(57)【要約】【課題】  磁性体に対し、小さい電流密度のパルス電流を印加することで、発熱を抑えつつ確実に磁化反転を引き起こすことができる磁化状態制御方法を提供する。【解決手段】  形状磁気異方性が生じている線状磁性体の長手方向に垂直な方向の成分の磁気異方性を与えて線状磁性体内部の異方性状態を変質させ、次いで、異方性状態が変質された線状磁性体の長手方向に沿って記憶させようとする正逆いずれかの向きの磁場を印加するとともにパルス電流を印加して磁化状態を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状磁性体の磁化状態を制御する磁化状態制御方法であって、
形状磁気異方性が生じている線状磁性体の長手方向に垂直な方向の成分の磁気異方性を与えて線状磁性体内部の異方性状態を変質させる工程と、
異方性状態が変質された線状磁性体の長手方向に沿って記憶させようとする正逆いずれかの向きの磁場を印加するとともにパルス電流を印加して磁化状態を制御する工程とからなる磁化状態制御方法。
【請求項２】
線状磁性体の長手方向に垂直な成分の磁気異方性は、線状磁性体の長手方向に沿って複数回繰り返しパルス電流を印加させることにより発生する誘導磁気異方性として与える請求項１に記載の磁化状態制御方法。
【請求項３】
線状磁性体の長手方向に垂直な成分の磁気異方性は、長手方向に垂直な方向の磁場の下で線状磁性体を結晶化させたときの結晶磁気異方性として与える請求項１に記載の磁化状態制御方法。
【請求項４】
線状磁性体に対しその長手方向に垂直な方向の成分の磁気異方性が与えられることにより線状磁性体内の異方性状態が変質した状態を有する磁化状態記憶物質。
【請求項５】
線状磁性体内の異方性状態が変質した状態が、磁気縞構造または磁気渦構造を備えている請求項４に記載の磁化状態記憶物質。
【請求項６】
長手方向に垂直な方向の成分の磁気異方性が、線状磁性体の長手方向に沿って繰り返しパルス電流を印加させることにより発生する誘導磁気異方性である請求項４または請求項５に記載の磁化状態記憶物質。
【請求項７】
長手方向に垂直な方向の成分の磁気異方性が、線状磁性体材料をその長手方向に垂直な方向の磁場の下で結晶化させたとき形成される結晶磁気異方性である請求項４または請求項５に記載の磁化状態記憶物質。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状磁気異方性を有する磁性体の磁化状態制御方法および磁化状態記憶物質に関する。本発明の磁化状態記憶物質は、具体的には、電流駆動によってデータの書き込みや消去を行う磁気メモリなどに利用される。
【背景技術】
【０００２】
磁性を利用して情報を記憶する磁気記憶素子では、例えば、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）のように、外部磁場を印加して素子の磁化方向を反転することで、記憶情報の制御がなされている。しかしながら、従来のＭＲＡＭでは、素子を微細化するにつれて印加する外部磁場を強くする必要があり、微小領域に強磁場を印加することの困難性から、高集積化には限界が見えていた。
【０００３】
これに対し、いわゆる「スピントロニクス」と呼ばれる分野において、強磁性体中を流れるスピン流が引き起こす物理現象を利用して磁性体の磁化状態を制御する研究がなされており、近年、スピン偏極した電流を磁性体素子に注入することにより、素子内の磁区の磁化状態を、磁場を与えることなく反転させることができることが見出された。
このような特性を利用して、例えば、特許文献１では、磁気記憶素子の長手方向中央部に括れ部を形成する等の形状的な工夫や構成材料の工夫を施し、素子に通電する電流密度を、ある臨界電流密度以上にすることにより、外部磁場を印加することなく、磁化反転を生じさせうることが開示されている。
【０００４】
また、特許文献１に記載されたスピン偏極電流の注入方法によれば、磁化状態を反転することができるものの、このときの磁化反転は確率的に生じる現象であり、たとえ印加するスピン偏極電流の大きさを大きくしても磁化状態を１００％の確率で確実に制御できるまでには至ってなかった。そのため、情報記憶素子として動作させるときの不安定さが問題となっていた。
【０００５】
しかしながら、その後の研究開発により、特許文献２に開示されるように、磁性体に対し、地磁気（約０．１５ガウス）よりも少し大きく、外部磁場だけで磁化反転を引き起こす磁場（１００ガウス程度）よりも小さい、数ガウス程度（１０ガウス以下）の弱磁場を印加するとともに、スピン偏極電流としてパルス電流を通電させることにより、１００％確実に磁化反転の制御ができるようになった。このような弱磁場化でのスピン偏極電流を用いた磁化状態制御方法は、電流印加を行わずに大きな外部磁場だけで磁化反転を引き起こそうとする従来の磁化状態制御方法とは反転メカニズムが異なる制御方法であり、磁気メモリとしての利用が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９６７０８号公報
【特許文献２】特開２００９−０２６３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、これまでの開発の結果、磁性体に数ガウス程度の弱磁場を印加した状態でパルス電流を印加することにより、１００％確実に磁化状態を反転させることができるようになり、磁性体を記憶素子として動作させた場合にも信頼性が高い磁気記憶素子にすることができる。
【０００８】
一方、磁気記憶素子として実用化する上で、動作の信頼性を高めることとは別に、改善すべき課題として発熱の問題がある。すなわち、磁化反転を引き起こすために素子に電流を流すとジュール熱が生じる。一般に、素子に通電する電流密度の自乗に比例して発熱量が増すことになることから、素子の温度上昇を防ぐには通電する電流密度をできるだけ小さく抑える必要がある。また、素子に流す電流密度を抑えることは省電力化を図る観点からも望ましい。
【０００９】
これまでのところ、弱磁場下で磁性体にパルス電流を印加することにより、１００％確実に磁化反転させることができるようになったが、その一方で、弱磁場のもとでも磁化反転させるにはある閾電流密度値以上のパルス電流を印加する必要があることを意味している。この閾電流密度値を小さくすることが、素子の発熱を小さく抑えるために必要である。さらには、磁化反転が発生しても、外部磁場が存在しないと反転領域は安定的に存在し続けることができなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、磁性体に対し、これまでよりも小さい電流密度のパルス電流を印加することで、発熱を抑えつつ磁化反転を引き起こすことができ、しかも磁化反転した領域が安定的に存在できる磁化状態制御方法および磁化状態記憶物質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】
【００１１】
本発明は、特異な物理現象の発見をきっかけにしてなされたものである。発明者は、磁性体の外形形状を線状にすることで長手方向に形状磁気異方性を与えた磁性体試料に対し、パルス電流を印加して磁化反転を引き起こす実験を、同一の磁性体試料にて繰り返していた。その際、当該磁性体試料に特異な磁気縞が現れる物理現象を発見し、その現象を実験および数値計算で解析、検証していくことにより見出されたものである。
【００１２】
すなわち、上記課題を解決するためになされた本発明の磁化状態記憶方法は、線状磁性体の磁化状態を制御する磁化状態制御方法であって、形状磁気異方性が生じている線状磁性体の長手方向に垂直な方向の成分の磁気異方性を与えて線状磁性体内の異方性状態を変質させる工程と、異方性状態が変質された線状磁性体の長手方向に沿って記憶させようとする正逆いずれかの向きの磁場を印加するとともにパルス電流を印加して磁化状態を制御する工程とからなる。
【００１３】
一般に、線状に成形された磁性体では、その形状的な特徴に起因して、スピン配列方向（磁性体の磁化方向）が長手方向の正逆いずれかに向くように作用する形状磁気異方性が内部に発生している。
このような線状磁性体に対し、既述のように長手方向の正逆いずれかに弱い磁場を印加しながらパルス電流を印加することにより、磁化状態を１００％の確率で反転させることができることが知られていた。
ところが、このような線状磁性体に対し、パルス電流を繰り返し印加し続けていると、やがて、線状磁性体内に磁気縞や磁気渦が出現してくることを偶然発見した。
この現象を、さらに実験と数値計算とにより追試、解析した結果、線状磁性体の長手方向に垂直な方向の成分の磁気異方性が新たに付加されて線状磁性体の異方性状態が変質した結果、磁気縞や磁気渦が出現していると考えられるようになった。
そして、磁気縞や磁気渦が出現するように変質させた線状磁性体において、以前の電流密度に比べて劇的に小さい電流密度（例えば従来の１／４〜１／１０の電流密度）を印加するだけで磁化生成が発生するようになった。この状況において、これまでと同様に長手方向の正逆いずれかに１０ガウス以下の弱い磁場を印加しながらパルス電流を印加すると、磁化反転が制御される。
【００１４】
上記発明の磁化状態記憶方法において、線状磁性体の長手方向に垂直な成分の磁気異方性は、線状磁性体の長手方向に沿って繰り返しパルス電流を印加させることにより発生する誘導磁気異方性によって与えてもよい。ここで印加するパルス電流は１００ナノ秒以上のパルスを１秒間隔で１分あるいはそれ以上にわたり印加することが望ましい。
この方法は、パルス電流を繰り返し印加する実験中に偶然発見した磁気縞や磁気渦の発生プロセスをそのまま利用した方法であり、パルス電流を繰り返し印加することにより、結果的に磁気異方性が与えられる現象が確認された。このときに与えられた異方性を、ここでは「誘導磁気異方性」と称する。なお、パルス電流を印加する際に細線磁性体の長手方向に垂直な成分の磁場を積極的に印加することで誘導磁気異方性を誘起するようにしてもよい。
【００１５】
また、上記発明の磁化状態記憶方法において、線状磁性体の長手方向に垂直な成分の磁気異方性は、長手方向に垂直な方向の磁場の下で線状磁性体を結晶化させたときの結晶磁気異方性によって与えてもよい。
一般に、磁性体の磁気異方性には、その磁性体の形状に依存して加わる形状磁気異方性の他に、その磁性体が結晶化するときに自然に付加される結晶磁気異方性が知られている。
そこで上述した誘導磁気異方性を与える方法に代えて、結晶磁気異方性を与える。すなわち、線状磁性体の長手方向に垂直な成分の磁場を積極的に与えた状態で線状磁性体を一旦加熱し結晶化させることで、その結晶化の際に結晶磁気異方性を加わるようになり、所望の磁気異方性を与えることができる。
【００１６】
また、別の観点からなされた本発明の磁化状態記憶物質は、線状磁性体に対しその長手方向に垂直な方向の成分の磁気異方性が与えられることにより線状磁性体内の異方性状態が変質した状態を有する構造からなる。
ここで述べたような、線状磁性体に対しその長手方向に垂直な方向の成分の異方性状態が変質した磁化状態記憶物質は、弱い磁場下（地磁気以上１０ガウス以下）で小さい電流密度のパルス電流を印加するだけで、確実に磁化反転を生じさせることができる。
【００１７】
上記磁化状態記憶物質において、線状磁性体内の異方性状態が変質した状態が、磁気縞構造または磁気渦構造を備えていてもよい。
これまで説明した磁化状態記憶方法によって異方性状態が変質した磁化状態記憶物質は、磁気縞構造や磁気渦構造が顕在化していない場合であっても、従来よりも小さい電流密度のパルス電流で磁化反転できるようになっているが、磁化縞構造や磁化渦構造が顕在化するようになった磁化状態記憶物質では、より小さい電流密度のパルス電流で磁化反転できるようになる。
【００１８】
また、上記磁化状態記憶物質において、長手方向に垂直な方向の成分の磁気異方性が、線状磁性体の長手方向に沿って繰り返しパルス電流を印加させることにより発生する誘導磁気異方性であってもよい。
【００１９】
また、上記磁化状態記憶物質において、長手方向に垂直な方向の成分の磁気異方性が、線状アモルファス磁性体材料をその長手方向に垂直な方向の磁場の下で結晶化させたとき形成される結晶磁気異方性であってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の磁化状態記憶方法および磁化状態記憶物質によれば、従来よりもはるかに小さな電流密度のパルス電流を印加するだけで、磁化反転が発生するようになり、電流により生じるジュール熱を大幅に抑えることができるとともに、節電になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】パルス電流を印加することにより生じる線状磁性体内の磁壁移動を示す図である。
【図２】繰り返しパルス電流の印加により磁気縞（あるいは磁気渦）が発生した状態を示す図である。
【図３】磁気縞構造が生じた線状磁性体の磁力線の分布を示す図である。
【図４】磁性体試料に面内垂直磁気異方性（長手方向と垂直方向の磁気異方性）が付加されたときの試料内の磁化状態を数値計算によって求めた図である。
【図５】面内垂直磁気異方性を有する線状磁性体において異なる電流密度Ｕのパルス電流を印加したときの磁化状態の変化を数値計算によって求めた図である。
【図６】線状磁性体試料に付加された面内垂直磁気異方性の大きさと磁化反転が発生しうるパルス電流の電流密度閾値Ｕｃとの関係について数値計算した結果を示す図である。
【図７】本発明の磁化状態記憶物質を応用した磁気記憶装置の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の磁化状態制御方法および磁化状態記憶物質について、具体例を用いて説明する。
【００２３】
（線状磁性体における磁気縞構造）
最初に、本発明のきっかけとなった線状磁性体における磁気縞構造の出現現象について説明する。
既述のように、線状磁性体においては、スピン流（磁性体を流れる電流）を流してスピンの配列をゆらがせることで、外部磁場を与えることなく、磁化方向が反転した領域を、確率的に発生できることが知られている。また、スピン流を流す際に、弱い磁場を与えることにより、磁化反転を１００％の確率で発生できることも知られている。そのような状況下で、線状磁性体にパルス状のスピン流を繰り返し与え続けたときの電流誘起磁化ダイナミックスの研究を行った。
【００２４】
使用した線状磁性体は、Ｓｉ３Ｎ４メンブレン上に強磁性体のパーマロイ（Ｎｉ８０Ｆｅ２０）を、長手方向が２μｍ以上で、幅５００ｎｍ、厚さ３０ｎｍとなるように成膜することにより、薄膜状で線状に成形した細線構造である。線状の強磁性体は、その形状的要因に起因して形状磁気異方性が生じる結果、磁化方向が線状磁性体の長手方向の正逆いずれかに向くようになる。このとき線状磁性体は、全体が１つの方向に一様に向いた単一磁区構造にも磁化反転領域を含む多磁区構造にもなりうる。
【００２５】
図１（ａ）は、電子顕微鏡を用いたローレンツ法により線状磁性体を上から見たローレンツ像である。ここでは線状磁性体は、便宜上、ジグザグ状に折れ曲がった形状にしてあるが、直線状であってもよい。図中、右側の辺にあるＡ位置に磁壁が存在している。
【００２６】
図１（ｂ）は、この線状磁性体に対し、スピン流として、１マイクロ秒のパルス電流を９．７３×１０１０Ａ／ｍ２の電流密度で流した後の状態を示す図である。Ａ位置にあった磁壁は１つ左側の辺のＢ位置に移動している。このようにある程度大きなパルス電流を与えることにより、磁壁が移動するようになる。ちなみに、パルス電流の電流密度がこれよりもはるかに小さい場合は、磁壁は移動することなくその場で磁壁が少し変形するだけである。
【００２７】
次に、磁壁の移動が生じる電流密度よりもさらに大きい電流密度でパルス電流を印加した場合を説明する。
図２は、１マイクロ秒のパルス電流（１．０１×１０１１Ａ／ｍ２の電流密度）を１秒間隔で繰り返し流し続けたときの磁化状態の変化を示す図であり、図２（ａ）は繰り返しパルスの印加開始前の状態、図２（ｂ）は繰り返しパルス印加後の状態を示す図である。
繰り返しパルスを印加する前には、磁壁がＣの位置に１つ存在していただけの試料は、繰り返しパルスを印加することにより、磁壁近傍において磁気縞Ｄが出現するようになることを発見した。そして、パルス電流の印加回数を増やしていくことにより、磁気縞Ｄの出現範囲が長く延び、磁壁から離れた位置でも出現するようになった。さらに場合によっては磁気縞構造に代わり磁気渦Ｅが出現することもあった。
【００２８】
そして、新たに生成された磁気縞や磁気渦は、外部磁場の印加の有無にかかわらず、磁区として安定的に存在することができるようになっている。
【００２９】
ローレンツ像から推定される磁気縞構造や磁気渦構造が生じた磁性体の磁化状態の磁力線分布について説明する。
図３はパルス電流を与える前の磁力線状態を示す図（図３（ａ））と、パルス電流を与えた後の磁力線状態を示す図（図３（ｂ））である。
パルス電流を印加する前は、図３（ａ）に見られるように、磁性体長手方向に平行な磁力線が延びている。これは線状磁性体であることに起因して生じる形状磁気異方性によって磁化方向が磁性体の長手方向に向いていることに対応している。
【００３０】
一方、繰り返しパルスを与えた後の磁気縞構造を有する磁性体試料は、図３（ｂ）に見られるように波状に変化した磁力線状態が生じている。
このような波状の磁力線状態が生じている磁性体試料は、単に長手方向の形状磁気異方性が存在していることだけでは説明がつかない。すなわち形状磁気異方性を有する磁性体試料にパルス電流の印加を繰り返すことにより、新たに磁性体試料の長手方向と垂直な方向に磁気異方性（面内垂直方向磁気異方性と称する）が発生したものと考えられる。なお、パルス電流を印加することで付加される異方性は、後述する結晶磁気異方性と区別するために「誘導磁気異方性」と称する。
【００３１】
このような誘導磁気異方性は、パルス電流を印加したときの温度上昇に伴う磁場中アニール効果の影響で付加されると考えられる。あるいは、パルス電流を印加することによって加熱状態で試料に誘起されたスピン流のゆらぎが、パルス電流停止後の温度低下に伴って凍結されたときに異方性が付加されると考えられる。
【００３２】
（数値計算による検証）
線状磁性体試料に面内垂直磁気異方性が存在すれば磁気縞構造が出現できることを確認するため、ここでは、長手方向と垂直な方向の磁気異方性（面内垂直磁気異方性）が付加されている試料の磁気的性質について数値計算による検証を行った。
対象とする磁性体を有限差分法で格子状に離散化を行い、各格子には原子磁気モーメントを配置する。そして原子磁気モーメントの運動はスピン電流項を追加した以下に示すLandau-Lifshitz-Gilbert方程式を用いて求めるようにした。
【００３３】
【数１】
2010278057.tif 000003
【００３４】
磁性材料として、パーマロイを想定し、パラメータとして以下の値を用いた。
飽和磁化：  Ｍｓ＝８００ｅｍｕ／ｃｍ３
交換スティッフネス定数：  Ａ＝１×１０−６ｅｒｇ／ｃｍ
緩和定数：  α＝０．０１、  β＝０〜０．０８
磁性体寸法：  幅５００ｎｍ、厚さ３０ｎｍ、長さ１６μｍ
面内垂直磁気異方性：  ０〜４５０  Ｏｅ（磁気異方性の磁場換算値）
【００３５】
以前、線状磁性体試料（形状磁気異方性のみで誘導磁気異方性を与えていない試料）の長手方向に電流を流すことによる磁区生成について、以下の論文で発表している。
Y.Nakatani et al, Phys.Rev. B77,014439(2008)
この論文による計算によれば、形状磁気異方性だけを有する線状磁性体試料に対しては、電流密度Ｕを８００ｍ／ｓ（１．４×１０１３Ａ／ｍ２）以上与えたときに、磁区が突然発生している（Ｕは印加電流密度に比例する量である）。なお、磁区が新たに形成される電流密度において、磁場を印加することで磁化反転は制御される。この意味から、磁区形成される電流密度閾値は、磁化反転が生じるときの電流密度閾値として捉えることができる値である。
【００３６】
さて今回は、上記論文と同じ計算手法を用い、線状磁性体試料に対し、長手方向と垂直方向の磁気異方性（面内垂直磁気異方性）を付加した条件にした。ここでいう長手方向と垂直方向の磁気異方性（面内垂直磁気異方性）は、その原因が誘導磁気異方性に起因する異方性であってもよいし、結晶磁気異方性に起因するものであってもよい。数値計算においては、結晶磁気異方性により面内垂直磁気異方性を導入している。
【００３７】
図４は、単一磁区構造の磁性体試料に与える面内垂直磁気異方性の大きさを０Ｏｅ〜３５０Ｏｅ（磁場換算値）の範囲で変化させたときの磁化状態を示す図である。
付加する面内垂直磁気異方性の大きさを少しずつ大きくしていくと、３００Ｏｅにした状態のときに、（パルス電流を与えていなくても）自然に磁気縞構造が出現することが確認できた。なお、図示を省略するが、単一磁区構造ではなく、磁壁が存在する場合においても、同様に面内垂直磁気異方性を大きくすると磁気縞構造が出現することが確認できた。
【００３８】
よって、磁気縞構造が出現した線状磁性体試料では、面内垂直磁気異方性が存在していることが、数値計算結果から裏づけされた。
【００３９】
次に、磁性体試料に、形状磁気異方性とともに誘導磁気異方性や結晶磁気異方性による面内垂直磁気異方性が付加された磁性体試料は、形状磁気異方性だけの磁性体試料に比較して、どのような特性上の違いがあるかを検討するため、パルス電流を繰り返し印加した際の磁化状態の変化を数値計算で求めた。
ここでは、磁性体試料に結晶磁気異方性を与えることにより面内垂直磁気異方性を付加し、５０ナノ秒のパルス電流を繰り返し印加することで生じる磁化状態の変化を観察する。そして、印加するパルス電流の電流密度Ｕの値を５０ｍ／ｓ〜４００ｍ／ｓ（Ｕは印加電流密度に比例する量である）の範囲で変化させた。
【００４０】
図５は、前述の図４において明瞭な縞状磁気状態が観察されない領域である２５０Ｏｅの大きさの面内垂直磁気異方性を有する磁性体試料において、異なる電流密度Ｕのパルス電流を印加したときの磁化状態の変化を示す図である。ここで注目すべき変化は、電流密度が３００ｍ／ｓになると、突然、磁区が生成されることである。
既述のように、形状磁気異方性だけを有する線状磁性体試料では電流密度Ｕを８００ｍ／ｓ（１．４×１０１３Ａ／ｍ２）以上与えたときに初めて磁区が発生したのに対し、２５０Ｏｅの面内垂直磁気異方性が付加された線状磁性体試料は、３００ｍ／ｓ程度の電流密度Ｕを与えるだけで、磁区生成が生じるようになった。
磁場を印加しながら同様の実験を行うことにより磁化反転を制御することができることを踏まえると、すなわち、磁性体試料に面内垂直磁気異方性を与えたことにより、形状磁気異方性だけのときよりもはるかに小さい電流密度で磁区生成や磁化反転が発生できるように状態変化することが理論的に確認された。
【００４１】
（面内垂直磁気異方性と磁化反転が生じる電流閾値との関係）
さらに、線状磁性体試料に付加する面内垂直磁気異方性の大きさを変化させたときに磁区生成が発生する電流閾値がどのように変化するかの数値計算を行った。
図６は線状磁性体試料に付与する面内垂直磁気異方性の大きさと、磁区生成が発生するときのパルス電流の電流密度閾値Ｕｃとの関係の数値計算結果である。図においてｘ軸（横軸）は付加する面内垂直磁気異方性の大きさ（磁場換算値）であり、ｙ軸（縦軸）は電流閾値である。
【００４２】
付加する面内垂直磁気異方性が大きくなるにつれて、磁化生成が発生する電流閾値が低下する傾向があることがわかった。
例えば、面内垂直磁気異方性の大きさを５００Ｏｅ（磁場換算値）にしたときは８０ｍ／ｓの電流密度値のパルス電流を与えるだけで磁区生成が生じるようになっている。磁場を印加しながら同様の実験を行うことにより磁化反転を制御することができるので、ここでの結果は、面内垂直磁気異方性を与えないときよりも格段に小さい電流密度のパルス電流で磁化方向を制御できるようになっていることを示している。
【００４３】
なお、付加する面内垂直磁気異方性が十分大きいときは磁気縞が顕著に出現するが、小さくなるにつれて磁気縞が明確には出現しなくなる。磁気縞が見えない試料であっても、面内垂直磁気異方性が付加されている試料は、そうでない試料に比べて小さい電流密度のパルス電流で磁化方向が制御できるようになっている。
【００４４】
（結晶磁気異方性による面内垂直磁気異方性の付与）
これまで説明してきた実験においては、線状磁性体の長手方向と垂直方向に誘導磁気異方性を付加する方法を利用して線状磁性体に面内垂直磁気異方性を付与していた。
しかしながら、面内垂直磁気異方性は、数値計算で示すように、結晶磁気異方性により与えてもよい。すなわち、面内垂直磁気異方性を付与することは、長手方向と垂直な方向にスピンが向きやすくする性質を付与することであるが、結晶磁気異方性を長手方向と垂直方向に与えることによっても同様の効果を得ることができる。
【００４５】
具体的には、長手方向に垂直な方向の弱磁場の下（地磁気以上１０Ｏｅ以下程度でよい）で、線状磁性体を加熱し、その後結晶化（再結晶化）させると、長手方向と垂直な方向に結晶磁気異方性が付与されるようになる。
この場合も、誘導磁気異方性により面内磁気異方性が付与されたときと同様の面内磁気異方性が付加され、小さい電流密度のパルス電流で磁化方向が制御できるようになる。
【実施例】
【００４６】
本発明の磁化状態記憶物質を応用した磁気記憶装置の構成および動作について説明する。図７は、本発明の一実施形態である磁気記憶装置の一例を示す模式図である。
磁気記憶装置１０は、磁気異方性を与えた細線構造の素子本体１１に、パルス電流を印加するための一対の導線１２と、抵抗測定により素子本体１１に記憶された情報を読み取るための一対の導線１３とからなる。
素子本体１１は、強磁性体物質であるパーマロイを線状パターンに成膜することにより形成した後に、導線１２を介してパルス幅１００ナノ秒のパルスを１秒間隔で１分間繰り返し与えることで、誘導磁気異方性を与えてある。このようにして十分な磁気異方性が与えられた素子本体１１は、磁気縞が出現するようになっている。
【００４７】
磁気記憶装置１０の動作について説明する。記憶させたい磁気情報を外部磁場１５として与えておく。具体的には、例えば、外部磁場発生用コイルを用意し、コイルの軸線方向を素子本体１１の長手方向に向けて配置し、コイル電流の流す方向を正逆切り替えることにより、二値の磁気情報（正方向を１、逆方向を０とする）を与える。
この状態で、導線１２にパルス電流を流すことにより、その時点で印加されている外部磁場に対応した磁気情報が書き込まれ記憶される。数値計算によると、磁化反転に必要な電流は、誘導磁気異方性を与えない素子に比べ、一桁程度減少することになる。
【００４８】
そして磁気記憶装置１０に書き込まれた磁気情報は、導線１３により抵抗を測定することにより読み出すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、電流制御により磁化状態を切り替え、磁化状態を情報として記録する磁気記録装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  磁気記憶装置
１１  素子本体部
１２  導線
１３  導線
１５  外部磁場
【図３】
2010278057.tif 000004
【図６】
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【図７】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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