(57)【要約】【課題】駆動電流の増加をともなうことなく、開口率の向上が可能な、磁壁移動型空間光変調素子、および当該素子を用いた磁壁移動型空間光変調器を提供すること。【解決手段】磁壁移動型空間光変調素子において、電極をスルーホール電極にするとともに、光変調部の上部に透明電極を配置した光変調体を複数備えさせる。具体的には、第１強磁性交換結合部Ａでは、第１強磁性層５０１、５０２と第２強磁性層５０４ａ、５０４ｂとの間に、スルーホール電極５１１、５１４を配置し、第２強磁性交換結合部Ｂでは、第２強磁性層５０４ａ、５０４ｂと透明電極層５１０との間に、スルーホール電極５１２、５１３を配置する。【選択図】図５Ｂ
2020160220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調部と、
前記光変調部の両端に配置され、互いに異なる保磁力を有する、第１強磁性交換結合部と第２強磁性交換結合部と、
を有する光変調体を複数備える磁壁移動型空間光変調素子であって、
前記第１強磁性交換結合部および前記第２強磁性交換結合部はいずれも、
強磁性材料からなる第１強磁性層と、
前記第１強磁性層上に形成され、強磁性材料からなることで前記第１強磁性層と強磁性交換結合する第２強磁性層と、
スルーホール電極と、を備え、
前記第２強磁性層の前記第１強磁性層とは反対の面には、透明電極層を備え、
前記第１強磁性交換結合部では、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に、前記スルーホール電極が配置され、
前記第２強磁性交換結合部では、前記第２強磁性層と前記透明電極層との間に、前記スルーホール電極が配置されている、磁壁移動型空間光変調素子。
【請求項２】
前記光変調部は、略長方形であり、長辺が略平行に配置され、かつ、隣り合った前記光変調体では、前記第１強磁性交換結合部と前記第２強磁性交換結合部とが交互に配置されており、
隣り合った前記光変調体において、前記第１強磁性交換結合部および前記第２強磁性交換結合部の前記第１強磁性層は、共有されている、請求項１に記載の磁壁移動型空間光変調素子。
【請求項３】
入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調部と、
互いに異なる保磁力を有する、第１強磁性交換結合部と第２強磁性交換結合部と、
を有する光変調体を備える磁壁移動型空間光変調素子であって、
前記磁壁移動型空間光変調素子では、
２つの前記第１強磁性交換結合部が前記光変調部の両端に配置されるとともに、１つの前記第２強磁性交換結合部が前記２つの前記第１強磁性交換結合部間に介在して配置されるか、
２つの前記第２強磁性交換結合部が前記光変調部の両端に配置されるとともに、１つの前記第１強磁性交換結合部が前記２つの前記第２強磁性交換結合部間に介在して配置されており、
前記第１強磁性交換結合部および前記第２強磁性交換結合部はいずれも、
強磁性材料からなる第１強磁性層と、
前記第１強磁性層上に形成され、強磁性材料からなることで前記第１強磁性層と強磁性交換結合する第２強磁性層と、
スルーホール電極と、を備え、
前記第２強磁性層の前記第１強磁性層とは反対の面には、透明電極層を備え、
前記第１強磁性交換結合部では、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に、前記スルーホール電極が配置され、
前記第２強磁性交換結合部では、前記第２強磁性層と前記透明電極層との間に、前記スルーホール電極が配置されている、磁壁移動型空間光変調素子。
【請求項４】
前記磁壁移動型空間光変調素子は、複数の前記光変調体を備え、
前記光変調部は、略長方形であり、長辺が略平行に配置され、かつ、隣り合った列の前記光変調体では、前記第１強磁性交換結合部と前記第２強磁性交換結合部とが交互に配置されており、
隣り合った列の前記光変調体において、前記第１強磁性交換結合部および前記第２強磁性交換結合部の前記第１強磁性層は、共有されている、請求項３に記載の磁壁移動型空間光変調素子。
【請求項５】
複数の請求項１〜４いずれかに記載の磁壁移動型空間光変調素子を備える磁壁移動型空間光変調器であって、
複数の前記磁壁移動型空間光変調素子が、第１方向と、前記第１方向に直交する第２方向と、に格子状に整列して配置される、磁壁移動型空間光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視域の広い立体ホログラフィ用空間光変調器として有望な、磁壁移動により光変調領域の磁区構造を制御することで、光の明暗を表示する磁気光学式空間光変調器（以下、「磁壁移動型空間光変調器」と言う。）を構成する磁壁移動型空間光変調素子、および当該磁壁移動型空間光変調素子を備える磁壁移動型空間光変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体ホログラフィにおいて実用に足る３０度以上の視域を確保するためには、表示装置である空間光変調器（ＳＬＭ）の画素ピッチを１ミクロン以下にする必要がある。液晶やデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等、既存のＳＬＭは、画素ピッチが５ミクロン程度であり、これ以上の微細化は困難な状況にある。
【０００３】
一方で、画素の書き換えにスピン注入磁化反転や磁壁移動を用いた磁気光学式空間光変調器（ＭＯＳＬＭ）は、光利用効率や動作電流等の観点で性能改善の必要はあるものの、１ミクロン程度の画素ピッチを実現することができる（特許文献１参照）。
【０００４】
ＭＯＳＬＭは、磁化の向きに応じた光の偏光面の回転を明暗に割り当てることにより、光の変調を実現するデバイスである。ここで、出願人が提案済みである磁壁移動型ＳＬＭは、光変調層の両端に磁化固定層を配した構造により、光変調層に流す電流の向きによって磁区の拡大・縮小を制御することができる（特許文献２参照）。
【０００５】
磁壁移動型ＳＬＭは、スピン注入磁化反転を用いたＭＯＳＬＭに比べて、低消費電力が期待できる。一方で、光変調層と両端の磁化固定層（第１磁化固定層および第２磁化固定層）という３種類の強磁性層に、十分な保磁力差を与える必要があるとともに、複雑なデバイス構造を精密に作製する必要がある等、１ミクロン以下を前提とする１画素内で、高度なデバイス設計を実現する必要がある。
【０００６】
ここで、磁化固定層１と磁化固定層２の保磁力に差を設計するためには、両者に、保磁力の異なる材料や層構成の強磁性部材を適用するか、片方の磁化固定層のみに、イオンビームを照射する方法等が考えられる。しかしながらこれらの形成プロセスは、手順が複雑になることに加え、微細加工に高精度な位置合わせが要求される。
【０００７】
これに対して、出願人が提案済みである磁壁移動型ＳＬＭは、特定の構造を有する２つの磁化固定層を一度のプロセスで形成し、磁化固定層１と磁化固定層２との間に保磁力差を与える（特許文献３および４参照）。そして、このような構成とすることで、作製手順を簡易化し、高精度な位置合わせの回数を省略することができるため、作製が困難であった磁壁移動型ＳＬＭを、比較的容易に作製することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−１４１４０２号公報
【特許文献２】特願２０１７−１０９４７８号明細書
【特許文献３】特願２０１８−１１５８８１号明細書
【特許文献４】特願２０１８−１２７４８９号明細書
【特許文献５】特開２０１７−１６７４３０号公報
【特許文献６】特開２００５−１９１０３２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａ．  Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，  Ｔ．  Ｏｎｏ，  Ｓ．  Ｎａｓｕ，  Ｋ．  Ｍｉｙａｋｅ，  Ｋ．  Ｍｉｂｕ，  ａｎｄ  Ｔ．  Ｓｈｉｎｊｏ，  “Ｒｅａｌ−Ｓｐａｃｅ  Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｄｒｉｖｅｎ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｗａｌｌ  Ｍｏｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｗｉｒｅｓ”，  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｕｎｉｔｅｄ  Ｓｔａｔｅｓ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，  Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，  ２０  Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２００４，  Ｖｏｌｕｍｅ  ９２，  Ｎｕｍｂｅｒ  ７，  ｐｐ．０７７２０５−１−０７７２０５−４
【非特許文献２】Ｋ．  Ａｏｓｈｉｍａ，  Ｒ．  Ｅｂｉｓａｗａ，  Ｎ．  Ｆｕｎａｂａｓｈｉ，  Ｋ．  Ｋｕｇａ，  ａｎｄ  Ｋ．  Ｍａｃｈｉｄａ，  “Ｃｕｒｒｅｎｔ−ｉｎｄｕｃｅｄ  ｄｏｍａｉｎ−ｗａｌｌ  ｍｏｔｉｏｎ  ｉｎ  ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ｎａｎｏｗｉｒｅｓ  ｗｉｔｈ  ｖａｒｉｏｕｓ  Ｇｄ−Ｆｅ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｌｉｇｈｔ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  Ｊａｐａｎ，  Ｔｈｅ  Ｊａｐａｎ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  ７  Ａｕｇｕｓｔ  ２０１８，  Ｖｏｌｕｍｅ  ５７，  ｐｐ．０９ＴＣ０３−１−０９ＴＣ０３−４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
磁壁移動型ＳＬＭは、開口率を向上させることで、有効な光変調領域が増加するため、より明るい立体像を再生することが可能となる。
【００１１】
ここで、磁壁移動型空間光変調器の１画素は、磁化固定層と光変調層とからなる磁壁移動型空間光変調素子であるが、開口率を向上させるために光変調層の幅を広げると、駆動電流が増加する。これに対して、光変調層を画素内で細長く配置することで、駆動電流の増加を抑制しつつ、開口率を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【００１２】
しかしながら、長方形以外の形状となる光変調層は、磁壁がトラップされることが知られている（特許文献６）。また、磁壁の移動距離と駆動電流密度とは比例する（非特許文献１、２）ため、光変調層を細長く配置したことによる低電流化の効果は、限定的なものであった。
【００１３】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動電流の増加をともなうことなく、開口率の向上が可能な、磁壁移動型空間光変調器を構成するための磁壁移動型空間光変調素子、および当該磁壁移動型空間光変調素子を備える磁壁移動型空間光変調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を行った。そして、磁壁移動型空間光変調器を構成する磁壁移動型空間光変調素子において、電極をスルーホール電極にするとともに、光変調部の上部に透明電極を配置した光変調体を複数備えさせれば、磁壁の移動距離を短くすることができ、その結果、駆動電流密度が小さい素子を形成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１５】
（１）  すなわち本発明は、入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調部（例えば、後述の光変調部Ｃ）と、前記光変調部の両端に配置され、互いに異なる保磁力を有する、第１強磁性交換結合部（例えば、後述の第１強磁性交換結合部Ａ）と第２強磁性交換結合部（例えば、後述の第２強磁性交換結合部Ｂ）と、を有する光変調体を複数備える磁壁移動型空間光変調素子であって、前記第１強磁性交換結合部および前記第２強磁性交換結合部はいずれも、強磁性材料からなる第１強磁性層（例えば、後述の第１強磁性層５０１、５０２）と、前記第１強磁性層上に形成され、強磁性材料からなることで前記第１強磁性層と強磁性交換結合する第２強磁性層（例えば、後述の第２強磁性層５０４ａ、５０４ｂ）と、スルーホール電極（例えば、後述のスルーホール電極５１１、５１２、５１３、５１４）と、を備え、前記第２強磁性層の前記第１強磁性層とは反対の面には、透明電極層（例えば、後述の透明電極層５１０）を備え、前記第１強磁性交換結合部では、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に、前記スルーホール電極が配置され、前記第２強磁性交換結合部では、前記第２強磁性層と前記透明電極層との間に、前記スルーホール電極が配置されている、磁壁移動型空間光変調素子である。
【００１６】
（２）  （１）の磁壁移動型空間光変調素子において、前記光変調部は、略長方形であり、長辺が略平行に配置され、かつ、隣り合った前記光変調体では、前記第１強磁性交換結合部と前記第２強磁性交換結合部とが交互に配置されており、隣り合った前記光変調体において、前記第１強磁性交換結合部および前記第２強磁性交換結合部の前記第１強磁性層は、共有されていてもよい。
【００１７】
（３）  また別の本発明は、入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調部（例えば、後述の光変調部Ｃ）と、互いに異なる保磁力を有する、第１強磁性交換結合部（例えば、後述の第１強磁性交換結合部Ａ）と第２強磁性交換結合部（例えば、後述の第２強磁性交換結合部Ｂ）と、を有する光変調体を備える磁壁移動型空間光変調素子であって、前記磁壁移動型空間光変調素子では、２つの前記第１強磁性交換結合部が前記光変調部の両端に配置されるとともに、１つの前記第２強磁性交換結合部が前記２つの前記第１強磁性交換結合部間に介在して配置されるか、２つの前記第２強磁性交換結合部が前記光変調部の両端に配置されるとともに、１つの前記第１強磁性交換結合部が前記２つの前記第２強磁性交換結合部間に介在して配置されており、前記第１強磁性交換結合部および前記第２強磁性交換結合部はいずれも、強磁性材料からなる第１強磁性層（例えば、後述の第１強磁性層６０１a、６０１ｂ、６０２）と、前記第１強磁性層上に形成され、強磁性材料からなることで前記第１強磁性層と強磁性交換結合する第２強磁性層（例えば、後述の第２強磁性層６０４a、６０４ｂ、６０４ｃ、６０４ｄ）と、スルーホール電極（例えば、後述のスルーホール電極６１１、６１２、６１３、６１４、６１５、６１６、６１７）と、を備え、前記第２強磁性層の前記第１強磁性層とは反対の面には、透明電極層（例えば、後述の透明電極層６１０ａ、６１０ｂ）を備え、前記第１強磁性交換結合部では、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に、前記スルーホール電極が配置され、前記第２強磁性交換結合部では、前記第２強磁性層と前記透明電極層との間に、前記スルーホール電極が配置されている、磁壁移動型空間光変調素子である。
【００１８】
（４）  （３）の磁壁移動型空間光変調素子において、前記磁壁移動型空間光変調素子は、複数の前記光変調体を備え、前記光変調部は、略長方形であり、長辺が略平行に配置され、かつ、隣り合った列の前記光変調体では、前記第１強磁性交換結合部と前記第２強磁性交換結合部とが交互に配置されており、隣り合った列の前記光変調体において、前記第１強磁性交換結合部および前記第２強磁性交換結合部の前記第１強磁性層は、共有されていてもよい。
【００１９】
（５）  また別の本発明は、複数の（１）〜（４）いずれかの磁壁移動型空間光変調素子を備える磁壁移動型空間光変調器であって、複数の前記磁壁移動型空間光変調素子が、第１方向と、前記第１方向に直交する第２方向と、に格子状に整列して配置される、磁壁移動型空間光変調器である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の磁壁移動型空間光変調器は、駆動電流の増加をともなうことなく、開口率の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調素子の斜視図である。
【図１Ｂ】特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調素子の動作を示す図である。
【図１Ｃ】特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器の上面図である。
【図２Ａ】特許文献３に記載の磁壁移動型空間光変調器の上面図である。
【図２Ｂ】特許文献３に記載の磁壁移動型空間光変調器の上面図である。
【図３】特許文献４に記載の磁壁移動型空間光変調器の上面図である。
【図４Ａ】特許文献５に記載の磁壁移動型空間光変調素子の上面図である。
【図４Ｂ】特許文献５に記載の磁壁移動型空間光変調素子の上面図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子の上面図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子の断面図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子の断面図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子の上面図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子の断面図である。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の磁壁移動型空間光変調素子は、特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器９０（図１Ａ〜図１Ｃに示す）、特許文献３に記載の磁壁移動型空間光変調器１００および２００（図２Ａ〜図２Ｂに示す）、および特許文献４に記載の磁壁移動型空間光変調器４００（図３に示す）と、同様のメカニズムによる共通した構成を有している。
【００２３】
このため、本発明の磁壁移動型空間光変調素子については、特許文献２〜４に記載された磁壁移動型空間光変調素子および磁壁移動型光変調器に関する説明を交えながら、詳細に説明する。なお、説明の便宜上、図中の上下左右を、磁壁移動型空間光変調素子の上下左右として説明する。
【００２４】
＜磁気特性＞
磁壁移動型空間光変調素子の磁気特性について、特許文献２に記載された磁壁移動型空間光変調素子９１を用いて説明する。
【００２５】
図１Ａは、特許文献２に記載された磁壁移動型空間光変調器を構成する磁壁移動型空間光変調素子の斜視図である。図１Ｂは、特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器を構成する磁壁移動型空間光変調素子の動作を示す図である。図１Ｃは、特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器の上面図である。なお、図１Ａおよび図１Ｂ中の矢印は、磁化方向の向きを示している。
【００２６】
特許文献２に記載された磁壁移動型空間光変調器９０は、磁壁移動を利用した磁壁移動型空間光変調素子９１を複数備える。また、図１Ａに示されるように、磁壁移動型空間光変調素子９１は、第１強磁性交換結合部１と、第２強磁性交換結合部２と、光変調部３と、を有し、図示しないＳｉ等の基板上に形成されている。
【００２７】
第１強磁性交換結合部１と第２強磁性交換結合部２は、それぞれ図示しないＣｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｒ等の金属やその合金のような一般的な金属電極材料で形成される下部電極を最下層に有し、この下部電極にパルス電流源９が接続されることでパルス電流を印加可能となっている。
【００２８】
図１Ｂに示されるように、特許文献２に記載された磁壁移動型空間光変調素子９１における第１強磁性交換結合部１は、第１磁化固定層１１と光変調層３０とが積層された構成である。なお、図１Ｂに示される第１強磁性交換結合部１においては、第１磁化固定層１１と光変調層３０との間に、非磁性金属層１２およびバッファ層１３が配置されている。
【００２９】
磁壁移動型空間光変調素子９１における第１強磁性交換結合部１では、第１磁化固定層１１と光変調層３０とが、非磁性金属層１２およびバッファ層１３を介して、強磁性交換結合されている。この強磁性交換結合により、第１磁化固定層１１の磁化方向と、第１強磁性交換結合部１における光変調層３０の磁化方向は、同時に反転する。
【００３０】
また、磁壁移動型空間光変調素子９１における第２強磁性交換結合部２は、第２磁化固定層２１と光変調層３０とが積層された構成である。なお、図１Ｂに示される第２強磁性交換結合部２においては、第２磁化固定層２１と光変調層３０との間に、非磁性金属層２２およびバッファ層２３が配置されている。
【００３１】
磁壁移動型空間光変調素子９１における第２強磁性交換結合部２では、第１強磁性交換結合部１と同様に、第２磁化固定層２１と光変調層３０とが、非磁性金属層２２およびバッファ層２３を介して、強磁性交換結合されている。この強磁性交換結合により、第２磁化固定層２１の磁化方向と、第２強磁性交換結合部２における光変調層３０の磁化方向は、同時に反転する。
【００３２】
そして、図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、磁壁移動型空間光変調素子９１は、第１強磁性交換結合部１の磁化方向は上向きに設計されている一方で、第２強磁性交換結合部２の磁化方向は下向きに設計されている。
【００３３】
磁壁移動型空間光変調素子９１の光変調部３には、両強磁性交換結合部を結ぶ方向に対して直交する面上に延びる、磁壁３３が形成され、磁壁３３の両側に形成される磁区３１および３２の磁化方向は、互いに逆方向となっている。磁壁移動型空間光変調素子９１においては、図１Ａおよび図１Ｂに示されるように、磁壁３３よりも第１強磁性交換結合部１側の磁区３２の磁化方向は、下向きであり、磁壁３３よりも第２強磁性交換結合部２側の磁区３１の磁化方向は、上向きとなっている。
【００３４】
このように、磁壁３３を介して磁化方向の向きが異なる磁区３１および３２を、光変調部３に形成することにより、磁壁移動型空間光変調素子９１を、空間光変調素子として機能させることができる。
【００３５】
例えば、磁壁移動型空間光変調素子９１を、反射型の空間光変調素子として用いる場合には、偏光の揃った光が、磁壁移動型空間光変調素子９１の上方から光変調部３の上面に対して入射すると、磁化方向の向きに応じて反射光の偏光面の回転角度が異なったものとなる。このため、これら異なる偏光面の回転角度に応じた各反射光を、偏光フィルタを介してそれぞれ光の明暗に割り当てることで、光の変調が可能となる。また、基板を、ガラスやサファイア等の透光性の材料で構成することで、磁壁移動型空間光変調素子９１を、透過型の空間光変調素子として機能させることも可能となる。
【００３６】
（磁壁の生成メカニズム）
ここで、本発明の磁壁移動型空間光変調素子における磁壁の生成メカニズムについて、特許文献２に記載された磁壁移動型空間光変調素子９１に関する、図１Ａおよび図１Ｂを参照しながら説明する。
【００３７】
先ず、光変調部３に磁壁３３を形成するためには、光変調層３０と強磁性交換結合する第１磁化固定層１１の保磁力と、光変調層３０と強磁性交換結合する第２磁化固定層２１の保磁力とを、互いに異ならせることが必要である。
【００３８】
ここで、第１磁化固定層１１の保磁力を、第２磁化固定層２１の保磁力よりも小さく設計した場合には、第１強磁性交換結合部１の保磁力をＨｃ１とし、第２強磁性交換結合部２の保磁力をＨｃ２とし、光変調層の保磁力をＨｃ_ｍとすると、Ｈｃ２＞Ｈｃ１＞Ｈｃ_ｍの関係が成立する。
【００３９】
そして、上述の保磁力の関係が成立する構造の素子に対して、強さＨが、Ｈ＞Ｈｃ２である磁場を、素子に対して下向きに印加すると、第１強磁性交換結合部１、第２強磁性交換結合部２、および光変調部３のいずれにおいても、磁化方向の向きは下向きとなる。
【００４０】
一方で、強さＨ’が、Ｈｃ２＞Ｈ’＞Ｈｃ１である磁場を、素子に対して上向きに印加すると、第２強磁性交換結合部２の磁化方向の向きは下向きのままであるのに対して、第１強磁性交換結合部１および光変調部３の磁化方向の向きは、いずれも上向きに変化する。
【００４１】
このとき、光変調部３の両端には、図１Ｂに示されるように、初期磁区３１ａおよび３２ａが生成する。より詳しくは、光変調部３の第１強磁性交換結合部１側の端部には、第１強磁性交換結合部１からの漏れ磁界（図１Ｂ中の破線矢印）により、第１強磁性交換結合部１の上向きの磁化とは反平行な、下向きの磁化方向の初期磁区３２ａが生成する。また、光変調部３の第２強磁性交換結合部２側の端部には、第２強磁性交換結合部２からの漏れ磁界（図１Ｂ中の破線矢印）により、第２強磁性交換結合部２の下向きの磁化とは反平行な、上向きの磁化方向の初期磁区３１ａが生成する。
【００４２】
次いでこの状態で、パルス電流源９からパルス電流を印加し、第１強磁性交換結合部１から第２強磁性交換結合部２、または第２強磁性交換結合部２から第１強磁性交換結合部１に向けてパルス電流を流す。すると、初期磁区３１ａ、および３２ａの生成により形成される磁壁３３を、パルス電流の向きと逆向き（電子の流れと同じ向き）に、移動させることができる。これにより、図１Ｂに示されるように、光変調部３の両端を除く光変調領域３００の磁化の向きを反転（図１Ｂの例では、光変調領域３００の磁化の向きを上向きに反転）させることが可能となる。
【００４３】
＜第１実施形態＞
［磁壁移動型空間光変調素子の構成］
図５Ａは、本発明の第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００の上面図であり、図５Ｂは、磁壁移動型空間光変調素子５００のＤ−Ｄ’断面図であり、図５Ｃは、磁壁移動型空間光変調素子５００のＥ−Ｅ’断面図である。
【００４４】
第１実施形態に係る本発明の磁壁移動型空間光変調素子５００は、２つの光変調体を有し、それぞれの光変調体は、図５Ｂおよび図５Ｃに示されるように、入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調部Ｃと、光変調部Ｃの両端に配置され、互いに異なる保磁力を有する、第１強磁性交換結合部Ａと第２強磁性交換結合部Ｂと、を有する。
【００４５】
第１強磁性交換結合部Ａは、強磁性材料からなる第１強磁性層５０１、５０２と、第１強磁性層５０１、５０２の上に形成され、強磁性材料からなることで第１強磁性層５０１、５０２と強磁性交換結合する第２強磁性層５０４ａ、５０４ｂと、スルーホール電極５１１、５１４と、を備える。また、第２強磁性層５０４ａ、５０４ｂの第１強磁性層５０１、５０２とは反対の面には、透明電極層５１０を備える。
【００４６】
第２強磁性交換結合部Ｂは、強磁性材料からなる第１強磁性層５０１、５０２と、第１強磁性層５０１、５０２の上に形成され、強磁性材料からなることで第１強磁性層５０１、５０２と強磁性交換結合する第２強磁性層５０４ａ、５０４ｂと、スルーホール電極５１２、５１３と、を備える。また、第２強磁性層５０４ａ、５０４ｂの第１強磁性層５０１、５０２とは反対の面には、透明電極層５１０を備える。
【００４７】
そして、磁壁移動型空間光変調素子５００において、第１強磁性層５０１、５０２、第２強磁性層５０４ａ、５０４ｂ、スルーホール電極５１１、５１２、５１３、５１４、および透明電極層５１０以外の部位は、絶縁材料５０６で形成されている。
【００４８】
第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００を構成する光変調体における第１強磁性交換結合部Ａでは、第１強磁性層５０１、５０２と第２強磁性層５０４ａ、５０４ｂとの間に、スルーホール電極５１１、５１４が配置され、第２強磁性交換結合部Ｂでは、第２強磁性層５０４ａ、５０４ｂと透明電極層５１０との間に、スルーホール電極５１２、５１３が配置されている。
【００４９】
また、第１強磁性層５０１、５０２には、パルス電流源５０９が接続されることで、パルス電流を印加可能となっている。
【００５０】
［第１強磁性交換結合部］
本発明の磁壁移動型空間光変調素子を構成する光変調体において、第１強磁性交換結合部は、強磁性材料からなる第１強磁性層と、第１強磁性層上に形成され、強磁性材料からなることで第１強磁性層と強磁性交換結合する第２強磁性層と、スルーホール電極と、を備え、スルーホール電極は、第１強磁性層と第２強磁性層との間に配置される。
【００５１】
そして、第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００を構成する光変調体において、図５Ｂに示されるＤ−Ｄ’断面図における第１強磁性交換結合部、および図５Ｃに示されるＥ−Ｅ’断面図における第１強磁性交換結合部では、第１強磁性層５０１、５０２と第２強磁性層５０４ａ、５０４ｂとの間に、スルーホール電極５１１、５１４が配置される。
【００５２】
図５Ａ〜図５Ｃに示される本発明の磁壁移動型空間光変調素子５００においては、それぞれの光変調体における第１強磁性交換結合部Ａは、光変調部Ｃの端に、第２強磁性交換結合部Ｂと対をなして配置されている。また、磁壁移動型空間光変調素子５００を構成する光変調体においては、光変調部Ｃと第１強磁性交換結合部Ａおよび第２強磁性交換結合部Ｂの上面は、連続して面一として形成されている。
【００５３】
（第１強磁性層）
第１強磁性層は、強磁性材料からなる。第１強磁性層は、磁化方向が一方向に固定された層であり、大きな保磁力を有する。第１強磁性層は、第２強磁性層と同一方向の磁気異方性を有するものとし、第２強磁性層に垂直磁気異方性を有する強磁性材料を用いた場合には、第１強磁性層も垂直磁気異方性を有する強磁性材料を用いることが好ましい。なお
本発明においては、第１強磁性層および第２強磁性層ともに、垂直磁気異方性を有する強磁性材料で構成することが好ましい。
【００５４】
第１強磁性層を構成する材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、磁化が垂直方向に固定された磁化固定層と磁化の方向が反転可能な磁化自由層で非磁性層を挟持する構造の垂直磁気異方性を有するＣＰＰ−ＧＭＲ（Current  Perpendicular  to  the  Plane  Giant  Magnetoresistance：垂直通電型巨大磁気抵抗効果）素子や、ＴＭＲ素子等の磁化固定層として公知の強磁性材料によって構成することが可能である。
【００５５】
具体的には、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのような遷移金属およびそれらを含む合金、例えば、ＴｂＦｅ系、ＴｂＦｅＣｏ系、ＣｏＣｒ系、ＣｏＰｔ系、ＣｏＰｄ系、ＦｅＰｔ系の合金が挙げられる。これらの材料によって形成することにより、第１強磁性層の保磁力を大きくすることができ、第１強磁性層の磁化方向が、外部磁場によって容易に変化しないように固定することが可能となる。
【００５６】
また、第１強磁性層は、これらの遷移金属の層と非磁性金属の層とを交互に積層した多層の積層体としてもよい。このような構成としては、例えば、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｆｅ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ等の多層膜が挙げられる。これらの強磁性材料を用いた積層体とすることにより、強い垂直磁気異方性を有するとともに、大きな保磁力を有する第１強磁性層を得ることができる。
【００５７】
ここで、上述の多層膜は、熱処理することにより保磁力が増大する特性を有する。このため、多層膜からなる第１強磁性層を熱処理した場合には、第２強磁性層と結合した後の強磁性交換結合部Ａの保磁力も増大するため、光変調部Ｃとの保磁力差をより大きくすることができる。
【００５８】
図５Ｂに示される本発明の第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００を構成する光変調体において、第１強磁性交換結合部Ａにおける第１強磁性層５０１は、第２強磁性層５０４ａの下に形成されている。また、図５Ｃに示される光変調体においては、第１強磁性交換結合部Ａにおける第１強磁性層５０２は、第２強磁性層５０４ｂの下に形成されている。
【００５９】
また、図５Ａ〜図５Ｃに示されるように、本発明の第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００においては、光変調部Ｃの両端に配置される第１強磁性交換結合部Ａと第２強磁性交換結合部Ｂの第１強磁性層５０１、５０２には、パルス電流源５０９が接続されており、パルス電流を印加可能となっている。
【００６０】
（第２強磁性層）
第２強磁性層は、上記の第１強磁性層上に形成され、強磁性材料からなる。上記の通り、第２強磁性層は、第１強磁性層と同一方向の磁気異方性を有するものとし、第１強磁性層に垂直磁気異方性を有する強磁性材料を用いた場合には、第２強磁性層も垂直磁気異方性を有する強磁性材料を用いることが好ましい。なお、本発明においては、第１強磁性層および第２強磁性層ともに、垂直磁気異方性を有する強磁性材料で構成することが好ましい。
【００６１】
第２強磁性層は、公知の強磁性材料を適用することができ、中では、磁気光学効果（カー効果）の大きい材料を適用することが好ましい。磁気光学効果を大きくするためには、垂直磁気異方性を有する磁性層を用いることが好ましく、例えば、遷移金属とＰｄ、Ｐｔ、Ｃｕとを繰り返し積層したＣｏ／Ｐｄ多層膜等の多層膜、またはＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＦｅ等の希土類金属と遷移金属との合金（ＲＥ−ＴＭ合金）が挙げられる。中では、ＧｄＦｅからなるＧｄＦｅ層を好ましく用いることができる。
【００６２】
図５Ｂに示される本発明の第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００を構成する光変調体において、第１強磁性交換結合部Ａにおける第２強磁性層５０４ａは、第１強磁性層５０１の上に形成されている。また、図５Ｃに示される光変調体においては、第１強磁性交換結合部Ａにおける第２強磁性層５０４ｂは、第１強磁性層５０２の上に形成されている。
【００６３】
（スルーホール電極）
本発明の磁壁移動型空間光変調素子を構成する光変調体は、第１強磁性交換結合部および第２強磁性交換結合部に、スルーホール電極を備える。本発明の磁壁移動型空間光変調素子は、素子の内部に、スルーホール電極を備えることを特徴とする。これにより、例えば、複数の光変調体を備えさせて、それらの光変調層を平行に配置した場合に、光変調層に流れる電流の向きを同じにすることができる。したがって、光変調層内の電流経路を直線かつ最短距離として素子設計することが可能となり、低電流かつ高開口率な素子を実現できる。
【００６４】
スルーホール電極におけるスルーホールの大きさは、磁壁移動型空間光変調素子における駆動電流を接続できる状況であれば、特に限定されるものではない。また、その製造方法も特に限定されるものではない。
【００６５】
スルーホール電極における貫通孔に充填する金属についても、特に限定されるものではなく、導電性のある安定な金属であり、電極として公知の材料を用いることができる。例えば、ルテニウム、タンタル、タングステン、金、銀、銅、アルミニウム、あるいは一般的な透明電極材料として公知のインジウム、錫、亜鉛、ガリウム等を含む酸化物等を挙げることができる。
【００６６】
図５Ａ〜図５Ｃに示される本発明の第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００を構成する光変調体において、第１強磁性交換結合部Ａには、スルーホール電極５１１、５１４を備える。
【００６７】
図５Ｂに示される磁壁移動型空間光変調素子５００を構成する光変調体の第１強磁性交換結合部Ａでは、スルーホール電極５１１は、第１強磁性層５０１と、第２強磁性層５０４ａとの間に配置されている。また、図５Ｃに示される光変調体において、第１強磁性交換結合部Ａにおけるスルーホール電極５１４は、第１強磁性層５０２と、第２強磁性層５０４ｂとの間に配置されている。
【００６８】
なお、第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００においては、スルーホール電極５１１、５１２、５１３、５１４は、絶縁部材５０６からなる層に形成され、磁壁移動型空間光変調素子５００の所定の位置に積層配置されている。
【００６９】
スルーホール電極５１１、５１２、５１３、５１４が形成される層を形成する絶縁部材５０６は、絶縁性のある材料であれば特に限定されるものではない。例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＭｇＯ等を挙げることができる。また、その作製方法も特に限定されるものではなく、スルーホール電極の作製方法として、公知の方法により作製することができる。
【００７０】
［第２強磁性交換結合部］
本発明の磁壁移動型空間光変調素子を構成する光変調体において、第２強磁性交換結合部は、強磁性材料からなる第１強磁性層と、第１強磁性層上に形成され、強磁性材料からなることで第１強磁性層と強磁性交換結合する第２強磁性層と、スルーホール電極と、を備え、スルーホール電極は、第２強磁性層と透明電極層との間に配置される。
【００７１】
そして、第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００を構成する光変調体において、図５Ｂに示されるＤ−Ｄ’断面図における第２強磁性交換結合部、および図５Ｃに示されるＥ−Ｅ’断面図における第２強磁性交換結合部では、第２強磁性層５０４ａ、５０４ｂと透明電極層５１０との間に、スルーホール電極５１２、５１３が配置される。
【００７２】
図５Ａ〜図５Ｃに示される本発明の磁壁移動型空間光変調素子５００においては、それぞれの光変調体における第２強磁性交換結合部Ｂは、光変調部Ｃの端に、第１強磁性交換結合部Ａと対をなして配置されている。また、磁壁移動型空間光変調素子５００を構成する光変調体においては、光変調部Ｃと第１強磁性交換結合部Ａおよび第２強磁性交換結合部Ｂの上面は、連続して面一として形成されている。
【００７３】
（第１強磁性層）
第２強磁性交換結合部における第１強磁性層は、強磁性材料からなる。第２強磁性交換結合部における第１強磁性層を構成する材料は、上記した第１強磁性交換結合部における第１強磁性層として使用可能な材料の中から、選択して用いることができる。
【００７４】
なお、本発明の磁壁移動型空間光変調素子において、第１強磁性交換結合部と第２強磁性交換結合部とは、後述する磁壁および光変調部を形成するために、互いの保磁力が異なるように設計する必要がある。第１強磁性交換結合部と第２強磁性交換結合部の保磁力差により、光変調制御に必須となる光変調部の両端の互いに反平行な初期磁化方向を、外部磁界により実現することが可能となる。
【００７５】
第１強磁性交換結合部と第２強磁性交換結合部の保磁力を異ならせる手法としては、例えば、第１強磁性交換結合部の第１強磁性層と、第２強磁性交換結合部の第１強磁性層とを、互いに異なる形状とする方法（例えば、第１強磁性交換結合部の第１強磁性層の幅を広くすると、第１強磁性交換結合部の保磁力は小さくなる）、一方のみを熱処理する方法、あるいは互いの層構成を異ならせる方法等が挙げられる。
【００７６】
図５Ｂに示される本発明の第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００を構成する光変調体において、第２強磁性交換結合部Ｂにおける第１強磁性層５０２は、第２強磁性層５０４ａの下に形成されている。また、図５Ｃに示される光変調体において、第２強磁性交換結合部Ｂにおける第１強磁性層５０１は、第２強磁性層５０４ｂの下に形成されている。
【００７７】
（第２強磁性層）
第２強磁性交換結合部における第２強磁性層は、上記の第１強磁性層上に形成され、強磁性材料からなる。第１強磁性交換結合部と同様に、第２強磁性層は、第１強磁性層と同一方向の磁気異方性を有するものとし、第１強磁性層に垂直磁気異方性を有する強磁性材料を用いた場合には、第２強磁性層も垂直磁気異方性を有する強磁性材料を用いることが好ましい。なお、本発明においては、第１強磁性層および第２強磁性層ともに、垂直磁気異方性を有する強磁性材料で構成することが好ましい。
【００７８】
第２強磁性交換結合部における第２強磁性層を構成する材料は、上記した第１強磁性交換結合部における第２強磁性層として使用可能な材料の中から、選択して用いることができる。
【００７９】
図５Ｂに示される本発明の第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００を構成する光変調体において、第２強磁性交換結合部Ｂにおける第２強磁性層５０４ａは、第１強磁性層５０２の上に形成されている。また、図５Ｃに示される光変調体において、第２強磁性交換結合部Ｂにおける第２強磁性層５０４ｂは、第１強磁性層５０１の上に形成されている。
【００８０】
（スルーホール電極）
上記の通り、本発明の磁壁移動型空間光変調素子を構成する光変調体は、第１強磁性交換結合部および第２強磁性交換結合部に、スルーホール電極を備える。第２強磁性交換結合部におけるスルーホール電極の構成は、第１強磁性交換結合部におけるスルーホール電極の構成と同様である。
【００８１】
図５Ａ〜図５Ｃに示される本発明の第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００において、第２強磁性交換結合部Ｂには、スルーホール電極５１２、５１３を備える。
【００８２】
図５Ｂに示される磁壁移動型空間光変調素子５００を構成する光変調体の第２強磁性交換結合部Ｂでは、スルーホール電極５１２は、第２強磁性層５０４ａと、透明電極層５１０との間に配置されている。また、図５Ｃに示される光変調体において、第２強磁性交換結合部Ｂにおけるスルーホール電極５１３は、第２強磁性層５０４ｂと、透明電極層５１０との間に配置されている。
【００８３】
［光変調部］
本発明の磁壁移動型空間光変調素子を構成する光変調体において、光変調部は、入射した光の偏光の向きを変化させて出射する部位となる。そして、光変調部の両端には、互いに異なる保磁力を有する、上記した第１強磁性交換結合部と第２強磁性交換結合部とを有する。
【００８４】
図５Ａ〜図５Ｃに示される第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００を構成するそれぞれの光変調体においては、光変調部Ｃは、所定方向に延びる平板状（長方形）に形成され、その両端に第１強磁性交換結合部Ａおよび第２強磁性交換結合部Ｂが配置されている。そして、光変調部Ｃと、第１強磁性交換結合部Ａおよび第２強磁性交換結合部Ｂの上面は、連続して面一として形成されている。
【００８５】
すなわち、第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００を構成するそれぞれの光変調体において、光変調部Ｃは、第２強磁性層５０４ａの連続層、および５０４ｂの連続層となっており、それぞれの光変調体において、第１強磁性交換結合部Ａにおける第２強磁性層、および第２強磁性交換結合部Ｂにおける第２強磁性層と、同一層として構成されている。
【００８６】
なお、磁壁移動型空間光変調素子の光変調部には、磁壁と、磁区が形成される。これについては、後述する。
【００８７】
本発明の磁壁移動型空間光変調素子を構成する光変調体において、光変調部の形状は特に限定されないが、第１実施形態の磁壁移動型空間光変調素子５００を構成する光変調体のように、所定方向に延びる平板状（長方形）に形成することが好ましい。
【００８８】
ここで、図４Ａおよび図４Ｂに、従来技術となる特許文献５に記載された磁壁移動型空間光変調素子の上面図を示す。図４Ａおよび図４Ｂに示される磁壁移動型空間光変調素子５０および６０における光変調部（光変調層）５４、６４は、屈曲部を有する細長い形状で構成されている。
【００８９】
特許文献５においては、光変調層５４、６４を細長く配置することで、駆動電流の増加を抑えつつ、開口率を向上させることを目的とする。しかしながら、特許文献５に記載された磁壁移動型空間光変調素子５０および６０において形成される磁壁５３および６３は、光変調層５４、６４の形状に沿って、屈曲部を通過して移動することとなる。また、光変調層５４、６４の長さが長くなるため、磁壁５３および６３の移動距離も、長いものとなる。
【００９０】
ここで、磁壁の移動距離と駆動電流密度とは、比例することが知られており（非特許文献１、２）、また、光変調層を長方形以外の形状とする場合には、磁壁が捕捉（トラップ）されることも知られている（特許文献６）。したがって、特許文献５に記載された光変調層の変形による低電流化の効果には、限界があった。
【００９１】
これに対して、本発明の磁壁移動型空間光変調素子を構成する光変調体は、光変調部の形状を長方形とすることができる。長方形とすることにより、磁壁を直線的に最短距離で移動させて、磁壁の移動距離を短くすることができ、その結果、駆動電流の増加を抑制することができる。
【００９２】
また、第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００は、２つの光変調体を有しており、略長方形の２個の光変調部Ｃが、２列に、長方形の長辺が略平行となるように配置されている。そして、列間で隣り合った光変調体の端部は、第１強磁性交換結合部と第２強磁性交換結合部とが交互に配置され、隣り合った光変調体において、第１強磁性交換結合部および第２強磁性交換結合部の第１強磁性層は、共有されている。
【００９３】
本発明の磁壁移動型空間光変調素子は、上記の通り、構成する光変調体の光変調部の形状を長方形とすることにより、磁壁を直線的に移動させて移動距離を短くすることができる。そして、第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００のように、１つの素子に複数の光変調体を配置して、それぞれの光変調体に長方形の光変調部を備えさせて、光変調体を直列に配置することにより、駆動電流の増加をともなうことなく、開口率の向上が可能な磁壁移動型空間光変調素子を実現することができる。
【００９４】
［透明電極層］
本発明の磁壁移動型空間光変調素子は、第１強磁性交換結合部と第２強磁性交換結合部における第２強磁性層の第１強磁性層とは反対の面に、透明電極層を備える。
【００９５】
本発明の磁壁移動型空間光変調素子は、スルーホール電極と透明電極層とを同時に備えることで、透明電極層の内部を駆動電流が流れる構成となっている。すなわち、透明電極層の内部のみで駆動電流の流れに屈曲が生じており、磁壁の移動には屈曲を与えることがない。このため、それぞれの光変調体で形成される磁壁は、光変調体の中を直線的に短い距離で移動する。その結果、素子の開口率を向上させても、駆動電流の増大をともなうことがない。
【００９６】
（駆動電流）
図５Ａ〜図５Ｃに示される第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００においては、透明電極層５１０は、第２強磁性層５０４ａ、５０４ｂの上に、第１強磁性層５０１、５０２とは反対の面に、配置されている。
【００９７】
図５Ａ〜図５Ｃにおいて、第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００における駆動電流５０５は、図５ＢにＤ−Ｄ’断面図として示される光変調体においては、第１強磁性交換結合部Ａの第１強磁性層５０１から第２強磁性層５０４ａに入り、光変調層Ｃの中を左から右に移動する。その後、第２強磁性交換結合部Ｂに到達すると、スルーホール電極５１２を通って透明電極層５１０に入り、透明電極層５１０の内部を右から左に折り返して移動する。
【００９８】
続いて、図５ＣにＥ−Ｅ’断面図として示される光変調体においては、透明電極層５１０から、端部のスルーホール電極５１３を通って第２強磁性交換結合部Ｂの第２強磁性層５０４ｂに入り、光変調層Ｃの中を左から右に移動し、光変調層Ｃの端部の第１強磁性交換結合部Ａに到達した後、第１強磁性交換結合部Ａの第１強磁性層５０２から流出する。
【００９９】
透明電極層を構成する材料は、特に限定されるものではなく、透明電極として公知の材料を用いることができる。例えば、インジウム、錫、亜鉛、ガリウム等を含む酸化物等を挙げることができる。
【０１００】
また、透明電極層の厚みについても、特に限定されるものではないが、例えば、０．０１〜１μｍの範囲とすることが好ましい。この範囲であれば、本発明を実現するために必要となる透明電極の微細加工が容易となる。また、透明電極の抵抗値が光変調層と同程度以下となるため、トランジスタ等で印加可能な電圧値によって、所望の駆動に必要な電流値を得ることができる。
【０１０１】
［その他の構成］
本発明の磁壁移動型空間光変調素子は、第１強磁性層、第２強磁性層、透明電極層、スルーホール電極が形成された層以外に、必要に応じて任意の層を有していてもよい。
【０１０２】
［磁気特性］
第１実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子５００の磁気特性について、以下に説明する。
【０１０３】
磁壁移動型空間光変調素子５００におけるそれぞれの光変調体の第１強磁性交換結合部Ａについてみると、図５Ｂに示される光変調体においては、第１強磁性交換結合部Ａにおける第２強磁性層５０４ａが、第１強磁性層５０１の上に形成され、また、図５Ｃに示される光変調体においては、第１強磁性交換結合部Ａにおける第２強磁性層５０４ｂは、第１強磁性層５０２の上に形成されている。そして、第２強磁性層５０４ａおよび層５０４ｂは、第１強磁性層５０１および５０２と、強磁性交換結合している。
【０１０４】
また同様に、磁壁移動型空間光変調素子５００におけるそれぞれの光変調体の第２強磁性交換結合部Ｂについてみると、図５Ｂに示される光変調体においては、第２強磁性交換結合部Ｂにおける第２強磁性層５０４ａが、第１強磁性層５０２の上に形成され、また、図５Ｃに示される光変調体においては、第２強磁性交換結合部Ｂにおける第２強磁性層５０４ｂは、第１強磁性層５０１の上に形成されている。そして、第２強磁性層５０４ａおよび層５０４ｂは、第１強磁性層５０１および５０２と、強磁性交換結合している。
【０１０５】
そして、上述した磁壁発生メカニズムに基づき、形成した強磁性交換結合を利用して、磁壁移動型空間光変調素子５００におけるそれぞれの光変調体の光変調部Ｃに、磁壁５０３ａおよび５０３ｂを形成することで、磁壁移動型空間光変調素子として機能させる。
【０１０６】
具体的には、磁壁移動型空間光変調素子５００において、図５ＢにＤ−Ｄ’断面図として示される光変調体の光変調部においては、第１強磁性交換結合部Ａの磁化方向は上向きに設計されている一方で、第２強磁性交換結合部Ｂの磁化方向は下向きに設計されている。
【０１０７】
また、磁壁移動型空間光変調素子５００において、図５ＣにＥ−Ｅ’断面図として示される光変調体の光変調部では、第１強磁性交換結合部Ａの磁化方向は下向きに設計されている一方で、第２強磁性交換結合部Ｂの磁化方向は上向きに設計されている。
【０１０８】
磁壁移動型空間光変調素子５００のそれぞれの光変調体における光変調部Ｃには、両強磁性交換結合部を結ぶ方向に対して直交する面上に延びる、磁壁５０３ａおよび５０３ｂが形成され、磁壁５０３ａおよび５０３ｂそれぞれの両側に形成される磁区の磁化方向は、互いに逆方向となっている。このような磁壁５０３ａおよび５０３ｂを有する光変調部Ｃを形成することで、磁壁移動型空間光変調素子として機能させることができる。
【０１０９】
すなわち、磁壁移動型空間光変調素子５００において、図５ＢにＤ−Ｄ’断面図として示される光変調体の光変調部においては、磁壁５０３ａよりも第１強磁性交換結合部Ａ側の磁区の磁化方向Ｄ５１は、下向きであり、磁壁５０３ａよりも第２強磁性交換結合部Ｂ側の磁区の磁化方向Ｄ５２は、上向きとなっている。
【０１１０】
また、磁壁移動型空間光変調素子５００において、図５ＣにＥ−Ｅ’断面図として示される光変調体の光変調部においては、磁壁５０３ｂよりも第１強磁性交換結合部Ａ側の磁区の磁化方向Ｄ５４は、上向きであり、磁壁５０３ｂよりも第２強磁性交換結合部Ｂ側の磁区の磁化方向Ｄ５３は、下向きとなっている。
【０１１１】
［磁壁移動型空間光変調素子の製造方法］
第１実施形態に係る本発明の磁壁移動型空間光変調素子の製造方法は、特に限定されるものではない。例えば、基板上に、第１強磁性層を含む層を形成した後に、スルーホール電極を有する絶縁層を積層し、次いで第２強磁性層を含む層を積層形成し、さらに、スルーホール電極を有する絶縁層を積層し、最後に、透明電極層を積層形成する方法が挙げられる。
【０１１２】
＜第２実施形態＞
［磁壁移動型空間光変調素子の構成］
図６Ａは、本発明の第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子６００の上面図であり、図６Ｂは、磁壁移動型空間光変調素子６００のＦ−Ｆ’断面図であり、図６Ｃは、磁壁移動型空間光変調素子６００のＧ−Ｇ’断面図である。
【０１１３】
第２実施形態に係る本発明の磁壁移動型空間光変調素子は、磁壁移動型空間光変調素子６００ａおよび磁壁移動型空間光変調素子６００ｂで構成される、２画素の素子である。そして、１画素となる磁壁移動型空間光変調素子６００ａおよび磁壁移動型空間光変調素子６００ｂには、それぞれ２つの光変調体を備える。すなわち、第２実施形態に係る本発明の磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）には、合計で４つの光変調体が備えられている。
【０１１４】
第２実施形態に係る本発明の磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）を構成する光変調体は、図６Ｂおよび図６Ｃに示されるように、入射した光の偏光の向きを変化させて出射する光変調部Ｃと、光変調部Ｃの両端に配置され、互いに異なる保磁力を有する、第１強磁性交換結合部Ａと第２強磁性交換結合部Ｂと、を有する。なお、図６Ｂおよび図６Ｃには、直線上に配置された、磁壁移動型空間光変調素子６００ａを構成する光変調体の１つと、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂを構成する光変調体の１つとが、それぞれ示されている。
【０１１５】
１つ目の画素となる磁壁移動型空間光変調素子６００ａにおいて、第１強磁性交換結合部Ａは、強磁性材料からなる第１強磁性層６０１ａ、６０２と、第１強磁性層６０１ａ、６０２の上に形成され、強磁性材料からなることで第１強磁性層６０１ａ、６０２と強磁性交換結合する第２強磁性層６０４ａ、６０４ｃと、スルーホール電極６１１、６１４と、を備える。また、第２強磁性層６０４ａ、６０４ｃの第１強磁性層６０１ａ、６０２とは反対の面には、透明電極層６１０ａを備える。
【０１１６】
磁壁移動型空間光変調素子６００ａにおける第１強磁性交換結合部Ａでは、第１強磁性層６０１ａ、６０２と、第２強磁性層６０４ａ、６０４ｃとの間に、スルーホール電極６１１、６１４が配置されている。
【０１１７】
磁壁移動型空間光変調素子６００ａにおいて、第２強磁性交換結合部Ｂは、強磁性材料からなる第１強磁性層６０１ａ、６０２と、第１強磁性層６０１ａ、６０２の上に形成され、強磁性材料からなることで第１強磁性層６０１ａ、６０２と強磁性交換結合する第２強磁性層６０４ａ、６０４ｃと、スルーホール電極６１２、６１３と、を備える。また、第２強磁性層６０４ａ、６０４ｃの第１強磁性層６０１ａ、６０２とは反対の面には、透明電極層６１０ａを備える。
【０１１８】
磁壁移動型空間光変調素子６００ａにおける第２強磁性交換結合部Ｂでは、第２強磁性層６０４ａ、６０４ｃと、透明電極層６１０ａとの間に、スルーホール電極６１２、６１３が配置されている。
【０１１９】
２つ目の画素となる磁壁移動型空間光変調素子６００ｂにおいて、第１強磁性交換結合部Ａは、強磁性材料からなる第１強磁性層６０１ｂ、６０２と、第１強磁性層６０１ｂ、６０２の上に形成され、強磁性材料からなることで第１強磁性層６０１ｂ、６０２と強磁性交換結合する第２強磁性層６０４ｂ、６０４ｄと、スルーホール電極６１１、６１７と、を備える。また、第２強磁性層６０４ｂ、６０４ｄの第１強磁性層６０１ｂ、６０２とは反対の面には、透明電極層６１０ｂを備える。
【０１２０】
磁壁移動型空間光変調素子６００ｂにおける第１強磁性交換結合部Ａでは、第１強磁性層６０１ｂ、６０２と、第２強磁性層６０４ｂ、６０４ｄとの間に、スルーホール電極６１１、６１７が配置されている。
【０１２１】
磁壁移動型空間光変調素子６００ｂにおいて、第２強磁性交換結合部Ｂは、強磁性材料からなる第１強磁性層６０１ｂ、６０２と、第１強磁性層６０１ｂ、６０２の上に形成され、強磁性材料からなることで第１強磁性層６０１ｂ、６０２と強磁性交換結合する第２強磁性層６０４ｂ、６０４ｄと、スルーホール電極６１５、６１６と、を備える。また、第２強磁性層６０４ｂ、６０４ｄの第１強磁性層６０１ｂ、６０２とは反対の面には、透明電極層６１０ｂを備える。
【０１２２】
磁壁移動型空間光変調素子６００ｂにおける第２強磁性交換結合部Ｂでは、第２強磁性層６０４ｂ、６０４ｄと、透明電極層６１０ｂとの間に、スルーホール電極６１５、６１６が配置されている。
【０１２３】
そして、磁壁移動型空間光変調素子６００ａおよび６００ｂにおいて、第１強磁性層６０１ａ、６０１ｂ、および６０２、第２強磁性層６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ、および６０４ｄ、スルーホール電極６１１、６１２、６１３、６１４、６１５、６１６、および６１７、および透明電極層６１０ａ、６１０ｂ以外の部位は、絶縁材料６０６で形成されている。
【０１２４】
また、磁壁移動型空間光変調素子６００ａにおいては、第１強磁性層６０１ａ、および６０２に、パルス電流源６０９ａが接続されることで、パルス電流を印加可能となっている。また、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂにおいては、第１強磁性層６０１ｂ、および６０２に、パルス電流源６０９ｂが接続されることで、パルス電流を印加可能となっている。
【０１２５】
［第１強磁性交換結合部］
図６Ｂに示される本発明の磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）のＦ−Ｆ’断面には、直線状に配置された、磁壁移動型空間光変調素子６００ａを構成する１つの光変調体と、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂを構成する１つの光変調体と、が示されている。そして、１つの第１強磁性交換結合部Ａが、光変調部Ｃの両端に配置された２つの第２強磁性交換結合部Ｂの間に介在して配置されている。
【０１２６】
図６Ｃに示される本発明の磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）のＧ−Ｇ’断面には、直線状に配置された、磁壁移動型空間光変調素子６００ａを構成するもう１つの光変調体と、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂを構成するもう１つの光変調体と、が示されている。そして、１つの第１強磁性交換結合部Ｂが、光変調部Ｃの両端に配置された２つの第２強磁性交換結合部Ａの間に介在して配置されている。
【０１２７】
そして、磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）を構成するそれぞれの光変調体においては、光変調部Ｃと第１強磁性交換結合部Ａおよび第２強磁性交換結合部Ｂの上面は、連続して面一として形成されている。
【０１２８】
（第１強磁性層）
図６Ｂに示される本発明の第２実施形態において、磁壁移動型空間光変調素子６００ａの第１強磁性交換結合部Ａにおける第１強磁性層６０２は、第２強磁性層６０４ａの下に形成されている。また、図６Ｃにおいて、磁壁移動型空間光変調素子６００ａの第１強磁性交換結合部Ａにおける第１強磁性層６０１ａは、第２強磁性層６０４ｃの下に形成されている。
【０１２９】
図６Ｂに示される本発明の第２実施形態において、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂの第１強磁性交換結合部Ａにおける第１強磁性層６０２は、第２強磁性層６０４ｂの下に形成されている。また、図６Ｃにおいて、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂの第１強磁性交換結合部Ａにおける第１強磁性層６０１ｂは、第２強磁性層６０４ｄの下に形成されている。
【０１３０】
また、図６Ａ〜図６Ｃに示されるように、本発明の第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子６００ａにおいては、第１強磁性層６０１ａ、および６０２に、パルス電流源６０９ａが接続されることで、パルス電流を印加可能となっている。また、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂにおいては、第１強磁性層６０１ｂ、および６０２に、パルス電流源６０９ｂが接続されることで、パルス電流を印加可能となっている。
【０１３１】
（第２強磁性層）
図６Ｂに示される本発明の第２実施形態において、磁壁移動型空間光変調素子６００ａの第１強磁性交換結合部Ａにおける第２強磁性層６０４ａは、第１強磁性層６０２の上に形成されている。また、図６Ｃにおいては、磁壁移動型空間光変調素子６００ａの第１強磁性交換結合部Ａにおける第２強磁性層６０４ｃは、第１強磁性層６０１ａの上に形成されている。
【０１３２】
図６Ｂに示される本発明の第２実施形態において、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂの第１強磁性交換結合部Ａにおける第２強磁性層６０４ｂは、第１強磁性層６０２の上に形成されている。また、図６Ｃにおいて、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂの第１強磁性交換結合部Ａにおける第２強磁性層６０４ｄは、第１強磁性層６０１ｂの上に形成されている。
【０１３３】
（スルーホール電極）
図６Ｂに示される本発明の第２実施形態において、磁壁移動型空間光変調素子６００ａの第１強磁性交換結合部Ａでは、スルーホール電極６１１は、第１強磁性層６０２と、第２強磁性層６０４ａとの間に配置されている。また、図６Ｃにおいて、磁壁移動型空間光変調素子６００ａの第１強磁性交換結合部Ａにおけるスルーホール電極６１４は、第１強磁性層６０１ａと第２強磁性層６０４ｃとの間に配置されている。
【０１３４】
図６Ｂに示される本発明の第２実施形態において、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂの第１強磁性交換結合部Ａでは、スルーホール電極６１１は、第１強磁性層６０２と、第２強磁性層６０４ｂとの間に配置されている。また、図６Ｃにおいて、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂの第１強磁性交換結合部Ａにおけるスルーホール電極６１７は、第１強磁性層６０１ｂと第２強磁性層６０４ｄとの間に配置されている。
【０１３５】
なお、第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）においては、スルーホール電極６１１、６１２、６１３、６１４、６１５、６１６、６１７は、絶縁部材６０６からなる層に形成され、磁壁移動型空間光変調素子６００の所定の位置に積層配置されている。
【０１３６】
［第２強磁性交換結合部］
上記の通り、図６Ｂに示される本発明の第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）のＦ−Ｆ’断面には、直線状に配置された、磁壁移動型空間光変調素子６００ａを構成する１つの光変調体と、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂを構成する１つの光変調体と、が示されており、１つの第１強磁性交換結合部Ａが、光変調部Ｃの両端に配置された２つの第２強磁性交換結合部Ｂの間に介在して配置されている。
【０１３７】
また、図６Ｃに示される本発明の第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）のＧ−Ｇ’断面には、直線状に配置された、磁壁移動型空間光変調素子６００ａを構成するもう１つの光変調体と、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂを構成するもう１つの光変調体と、が示されており、１つの第１強磁性交換結合部Ｂが、光変調部Ｃの両端に配置された２つの第２強磁性交換結合部Ａの間に介在して配置されている。
【０１３８】
そして、磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）を構成するそれぞれの光変調体においては、光変調部Ｃと第１強磁性交換結合部Ａおよび第２強磁性交換結合部Ｂの上面は、連続して面一として形成されている。
【０１３９】
（第１強磁性層）
図６Ｂに示される本発明の第２実施形態において、磁壁移動型空間光変調素子６００ａの第２強磁性交換結合部Ｂにおける第１強磁性層６０１ｂは、第２強磁性層６０４ａの下に形成されている。また、図６Ｃにおいて、磁壁移動型空間光変調素子６００ａの第２強磁性交換結合部Ｂにおける第１強磁性層６０２は、第２強磁性層６０４ｃの下に形成されている。
【０１４０】
図６Ｂに示される本発明の第２実施形態において、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂの第１強磁性交換結合部Ｂにおける第１強磁性層６０２は、第２強磁性層６０４ｂの下に形成されている。また、図６Ｃにおいて、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂの第２強磁性交換結合部Ｂにおける第１強磁性層６０２は、第２強磁性層６０４ｄの下に形成されている。
【０１４１】
（第２強磁性層）
図６Ｂに示される本発明の第２実施形態において、磁壁移動型空間光変調素子６００ａの第２強磁性交換結合部Ｂにおける第２強磁性層６０４ａは、第１強磁性層６０１ａの上に形成されている。また、図６Ｃにおいては、磁壁移動型空間光変調素子６００ａの第２強磁性交換結合部Ｂにおける第２強磁性層６０４ｃは、第１強磁性層６０２の上に形成されている。
【０１４２】
図６Ｂに示される本発明の第２実施形態において、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂの第２強磁性交換結合部Ｂにおける第２強磁性層６０４ｂは、第１強磁性層６０１ｂの上に形成されている。また、図６Ｃにおいて、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂの第２強磁性交換結合部Ｂにおける第２強磁性層６０４ｄは、第１強磁性層６０２の上に形成されている。
【０１４３】
（スルーホール電極）
図６Ｂに示される本発明の第２実施形態において、磁壁移動型空間光変調素子６００ａの第２強磁性交換結合部Ｂでは、スルーホール電極６１２は、第２強磁性層６０４ａと透明電極層６１０ａとの間に配置されている。また、図６Ｃにおいて、磁壁移動型空間光変調素子６００ａの第２強磁性交換結合部Ｂにおけるスルーホール電極６１３は、第２強磁性層６０４ｃと透明電極層６１０ａとの間に配置されている。
【０１４４】
図６Ｂに示される本発明の第２実施形態において、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂの第２強磁性交換結合部Ｂでは、スルーホール電極６１５は、第２強磁性層６０４ｂと透明電極層６１０ｂとの間に配置されている。また、図６Ｃにおいて、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂの第２強磁性交換結合部Ｂにおけるスルーホール電極６１６は、第２強磁性層６０４ｄと透明電極層６１０ｂとの間に配置されている。
【０１４５】
［光変調部］
図６Ａ〜図６Ｃに示される第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）を構成する４つの光変調体においては、光変調部Ｃは、所定方向に延びる平板状（長方形）に形成され、その両端に第１強磁性交換結合部Ａおよび第２強磁性交換結合部Ｂが配置されている。そして、光変調部Ｃと、第１強磁性交換結合部Ａおよび第２強磁性交換結合部Ｂの上面は、連続して面一として形成されている。
【０１４６】
すなわち、第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）を構成する４つの光変調体において、光変調部Ｃは、第２強磁性層６０４ａの連続層、６０４ｂの連続層、６０４ｃの連続層、および６０４ｄの連続層となっており、それぞれの光変調体において、第１強磁性交換結合部Ａにおける第２強磁性層、および第２強磁性交換結合部Ｂにおける第２強磁性層と、同一層として構成されている。
【０１４７】
また、第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）は、略長方形の光変調部Ｃを有する４個の光変調体を備えており、第１方向に２個ずつの光変調体を配置し、長方形の長辺が略平行となるように第２方向に２列に配置されている。そして、隣り合った列の光変調体の端部は、第１強磁性交換結合部と第２強磁性交換結合部とが交互に配置され、隣り合った列の光変調体において、第１強磁性交換結合部および第２強磁性交換結合部の第１強磁性層は、共有されている。
【０１４８】
第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）は、２画素に相当する素子を上記の構成として配置することにより、駆動電流の増加をともなうことなく、より開口率が向上した磁壁移動型空間光変調素子を実現することができる。
【０１４９】
また、第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）は、隣り合った光変調体において、介在する第１強磁性交換結合部および第２強磁性交換結合部の第１強磁性層が共有されることにより、磁壁移動型空間光変調素子の開口率をより向上させることができる。
【０１５０】
［透明電極層］
図６Ａ〜図６Ｃに示される第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）においては、透明電極層６１０ａ、６１０ｂは、第２強磁性層６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ、６０４ｄの上に、第１強磁性層６０１ａ、６０１ｂ、６０２とは反対の面に、配置されている。
【０１５１】
（駆動電流）
図６Ａ〜図６Ｃにおいて、第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子６００ａにおける駆動電流６０５ａは、図６Ｂに示されるＦ−Ｆ’断面図においては、第１強磁性交換結合部Ａの第１強磁性層６０２から第２強磁性層６０４ａに入り、光変調層Ｃの中を右から左に移動する。その後、第２強磁性交換結合部Ｂに到達すると、スルーホール電極６１２を通って透明電極層６１０ａに入り、透明電極層６１０ａの内部を左から右に折り返して移動する。
【０１５２】
続いて、磁壁移動型空間光変調素子６００ａにおける駆動電流６０５ａは、図６Ｃに示されるＧ−Ｇ’断面図に示されるように、透明電極層６１０ａから、隣の光変調体の端部のスルーホール電極６１３を通って第２強磁性交換結合部Ｂの第２強磁性層６０４ｃに入り、光変調層Ｃの中を右から左に移動し、光変調層Ｃの端部の第１強磁性交換結合部Ａに到達した後、第１強磁性交換結合部Ａの第１強磁性層６０１ａから流出する。
【０１５３】
同様に、第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子６００ｂにおける駆動電流６０５ｂは、図６Ｂに示されるＦ−Ｆ’断面図においては、第１強磁性交換結合部Ａの第１強磁性層６０２から第２強磁性層６０４ｂに入り、光変調層Ｃの中を左から右に移動する。その後、第２強磁性交換結合部Ｂに到達すると、スルーホール電極６１５を通って透明電極層６１０ｂに入り、透明電極層６１０ｂの内部を右から左に折り返して移動する。
【０１５４】
続いて、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂにおける駆動電流６０５ｂは、図６Ｃに示されるＧ−Ｇ’断面図に示されるように、透明電極層６１０ｂから、隣の光変調体の端部のスルーホール電極６１６を通って第２強磁性交換結合部Ｂの第２強磁性層６０４ｄに入り、光変調層Ｃの中を左から右に移動し、光変調層Ｃの端部の第１強磁性交換結合部Ａに到達した後、第１強磁性交換結合部Ａの第１強磁性層６０１ｂから流出する。
【０１５５】
［磁気特性］
第２実施形態に係る磁壁移動型空間光変調素子（６００ａ＋６００ｂ）の磁気特性について、以下に説明する。
【０１５６】
磁壁移動型空間光変調素子６００ａにおける、透明電極層６１０ａを利用する第１強磁性交換結合部Ａについてみると、図６Ｂに示されるように、第１強磁性交換結合部Ａにおける第２強磁性層６０４ａは、第１強磁性層６０２の上に形成され、また、図６Ｃに示されるように、第１強磁性交換結合部Ａにおける第２強磁性層６０４ｃは、第１強磁性層６０１ａの上に形成されている。そして、第２強磁性層６０４ａおよび層６０４ｃは、第１強磁性層６０２および６０１ａと、強磁性交換結合している。
【０１５７】
また同様に、磁壁移動型空間光変調素子６００ａにおける、透明電極層６１０ａを利用する第２強磁性交換結合部Ｂについてみると、図６Ｂに示されるように、第１強磁性交換結合部Ｂにおける第２強磁性層６０４ａが、第１強磁性層６０１ａの上に形成され、また、図６Ｃに示されるように、第２強磁性交換結合部Ｂにおける第２強磁性層６０４ｃは、第１強磁性層６０２の上に形成されている。そして、第２強磁性層６０４ａおよび層６０４ｃは、第１強磁性層６０１ａおよび６０２と、強磁性交換結合している。
【０１５８】
そして、上述した磁壁発生メカニズムに基づき、形成した強磁性交換結合を利用して、移動型空間光変調素子６００ａを構成する２つの光変調体の光変調部Ｃに、磁壁６０３ａおよび６０３ｃを形成することで、磁壁移動型空間光変調素子として機能させる。
【０１５９】
具体的には、磁壁移動型空間光変調素子６００ａにおいて、図６ＢにＦ−Ｆ’断面図として示される光変調体の光変調部においては、第１強磁性交換結合部Ａの磁化方向は上向きに設計されている一方で、第２強磁性交換結合部Ｂの磁化方向は下向きに設計されている。
【０１６０】
また、磁壁移動型空間光変調素子６００ａにおいて、図６ＣにＧ−Ｇ’断面図として示される光変調体の光変調部では、第１強磁性交換結合部Ａの磁化方向は下向きに設計されている一方で、第２強磁性交換結合部Ｂの磁化方向は上向きに設計されている。
【０１６１】
磁壁移動型空間光変調素子６００ａにおけるそれぞれの光変調体の光変調部Ｃには、両強磁性交換結合部を結ぶ方向に対して直交する面上に延びる、磁壁６０３ａおよび６０３ｃが形成され、磁壁６０３ａおよび６０３ｃそれぞれの両側に形成される磁区の磁化方向は、互いに逆方向となる。このような磁壁６０３ａおよび６０３ｃを有する光変調部Ｃを形成することで、磁壁移動型空間光変調素子として機能させることができる。
【０１６２】
すなわち、磁壁移動型空間光変調素子６００ａにおいて、図６ＢにＦ−Ｆ’断面図として示される光変調体の光変調部においては、磁壁６０３ａよりも第１強磁性交換結合部Ａ側の磁区の磁化方向Ｄ６１は、下向きであり、磁壁６０３ａよりも第２強磁性交換結合部Ｂ側の磁区の磁化方向Ｄ６２は、上向きとなっている。
【０１６３】
また、磁壁移動型空間光変調素子６００ａにおいて、図６ＣにＧ−Ｇ’断面図として示される光変調体の光変調部においては、磁壁６０３ｃよりも第１強磁性交換結合部Ａ側の磁区の磁化方向Ｄ６６は、上向きであり、磁壁６０３ｃよりも第２強磁性交換結合部Ｂ側の磁区の磁化方向Ｄ６５は、下向きとなっている。
【０１６４】
同様に、移動型空間光変調素子６００ｂを構成する２つの光変調体の光変調部Ｃに、上述した磁壁発生メカニズムに基づいて、磁壁６０３ｂおよび６０３ｄを形成することで、磁壁移動型空間光変調素子として機能させる。
【０１６５】
具体的には、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂにおいて、図６ＢにＦ−Ｆ’断面図として示される光変調体の光変調部においては、第１強磁性交換結合部Ａの磁化方向は上向きに設計されている一方で、第２強磁性交換結合部Ｂの磁化方向は下向きに設計されている。
【０１６６】
また、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂにおいて、図６ＣにＧ−Ｇ’断面図として示される光変調体の光変調部では、第１強磁性交換結合部Ａの磁化方向は下向きに設計されている一方で、第２強磁性交換結合部Ｂの磁化方向は上向きに設計されている。
【０１６７】
磁壁移動型空間光変調素子６００ｂにおけるそれぞれの光変調体の光変調部Ｃには、両強磁性交換結合部を結ぶ方向に対して直交する面上に延びる、磁壁６０３ｂおよび６０３ｄが形成され、磁壁６０３ｂおよび６０３ｄそれぞれの両側に形成される磁区の磁化方向は、互いに逆方向となる。このような磁壁６０３ｂおよび６０３ｄを有する光変調部Ｃを形成することで、磁壁移動型空間光変調素子として機能させることができる。
【０１６８】
すなわち、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂにおいて、図６ＢにＦ−Ｆ’断面図として示される光変調体の光変調部においては、磁壁６０３ｂよりも第１強磁性交換結合部Ａ側の磁区の磁化方向Ｄ６３は、下向きであり、磁壁６０３ｂよりも第２強磁性交換結合部Ｂ側の磁区の磁化方向Ｄ６４は、上向きとなっている。
【０１６９】
また、磁壁移動型空間光変調素子６００ｂにおいて、図６ＣにＧ−Ｇ’断面図として示される光変調体の光変調部においては、磁壁６０３ｄよりも第１強磁性交換結合部Ａ側の磁区の磁化方向Ｄ６８は、上向きであり、磁壁６０３ｄよりも第２強磁性交換結合部Ｂ側の磁区の磁化方向Ｄ６７は、下向きとなっている。
【０１７０】
＜磁壁移動型空間光変調器＞
本発明の磁壁移動型空間光変調器は、複数の上記した磁壁移動型空間光変調素子を備える磁壁移動型空間光変調器であって、複数の磁壁移動型空間光変調素子が、第１方向と、第１方向に直交する第２方向と、に格子状に整列して配置されたものである。
【０１７１】
本発明の磁壁移動型空間光変調器は、特許文献２に記載の磁壁移動型空間光変調器９０（図１Ａ〜図１Ｃに示す）、特許文献３に記載の磁壁移動型空間光変調器１００および２００（図２Ａ〜図２Ｂに示す）、および特許文献４に記載の磁壁移動型空間光変調器４００（図３に示す）と、同様の構成とすることができる。
【０１７２】
このため、以下に、特許文献２〜４に記載された磁壁移動型空間光変調器について説明する。
【０１７３】
図１Ｃは、特許文献２に記載された磁壁移動型空間光変調器９０の構成を示す上面図である。図１Ｃに示されるように、複数の特許文献２に係る磁壁移動型空間光変調素子９１は、図示しない基板上にそれぞれ独立して作製され、整列される。本発明の磁壁移動型空間光変調器においても、例えば、上記の構成を採用することが可能である。
【０１７４】
また、図２Ａは、特許文献３に記載された磁壁移動型空間光変調器１００の上面図であり、図２Ｂは、特許文献３に記載された磁壁移動型空間光変調器２００の上面図である。
【０１７５】
図２Ａに示される磁壁移動型空間光変調器１００においては、複数の磁壁移動型空間光変調素子１０は、図示しない基板上にそれぞれ独立して作製され、整列される。そして、磁壁移動型空間光変調素子１０は、光変調領域３００と、第１磁化固定層１１ａと、第２磁化固定層２１とを備える。
【０１７６】
同様に、図２Ｂに示される磁壁移動型空間光変調器２００においては、複数の磁壁移動型空間光変調素子２０は、図示しない基板上にそれぞれ独立して作製され、整列される。そして、磁壁移動型空間光変調素子２０は、光変調領域３００と、第１磁化固定層１１ｂと、第２磁化固定層２１とを備える。
【０１７７】
図２Ａに示される磁壁移動型空間光変調器１００においては、両強磁性交換結合部が伸びる方向に関して、第１強磁性交換結合部の有する第１強磁性層（すなわち、第１磁化固定層１１ａ）は、第２強磁性交換結合部の有する第１強磁性層（すなわち、第２磁化固定層２１ａ）よりも長い。さらに、複数の磁壁移動型空間光変調素子１０は格子状に整列しており、延びる方向に並ぶ他の磁壁移動型空間光変調素子１０と、第１磁化固定層１１ａを共有している。
【０１７８】
図２Ａに示される磁壁移動型空間光変調器１００においては、第１磁化固定層１１ａは第２磁化固定層２１よりも延びる方向に長くなっていることで、第１磁化固定層１１ａは第２磁化固定層２１よりも保磁力が小さくなり、その結果、両者間に保磁力差が発生する。本発明の磁壁移動型空間光変調器においても、例えば、上記の構成を採用することが可能である。
【０１７９】
図２Ｂに示される磁壁移動型空間光変調器２００においては、図２Ａに示される磁壁移動型空間光変調器１００における光変調部において、隣接する２つの磁壁移動型空間光変調素子の光変調部が、第１強磁性層上で繋がって構成される。
【０１８０】
これにより、第１強磁性交換結合部１における第１強磁性層（第１磁化固定層１１ｂ）を長い形状にすることで、第２強磁性交換結合部２における第１強磁性層（第２磁化固定層２１）との形状の違いにより保磁力差を設けることができる。また、第１磁化固定層１１ｂをさらに微小化することができるため、磁壁移動型空間光変調器の開口率をさらに向上させることが可能となる。本発明の磁壁移動型空間光変調器においても、例えば、上記の構成を採用することが可能である。
【０１８１】
図３は、特許文献４に記載された磁壁移動型空間光変調器４００の上面図である。図３に示される磁壁移動型空間光変調器４００においては、複数の磁壁移動型空間光変調素子４０は、図示しない基板上にそれぞれ独立して作製され、整列される。そして、磁壁移動型空間光変調素子４０は、光変調領域３００と、第１磁化固定層１１ｃと、第２磁化固定層２１とを備える。
【０１８２】
図３に示される磁壁移動型空間光変調器４００においては、第１強磁性交換結合部１における第１強磁性層（第１磁化固定層１１ｃ）が、隣接する２つの磁壁移動型空間光変調素子４０間で共有して構成される。この構成により、隣接素子間の間隔を狭めて有効な光変調領域を増加させ、開口率を向上させることができる。本発明の磁壁移動型空間光変調器においても、例えば、上記の構成を採用することが可能である。
【符号の説明】
【０１８３】
１、Ａ    第１強磁性交換結合部
２、Ｂ    第２強磁性交換結合部
３、Ｃ    光変調部
９、５９、６９、５０９、６０９ａ、６０９ｂ    パルス電流源
１０、２０、４０、５０、６０、９１、５００、６００ａ、６００ｂ    磁壁移動型空間光変調素子
１１、１１ａ、１１ｂ、５１、６１、６２、５０１、６０２    第１磁化固定層（第１強磁性層）
１２、２２  非磁性金属層
１３、２３  バッファ層
２１、５２、６２、５０２、６０１ａ、６０１ｂ  第２磁化固定層（第１強磁性層）
３０、５４、６４、５０４ａ、５０４ｂ、６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ、６０４ｄ    光変調層（第２強磁性層）
３１、３２  磁区
３１ａ、３２ａ  初期磁区
３３、５３、６３、５０３ａ、５０３ｂ、６０３ａ、６０３ｂ、６０３ｃ、６０３ｄ    磁壁
９０、１００、２００  磁壁移動型空間光変調器
３００  光変調領域
５５、６５、５０５、６０５ａ、６０５ｂ    駆動電流
５０６、６０６    絶縁部材
５１０、６１０ａ、６１０ｂ    透明電極層
５１１、５１２、５１３、５１４、６１１、６１２、６１３、６１４、６１５、６１６、６１７    スルーホール電極
Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５１、Ｄ５３、Ｄ６１、Ｄ６３、Ｄ６５、Ｄ６７    磁化の向き（下向き）
Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５２、Ｄ５４、Ｄ６２、Ｄ６４、Ｄ６６、Ｄ６８    磁化の向き（上向き）
【図１Ａ】
2020160220.tif 000003
【図１Ｂ】
2020160220.tif 000004
【図１Ｃ】
2020160220.tif 000005
【図２Ａ】
2020160220.tif 000006
【図２Ｂ】
2020160220.tif 000007
【図３】
2020160220.tif 000008
【図４Ａ】
2020160220.tif 000009
【図４Ｂ】
2020160220.tif 000010
【図５Ａ】
2020160220.tif 000011
【図５Ｂ】
2020160220.tif 000012
【図５Ｃ】
2020160220.tif 000013
【図６Ａ】
2020160220.tif 000014
【図６Ｂ】
2020160220.tif 000015
【図６Ｃ】
2020160220.tif 000016