揺らぎが大きいことが分かった。
【００３６】
図５（ｂ）に示す実施例１では、第１導体配線２１および第２導体配線２２のそれぞれに電流を逆方向に印加することで、磁性細線１０において第１導体配線２１および第２導体配線２２に挟まれた領域（導入領域）において磁壁の乱れの小さい磁区が形成された。磁壁の乱れが小さくなった理由は、第１導体配線２１および第２導体配線２２から発生する同心円状の磁界によって、それぞれの磁壁が、第１導体配線２１の直下および第２導体配線２２の直下で安定化するためであると考えられる。
【００３７】
図５（ｂ）に示すｘ方向の配線間距離Ｓを小さくすれば、磁壁移動型デバイス１によって形成される磁区の長さをより短くすることが可能である。磁壁移動型デバイス１によって形成される磁区の長さについて図６（ａ）および図６（ｂ）を参照して説明する。図６（ａ）および図６（ｂ）において、濃色の領域は下向き磁区を示している。淡色の幅広い領域は上向き磁区を示している。中間色の細い領域は磁壁を示している。
【００３８】
図６（ａ）に示すように、配線間距離Ｓは、第１導体配線２１と第２導体配線２２とに挟まれた部分の長さを表している。配線間距離Ｓは、微細化技術により、各配線の最小幅と同程度まで、すなわち１０ｎｍ程度まで短縮することが可能である。
図６（ｂ）に示すように、磁区の境界には、所定の厚みを有した磁壁が必要である。磁区の長さ（磁区長Ｌ）は、一方の磁壁の厚み中心から、他方の磁壁の厚み中心までの長さで定義される。つまり、磁区長Ｌは、配線間距離Ｓと、１つの磁壁の厚みとの和で示される。よって、磁区長Ｌの最小値は約１５ｎｍであると見積もることができる。
【００３９】
配線間距離Ｓを実施例１よりも短くした場合のマイクロマグネティックシミュレーションを行った。このとき、下記の第２計算条件でＬＬＧ方程式を用いて計算したものを実施例２とする。
【００４０】
［第２計算条件］
（磁性細線の構造）
長さ（ｘ方向）：１．６［μｍ］
幅  （ｙ方向）：６０［ｎｍ］
膜厚（ｚ方向）：１２［ｎｍ］
（磁性細線の磁気特性）
飽和磁化Ｍｓ：０．２５［Ｔ］
異方性磁界Ｈｋ ：８［ｋＯｅ］
交換結合係数Ａ：１．２×１０-11［Ｊ／ｍ］
（第１導体配線、第２導体配線の構造）
長さ（ｙ方向）：１．４［μｍ］
幅  （ｘ方向）：１０［ｎｍ］
膜厚（ｚ方向）：１０［ｎｍ］
配線間距離（ｘ方向）Ｓ：１０［ｎｍ］
各導体配線と磁性細線との間の距離（ｚ方向）ｈ：５［ｎｍ］
各導体配線への印加電流：０．０１〜０．０３［Ａ］
磁性細線の初期磁化方向：ｚ軸の正の方向（上向き）
なお、１［Ｏｅ］＝１０3／（４π)［Ａ／ｍ］である。
【００４１】
実施例２においても、磁区形成前に、予め磁性細線１０の全体に第２磁化方向（上向き）の磁区を形成しておき、図１（ｂ）に示す電流磁場で磁区を形成した。
図７は、第１導体配線２１に対して、ｙ軸の正の方向の電流（電流Ａ）を印加し、かつ、第２導体配線２２に対して、ｙ軸の負の方向の電流（電流Ｂ）を印加して１［ｎｓ］後に、ｚ軸の正の方向から見た、磁性細線１０の磁化状態を示す（実施例２）。
図７に示すように、配線間距離Ｓを短くした場合にも、第１導体配線２１および第２導体配線２２間に下向き磁区（濃色の領域）が安定に形成できることが分かった。これにより、第１導体配線２１および第２導体配線２２の間の距離Ｓと電流量を調整することで、磁性細線１０中に、乱れの小さい磁区を形成できると考えられる。
【００４２】
次に、図８を参照して、磁壁移動型デバイス１の磁性細線１０のデータ領域１２へのデータの記録方法について説明する。図８（ａ）は、磁壁移動型デバイス１の磁性細線１０の全体に、上向きの磁区を形成した上で（図２（ｃ）参照）、双方向第１磁区形成工程を行うことで磁性細線１０の導入領域１１に、下向きの磁区を形成した状態を示している（図２（ｄ）参照）。なお、図８では、一例として下向きの磁区をドットで示し、上向きの磁区を無地で示している。
【００４３】
磁壁移動型デバイス１のデータ記録方法は、例えば前記双方向第１磁区形成工程に続けて、磁壁駆動工程を行うこともできる。この磁壁駆動工程は、第１導体配線２１および第２導体配線２２への印加電流を止め、図８（ｂ）に示すように、磁性細線１０に対して磁壁を駆動するための電流（電流Ｃ）を流す。詳細には、磁性細線１０の長さ方向にパルス電流（電流Ｃ）を印加すると、負の電荷を持った電子ｅ−が図８において右へ移動し、当該磁性細線１０に形成されている磁壁を駆動する。この磁壁電流駆動現象により、導入領域１１に形成されていた下向き磁区を１ビット分の長さだけ図８において右方向へ高速に駆動（ビットシフト）させることができる。なお、図８ではビットシフトの向きを直感的に理解し易いように電子ｅ−の移動方向を電流Ｃの向きとして図示しているが、パルス電流（電流Ｃ）は電子の移動方向とは逆向きに流す。また、磁壁駆動方向は、電子の移動方向に限定されるものではなく、磁性細線１０の磁性膜を構成する材料によっては、電子の移動方向とは逆方向（電流方向）に磁壁が駆動する場合がある。
【００４４】
上記１回の磁壁駆動工程によって、磁性細線１０のデータ領域１２には、下向き磁区が記録される。また、これにより、磁性細線１０の導入領域１１には、次のデータを記録できるスペースが生じる。そして、図８（ｂ）に示す磁性細線１０の磁化状態から、続けて、上向き磁区を記録したい場合、図８（ｃ）に示すように、再度、磁性細線１０の長さ方向にパルス電流（電流Ｃ）を印加する。これにより、導入領域１１に形成されていた上向き磁区を１ビット分の長さだけビットシフトさせることができる。上記２回の磁壁駆動工程によって、磁性細線１０のデータ領域１２には、右から順に、下向き磁区および上向き磁区が記録される。なお、磁性細線１０の導入領域１１には、次のデータを記録できるスペースが生じる。
【００４５】
次に、図８（ｃ）に示す磁性細線１０の磁化状態に続いて、下向き磁区を記録したい場合、図８（ｄ）に示すように、双方向第１磁区形成工程を再び行う。これにより、磁性細線１０の導入領域１１に、下向きの磁区を形成することができる。
【００４６】
次に、図８（ｄ）に示す磁性細線１０の磁化状態から、続けて、下向き磁区を記録したい場合、磁壁移動型デバイス１のデータ記録方法は、双方向第１磁区形成工程に続けて、例えば図８（ｅ）に示す一方向第１磁区形成工程を行うこともできる。この一方向第１磁区形成工程は、磁性細線１０に流す電流Ｃに連動させて、第２導体配線２２に電流を流さずに第１導体配線２１に電流Ａを流すことで発生する磁場Ａにより磁性細線１０の導入領域１１に第１磁化方向（下向きの磁化）の磁区を形成する工程である。
【００４７】
この一方向第１磁区形成工程によれば、パルス電流（電流Ｃ）を印加することで下向き磁区を１ビット分の長さだけビットシフトさせると共に、導入領域１１に生じた記録スペースには電流磁場（磁場Ａ）により、下向き磁区を形成することができる。上記２回の磁壁駆動工程および一方向第１磁区形成工程によって、磁性細線１０のデータ領域１２には、右から順に、下向き磁区、上向き磁区、および下向き磁区が記録される。以後は同様に磁区形成およびビットシフトを繰り返すことによって、磁性細線１０の長さ方向にシーケンシャルな磁区列のデータを蓄積することができる。磁性細線１０のデータ領域１２は、順次情報をデータ領域１２中にそのままの順番で蓄積することが可能なFirst-in-first-out型のメモリ構成である。
【００４８】
なお、前記磁壁駆動工程等の説明では、一例として、図８（ａ）を参照して磁性細線１０は初期状態で上向きの磁区が形成されているものとして説明したが、これに限らない。例えば、磁壁移動型デバイス１の磁性細線１０の全体に、下向きの磁区を形成した上で（図３（ｃ）参照）、双方向第２磁区形成工程を行うことで磁性細線１０の導入領域１１に、上向きの磁区を形成した状態（図３（ｄ）参照）からでも、前記磁壁駆動工程等を行うことができる。すなわち、双方向第２磁区形成工程に続けて磁壁駆動工程を行うこともできる。
【００４９】
双方向第２磁区形成工程を行う場合、磁壁移動型デバイス１のデータ記録方法は、前記一方向第１磁区形成工程の代わりに、一方向第２磁区形成工程を行うことができる。この一方向第２磁区形成工程は、磁性細線１０に流す電流Ｃに連動させて、第２導体配線２２に電流を流さずに第１導体配線２１に電流Ｂを流すことで発生する磁場Ｂにより磁性細線１０の導入領域１１に第２磁化方向（上向きの磁化）の磁区を形成する工程である。
【００５０】
また、磁壁移動型デバイス１のデータ記録方法は、例えば磁性細線１０の導入領域１１へのデータ書き込みに関して、双方向第１磁区形成工程と双方向第２磁区形成工程の両方を行うこととしてもよい。この場合、初期状態において、磁性細線１０は磁化されていなくてもよいし、あるいは、磁性細線１０において、部分的に上向きの磁化と下向きの磁化とがランダムに配置された状態（ランダム磁化）であっても構わない。
【００５１】
（第２実施形態）
図９（ａ）に示す磁壁移動型デバイス１Ｂは、図示しない基板上に、複数の磁性細線１０と、第１導体配線２１と、第２導体配線２２と、絶縁層３０と、を備える。磁壁移動型デバイス１Ｂは、複数の磁性細線１０を備えている点が図１（ａ）に示す磁壁移動型デバイス１と相違している。磁壁移動型デバイス１Ｂにおいて、磁壁移動型デバイス１と同じ構成には、同じ符号を付して説明を省略する。図９（ａ）には、３個の磁性細線１０を図示しているが、個数は特に限定されない。ｙ方向に隣り合う磁性細線１０は、微小距離だけ離間して配設されている。隣り合う磁性細線１０の間には絶縁層を設けてもよい。
【００５２】
磁壁移動型デバイス１Ｂのデータ記録方法は、一度に複数の磁性細線１０に対して所定の磁化方向の磁区を形成できる点を除いて、磁壁移動型デバイス１のデータ記録方法と同様である。例えば、磁壁移動型デバイス１Ｂのデータ記録方法は、図９（ｂ）に示すように、第１導体配線２１に電流Ａを流すことで発生する磁場Ａと、第２導体配線２２に電流Ｂを流すことで発生する磁場Ｂと、により、一度に複数の磁性細線１０に対して第１磁化方向（下向き）の磁区を形成する工程（双方向第１磁区形成工程）を行う。
【００５３】
また、磁壁移動型デバイス１Ｂのデータ記録方法は、例えば、双方向第１磁区形成工程の代わりに、第１導体配線２１に電流Ｂを流すことで発生する磁場Ｂと、第２導体配線２２に電流Ａを流すことで発生する磁場Ａと、により、一度に複数の磁性細線１０に対して第２磁化方向（上向き）の磁区を形成する工程（双方向第２磁区形成工程）を行うこととしてもよい。さらに、磁壁移動型デバイス１Ｂのデータ記録方法は、双方向第１磁区形成工程と双方向第２磁区形成工程の両方を行うこととしてもよい。
【００５４】
また、磁壁移動型デバイス１Ｂのデータ記録方法は、双方向第１磁区形成工程または双方向第２磁区形成工程に続けて、前記した磁壁駆動工程を行うことができる。磁壁駆動工程は、磁性細線１０ごとに行うことができる。
また、磁壁移動型デバイス１Ｂのデータ記録方法は、双方向第１磁区形成工程に続けて、前記した一方向第１磁区形成工程を行うこととしてもよい。
また、磁壁移動型デバイス１Ｂのデータ記録方法は、双方向第２磁区形成工程に続けて、前記した一方向第２磁区形成工程を行うこととしてもよい。
第２実施形態では、一方向第１磁区形成工程または一方向第２磁区形成工程は、一度に複数の磁性細線１０に対して所定の磁化方向の磁区を形成する工程である。
【００５５】
前記実施形態に係る磁壁移動型デバイス１，１Ｂは、磁性細線１０と、第１導体配線２１および第２導体配線２２と、の間に絶縁層３０を備える形態で説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、平板状の絶縁層３０を有する代わりに、第１導体配線２１および第２導体配線２２に絶縁被膜を設けることもできる。
【００５６】
［磁壁移動型デバイスの適用例］
（磁性細線メモリ）
磁壁移動型デバイス１，１Ｂは、例えば磁性細線メモリに適用することができる。図１０に示す記録再生装置１００は、図示しない基板上に設けられた磁性細線メモリ１１０と、パルス電流源１２０と、を備え、磁性細線メモリ１１０への情報の記録処理や磁性細線メモリ１１０から情報を読み出す再生処理を行う。磁性細線メモリ１１０は、データの記録トラックとしての複数の磁性細線１０と、第１導体配線２１および第２導体配線２２と、再生用の磁気ヘッド（再生ヘッド）４０と、を備えている。ここで、複数の磁性細線１０と、第１導体配線２１および第２導体配線２２と、によって磁壁移動型デバイス１Ｂが構成されている。なお、図１０では、絶縁層３０を省略している。
【００５７】
磁性細線メモリ１１０は、不図示の基板上に複数の磁性細線１０を備えている。ここで、磁性細線１０は、予め例えば上向きに磁化しておく。また、隣接する磁性細線１０は、互いに不図示の絶縁層を挟み、微小距離だけ離間して配設されている。各磁性細線１０は、第２導体配線２２から、第１導体配線２１とは反対側に所定距離だけ離れた所定位置に再生ヘッド４０を有している。再生ヘッド４０は、直下の磁区から生じた漏えい磁束の方向を検出し、磁化の向きに対応した信号を出力する。
【００５８】
各磁性細線１０は、パルス電流源１２０に接続されている。各磁性細線１０には、図１０において右から左にパルス電流が流される。パルス電流を流す方向とは逆向き（図１０において左から右）に電子が移動する。電子の移動方向と磁区Ｄの移動方向とは同じ向き（図１０において左から右）である。これにより、磁区Ｄを再生ヘッド４０に対向する位置に高速でシフト移動させて読出しを行うように構成されている。なお、磁性細線１０の磁性膜を構成する材料によっては、電子の移動方向とは逆方向（電流方向）に磁壁が駆動する場合がある。
【００５９】
また、図１０に示すように、記録再生装置１００は、記録系制御部１３０と、再生系制御部１４０と、を備える。記録系制御部１３０は、入力された情報信号を分割し、分割された単位情報を各磁性細線１０に記録するために、第１導体配線２１および第２導体配線２２に電流を供給すると共に、パルス電流源１２０から各磁性細線１０へのパルス電流の供給タイミングを制御する。再生系制御部１４０は、各再生ヘッド４０で得られた情報信号を合成して信号を復元し、外部に出力する。
【００６０】
記録再生装置１００が、磁性細線メモリ１１０へデータを記録する手順は、図８を参照して説明した記録手順と同様なので、ここでは説明を省略する。
なお、記録再生装置１００は、再生系制御部１４０を除く構成の記録装置１０１を備えている。すなわち、記録装置１０１は、磁性細線メモリ１１０と、パルス電流源１２０と、記録系制御部１３０と、を備え、磁性細線メモリ１１０への情報の記録処理を行うことができる。
【００６１】
記録再生装置１００が、磁性細線メモリ１１０に記録されている情報を再生するには、磁性細線１０に連続的にパルス電流を印加して、記録された磁区列を再生ヘッド４０の直下まで移動させる。これにより、再生ヘッド４０は直下の磁区から生じた漏えい磁束の方向を検出し、磁化の向きに対応した信号を出力する。以後は、同様にビットシフト（磁壁駆動）および再生ヘッド４０による磁区の検出を繰り返すことにより、元の２値情報を再生する。このような磁性細線１０を複数用意し、それらを同期させて駆動することで、磁性細線メモリ１１０は高速記録を実現する。
【００６２】
（空間光変調器）
磁壁移動型デバイス１，１Ｂは、例えば空間光変調器に適用することができる。図１１は、磁壁移動型デバイス１を用いた空間光変調器２００の構成を示す説明図である。この空間光変調器２００は、不図示の基板上に第１導体配線２１および第２導体配線２２と、絶縁層３０と、磁性細線１０と、偏光フィルタ２０１，２０２と、を備えている。なお、磁性細線１０と、第１導体配線２１および第２導体配線２２と、絶縁層３０と、によって磁壁移動型デバイス１が構成されている。
【００６３】
空間光変調器２００では、磁性細線１０にデータを記録するために、図１０に示す記録装置１０１と同様の構成の記録装置を用いることができる。不図示の記録装置は、磁壁移動型デバイス１と、パルス電流源１２０と、記録系制御部１３０（図１０参照）と、を備えている。
磁性細線１０は、パルス電流源１２０に接続されている。磁性細線１０には、図１１において右から左にパルス電流が流される。パルス電流を流す方向とは逆向き（図１１において左から右）に電子が移動することで、磁壁が電子の移動方向に駆動する。なお、磁性細線１０の磁性膜を構成する材料によっては、電子の移動方向とは逆方向（電流方向）に磁壁が駆動する場合がある。
記録系制御部１３０は、空間光変調器２００で所定の明暗像を表示するためのデータを磁性細線１０に記録する処理を行う。なお、磁性細線１０へデータを記録する手順は、図８を参照して説明した記録手順と同様なので、ここでは説明を省略する。
【００６４】
一例として図１１に示すように磁性細線１０に、長さ方向の右から順に、「下向き、下向き、下向き、上向き、上向き」のデータがそれぞれ記録されているものとする。この場合の空間光変調器２００の動作は次の通りである。例えばレーザー光源等の光源３００から空間光変調器２００に照射された光は、様々な偏光成分を含んでいるが偏光フィルタ２０１を透過して１つの偏光成分の光３０１となり、磁性細線１０に入射する。磁性細線１０で反射した光のうち、特定の偏光３０２は、偏光フィルタ２０２で遮光される。また、磁性細線１０で反射した光のうち他の光３０３は、偏光フィルタ２０２を透過する。
【００６５】
詳細には、磁性細線１０に入射した光３０１は、磁性細線１０で反射したときに、その偏光の向きが、磁気光学効果により回転する（旋光する）。図１１においては、磁性細線１０の上向きの磁化方向を示す領域で反射した光３０３は、入射光３０１に比べて＋θKだけ旋光する。また、磁性細線１０の下向きの磁化方向を示す領域で反射した光３０２は、入射光３０１と比べて−θKだけ旋光する。したがって、空間光変調器２００は、明暗像を表示することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１、１Ｂ  磁壁移動型デバイス
１０    磁性細線
１１    導入領域
１２    データ領域
１３，１４  導入領域における端部
１５    左端部
２１    第１導体配線
２２    第２導体配線
３０    絶縁層
４０    再生用の磁気ヘッド（再生ヘッド）
１００  記録再生装置
１０１  記録装置
１１０  磁性細線メモリ
１２０  パルス電流源
１３０  記録系制御部
１４０  再生系制御部
２００  空間光変調器
２０１  偏光フィルタ
２０２  偏光フィルタ
３００  光源
３０１  入射光
３０２  偏光
３０３  反射光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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