(57)【要約】      （修正有）【課題】スピンホール効果により実効的に有用な強度の局所磁界を発生させる。【解決手段】非磁性体からなるスピンホール効果層１１を備え、湾曲部（Ｃ字状１１３あるいはＳ字状２１５などの湾曲した電流経路）を有するスピンホール効果素子１１３、２１５と、前記スピンホール効果素子１１３、２１５に電流を流す一対の電極端子２１，２２と、前記一対の電極端子２１，２２に接続された電源７０とを有し、Ｃ字状あるいはＳ字状などの湾曲した電流経路を有するスピンホール効果素子を用いることにより、偏極スピン電子５２，５３を湾曲形状の湾曲内側の微小領域に蓄積させて強度の大きな局所磁界５０，５１を発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性体からなるスピンホール効果層を備え湾曲部を有するスピンホール効果素子と、
前記スピンホール効果素子に電流を流す一対の電極端子と、
前記一対の電極端子に接続された電源とを有し、
前記湾曲部の湾曲内側領域に蓄積される偏極スピン電子により磁界を発生させることを特徴とする局所磁界発生デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の局所磁界発生デバイスにおいて、前記スピンホール効果層は一部を切欠いた部分環、あるいは前記部分環が複数連なった形状を有することを特徴とする局所磁界発生デバイス。
【請求項３】
請求項１記載の局所磁界発生デバイスにおいて、前記スピンホール効果素子は前記スピンホール効果層と強磁性体層とが積層された積層膜を含み、前記スピンホール効果層の厚みは当該スピンホール効果層を構成する材料のスピン拡散長の２倍以下であることを特徴とする局所磁界発生デバイス。
【請求項４】
請求項３記載の局所磁界発生デバイスにおいて、前記スピンホール効果層と前記強磁性体層の間に高抵抗膜を有することを特徴とする局所磁界発生デバイス。
【請求項５】
請求項４記載の局所磁界発生デバイスにおいて、前記高抵抗膜はＡｌＯXであることを特徴とする局所磁界発生デバイス。
【請求項６】
請求項１記載の局所磁界発生デバイスにおいて、前記スピンホール効果素子は前記スピンホール効果層に非磁性絶縁層を介して強磁性体層がトンネル接合している積層膜を含むことを特徴とする局所磁界発生デバイス。
【請求項７】
請求項６記載の局所磁界発生デバイスにおいて、前記非磁性絶縁層は酸化マグネシウムＭｇＯからなることを特徴とする局所磁界発生デバイス。
【請求項８】
請求項１記載の局所磁界発生デバイスにおいて、前記スピンホール効果層の幅は当該スピンホール効果層を構成する材料のスピン拡散長の３倍よりも広いことを特徴とする局所磁界発生デバイス。
【請求項９】
請求項１記載の局所磁界発生デバイスにおいて、前記スピンホール効果層は、原子番号がＣｕより大きな非磁性元素、又はガリウム砒素、インジウム砒素、アルミニウム砒素、インジウムガリウム砒素、インジウムガリウム窒素−ガリウム窒素超格子、テルル化水銀、セレン化水銀、β−硫化水素、α−スズ、テルル化鉛、セレン化鉛、硫化鉛からなる群の中から選択された化合物半導体、又はガリウム砒素系半導体であることを特徴とする局所磁界発生デバイス。
【請求項１０】
請求項１記載の局所磁界発生デバイスにおいて、前記スピンホール効果素子は一部を切欠いた１つの部分環からなる形状を有し、前記スピンホール効果素子の膜面に垂直な方向の磁界を発生させることを特徴とする局所磁界発生デバイス。
【請求項１１】
請求項１記載の局所磁界発生デバイスにおいて、前記スピンホール効果素子は一部を切欠いた部分環が２つ連なった形状を有し、前記スピンホール効果素子の膜面に平行な方向の磁界を発生させることを特徴とする局所磁界発生デバイス。
【請求項１２】
請求項１記載の局所磁界発生デバイスにおいて、前記スピンホール効果素子の前記湾曲部に非磁性絶縁層を介して強磁性層が配置されていることを特徴とする局所磁界発生デバイス。
【請求項１３】
請求項１２記載の局所磁界発生デバイスにおいて、前記強磁性層はＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅからなる群の中から選択される元素、あるいはそれらのうち少なくとも一種類を主成分として含有している合金あるいは化合物からなることを特徴とする局所磁界発生デバイス。
【請求項１４】
非磁性体からなるスピンホール効果層を備え湾曲部を有するスピンホール効果素子と、
前記スピンホール効果素子に電流を流す一対の電極端子と、
前記一対の電極端子に接続された電源と、
前記スピンホール効果素子の前記湾曲部の湾曲内側領域に蓄積される偏極スピン電子により発生される磁界を磁気記録媒体に印加するための開口を有する磁気シールドとを有することを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項１５】
請求項１４記載の磁気記録ヘッドにおいて、前記スピンホール効果素子は一部を切欠いた１つの部分環からなる形状を有し、前記スピンホール効果素子の膜面に垂直な方向の磁界を発生させることを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項１６】
請求項１４記載の磁気記録ヘッドにおいて、前記スピンホール効果素子は一部を切欠いた部分環が２つ連なった形状を有し、前記スピンホール効果素子の膜面に平行な方向の磁界を発生させることを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項１７】
請求項１４記載の磁気記録ヘッドにおいて、前記スピンホール効果素子の前記湾曲部に非磁性絶縁層を介して強磁性層が配置され、前記スピンホール効果層の厚みは当該スピンホール効果層を構成する材料のスピン拡散長の２倍以下であることを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項１８】
請求項１４記載の磁気記録ヘッドにおいて、前記スピンホール効果層の幅は当該スピンホール効果層を構成する材料のスピン拡散長の３倍よりも広いことを特徴とする磁気記録ヘッド。
【請求項１９】
非磁性体からなるスピンホール効果層と非磁性絶縁体層と非磁性伝導層を積層した積層膜を備え、湾曲部を有するスピンホール効果素子と、
前記湾曲部の湾曲内側領域に配置された強磁性体芯と、
前記非磁性伝導層から前記強磁性体芯に電流を印加する手段と、
前記スピンホール効果層の両端に接続された一対の電極端子とを備え、
前記強磁性体芯の磁化状態に応じて前記強磁性体芯から前記スピンホール効果層へ注入される偏極スピン電子により前記一対の電極間に発生する電圧を検出することを特徴とする局所磁界検知デバイス。
【請求項２０】
請求項１９記載の局所磁界検知デバイスにおいて、前記スピンホール効果層は一部を切欠いた部分環、あるいは前記部分環が複数連なった形状を有することを特徴とする局所磁界検知デバイス。
【請求項２１】
請求項１９記載の所磁界検知デバイスにおいて、前記スピンホール効果層の厚みは当該スピンホール効果層を構成する材料のスピン拡散長の２倍以下であることを特徴とする局所磁界検知デバイス。
【請求項２２】
請求項１９記載の所磁界検知デバイスにおいて、前記スピンホール効果層と前記電極端子の間に高抵抗膜を有することを特徴とする局所磁界検知デバイス。
【請求項２３】
請求項１９記載の所磁界知デバイスにおいて、前記スピンホール効果層は、原子番号がＣｕより大きな非磁性元素、又はガリウム砒素、インジウム砒素、アルミニウム砒素、インジウムガリウム砒素、インジウムガリウム窒素−ガリウム窒素超格子、テルル化水銀、セレン化水銀、β−硫化水素、α−スズ、テルル化鉛、セレン化鉛、硫化鉛からなる群の中から選択された化合物半導体、又はガリウム砒素系半導体であることを特徴とする局所磁界発生デバイス。
【請求項２４】
請求項１９記載の局所磁界検知デバイスにおいて、前記スピンホール効果素子は一部を切欠いた１つの部分環からなる形状を有し、前記スピンホール効果素子の膜面に垂直な方向の磁界を検知することを特徴とする局所磁界検知デバイス。
【請求項２５】
請求項１９記載の局所磁界検知デバイスにおいて、前記スピンホール効果素子は一部を切欠いた部分環が２つ連なった形状を有し、前記スピンホール効果素子の膜面に平行な方向の磁界を検知することを特徴とする局所磁界検知デバイス。
【請求項２６】
非磁性体からなるスピンホール効果層と非磁性絶縁体層と非磁性伝導層を積層した積層膜を備え、湾曲部を有するスピンホール効果素子と、
前記湾曲部の湾曲内側領域に配置された強磁性体芯と、
前記非磁性伝導層から前記強磁性体芯に電流を印加する手段と、
前記スピンホール効果層の両端に接続された一対の電極端子と、
磁気記録媒体からの漏れ磁場を前記強磁性体芯に導入するための開口を有する磁気シールドと
を有することを特徴とする磁気再生ヘッド。
【請求項２７】
請求項２６記載の磁気再生ヘッドにおいて、前記スピンホール効果素子は一部を切欠いた１つの部分環からなる形状を有し、前記スピンホール効果素子の膜面に垂直な方向の磁界を検知することを特徴とする磁気再生ヘッド。
【請求項２８】
請求項２６記載の磁気再生ヘッドにおいて、前記スピンホール効果素子は一部を切欠いた部分環が２つ連なった形状を有し、前記スピンホール効果素子の膜面に平行な方向の磁界を検知することを特徴とする磁気再生ヘッド。
【請求項２９】
非磁性体からなる第１のスピンホール効果層を備え湾曲部を有する第１のスピンホール効果素子と、前記第１のスピンホール効果素子に電流を流す一対の電極端子と、前記一対の電極端子に接続された電源とを有し、前記湾曲部の湾曲内側領域に蓄積される偏極スピン電子により磁界を発生させる局所磁界発生デバイスと、
非磁性体からなる第２のスピンホール効果層と非磁性絶縁体層と非磁性伝導層を積層した積層膜を備え、湾曲部を有する第２のスピンホール効果素子と、前記湾曲部の湾曲内側領域に配置された強磁性体芯と、前記非磁性伝導層から前記強磁性体芯に電流を印加する手段と、前記第２のスピンホール効果層の両端に接続された一対の電極端子とを備え、前記強磁性体芯の磁化状態に応じて前記強磁性体芯から前記スピンホール効果層へ注入される偏極スピン電子により前記一対の電極間に発生する電圧を検出する局所磁界検知デバイスと、
前記局所磁界発生デバイスと前記局所磁界検知デバイスの間に配置された非磁性絶縁体層と、
前記局所磁界発生デバイスから発生される磁界を磁気記録媒体に印加し、磁気記録媒体からの漏れ磁場を前記局所磁界検知デバイスに導入するための開口を有する磁気シールドと
を有することを特徴とする記録再生一体型磁気ヘッド。
【請求項３０】
請求項２９記載の記録再生一体型磁気ヘッドにおいて、前記第１及び第２のスピンホール効果素子は一部を切欠いた１つの部分環からなる形状を有し、前記局所磁界発生デバイスは前記第１のスピンホール効果素子の膜面に垂直な方向の磁界を発生し、前記局所磁界検知デバイスは前記第２のピンホール効果素子の膜面に垂直な方向の磁界を検知することを特徴とする記録再生一体型磁気ヘッド。
【請求項３１】
請求項２９記載の記録再生一体型磁気ヘッドにおいて、前記第１及び第２のスピンホール効果素子は一部を切欠いた部分環が２つ連なった形状を有し、前記局所磁界発生デバイスは前記第１のスピンホール効果素子の膜面に平行な方向の磁界を発生し、前記局所磁界検知デバイスは前記第２のピンホール効果素子の膜面に平行な方向の磁界を検知することを特徴とする記録再生一体型磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンホール効果を用いた局所磁界発生デバイス、磁気センサ、及び磁気ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子は、電気伝導を荷う電荷に加え、磁性を荷うスピン、さらに電子の空間的広がりを意味する軌道の３つの内部自由度をもち、それらの相互作用が物質に新たな特性をもたらすことが明らかになってきた。近年、電子が持っている電荷を活用した半導体デバイスに替わり、従来のエレクトロニクスでは考慮されてこなかった電子の持つ内部自由度を制御して新しい機能を発現させるために、磁性と伝導の相関から得られる電子スピンの性質を積極的に利用したスピントロニクス材料及び素子の開発に注目が集まっている（非特許文献１）。電子スピンやスピン軌道の情報は、空間的には、距離Ｌとスピンの拡散長λの比に依存し、exp（−Ｌ／λ）に従って指数関数的に減衰する。従って、電子スピンやスピン軌道の性質が発揮される空間スケールはスピン拡散長と同程度である制約があるが、微細加工技術の発展に伴い、スピンの拡散長λ程度の磁性ナノ構造系において、スピン注入を用いたトンネル磁気抵抗素子として、スピン注入素子が提案されている（非特許文献２）。また、非磁性金属や半導体に電荷電流を流すと、スピン・軌道相互作用によってスピンが上向きの電子と下向きの電子が非磁性体中で逆方向に曲げられるスピンホール効果が生じる。この結果、スピンの向きと電流方向のなす平面の法線方向にスピン流が発生し、試料端にスピン蓄積をもたらす（電荷電流誘起スピンホール効果）。さらに、この効果の逆過程として、強磁性体から非磁性体中に注入されたスピン電流がスピンの向きとスピン電流方向のなす平面の法線方向に電荷流を誘起する逆のスピンホール効果をもたらす（スピン電流誘起スピンホール効果）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Spin Dependent Transport in Magnetic Nanostructures, edited by S. Maekawa and T.Shinjo (Taylor Francis, New York, 2002).
【非特許文献２】F. E. Jedema et al., “Electrical detection of spin precession in a metallic mesoscopic spin valve”, 2002, Nature, Vol.416, p. 713
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スピン流を用いたデバイスにおいては、出力信号強度が低いことが実用に際しての困難となっている。また、媒体の高密度化に伴い、磁気記録ヘッド及び磁気再生ヘッドには分解能の高度化が求められている。
【０００５】
上述の非特許文献２に記載されている素子は、スピン蓄積による磁化検出効果やスピン流注入磁化反転を用いたメモリ、及び、センサに関するものである。また、非特許文献１には、強磁性層から半導体に注入されるスピン分極電子によるホール電圧検出方法について記載されているが、スピン偏極電流を用いた磁界発生方法についての開示や、外部磁場により強磁性層が磁化された向きを検出するための構成あるいは方法についての開示はない。
【０００６】
本発明の目的は、スピンホール効果によるスピン蓄積を利用した局所磁界発生デバイスを提供することである。本発明の他の目的は、スピンホール効果を用いた局所磁界発生デバイスを用いて媒体の磁化方向を反転させる作用を持つ磁気記録ヘッドを提供することである。本発明の他の目的は、スピンホール効果による電荷蓄積を利用した局所磁界検知デバイスを提供することである。本発明の他の目的は、スピンホール効果を用いた磁界検知デバイスを用いて高密度化媒体からの漏れ磁場の方向を信号として検出する磁気再生ヘッドを提供することである。本発明のさらなる目的は、スピンホール効果を用いた局所磁界発生デバイスと磁界検知デバイスを用いて、磁気記録と読み出しに対して一体型の磁気ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、湾曲した電流経路を有するスピンホール効果素子を用いることにより、偏極スピン電子を湾曲形状の湾曲内側の微小領域に蓄積させて実効的に有用な強度の局所磁界を発生させる。環状形状のスピンホール効果素子を用いて微小領域に効率的にスピン蓄積させることで、強い局所磁界を発生させる素子が得られる。本発明は、スピンホール効果をもたらすスピン・軌道相互作用の強い非磁性材料からなるスピンホール効果層を用い、かつ、スピンホール効果による電子の蓄積地点を１点にする幾何学形状を組むことで、効率的な微小領域へのスピン蓄積による磁界発生を実現するものである。
【０００８】
本発明の局所磁界発生デバイスは、非磁性体からなるスピンホール効果層を備え湾曲部を有するスピンホール効果素子と、スピンホール効果素子に電流を流す一対の電極端子と、一対の電極端子に接続された電源とを有し、湾曲部の湾曲内側領域に蓄積される偏極スピン電子により磁界を発生させる。スピンホール効果層の平面形状は、典型的には一部を切欠いた部分環、あるいはその部分環が複数連なった形状である。
【０００９】
一例として、スピンホール効果素子が一部を切欠いた１つの部分環の形状を有するとき、局所磁界発生デバイスは、スピンホール効果素子の膜面に垂直な方向の磁界を発生させることができる。他の例として、スピンホール効果素子の形状が一部を切欠いた部分環が２つ連なった形状のとき、局所磁界発生デバイスは、スピンホール効果素子の膜面に平行な方向の磁界を発生させることができる。また、スピンホール効果素子の湾曲部に非磁性絶縁層を介して強磁性層を配置すると、発生する磁界強度を増大することができる。
【００１０】
本発明の磁気記録ヘッドは、磁界発生部として上記局所磁界発生デバイスを用い、スピンホール効果素子の湾曲部の湾曲内側領域に蓄積される偏極スピン電子により発生される磁界を磁気記録媒体に印加するための開口を有する。
【００１１】
スピンホール効果素子が一部を切欠いた１つの部分環からなる形状を有するとき、この磁気ヘッドは垂直磁気記録用の記録ヘッドとして用いることができる。また、スピンホール効果素子が一部を切欠いた部分環が２つ連なった形状を有するとき、この磁気ヘッドは面内磁気記録用の記録ヘッドとして用いることができる。
【００１２】
本発明では、中心部に強磁性体芯を持つ湾曲した電流経路を有するスピンホール効果素子を用いることにより、外部磁界により磁化した湾曲中心の強磁性体芯より偏極スピン電子を湾曲形状の動径方向に注入させて湾曲両端に電圧を発生させる。環状形状のスピンホール効果素子を用いることで微小領域の磁界を検知する素子が得られる。本発明は、スピンホール効果をもたらすスピン・軌道相互作用の強い非磁性材料からなるスピンホール効果層を用い、かつ、スピンホール層へのスピン偏極電子の沁み出し地点を１点にする幾何学形状を組むことで、微小領域からの効率的な磁界検知を実現するものである。
【００１３】
本発明の局所磁界検知デバイスは、非磁性体からなるスピンホール効果層と、非磁性伝導層と、前記非磁性体スピンホール効果層と非磁性伝導層との間に配置された非磁性絶縁体層とを有する積層膜を備えた湾曲部を有するスピンホール効果素子と、湾曲部の湾曲内側微小領域に位置する強磁性体芯と、スピンホール効果層に誘起された電圧を検出する一対の電極端子とを有する。そして、非磁性伝導層から強磁性体芯に電流を印加する手段を備え、磁化された強磁性体芯からスピンホール効果層への偏極スピン電子注入により、スピンホール効果層の両端に電圧を発生させる。スピンホール効果層の平面形状は、典型的には一部を切欠いた部分環、あるいはその部分環が複数連なった形状である。
【００１４】
一例として、スピンホール効果素子が一部を切欠いた１つの部分環の形状を有するとき、局所磁界検知デバイスは、スピンホール効果素子の膜面に垂直な方向の磁界を検知することができる。他の例として、スピンホール効果素子の形状が一部を切欠いた部分環が２つ連なった形状のとき、局所磁界検知デバイスは、スピンホール効果素子の膜面に平行な方向の磁界を検知することができる。
【００１５】
本発明の磁気再生ヘッドは、磁界検知部として上記局所磁界検知デバイスを用い、スピンホール効果素子の湾曲部の湾曲内側領域の強磁性体芯を磁化する磁気記録媒体からの漏れ磁場を検知するための開口を備えた磁気シールドとを有する。
【００１６】
スピンホール効果素子が一部を切欠いた１つの部分環からなる形状を有するとき、この磁気ヘッドは垂直磁気記録用の記録ヘッドとして用いることができる。また、スピンホール効果素子が一部を切欠いた部分環が２つ連なった形状を有するとき、この磁気ヘッドは面内磁気記録用の記録ヘッドとして用いることができる。
【００１７】
本発明の一体型磁気ヘッドは、磁界検知部として上記局所磁界検知デバイスを、磁界発生部として上記局所磁界発生デバイスを用い、上記局所磁界検知デバイスと上記局所磁界発生デバイスとの間の非磁性絶縁体層と、湾曲内側領域に発生される磁界を磁気記録媒体に印加する、又は、磁気記録媒体からの漏れ磁場を検知するための開口を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、微小領域への効率的なスピン蓄積によって強い磁界を局所的に発生することができる。また、本発明によれば、高密度記録媒体からの磁界を高分解能で検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】スピンホール効果素子を用いた本発明の局所磁界発生デバイスの構成例を示す図。
【図２】本発明による局所磁界発生デバイスの基本的な構成例を示す図。
【図３】本発明の局所磁界発生デバイスに用いるスピンホール効果層の電流経路を含んだ構造例を示す図。
【図４】本発明に係る局所磁界発生デバイスの他の例を示す平面構造図と斜視図。
【図５】スピンホール効果素子の非磁性スピンホール効果層における電流分布を示した図。
【図６】本発明によるＣ字型局所磁界検知デバイスの基本的な構成例を示す図。
【図７】本発明によるＳ字型局所磁界検知デバイスの基本的な構成例を示す図。
【図８】本発明によるＣ字型局所磁界検知デバイスに用いるスピンホール効果層の電流経路を含んだ構造例を示す図。
【図９】本発明によるＳ字型局所磁界検知デバイスに用いるスピンホール効果層の電流経路を含んだ構造例を示す図。
【図１０】スピンホール効果素子の非磁性スピンホール効果層における電気化学ポテンシャル分布を示した図。
【図１１】実施例による本発明の局所磁界発生デバイスに用いるスピンホール効果素子の構成例を示す図。
【図１２】本発明による磁気記録ヘッドの構成例を示す図。
【図１３】本発明による磁気記録ヘッドの構成例を示す図。
【図１４】本発明による磁気記録ヘッドの構成例を示す図。
【図１５】スピンホール効果素子を用いた本発明のＣ字型局所磁界検知デバイスの構成例を示す図。
【図１６】本発明による局所磁界検知デバイスに用いるスピンホール効果素子の構成例を示す図。
【図１７】スピンホール効果素子を用いた本発明のＳ字型局所磁界検知デバイスの構成例を示す図。
【図１８】本発明による磁気再生ヘッドの構成例を示す図。
【図１９】本発明による磁気再生ヘッドの構成例を示す図。
【図２０】本発明による磁気再生ヘッドの構成例を示す図。
【図２１】本発明による局所磁界検知デバイスに用いるスピンホール効果素子の構成例を示す図。
【図２２】本発明による一体型磁気ヘッドの構成例を示す図。
【図２３】本発明による一体型局所磁気ヘッドに用いるスピンホール効果素子の構成例を示す図。
【図２４】本発明による一体型磁気ヘッドの構成例を示す図。
【図２５】本発明による一体型磁気ヘッドの構成例を示す図。
【図２６】本発明による一体型局所磁気ヘッドに用いるスピンホール効果素子の構成例を示す図。
【図２７】磁気ディスク装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
まず、本発明における局所磁界発生デバイスの構成及び作用を説明する。
図２は、本発明による局所磁界発生デバイスの基本的な構成例を示す図である。図２（ａ）に示した局所磁界発生デバイス１１０は、非磁性体スピンホール効果層１１が、環の一部を切欠いた単一の環状形状を有する。スピンホール効果層の内径ｒ0は、内径近傍に発生させる磁界Ｈ、スピンホール効果層におけるスピン拡散長λ、キャリア濃度Ｎ、スピンホール効果の係数αH、ボーア磁子μBとすると、ｒ0＝λ（１−Ｈ／（Ｈ＋ＮαHμB））1/2を満たす。非磁性体スピンホール効果層１１は、その切欠部分の２端面で非磁性の電極端子２１，２２と接する。図２（ａ）に示したスピンホール効果層における湾曲部は円環の一部を切欠いたＣ字形状であるが、湾曲部は必ずしも円環の一部である必要はなく、図２（ａ−１）に示したように角張った環状体の一部を切欠いた形状でもよい。また、図２（ａ−２）に示したような円環の半分の形状、図２（ａ−３）に示したような多角形の環状体の半分の形状など、全体として電流経路を湾曲させるような形状であればよい。電極端子２１，２２は、図２（ａ−１）の構造例では向き合って設けられ、図２（ａ−２）及び図２（ａ−３）の構造例では同方向を向いて設けられる。
【００２１】
図２（ｂ）に示した局所磁界発生デバイス２１０は、一部に切欠部分を持った複数の環が連なった形状の非磁性体スピンホール効果層１１を備え、両端の自由端面に電極端子２１，２２を備える。図２（ｂ）に示したスピンホール効果層の湾曲部は部分円環を逆向きに２つ結合したＳ字形状をしているが、必ずしも部分円環を組み合わせたものである必要はなく、図２（ｂ−１）に示すように角張った形状の環をＳ字状に結合してもよい。また、図２（ｂ−２）に示すように図２（ａ−２）に示した部分円環を２つ接合した形状、あるいは図２（ｂ−３）に示すように角張った環の組み合わせ形状で湾曲部を構成してもよい。電極端子２１，２２が設けられるスピンホール効果層の端面は、図２（ｂ）及び図２（ｂ−１）では互いに軸ずれして対向しており、図２（ｂ−２）及び図２（ｂ−２）の場合には互いに軸ずれして逆方向を向いている。
【００２２】
図３は、本発明による局所磁界発生デバイスのスピンホール効果層の電流経路を含んだ構造例を示す図であり、図２に点線で示したＡＢに沿った断面図に相当する。図３（ａ）〜（ｃ）は積層膜の基本構造を示す模式図、図３（ｄ）〜（ｇ）はその基本構造を多層に積層した多層膜の例を示す模式図である。
【００２３】
図３（ａ）は、単層からなる非磁性体スピンホール効果層１１の例を示す。図３（ｂ）は非磁性体スピンホール効果層１１と強磁性体層１２とを積層した積層膜の構造例を示し、図３（ｃ）は非磁性体スピンホール効果層１１と強磁性体層１２の間に非磁性絶縁体層１３を配置した積層膜の例を示す図である。図３（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ）のようにこれらの多層膜を用いても良い。また図３（ｄ）に示した多層膜の場合、各スピンホール効果層の端面に接合された電極２１はそれぞれ分離しているが、図３（ｅ）のように複数のスピンホール効果層の端面に接合された電極が繋がっていてもよい。
【００２４】
強磁性体層１２を障壁層となる薄い非磁性絶縁体層１３を介してスピンホール効果素子にトンネル接合させることで、強磁性体層１２から非磁性体スピンホール効果層１１へのスピン流の沁み出しが起こり、非磁性体スピンホール効果層１１でのスピン流が増大されるため、スピンホール効果によるスピン蓄積に起因する磁界発生効果を増大できる。また、多層膜を用いることで、スピン蓄積による磁界発生を層数倍に増大することが可能となる。
【００２５】
図４は、本発明に係る局所磁界発生デバイスの他の例を示す平面摸式図と斜視摸式図である。図４（ａ）に示した局所磁界発生デバイス１２０は、図２（ａ）に示した内径２ｒ0の局所磁界発生デバイス１１０を構成する非磁性体スピンホール効果層１１の片側に、非磁性絶縁体層１３を介してピラー状の強磁性層３０を配置したものである。図４（ｂ）は、その斜視図である。本実施例の局所磁界発生デバイスは、スピンホール効果素子によりＣ字状をした部分円環の内径近傍に発生する磁界が強磁性層３０を磁化させるため、強磁性層３０内部での磁束密度Ｂ＝μ0Ｈ＋Ｍｓ（Ｈは印加磁場、Ｍｓは飽和磁化）が局所磁界発生デバイスから発生する局所磁界となる。従って、強磁性層３０を連結することにより、発生磁界の強度を増大できるメリットがある。
【００２６】
また、図４（ｃ）に示す局所磁界発生デバイス２２０は、図２（ｂ）に示した内径２ｒ0の局所磁界発生デバイス２１０を構成する非磁性体スピンホール効果層１１の片側に、非磁性絶縁体層１３を介してピラー状の強磁性層３１，３２を配置したものである。図４（ｄ）はその斜視図である。本実施例の局所磁界発生デバイスにおいても、スピンホール効果素子により内径近傍に発生する磁界が強磁性層３１，３２を磁化させるため、発生磁界の強度を増大できるメリットがある。
【００２７】
また、スピン流は、距離Ｌとスピンの拡散長λに関してexp（−Ｌ／λ）に従って指数関数的に減衰するため、λの２倍より長い距離では、スピン流は１／５、λの３倍以上では１／２０より小さくなる。また、実際のデバイスにおいては不純物や双晶欠陥を排除することは難しく、スピン流はさらに減少すると考えられ、実効的に働くスピン流はλの３倍以上ではほとんどゼロになる。従って、偏極スピン電子を湾曲形状の湾曲内側の微小領域に蓄積させ、かつ、逆偏極スピン電子との分離を完全にするには、スピンホール効果層の幅は、スピン拡散長λの３倍以上であれば良い。さらに、強磁性体層１２の連結によるスピン流の沁み出し効果が、スピンホール効果層の中央でも７０％以下に減衰しない厚みはスピン拡散長λの２倍より小さくなる。本発明における局所磁界発生デバイス１１０，１２０，２１０，２２０においては、スピンホール効果層となる非磁性体１１の幅は、非磁性体スピンホール効果層を構成する材料のスピン拡散長の３倍よりも広いのが好ましい。また、スピンホール効果層１１と強磁性体層１２とが積層された積層膜を含むスピンホール効果素子においては、スピンホール効果層となる非磁性体１１の厚みは、非磁性体１１を構成する材料のスピン拡散長λの２倍以下であるのが好ましい。
【００２８】
本発明における局所磁界発生デバイスにおいて、強磁性体層１２は、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅあるいは、これらの元素の少なくとも一種類を主成分として含有している合金あるいは化合物からなる材料によって構成される。また、非磁性絶縁体中間層１３は、Ａｌ2Ｏ3，ＡｌＮ，ＳｉＯ2，ＨｆＯ2，Ｚｒ2Ｏ3，Ｃｒ2Ｏ3，ＭｇＯ，ＴｉＯ2，ＳｒＴｉＯ3の少なくとも一種類を含む材料からなる単層膜あるいは積層膜で構成される。好ましくは、強磁性層１１にＣｏＦｅＢを、非磁性絶縁体中間層１３にＭｇＯを用いる。
【００２９】
金属においては、スピンホール効果を引き起こすスピン軌道相互作用ハミルトニアンは、原子番号Ｚ、軌道角運動量ベクトルΙ、スピンｓを用いて、次の式（１）で表される。
【００３０】
【数１】
2010062531.tif 000003
ここで、ｍeは電子の質量、ｒは電子の原子核中心からの距離、μ0は真空の透磁率、ｈはプランク定数、ｅは電気素量を表す。
【００３１】
式（１）が示すように、スピン軌道相互作用は原子番号に比例する。従って、強いスピン軌道相互作用による顕著なスピン蓄積効果を実現するためには、原子番号の大きな非磁性体を材料に用いることが必要となる。また、金属のスピン拡散長が０．１〜０．０１μｍであるのに対し、半導体においては、スピン拡散長λが１μｍ程度にもなり、スピン偏極がマクロスケールにわたって保たれることが知られている。このことは、スピンホール効果層の厚みに関して許容範囲を広げられるメリットがある。さらに、不純物のない半導体におけるスピンホール効果においては、普遍的なスピンホール伝導度が存在することが理論的に示されており、しかも、ゼロギャップ半導体（ＨｇＴｅ，ＨｇＳｅ等）、ナローギャップ半導体（ＰｂＴｅ，ＰｂＳｅ，ＰｂＳ等）においては、ドープしない縦方向の電気伝導度がゼロでもスピンホール効果が現れることが報告されている。従って、クリーンな半導体においては、スピンホール係数が著しく増大する。
【００３２】
また、スピンホール効果によって新たに誘起されるスピンホール電流ｊsHは、スピンの量子化軸の向きｓハット、電流密度ｊqと材料によって決まる係数αHを用いて次式（２）で表される。
【００３３】
【数２】
2010062531.tif 000004
【００３４】
このスピンホール電流ｊsHがスピン蓄積に寄与するため、材料が決まると、電流密度ｊqの増大に伴い、スピン蓄積効果も増大する。
【００３５】
本発明のスピンホール効果素子の電極間に一定電圧を与えると、非磁性体スピンホール効果層１１の面内で環状に電流が流れる。図５（ａ）は、スピンホール効果素子の形状を示す図であり、図５（ｂ）はその断面模式図と環状電流の動径方向の電流密度分布を示す図である。
【００３６】
図５（ａ）に示すような構造、すなわち厚さ１００ｎｍ、幅３００ｎｍ、高さ３００ｎｍの半導体ＧａＡｓ層１１の角を切り落とした内径１００ｎｍ（ｒ0＝５０ｎｍ）の環状の切欠構造について、両端にアルミニウムの電極２１，２２を接合したスピンホール効果素子について、電極間に０．１Ｖの電圧をかけた。環状の矢印が示すように電流が流れる。中心側ほど電流経路が短くなるため電流密度が高い。円電流の場合、抵抗率ρ、円電流の半径ｒ、及び電極間印加電圧Ｖとの間に式（３）の関係があるので、図５（ｂ）に示したように、スピンホール効果素子の断面で電流密度の環中心からの距離依存性は距離に反比例する。ここで、４０は断面を流れる電流の向きを示す。従って、環状構造においては誘起されるスピンホール電流は中心ほど強いことになる。これにより、高いスピン蓄積効果が期待できる。
【００３７】
【数３】
2010062531.tif 000005
【００３８】
本発明の局所磁界発生デバイスにおいて、スピンホール効果層となる非磁性体１１には、配線に用いられるＣｕより大きな原子番号を有するＡｕ，Ｐｔなどのスピンホール効果の大きい非磁性体、又は、以下のスピンホール効果の大きい化合物半導体、すなわちガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム砒素（ＩｎＡｓ）、アルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）、インジウムガリウム窒素−ガリウム窒素超格子（ＩｎＧａＮ／ＧａＮ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、β−硫化水素（β−ＨｇＳ）、α−スズ（α−Ｓｎ）、テルル化鉛（ＰｂＴｅ）、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）、硫化鉛（ＰｂＳ）、又は、ガリウム砒素系半導体（GaAs-based semiconductor）が用いられる。また、非磁性体スピンホール効果層１１の厚みは、金属を用いた場合は、金属のスピン拡散長である０．１〜０．０１μｍの２倍（０．２〜０．０２μｍ）よりも薄く、半導体を用いた場合は、半導体のスピン拡散長である約１μｍの２倍（約２μｍ）よりも薄く形成される。
【００３９】
次に、本発明における局所磁界検知デバイスの構成及び作用を説明する。
図６は、本発明によるＣ字型局所磁界検知デバイスの基本的な構成例を示す図である。図６（ａ）に示した局所磁界検知デバイス３１０は、非磁性伝導層１４と非磁性絶縁体層１３を介して接する非磁性体スピンホール効果層１１が、環の一部を切欠いた単一のＣ字型の環状形状を有する。Ｃ字型環状形状の中心部分には、下方に突出した強磁性体芯３０が設けられている。また、非磁性体スピンホール効果層１１は、その切欠部分の２端面で非磁性の電極端子２１，２２と接する。電極端子２１，２２と強磁性体芯３０とは絶縁されている。また、強磁性体芯３０から非磁性体スピンホール効果層１１へのスピン流の沁み出しが起こるが、非磁性伝導層１４から強磁性体芯３０に電流を流すと、非磁性体スピンホール効果層１１へのスピン偏極電流の注入が増大されるため、スピンホール効果による磁界検知効果を増大できる。
【００４０】
図６（ａ）に示したスピンホール効果層における湾曲部は円環の一部を切欠いたＣ字形状であるが、湾曲部は必ずしも円環の一部である必要はなく、図６（ｂ）に示したように角張った環状体の一部を切欠いた形状でもよい。また、図６（ｃ）に示したような円環の半分の形状、図６（ｄ）に示したような多角形の環状体の半分の形状など、全体として電流経路を湾曲させるような形状であればよい。電極端子２１，２２は、図６（ａ）及び図６（ｂ）の構造例では向き合って設けられ、図６（ｃ）及び図６（ｄ）の構造例では同方向を向いて設けられる。
【００４１】
図７は、本発明によるＳ字型局所磁界検知デバイスの基本的な構成例を示す図である。図７（ａ）に示した局所磁界検知デバイス４１０は、一部に切欠部分を持ったＣ字型環形状の２つの非磁性伝導層１４，１５と、非磁性絶縁体層１３を介して接するＣ字型環が２つ連なったＳ字形状の非磁性体スピンホール効果層１１を備え、両端の自由端面に電極端子２１，２２を備える。２つのＣ字型環の中心部分には、それぞれ下方に突出した強磁性体芯３１，３２が設けられている。電極端子２１，２２と強磁性体芯３１，３２とは絶縁されている。また、強磁性体芯３１，３２から非磁性体スピンホール効果層１１へのスピン流の沁み出しが起こるが、非磁性伝導層１４，１５から強磁性体芯３１，３２に電流を流すと、非磁性体スピンホール効果層１１へのスピン偏極電流の注入が増大されるため、スピンホール効果による磁界検知効果を増大できる。このとき、非磁性伝導層１４から強磁性体芯３１に流す電流の向きと、非磁性伝導層１５から強磁性体芯３２に流す電流の向きを逆にする必要があるため、２つの非磁性伝導層１４，１５は位置Ｃに設けられた絶縁層を挟んで形成され、互いに電気的に絶縁されている。
【００４２】
図７（ａ）に示したスピンホール効果層１１の湾曲部は部分円環を逆向きに２つ結合したＳ字形状をしているが、必ずしも部分円環を組み合わせたものである必要はなく、図７（ｂ）に示すように、角張った形状の環をＳ字状に結合してもよい。また、図７（ｃ）に示すように、図６（ｃ）に示した部分円環を２つ接合した形状、あるいは図７（ｄ）に示すように、角張った環の組み合わせ形状で湾曲部を構成してもよい。電極端子２１，２２が設けられるスピンホール効果層の端面は、図７（ａ）及び図７（ｂ）では互いに軸ずれして対向しており、図７（ｃ）及び図７（ｄ）の場合には互いに軸ずれして逆方向を向いている。
【００４３】
図８は、本発明によるＣ字型局所磁界検知デバイスのスピンホール効果層の電流経路を含んだ構造例を示す図であり、図６に点線で示したＡＢに沿った断面図に相当する。図８（ａ）は、デバイス３１０の単層からなる非磁性体スピンホール効果層１１の例を示す。図８（ｂ），（ｃ），（ｄ）はデバイス３１０のスピンホール効果層１１と非磁性体絶縁体層１３とを積層した多層膜の構造例を示す。図８（ｂ）は、各スピンホール効果層１１の端面に接合された電極端子２１，２２が非磁性体絶縁体層１３を介してそれぞれ分離している場合の図である。図８（ｃ）のように複数のスピンホール効果層１１の端面に接合された電極２１，２２が繋がっていてもよい。また、図８（ｄ）はデバイス３１０の非磁性体スピンホール効果層１１と非磁性の電極端子２１，２２の間に非磁性高抵抗層１６を配置した例を示す図である。非磁性高抵抗層１６を用いたトンネル接合を介して接触させる構造を備えることで、最終的な出力を高めることが可能となる。また、多層膜を用いることで磁界検知信号を層数倍に増大することが可能となる。
【００４４】
図９は、本発明によるＳ字型局所磁界検知デバイスのスピンホール効果層の電流経路を含んだ構造例を示す図であり、図７に点線で示したＡＣＢに沿った断面図に相当する。図９（ａ）は、デバイス４１０の単層からなる非磁性体スピンホール効果層１１の例を示す。図９（ｂ），（ｃ），（ｄ）はデバイス４１０のスピンホール効果層１１と非磁性体絶縁体層１３とを積層した多層膜の構造例を示す。図９（ｂ）は、各スピンホール効果層１１の端面に接合された電極端子２１，２２が絶縁層を介してそれぞれ分離している場合の図である。図９（ｃ）のように複数のスピンホール効果層１１の端面に接合された電極が繋がっていてもよい。図９（ｄ）はデバイス４１０の非磁性体スピンホール効果層１１と非磁性の電極端子２１，２２の間に非磁性高抵抗層１６を配置した例を示す図である。多層膜を用いることで磁界検知信号を層数倍に増大することが可能となる。いずれの例の場合にも、スピンホール効果層１１は電極端子２１，２２の間に連続して形成されている。しかし、２つの非磁性伝導層１４，１５は、図示したように、Ｃ点で不連続に形成され、互いに電気的に絶縁されている。その理由は、前述したように、非磁性伝導層１４から強磁性体芯３１に流す電流の向きと、非磁性伝導層１５から強磁性体芯３２に流す電流の向きを逆にする必要があるためである。
【００４５】
スピン偏極電流の逆スピンホール効果によって誘起されるスピンホール電流ｊqHは、スピンの量子化軸の向きｓハット、スピン偏極電流密度ｊsと材料によって決まる係数αHを用いて次式（４）で表される。
【００４６】
【数４】
2010062531.tif 000006
【００４７】
このスピンホール電流ｊsHがスピン蓄積に寄与するため、材料が決まると、電流密度ｊqの増大に伴い、スピン蓄積効果も増大する。
【００４８】
本発明の非磁性体伝導層から強磁性体芯の方向に電流を流すと、強磁性体芯においては上向きスピンによる電流I↑と下向きスピンによる電流I↓が芯中心に向かって流れる。このとき、強磁性体芯では式（５−１）のようにI↑とI↓の間に偏りがある一方、スピンホール効果層内部では式（５−２）のように偏りはなく、電流は流れないので、I↑＝−I↓となる。この結果、強磁性体芯との接合近傍のスピンホール効果層では、上向きスピンと下向きスピンの電気化学ポテンシャル（ＥＣＰ）μ↑とμ↓がΔμ＝μ↑−μ↓だけスピン偏極し、接合近傍のスピンホール効果層において非平衡磁化が誘起される。これにより非磁性体スピンホール効果層内に動径方向へのスピン偏極電流が注入される。
【００４９】
【数５】
2010062531.tif 000007
【００５０】
後述する図１５（ｃ）のように強磁性体芯がデバイス面に垂直に上向きに磁化されている場合、デバイス面に垂直上向きに偏極されたスピン偏極電流が非磁性体スピンホール効果層内動径方向へ注入される。このとき注入されたスピン偏極電流は非磁性体スピンホール効果層内でスピンホール効果により上向き、下向きのスピンをもつ電子がともに同方向に曲げられ、電極２２に蓄積する。この結果、電極２２が負に帯電し電極間に電位差が生じる。強磁性体芯が逆向きに磁化された場合、電子は電極２１に蓄積し、電位差の極性は反転する。
【００５１】
図１０（ａ）は、図１５（ａ）に示したスピンホール効果素子３１１のＡＢで切った断面模式図である。図１０（ｂ）は、スピンホール効果素子３１１のＰｔからなるスピンホール効果層１１における、上向きスピンと下向きスピンのＥＣＰμ↑とμ↓のｘ方向分布を示すシミュレーション結果を示す図である。
【００５２】
スピンホール効果素子は、図１０（ａ）に示すように、Ｃｕ（２０ｎｍ）／Ａｌ2Ｏ3（５ｎｍ）／Ｐｔ（１０ｎｍ）積層膜からなり、内径３０ｎｍのパーマロイ層（強磁性体芯）３０を持った環状の切欠構造のスピンホール効果Ｐｔ層１１の切欠端両端にアルミニウムの電極２１，２２を接合した構造を有するものとする。図１０（ａ）に示すようにパーマロイ層３０中心より動径方向にｘ座標を設定したときに、Ｃｕ伝導層１４から強磁性体パーマロイ層３０に１００μＡの電流４１を印加する。このとき、図１０（ｂ）に示すように、スピンホール効果Ｐｔ層１１において、上向きスピンと下向きスピンの電気化学ポテンシャルの差（ΔＥＣＰ）にｘ方向分布が見られる。ΔＥＣＰの傾きはＰｔ層１１に流入するスピン流の大きさに比例する。強磁性体パーマロイ層３０からＰｔ層１１に、平均して１．１２×１０5Ａ／ｃｍ2 のスピン流が注入されることを示している。パーマロイ層３０からスピン非磁性スピンホール効果Ｐｔ層１１へのスピン注入が起こることがわかる。
【００５３】
本発明の局所磁界検知デバイスにおいて、スピンホール効果層となる非磁性体１１には、配線に用いられるＣｕより大きな原子番号を有するＡｕ，Ｐｔなどのスピンホール効果の大きい非磁性体、又は、以下のスピンホール効果の大きい化合物半導体、すなわちガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム砒素（ＩｎＡｓ）、アルミニウム砒素（ＡｌＡｓ）、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）、インジウムガリウム窒素−ガリウム窒素超格子（ＩｎＧａＮ／ＧａＮ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、β−硫化水素（β−ＨｇＳ）、α−スズ（α−Ｓｎ）、テルル化鉛（ＰｂＴｅ）、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）、硫化鉛（ＰｂＳ）、又は、ガリウム砒素系半導体（GaAs-based semiconductor）が用いられる。また、非磁性体スピンホール効果層１１の厚みは、金属を用いた場合は、金属のスピン拡散長である０．１〜０．０１μｍの２倍（０．２〜０．０２μｍ）よりも薄く、半導体を用いた場合は、半導体のスピン拡散長である約１μｍの２倍（約２μｍ）よりも薄く形成される。
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【実施例】
【００５４】
[実施例１]
図１は、スピンホール効果を利用した本発明の局所磁界発生デバイスの構成例を示す図である。図１（ａ）及び図１（ｃ）は局所磁界発生デバイスの構成例を示す平面摸式図、図１（ｂ）及び図１（ｄ）は外部回路との接続によるスピン流の振る舞いを示す模式図である。
【００５５】
図１（ａ）に示す局所磁界発生デバイス１０００は、厚さｄ＝１００ｎｍ、環の幅ｗ＝４μｍ、環の内径４０ｎｍの各スピンホール効果層が１０ｎｍのＭｇＯ膜を介して１０層積層された構造を有するスピンホール効果素子１１３を用いた。スピンホール効果層となる非磁性体１１には、スピン拡散長１μｍのＧａＡＳを用いた。図１１（ａ）は、スピンホール効果素子１１３の斜視模式図である。
【００５６】
スパッタ装置を用いて、ＭｇＯ（００１）単結晶基板上に（ＧａＡｓ（１００ｎｍ）／ＭｇＯ（１０ｎｍ））10の１０層の積層多層膜を成膜した。その積層多層膜を電子線リソグラフィー技術により外径８０４０ｎｍ、内径４０ｎｍのＣ字型環状に成型し、幅４０００ｎｍ、長さ１００ｎｍ、厚さ２００ｎｍのＣｕ電極２１，２２を該積層多層膜の側面に接続する。このとき、ｄ＜２λ、５μ＞３λを満たす。この、局所磁界発生デバイス１０００は、非磁性体スピンホール効果層１１に印加された電荷流に環状内側へのスピン蓄積機能を有する。
【００５７】
図１（ａ）に示すように、スピンホール効果素子１１３の積層膜に、膜面方向に電流を印加する電源７０を接続し、非磁性体からなる電極端子２１及び２２間に定電圧を印加することにより、非磁性体スピンホール効果層１１へと電流を流す。図１（ｂ）は図１（ａ）で示した外部回路との接続によって流れる電流とスピン流の振る舞いを示す。点線の矢印は白丸で示す上向きスピン電子５２、及び、下向きスピン電子５３の流れる向きをそれぞれ表し、また、太い２重丸５０は環状非磁性体スピンホール効果層１１の内側の磁化の向きを表す。膜面方向に環状に電流が流れることにより、非磁性体スピンホール効果層１１の電子がスピンホール効果により、量子化軸の向きと流入方向で構成される平面の法線方向に曲げられる。このとき、スピンの量子化軸が非磁性体スピンホール効果層の膜面に上向き垂直な電子５２は、環の動径方向の環中心に向かって曲げられる一方、スピンの量子化軸が膜面に下向き垂直な電子５３は外縁方向に曲げられる。この結果、上向き垂直なスピン電子５２はスピンホール効果素子１１３の内縁に蓄積し、内縁近傍に膜面に上向き垂直な磁界を発生させる。
【００５８】
電極端子２１，２２間に印加される電圧が逆になると、非磁性体スピンホール効果層１１中でスピン電子は逆向きに曲げられる。その結果、スピンホール効果素子１１３の内縁近傍に発生する磁界の極性も逆になる。これにより、スピンホール効果素子１１３の内縁に局所的な磁界を発生させることができる。
【００５９】
また、図１（ｃ）に示す局所磁界発生デバイス２０００ように、部分環が２つ連なったタイプのスピンホール効果素子２１５を用いると、図１（ｄ）に示すように、湾曲した非磁性スピンホール効果層１１の２箇所のカーブ内側領域において極性の異なるスピン電子５２と５３が別々に蓄積される。これにより膜面に平行な局所磁界を発生できる。
【００６０】
内径近傍に発生する磁界Ｈは、スピンホール効果素子１１３の内径ｒ0、スピンホール効果の係数αH、半導体のスピン拡散長λ、キャリア濃度Ｎ、ボーア磁子μB、及び、真空の透磁率μ0を用いて次の式（６）で表される。
【００６１】
【数６】
2010062531.tif 000008
【００６２】
一例として、ｒ0を２０ｎｍ、αHを０．０１、λを１μｍ、Ｎを１０19ｃｍ-3とすると、μ0Ｈ〜１．８２テスラとなる。
【００６３】
[実施例２]
図１２（ａ）は、垂直磁気記録媒体に対して記録磁界を印加して磁気記録を行うための磁気記録ヘッド３０００の構成例を磁気記録媒体とともに示す断面模式図である。図１２（ｂ）はその斜視模式図である。この実施例は、図１１（ｃ）に示したＣ字型局所磁界発生デバイス１２３を垂直磁気記録用の記録ヘッドに適用した例である。
【００６４】
磁気記録ヘッド３０００は、基板及び下地材料等からなる基体６３上に、内径４ｎｍ，外径４０００ｎｍ，厚さ１０ｎｍの非磁性絶縁体ＳｉＯ2層１３が形成され、その上に内径４ｎｍ，外径４０００ｎｍ，厚さ１００ｎｍの非磁性半導体ＧａＡｓ層１１が交互に積層した多層膜が形成されている。また、多層膜の上には直径１０００ｎｍ、厚さ８ｎｍの非磁性絶縁体ＳｉＯ2層１３を介して、直径１２ｎｍ、厚さ２０ｎｍの強磁性パーマロイ層３０を材料とするピラーが環中心と同心円の位置に形成されている。ＧａＡＳ層１１の切欠端面には、幅１４９８ｎｍ，長さ５０ｎｍ，厚さ１００ｎｍの銅電極端子２１，２２が形成されている。
【００６５】
強磁性パーマロイ層３０は、図１２（ａ）の断面図、及び図１２（ｂ）の斜視模式図に示すように、垂直磁気記録媒体６０の表面に近い位置に積層膜上面に対面するように配置される。ここで、図１２（ａ）の断面図は、図１２（ｂ）の斜視模式図に点線で示したＡＢに沿った断面図である。磁気シールド６１は、ＧａＡｓ／ＳｉＯ2多層膜の側面に形成された局所磁界発生デバイス１２３の周囲を環状に取り囲む部分と、パーマロイ層３０と媒体６０の間に設けられて媒体６０とパーマロイ層３０を遮蔽する平板とで構成される。遮蔽平板には、局所磁界発生デバイス１２３の環中心線上に、媒体磁区サイズ以下の開口が設けられている。この磁気シールド６１の開口から、局所磁界発生デバイス１２３で発生され、パーマロイ層３０で増幅された局所磁界を、媒体６０の書き換え磁区のみに絞って印加する。
【００６６】
図１２（ｂ）では、図を見やすくするために、基体６３及び磁気シールド６１は省いてある。図１２（ａ）中の記号４０は、局所磁界発生デバイス１２３中を流れる電流の向きを示す。図１２（ａ）及び（ｂ）中の矢印５５は、垂直磁気記録媒体６０の磁区の磁化の向きを示す。また、図１２（ａ）及び（ｂ）中の白矢印５０は、局所磁界発生デバイス１２３を用いて発生させた局所磁界の向きを示す。局所磁界発生デバイス１２３の環内径近傍に発生する磁界Ｈが、飽和磁化Ｍｓが１．０８テスラのパーマロイ層３０を磁化させるため、パーマロイ層３０内部での磁束密度Ｂ＝μ0Ｈ＋Ｍｓが磁気記録ヘッド３０００から発生する局所磁界５０となる。このように、強磁性層３０を連結することにより、発生磁界の強度が増大する。また、媒体６０の下にある軟磁性層６２のために磁力線の広がりが抑えられる。磁気ヘッド３０００から発生した局所磁界５０により、垂直磁気記録媒体６０の磁区の磁化の向きを反転させる。
【００６７】
[実施例３]
図１３（ａ）は、面内磁気記録媒体に対して記録磁界を印加して磁気記録を行うための磁気記録ヘッド３００１の構成例を磁気記録媒体とともに示す断面模式図である。図１３（ｂ）はその斜視模式図である。本実施例は、図１１（ｂ）に示した部分円環が２つ連なった形状を有する局所磁界発生デバイスを面内磁気記録用の記録ヘッドに適用した例である。ここで、図１３（ａ）の断面図は、図１３（ｂ）に示した局所磁界発生デバイスの斜視模式図に点線で示したＡＣＢに沿った断面図である。
【００６８】
基板及び下地材料等からなる基体６３上に、内径２．５ｎｍ，外径２０ｎｍ，厚さ５ｎｍのＳ字型非磁性Ａｕ層１１が形成され、その上に同様に環状の連なった内径２．５ｎｍ，外径２０ｎｍ，厚さ２ｎｍのＳ字型非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層１３を介して、内径２．５ｎｍ，外径２０ｎｍ，厚さ５ｎｍｍのＳ字型強磁性ＦｅＰｔ層１２と非磁性Ａｕ層１１が交互に積層した多層膜が形成されている。Ａｕ層１１のＳ字両端に対応する切欠端側面には、幅８，７５ｎｍ，長さ１０ｎｍ，厚さ５ｎｍのＣｕ電極端子２１，２２が形成されている。磁気シールド６１は、ＦｅＰｔ／Ａｌ2Ｏ3／Ａｕ積層膜の側面に形成されて局所磁界発生デバイスの周囲を環状に取り囲む部分と、局所磁界発生デバイスと媒体６０の間に設けられ、媒体６０と局所磁界発生デバイスを遮蔽する平板とで構成されている。磁気シールド６１の遮蔽平板部分には、局所磁界発生デバイスの位置Ｃから垂直に媒体６０へ伸ばした直線上の部分に、媒体磁区サイズ以下の開口が設けられている。この磁気シールド６１の開口を介して、局所磁界発生デバイスで発生された局所磁界を、媒体６０の書き換え磁区のみに絞って印加する。
【００６９】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、面内磁気記録媒体６０の表面に近い位置で、局所磁界発生デバイスの積層膜上面が媒体６０と対面するよう配置される。図１３（ｂ）では見やすくするために、基体６３及び磁気シールド６１は省いてある。図１３（ａ）中の記号４０は局所磁界発生デバイス中を流れる電流の向きを示す。図１３（ａ）及び（ｂ）中の矢印５５は、面内磁気記録媒体６０の磁区の磁化の向きを示す。また、図１３（ａ）及び（ｂ）中の白矢印５０は、局所磁界発生デバイスを用いて発生させた局所磁界の向きを示す。
【００７０】
局所磁界発生デバイスを構成するＳ字型非磁性スピンホール効果層の２箇所のカーブ内側に、極性の異なるスピン電子が別々に蓄積される。非磁性Ａｕ層１１の伝導電子密度を１０23ｃｍ-3、αHを０．０１とすると、局所磁界５０をＨとしてμ0Ｈ〜０．７４テスラとなり、この局所磁界５０により面内磁気記録媒体６０の磁区の磁化の向きを反転できる。また、図１１（ｂ）に示した局所磁界発生デバイスの代わりに、図１１（ｄ）に示す強磁性層のピラー３１，３２が環中心と同心円配置で形成されている局所磁界発生デバイス２２４を用いても良い。このとき、局所磁界発生デバイス２２４の２箇所の内径近傍に発生する磁界Ｈが飽和磁化Ｍｓの強磁性層３１，３２を逆方向に磁化させるため、強磁性層３１，３２内部での極性の違う磁束密度Ｂ＝±（μ0Ｈ＋Ｍｓ）が、媒体表面に平行な局所磁界５０を発生させる。スピンホール効果素子に強磁性層を連結することにより、発生磁界の強度は増大する。
【００７１】
[実施例４]
図１４（ａ）は、垂直磁気記録媒体に対して記録磁界を印加して磁気記録を行うための別の磁気記録ヘッド３００２の構成例を磁気記録媒体とともに示す断面模式図である。図１４（ｂ）は、その斜視模式図である。本実施例は、図１１（ｃ）に示したＣ字型局所磁界発生デバイス１２３を垂直磁気記録用の磁気ヘッドに適用した例である。
【００７２】
基板及び下地材料等からなる基体６３上に、内径４ｎｍ，外径３０ｎｍ，厚さ４ｎｍのＰｔ層１１が形成され、その上に内径４ｎｍ，外径３０ｎｍ，厚さ１０ｎｍの非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層１３と非磁性Ｐｔ層１１が交互に積層した１０層の多層膜が形成されている。さらに、多層膜の上には直径３０ｎｍ、厚さ４ｎｍ非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層１３を介して、直径１２ｎｍ、厚さ３０ｎｍの強磁性パーマロイ層３０を材料とするピラーが環中心と同心円配置で形成されている。非磁性Ｐｔ層１１のＣ字の両端に対応する切欠側面端には、幅１３ｎｍ，長さ１０ｎｍ，厚さ１４０ｎｍのＣｕ電極２１及び２２が形成されている。
【００７３】
また、局所磁界発生デバイス１２３は、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように、Ｐｔ／Ａｌ2Ｏ3積層膜の側面が垂直磁気記録媒体６０表面に平行となるように配置される。図１４（ａ）の断面図は、図１４（ｂ）の局所磁界発生デバイスの斜視模式図に点線で示したＡＢに沿った断面図である。磁気シールド６１は、Ｐｔ／Ａｌ2Ｏ3積層膜の側面に形成された局所磁界発生デバイス１２３の周囲を環状に取り囲む部分と、それに蓋をする平板とで構成されている。Ｐｔ／Ａｌ2Ｏ3積層膜の側面に形成された磁気シールド上の強磁性パーマロイ層３０と遮蔽平板の間の垂直磁気媒体６０表面に近い位置には、媒体磁区サイズ以下の開口が設けられている。この磁気シールド６１に設けられた開口を介して、局所磁界発生デバイス１２３で発生され、パーマロイ層３０で増幅された局所磁界を、垂直磁気記録媒体６０の書き換え磁区のみに絞って印加する。
【００７４】
図１４（ｂ）では図を見やすくするために、基体６３及び磁気シールド６１は省いてある。図１４（ａ）中の記号４０は局所磁界発生デバイス１２３中を流れる電流の向きを示す。図１４（ａ）及び（ｂ）中の矢印５５は垂直磁気記録媒体６０の磁区の磁化の向きを示す。また、図１４（ａ）及び（ｂ）中の白矢印５０は、局所磁界発生デバイス１２３を用いて発生させた局所磁界の向きを示す。局所磁界発生デバイス１２３の環内径近傍に発生する磁界Ｈが飽和磁化Ｍｓ１．０８テスラのパーマロイ層３０を磁化させるため、パーマロイ層内部での磁束密度Ｂ＝±（μ0Ｈ＋Ｍｓ）が、媒体６０の下にある軟磁性層６２へ向かって媒体６０に垂直方向の局所磁界５０を発生させる。スピンホール効果素子に強磁性層３０を連結することにより、発生磁界の強度は増大する。また、媒体６０の下にある軟磁性層６２のために磁力線の広がりが抑えられ、媒体６０の磁化を局所磁界５０が反転させる。
【００７５】
[実施例５]
図１５は、スピンホール効果を利用した本発明のＣ字型局所磁界検知デバイスの構成例を示す図である。図１５（ａ），（ｂ）は局所磁界検知デバイスの構成例を示す平面摸式図、図１５（ｄ）は図１５（ａ）に示す経路ＡＢで切った断面図である。図１５（ｃ）は外部回路との接続によるスピン流の振る舞いを示す模式図である。
【００７６】
図１５（ａ），（ｂ），（ｄ）に示す局所磁界検知デバイス１１００は、厚さｄ＝１００ｎｍ、環の幅ｗ＝４μｍ、環の内径３０ｎｍの各スピンホール効果層が１０ｎｍのＡｌ2Ｏ3非磁性絶縁体膜を介して１０層積層された構造を有するスピンホール効果素子３１１を用いた。スピンホール効果層となる非磁性体１１には、スピン拡散長１μｍのＧａＡＳを用いた。図１６（ａ）は、スピンホール効果素子３１１の斜視模式図である。
【００７７】
スパッタ装置を用いて、ＭｇＯ（００１）単結晶基板上に厚さ２０ｎｍのＣｕ膜からなる非磁性体伝導層と厚さ５ｎｍのＭｇＯ膜からなる非磁性絶縁体層と（ＧａＡｓ（１００ｎｍ）／ＭｇＯ（５ｎｍ））10の１０層からなるスピンホール効果層の積層多層膜を成膜し、この積層多層膜に厚さ２０ｎｍのレジストを用いたミリング法によるパターニングにより内径３０ｎｍの穴を成型する。さらに、スパッタリング装置を用いてＦｅを成膜し、リフトオフ法による剥離工程を経てパターニングを行い、積層多層膜上に高さ２０ｎｍ、直径３０ｎｍのＦｅのピラーを形成する。この直径３０ｎｍのＦｅ芯を伴ったＣｕ（２０ｎｍ）／ＭｇＯ（５ｎｍ）／（ＧａＡｓ（１００ｎｍ）／ＭｇＯ（５ｎｍ））10／ＭｇＯ（５ｎｍ）膜を、電子線リソグラフィー技術を用いて切欠構造を持つＣ字型環状にパターニング成形し、そのＣ字両端に対応する切欠端側面には、幅１５ｎｍ，長さ１０ｎｍ，厚さ１０５０ｎｍのＣｕ電極端子２１，２２を、高抵抗膜１６を介して接続する。この局所磁界検知デバイス１１００は、外部磁場に依存して偏極するスピン偏極電流が、強磁性体芯３０より非磁性体スピンホール効果層１１に注入されることよって切欠両端側面間での電圧を誘起する機能を有する。高抵抗膜１６を用いたトンネル接合を介して接触させる構造を備えることで、切欠両端側面間で誘起される電圧の最終的な出力を高めることが可能となる。ここで、強磁性体芯３０は、スピンホール効果層より突出したピラー領域の外径がスピンホール効果層１１の内径と同じでなくともよい。図１６（ｂ），（ｃ）に示したように、検知すべき局所外部磁場領域に合わせて、ピラー領域の外径をスピンホール効果層１１の内径より太くしても、細くしてもよい。
【００７８】
図１５（ａ）に示すように、スピンホール効果層１１の切欠両端側面間に電圧計７１を接続し、図１５（ｂ）に示すように、非磁性体伝導層１４から強磁性体芯３０へ動径方向に電流を印加する電源７０を接続し、非磁性体伝導層１４から強磁性体芯３０へと電流を流す。図１５（ｂ）において点線の輪郭は絶縁体層１３を介して接続しているスピンホール効果層を示す。図１５（ｄ）は図１５（ａ）の経路ＡＢに沿った断面図で、非磁性伝導層１４とスピンホール効果層１１が非磁性絶縁体層１３を介した積層膜を成し、強磁性体芯３０と接触していることを示す。図１５（ｃ）は、図１５（ａ），（ｂ），（ｄ）で示した外部回路との接続によって流れる電流とスピン流の振る舞いを示す。実線と点線の矢印は白丸で示す上向きスピン電子５２、及び、下向きスピン電子５３の流れる向きをそれぞれ表し、また、太い２重丸５０は強磁性体芯３０の磁化の向きを表す。
【００７９】
非磁性体伝導層１４から強磁性体芯３０へ動径方向に電流が流れることにより、強磁性体芯３０より非磁性体スピンホール効果層１１の動径方向へのスピン偏極電流の注入が起こる。電子はスピンホール効果により、量子化軸の向きと流入方向で構成される平面の法線方向に曲げられる。このときスピンの量子化軸が非磁性体スピンホール効果層１１の膜面に上向き垂直な電子５２はスピンホール効果層１１へ注入され、スピンの量子化軸が膜面に下向き垂直な電子５３は強磁性体芯３０に吸い込まれる、動径方向に沿った逆向きの流れを生じる。この結果、上向き電子５２と下向き電子５３はともに同方向に曲げられるため、破線４０で示す電流が発生し、上向き電子５２と下向き電子５３の両者がスピンホール効果素子３１１の１つの切欠片端側面に蓄積し、電極端子２１，２２間に電圧を発生させる。
【００８０】
外部磁場の向きが逆になると、非磁性体スピンホール効果層１１中に注入されるスピン偏極電流の極性が逆転し、スピン電子は逆向きに曲げられる。その結果、スピンホール効果素子３１１の切欠両端側面間に発生する電圧の極性も逆になる。これにより、スピンホール効果素子３１１は局所的な磁界を検知することができる。
【００８１】
[実施例６]
図１７は、スピンホール効果を利用した本発明のＳ字型局所磁界検知デバイスの構成例を示す図である。図１７（ａ），（ｂ）は局所磁界検知デバイスの構成例を示す平面摸式図である。図１７（ｄ）は図１７（ａ）の経路ＡＢで切った断面図である。図１７（ｃ）は外部回路との接続によるスピン流の振る舞いを示す模式図である。
【００８２】
本実施例の局所磁界検知デバイス２１００のように、部分環が２つ連なったタイプのスピンホール効果素子４１１を用いると、図１７（ｃ）に示すように、湾曲した非磁性スピンホール効果層１１の２箇所のカーブ内側領域から極性の異なるスピン電子５２と５３が注入される。実線及び点線の矢印は白丸で示す上向きスピン電子５２及び下向きスピン電子５３の流れる向きをそれぞれ表し、また、太い２重丸５０及び丸十字５１は、強磁性体芯３０及び３１の磁化の向きを表す。非磁性体伝導層１４から強磁性体芯３０，３１へ動径方向に電流が流れることにより、強磁性体芯３０，３１より非磁性体スピンホール効果層１１の動径方向へのスピン偏極電流の注入が起こる。電子はスピンホール効果により、量子化軸の向きと流入方向で構成される平面の法線方向に曲げられる。このとき、図１７（ｂ）に示すように、絶縁層を介してスピンホール効果層に接続される伝導層１４及び１５は電気的に相互に分離され、各強磁性体芯３０，３１に各々独立に接続される。そして、非磁性体伝導層１４から強磁性体芯３０へ動径方向に電流を印加する電源と、非磁性体伝導層１５から強磁性体芯３１へ動径方向に電流を印加する電源とは、極性を逆にして接続される。例えば、図１７（ｂ）に示すように、一方の強磁性体芯３０の電位に対してそれに接続された非磁性体伝導層１４の電位を高く設定する場合には、他方の強磁性体芯３１の電位に対してそれに接続された非磁性体伝導層１５の電位を低く設定する。図１７（ｂ）において、点線で示した輪郭は、非磁性体伝導層１４，１５に絶縁体層１３を介して接続しているスピンホール効果層を示す。本実施例のＳ字型局所磁界検知デバイスは、Ｃ字型素子が直列した構造となるため、信号強度がＣ字型素子のほぼ２倍になる。
【００８３】
[実施例７]
図１８は、垂直磁気記録媒体からの漏れ磁場を検知するための磁気再生ヘッド３００３の構成例を磁気記録媒体とともに示す断面模式図である。この実施例は、図１６（ａ）に示したＣ字型局所磁界検知デバイス３１１を垂直磁気記録媒体用の再生ヘッドに適用した例である。
【００８４】
磁気再生ヘッド３００３は、基板及び下地材料等からなる基体６３上に非磁性絶縁体ＳｉＯ2層１３が形成され、その上に、強磁性体パーマロイ層３０を伴った内径４ｎｍ，外径３０ｎｍで、厚さ１０ｎｍの非磁性伝導Ｃｕ層１４、厚さ１０ｎｍの非磁性絶縁体ＳｉＯ2層１３と、厚さ１００ｎｍの非磁性半導体ＧａＡｓ層１１と厚さ３０ｎｍの非磁性絶縁体ＳｉＯ2層１３が交互に積層した多層膜からなるスピンホール効果層が切欠端面を伴ったＣ字型に形成されている。また、多層膜の上には強磁性体パーマロイ層３０が直径１２ｎｍ、厚さ２０ｎｍのピラーとして環中心と同軸の位置に形成されている。ＧａＡＳ層１１の切欠端面には、幅１４９８ｎｍ，長さ５０ｎｍ，厚さ１００ｎｍの銅電極端子２１，２２が形成されている。
【００８５】
強磁性パーマロイ層３０は、図１８の断面図に示すように、垂直磁気記録媒体６０の表面に近い位置に対面するように配置される。ここで、図１８の断面図は、図１６（ａ）の斜視模式図に点線で示したＡＢに沿った断面図である。磁気シールド６１は、ＧａＡｓ／ＳｉＯ2多層膜の側面に形成された局所磁界検知デバイス３１１の周囲を環状に取り囲む部分と、パーマロイ層３０と媒体６０の間に設けられて媒体６０とパーマロイ層３０を遮蔽する平板とで構成される。遮蔽平板には、局所磁界検知デバイス３１１の環中心線上に、媒体磁区サイズ以下の開口が設けられている。この磁気シールド６１の開口を介して、媒体６０の微小読み出し磁区の近傍でパーマロイ層３０は磁化される。このパーマロイ層３０の磁化方向を局所磁界検知デバイス３１１で検知することにより、媒体６０の読み出し磁区のみに絞って検知することができる。図中の記号４０は、局所磁界検知デバイス３１１中に誘起される電流の向きを示す。矢印５５は、垂直磁気記録媒体６０の磁区の磁化の向きを示す。また、白矢印５０は、局所磁界検知デバイス３１１を用いて検知する媒体からの漏れ磁場による局所磁界の向きを示す。
【００８６】
[実施例８]
図１９は、垂直磁気記録媒体からの漏れ磁場を検知するための磁気再生ヘッド３００４の構成例を磁気記録媒体とともに示す断面模式図である。この実施例は、図１６（ａ）に示したＣ字型局所磁界検知デバイス３１１を垂直磁気記録媒体用の再生ヘッドに適用した例である。
【００８７】
磁気再生ヘッド３００４は、基板及び下地材料等からなる基体６３上に、非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層１３が形成され、その上に、強磁性体パーマロイ層３０を中心に、内径４ｎｍ，外径３０ｎｍで、厚さ１０ｎｍの非磁性伝導Ｃｕ層１４、厚さ１０ｎｍの非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層１３と、厚さ４ｎｍのＰｔ層１１と、厚さ１０ｎｍの非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層１３が交互に積層した多層膜が切欠端面を伴ったＣ字型に形成されている。さらに、多層膜の上には強磁性体パーマロイ層３０が直径５ｎｍ、厚さ２０ｎｍのピラーとして環中心と同軸に形成されている。非磁性Ｐｔ層１１のＣ字の両端に対応する切欠側面端には、幅１３ｎｍ，長さ１０ｎｍ，厚さ１４０ｎｍのＣｕ電極２１及び２２が形成されている。
【００８８】
局所磁界検知デバイス３１１は、図１９に示すように、（Ｐｔ（４ｎｍ）／Ａｌ2Ｏ3（１０ｎｍ））10 積層膜の側面が垂直磁気記録媒体６０表面に平行となるように配置される。図１９の断面図は、図１６（ａ）の局所磁界検知デバイスの斜視模式図に点線で示したＡＢに沿った断面図である。
【００８９】
磁気シールド６１は、Ｐｔ／Ａｌ2Ｏ3積層膜の側面に形成された局所磁界検知デバイス３１１の周囲を環状に取り囲む部分と、それに蓋をする平板とで構成されている。Ｐｔ／Ａｌ2Ｏ3積層膜の側面に形成された磁気シールド上の強磁性パーマロイ層３０と遮蔽平板の間の垂直磁気媒体６０表面に近い位置には、媒体磁区サイズ以下の開口が設けられている。この磁気シールド６１に設けられた開口を介して侵入する垂直磁気記録媒体６０の磁区からの漏れ磁場によって強磁性体パーマロイ層３０が磁化され、その磁化を、局所磁界検知デバイス３１１で検知する。こうして、垂直磁気記録媒体６０の記録磁化からの漏れ磁場を検知することができる。
【００９０】
図中の記号４０は、局所磁界検知デバイス３１１中に誘起される電流の向きを示す。矢印５５は、垂直磁気記録媒体６０の磁区の磁化の向きを示す。また、白矢印５０は、局所磁界検知デバイス３１１を用いて検知する媒体からの漏れ磁場による局所磁界の向きを示す。
【００９１】
[実施例９]
図２０は、面内磁気記録媒体からの漏れ磁場を検知するための磁気再生ヘッド３００５の構成例を、磁気記録媒体とともに示した断面模式図である。この実施例は、図２１に示した部分円環が２つ連なったＳ字型の形状を有する局所磁界検知デバイス４１１を面内磁気媒体用６０の再生ヘッドに適用した例である。ここで、図２０の断面図は、図２１に示した局所磁界検知デバイスの斜視模式図に点線で示したＡＣＢに沿った断面図である。
【００９２】
磁気再生ヘッド３００５は、基板及び下地材料等からなる基体６３上に、非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層１３が形成され、その上に、強磁性体パーマロイ層３１，３２を中心に、内径２．５ｎｍ，外径２０ｎｍで、厚さ１０ｎｍの互いに絶縁された２つのＣ字型非磁性伝導Ｃｕ層１４，１５、厚さ１０ｎｍのＳ字型非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層１３と、厚さ５ｎｍのＡｕ層１１と厚さ５ｎｍの非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層１３が交互に積層したＳ字型多層膜からなるスピンホール効果層が形成されている。強磁性体パーマロイ層３１，３２のスピンホール効果層から突出した部分は、直径２ｎｍ、厚さ２０ｎｍの針状で環中心と同軸の位置に形成されている。非磁性Ａｕ層１１のＳ字両端に対応する切欠端側面には、幅１７．５ｎｍ，長さ１０ｎｍ，厚さ５ｎｍのＣｕ電極端子２１，２２が形成されている。強磁性体パーマロイ層３１，３２の突出部分は、面内磁気記録媒体６０に記録された磁区からの漏れ磁場によって互いに逆向きに磁化されるような距離だけ離して配置されている。
【００９３】
また、局所磁界検知デバイス４１１は、図２０に示すように、面内磁気記録媒体６０の表面に近い位置で、局所磁界検知デバイス４１１の積層膜上面が媒体６０と対面するよう配置される。磁気シールド６１は、Ａｌ2Ｏ3／Ａｕ多層膜の側面に形成されて局所磁界検知デバイス４１１の周囲を環状に取り囲む部分と、局所磁界検知デバイスと媒体６０の間に設けられ、媒体６０と局所磁界検知デバイスを遮蔽する平板とで構成されている。磁気シールド６１の遮蔽平板部分には、局所磁界検知デバイス４１１の位置Ｃから垂直に媒体６０へ伸ばした直線上の部分に、媒体磁区サイズ以下の開口が設けられている。この磁気シールド６１の開口を介して、媒体６０の読み出し磁区からの漏れ磁場による局所磁界を、局所磁界検知デバイスで媒体６０の読み出し磁区のみに絞って検知する。
【００９４】
図２０中の記号４０は、局所磁界検知デバイス４１１中に誘起される電流の向きを示す。矢印５５は、面内磁気記録媒体６０の磁区の磁化の向きを示す。また、白矢印５０は、局所磁界検知デバイス４１１を用いて検知する媒体からの漏れ磁場による局所磁界の向きを示す。
【００９５】
[実施例１０]
図２２は、垂直磁気記録媒体に対して記録磁界を印加して磁気記録を行い、かつ、媒体微小磁区からの漏れ磁場を検知して磁気記録を読み出すための一体型磁気ヘッド３００６の構成例を磁気記録媒体とともに示す断面模式図である。この実施例は、図２３に示した磁界発生部８０と磁界検知部８１が絶縁体を介して接続されたＣ字型局所磁界発生検知デバイス５１１を、垂直磁気媒体用の一体型磁気記録再生ヘッドに適用した例である。
【００９６】
磁気記録ヘッド３００６は、基板及び下地材料等からなる基体６３上に、内径８ｎｍ，外径３０００ｎｍ，厚さ１０ｎｍの非磁性絶縁体ＭｇＯ層１３００が形成され、その上に内径８ｎｍ，外径３０００ｎｍ，厚さ１００ｎｍの非磁性半導体ＧａＡｓ層１１ｗと内径８ｎｍ，外径３０００ｎｍ，厚さ１０ｎｍの非磁性絶縁体ＭｇＯ層１３００が交互に１０層積層した（ＧａＡｓ（１００ｎｍ）／ＭｇＯ（１０ｎｍ））10多層膜からなるスピンホール効果層８０が形成されている。スピンホール効果層８０の切欠端面には、幅１４９６ｎｍ，長さ５０ｎｍ，厚さ１１００ｎｍの銅電極端子２１，２２が形成されている。また、多層膜の上には直径３０００ｎｍ、厚さ１０ｎｍの非磁性絶縁体ＭｇＯ層１３０１を介して、強磁性体パーマロイ層３０を伴った内径２０ｎｍ，外径３０００ｎｍで、厚さ１０ｎｍの非磁性伝導Ｃｕ層１４、内径２０ｎｍ，外径３０００ｎｍで、厚さ１０ｎｍの非磁性絶縁体ＭｇＯ層１３ｒと、内径２０ｎｍ，外径３０００ｎｍで、厚さ１００ｎｍの非磁性半導体ＧａＡｓ層１１ｒと内径２０ｎｍ，外径３０００ｎｍで、厚さ５ｎｍの非磁性絶縁体ＭｇＯ層１３０２が交互に１０層積層した（ＧａＡｓ（１００ｎｍ）／ＭｇＯ（５ｎｍ））10多層膜からなるスピンホール効果層８１が切欠端面を伴ったＣ字型に形成されている。また、多層膜の上には強磁性体パーマロイ層３０が直径２０ｎｍ、厚さ２０ｎｍのピラーとして環中心と同軸の位置に形成されている。強磁性体パーマロイ層３０を持つスピンホール効果層の切欠端面には、幅１４９０ｎｍ，長さ５０ｎｍ，厚さ１０５０ｎｍの銅電極端子２３，２４が形成されている。
【００９７】
強磁性パーマロイ層３０は、図２２の断面図に示すように、垂直磁気記録媒体６０の表面に近い位置に対面するように配置される。ここで、図２２の断面図は、図２３の斜視模式図に点線で示したＡＢに沿った断面図である。磁気シールド６１は、スピンホール効果層８０，８１の多層膜の側面に形成された局所磁界発生検知デバイス５１１の周囲を環状に取り囲む部分と、パーマロイ層３０と媒体６０の間に設けられて媒体６０とパーマロイ層３０を遮蔽する平板とで構成される。遮蔽平板には、局所磁界発生検知デバイス５１１の環中心線上に、媒体磁区サイズ以下の開口が設けられている。この磁気シールド６１の開口から、局所磁界発生検知デバイス５１１の磁界発生スピンホール効果層８０で発生され、パーマロイ層３０で増幅された局所磁界を、媒体６０の書き換え磁区のみに絞って印加する。また、磁気シールド６１の開口を介し、媒体６０の微小読み出し磁区の近傍でパーマロイ層３０は磁化される。このパーマロイ層３０の磁化方向を磁界検知スピンホール効果層８１で検知することにより、媒体６０を微小な読み出し磁区のみに絞って検知することができる。
【００９８】
図２２中の記号４２は、磁区書き換え時に局所磁界発生スピンホール効果層８０中を流れる電流の向きを示し、記号４３は磁区読み出し時に局所磁界検知スピンホール効果層８１中で誘起される電流の向きを示す。矢印５５は、垂直磁気記録媒体６０の磁区の磁化の向きを示す。また、白矢印５０は、磁区書き換え時には、局所磁界発生スピンホール効果層８０で発生させた局所磁界の向きを、磁区読み出し時には、局所磁界検知スピンホール効果層８１で検知する媒体からの漏れ磁場が作る局所磁界の向きを示す。また、磁区書き換え時には、局所磁界発生スピンホール効果層８０の環内径近傍に発生する磁界Ｈは、飽和磁化Ｍｓが１．０８テスラのパーマロイ層３０を磁化させるため、パーマロイ層３０内部での磁束密度Ｂ＝μ0Ｈ＋Ｍｓが磁気記録ヘッド３００６から発生する局所磁界５０となる。このように、強磁性体パーマロイ層３０が連結されることにより、発生磁界の強度は増大する。また、媒体６０の下にある軟磁性層６２のために磁力線の広がりが抑えられる。磁気ヘッド３００６の磁界発生スピンホール効果層８０から発生した局所磁界５０により、垂直磁気記録媒体６０の磁区の磁化の向きを反転させ、また、媒体６０の微小磁区の漏れ磁場を局所磁界検知スピンホール効果層８１で検知することにより微小磁区の磁化の向きを読み出す。
【００９９】
[実施例１１]
図２４は、垂直磁気記録媒体に対して記録磁界を印加して磁気記録を行い、かつ、媒体の漏れ磁場を検知して磁区の読み出しを行うための別の磁気記録ヘッド３００７の構成例を磁気記録媒体とともに示す断面模式図である。本実施例は、図２３に示したＣ字型局所磁界発生検知デバイス５１１を垂直磁気記録用の磁気ヘッドに適用した別の例である。
【０１００】
磁気記録ヘッド３００７は、基板及び下地材料等からなる基体６３上に、内径４ｎｍ，外径３０ｎｍ，厚さ５ｎｍの非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層が形成され、その上に内径４ｎｍ，外径３０ｎｍ，厚さ４ｎｍのＰｔ層１１ｗと内径４ｎｍ，外径３０ｎｍ，厚さ５ｎｍの非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層１３００が交互に１０層積層した（Ｐｔ（４ｎｍ）／Ａｌ2Ｏ3（５ｎｍ））10多層膜からなるスピンホール効果層８０が切欠端面を伴ったＣ字型に形成されている。多層膜の切欠端面には、幅１３ｎｍ，長さ３０ｎｍ，厚さ９０ｎｍの銅電極端子２１，２２が形成されている。また、その多層膜の上には、直径３０ｎｍ、厚さ１０ｎｍの非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層１３０１を介して、強磁性体パーマロイ層３０を伴った内径８ｎｍ，外径３０ｎｍで、厚さ１０ｎｍの非磁性伝導Ｃｕ層１４、内径８ｎｍ，外径３０ｎｍで、厚さ１０ｎｍの非磁性絶縁体Ａｌ２Ｏ３層と、内径８ｎｍ，外径３０ｎｍで、厚さ４ｎｍのＰｔ層１１ｒと厚さ１０ｎｍの非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層１３０２が交互に積層した（Ｐｔ（４ｎｍ）／Ａｌ2Ｏ3（１０ｎｍ））10多層膜からなるスピンホール効果層８１が切欠端面を伴ったＣ字型に形成されている。強磁性体パーマロイ層３０は、直径８ｎｍ、厚さ２０ｎｍのピラーとして、環中心と同軸の位置に形成されている。強磁性体パーマロイ層３０を持つ（Ｐｔ（４ｎｍ）／Ａｌ2Ｏ3（１０ｎｍ））10多層膜からなるスピンホール効果層８１の切欠端面には、幅１３ｎｍ，長さ１０ｎｍ，厚さ１４０ｎｍのＣｕ電極２３及び２４が形成されている。
【０１０１】
また、局所磁界発生検知デバイス５１１は、図２４に示すように、Ｐｔ／Ａｌ2Ｏ3積層膜の側面が垂直磁気記録媒体６０表面に平行となるように配置される。図２４の断面図は、図２３の局所磁界発生検知デバイスの斜視模式図に点線で示したＡＢに沿った断面図である。磁気シールド６１は、スピンホール効果層８０，８１の積層膜の側面に形成された局所磁界発生検知デバイス５１１の周囲を環状に取り囲む部分と、それに蓋をする平板とで構成されている。スピンホール効果層８０，８１積層膜の側面に形成された磁気シールド上の強磁性パーマロイ層３０と遮蔽平板の間の垂直磁気媒体６０表面に近い位置には、媒体磁区サイズ以下の開口が設けられている。この磁気シールド６１の開口から、局所磁界発生検知デバイス５１１の磁界発生スピンホール効果層８０で発生され、パーマロイ層３０で増幅された局所磁界を、媒体６０の書き換え磁区のみに絞って印加する。さらに、磁気シールド６１の開口を介し、媒体６０の微小読み出し磁区の近傍から発生する漏れ磁場によってパーマロイ層３０は磁化される。このパーマロイ層３０の磁化方向を磁界検知スピンホール効果層８１で検知することにより、媒体６０を微小な読み出し磁区のみに絞って検知することができる。
【０１０２】
図２４中の記号４２は、磁区書き換え時に局所磁界発生スピンホール効果層８０中を流れる電流の向きを示し、記号４１は磁区読み出し時に局所磁界検知スピンホール効果層８１中に誘起される電流の向きを示す。矢印５５は、垂直磁気記録媒体６０の磁区の磁化の向きを示す。また、白矢印５０は、磁区書き換え時には、局所磁界発生スピンホール効果層８０で発生させた局所磁界の向きを、磁区読み出し時には、局所磁界検知スピンホール効果層８１で検知する媒体からの漏れ磁場が作る局所磁界の向きを示す。
【０１０３】
磁区書き換え時には、局所磁界発生スピンホール効果層８０の環内径近傍に発生する磁界Ｈは、飽和磁化Ｍｓが１．０８テスラのパーマロイ層３０を磁化させるため、パーマロイ層３０内部での磁束密度Ｂ＝μ０Ｈ＋Ｍｓが磁気記録ヘッド３００７から発生する局所磁界５０となる。このように、強磁性体パーマロイ層３０が連結されることにより、発生磁界の強度は増大する。また、媒体６０の下にある軟磁性層６２のために磁力線の広がりが抑えられる。磁気ヘッド３００７の磁界発生スピンホール効果層８０から発生した局所磁界５０により、垂直磁気記録媒体６０の磁区の磁化の向きを反転させ、また、媒体６０の微小磁区の漏れ磁場を局所磁界検知スピンホール効果層８１で検知することにより微小磁区の磁化の向きを読み出す。
【０１０４】
[実施例１２]
図２５は、面内磁気記録媒体に対して記録磁界を印加して磁気記録を行い、かつ、媒体微小磁区からの漏れ磁場を検知して磁気記録を読み出すための一体型磁気ヘッド３００８の構成例を磁気記録媒体とともに示す断面模式図である。この実施例は、図２６に示した部分円環が２つ連なった形状を有する磁界発生部８０と磁界検知部８１が絶縁体を介して接続されたＳ字型局所磁界発生検知デバイス６１１を、面内磁気媒体用の一体型磁気記録再生ヘッドに適用した例である。ここで、図２５の断面図は、図２６に示した局所磁界発生検知デバイスの斜視模式図に点線で示したＡＣＢに沿った断面図である。
【０１０５】
磁気記録ヘッド３００８は、基板及び下地材料等からなる基体６３上に、環状の連なった内径３ｎｍ，外径２０ｎｍ，厚さ１０ｎｍのＳ字型非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層が形成され、その上に同様に内径３ｎｍ，外径２０ｎｍ，厚さ５ｎｍのＳ字型非磁性Ａｕ層１１ｗと内径３ｎｍ，外径２０ｎｍ，厚さ１０ｎｍｍのＳ字型強磁性ＦｅＰｔ層１２が交互に１０層積層した（Ａｕ（５ｎｍ）／ＦｅＰｔ（１０ｎｍ））10多層膜からなるスピンホール効果層８０が形成されている。スピンホール効果層８０の切欠端面には、幅８．５ｎｍ，長さ２０ｎｍ，厚さ１５０ｎｍの銅電極端子２１，２２が形成されている。また、スピンホール効果層８０の上には、直径２０ｎｍ、厚さ１０ｎｍのＳ字型非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層１３０１を介して、強磁性体パーマロイ層３１，３２を中心に、内径３ｎｍ，外径２０ｎｍで、互いに絶縁された厚さ１０ｎｍの２つのＣ字型非磁性伝導Ｃｕ層１４，１５と、厚さ１０ｎｍのＳ字型非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層１３と、厚さ５ｎｍのＡｕ層１１ｒと厚さ５ｎｍの非磁性絶縁体Ａｌ2Ｏ3層１３０２が交互に１０層積層した（Ａｕ（５ｎｍ）／Ａｌ2Ｏ3（５ｎｍ））10多層膜からなるスピンホール効果層８１が切欠端面を伴ったＳ字型に形成されている。また、多層膜の上には強磁性体パーマロイ層３１，３２が直径２０ｎｍ、厚さ２０ｎｍのピラーとして環中心と同軸の位置に形成されている。強磁性体パーマロイ層３１，３２を持つスピンホール効果層８１の切欠端面には、幅８．５ｎｍ，長さ２０ｎｍ，厚さ５０ｎｍの銅電極端子２３，２４が形成されている。
【０１０６】
また、局所磁界発生検知デバイス６１１は、図２５に示すように、面内磁気記録媒体６０の表面に近い位置で、局所磁界発生検知デバイスの積層膜上面が媒体６０と対面するよう配置される。磁気シールド６１は、スピンホール効果層８０，８１の積層膜の側面に形成されて局所磁界発生検知デバイス６１１の周囲を環状に取り囲む部分と、局所磁界発生検知デバイス６１１と媒体６０の間に設けられ、媒体６０と局所磁界発生検知デバイス６１１を遮蔽する平板とで構成されている。磁気シールド６１の遮蔽平板部分には、発生検知デバイス６１１の位置Ｃから垂直に媒体６０へ伸ばした直線上の部分に、媒体磁区サイズ以下の開口が設けられている。この磁気シールド６１の開口から、局所磁界発生検知デバイス６１１の磁界発生スピンホール効果層８０に接続された銅電極端子２１，２２に電位差を与えることにより、磁界発生スピンホール効果層８０で発生され、パーマロイ層３１，３２で増幅された局所磁界を、媒体６０の書き換え磁区のみに絞って印加する。さらに、磁気シールド６１の開口を介し、媒体６０の微小読み出し磁区の近傍から発生する漏洩磁界によってパーマロイ層３１，３２は磁化される。このパーマロイ層３１，３２の磁化方向を磁界検知スピンホール効果層８１で検知することにより、媒体６０を微小な読み出し磁区のみに絞って検知することができる。
【０１０７】
図２５中の記号４２は、磁区書き換え時に局所磁界発生スピンホール効果層８０中を流れる電流の向きを示し、記号４３は磁区読み出し時に局所磁界検知スピンホール効果層８１中に誘起される電流の向きを示す。矢印５５は、面内磁気記録媒体６０の磁区の磁化の向きを示す。また、白矢印５０は、磁区書き換え時には、局所磁界発生スピンホール効果層８０で発生させた局所磁界の向きを、磁区読み出し時には、局所磁界検知スピンホール効果層８１で検知する媒体からの漏れ磁場がつくる局所磁界の向きを示す。
【０１０８】
磁区書き換え時には、Ｓ字型局所磁界発生スピンホール効果層８０の２箇所のカーブ内側に、極性の異なるスピン電子が別々に蓄積される。局所磁界発生スピンホール効果層８０の非磁性Ａｕ層１１ｗの伝導電子密度を１０23ｃｍ-3、αHを０．０１とすると、局所磁界５０をＨとしてμ0Ｈ〜０．７４テスラとなる。この局所磁界５０により飽和磁化Ｍｓが１．０８テスラのパーマロイ層３１，３２を磁化させるため、パーマロイ層３０内部での磁束密度Ｂ＝μ0Ｈ＋Ｍｓが磁気記録ヘッド３００８から発生する局所磁界５０となり、面内磁気記録媒体６０の磁区の磁化の向きを反転できる。このとき、局局所磁界発生スピンホール効果層８０の２箇所の内径近傍に発生する磁界Ｈが飽和磁化Ｍｓの強磁性層３１，３２を逆方向に磁化させるため、強磁性体層３１，３２内部での極性の違う磁束密度Ｂ＝±（μ0Ｈ＋Ｍｓ）が、媒体表面に平行な局所磁界５０を発生させる。スピンホール効果素子に強磁性体層を連結することにより、発生磁界の強度は増大する。磁気ヘッド３００８の磁界発生スピンホール効果層８０から発生した局所磁界５０により、垂直磁気記録媒体６０の磁区の磁化の向きを反転させ、また、媒体６０の微小磁区の漏れ磁場を局所磁界検知スピンホール効果層８１で検知することにより微小磁区の磁化の向きを読み出す。本実施例のＳ字型局所磁界発生検知デバイスの構成は、Ｃ字型部分環が２つ連なった構造に限らず、２つ以上の複数個が連なった構造を用いても良い。
【０１０９】
[実施例１３]
図２７に、本発明による磁気ヘッドを用いた磁気ディスク装置の概略構成を示す。磁気ディスク装置は、同心円状のトラックを有する磁気ディスク１６０１と、磁気ディスク１６０１を回転軸１６０２によって支持し、回転させる駆動用モータ１６０３と、磁気ディスク１６０１に対してデータの記録あるいは再生を行う磁気ヘッド１６１０を搭載するスライダ１６０６と、スライダ１６０６を支持し、磁気ヘッド１６１０を磁気ディスク１６０１上の所定トラックへ移動させるアクチュエータ手段１６１１と、磁気ヘッド１６１０が読み取り／書き込みするデータの送受信を行うデータ再生／復号系１６１３とアクチェータ手段１６１１及び駆動用モータ１６０３を制御する制御手段１６１４を含む制御部１６１２とで構成される。磁気ヘッド１６１０は、これまで説明した本発明の磁気記録ヘッド、磁気再生ヘッド、あるいは記録・再生一体型の磁気ヘッドである。
【０１１０】
磁気ディスク１６０１が回転すると同時に、スライダ１６０６がディスク表面を移動することによって、目的とするデータが記録されている所定トラック位置へアクセスされる。スライダ１６０６は、サスペンション１６０７によってアーム１６０８に取り付けられる。サスペンション１６０７はわずかな弾力性を有し、スライダ１６０６を磁気ディスク１６０１に密着させる。アーム１６０８はアクチュエータ１６１１に取り付けられている。アクチュエータ１６１１は、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）で構成されている。ＶＣＭ１６１１は固定された磁界中に置かれた移動可能なコイルからなり、コイルの移動方向及び移動速度等は、制御手段１６１４からライン１６０４を介して与えられる電気信号によって制御される。
【０１１１】
磁気ディスク装置の動作中、磁気ディスク１６０１の回転によってスライダ１６０６とディスク表面の間に空気流によるエアベアリングが生じ、それがスライダ１６０６を磁気ディスク１６０１の表面から浮上させる。従って、磁気ディスク装置の動作中、エアベアリングはサスペンション１６０７のわずかな弾性力とバランスをとり、スライダ１６０６は磁気ディスク表面にふれずに、かつ磁気ディスク１６０１と一定間隔を保って浮上するように維持される。通常、制御手段１６１４はロジック回路、メモリ、及びマイクロプロセッサなどから構成される。そして、制御手段１６１４は、各ラインを介して制御信号を送受信し、かつ磁気ディスク装置の種々の構成手段を制御する。例えば、モータ１６０３はライン１６０５を介し伝達されるモータ駆動信号によって制御される。アクチュエータ１６１１はライン１６０４を介したヘッド位置制御信号及びシーク制御信号等によって、その関連する磁気ディスク１６０１上の目的とするデータトラックへ選択されたスライダ１６０６を最適に移動、位置決めするように制御される。そして、データ再生／複合系１６１３は、磁気ヘッド１６１０が磁気ディスク１６０１のデータを読み取り変換した電気信号を、ライン１６０９を介して受信し解読する。また、磁気ディスク１６０１にデータとして書き込むための電気信号を、ライン１６０９を介して磁気ヘッド１６１０に送信する。すなわち、データ再生／複合系１６１３は、磁気ヘッド１６１０が読み取り又は書き込みする情報の送受信を制御している。
【０１１２】
なお、上記の読み取り、書き込み信号は、磁気ヘッド１６１０から直接伝達される手段も可能である。また、制御信号として例えばアクセス制御信号及びクロック信号などがある。更に、磁気ディスク装置は複数の磁気ディスクやアクチュエータ等を有し、アクチュエータが複数の磁気ヘッドを有してもよい。また、媒体は図に示されるように円盤型の磁気媒体が回転し、磁気ヘッドがアクセスするタイプ以外に、固定した媒体上に多数の磁気ヘッドが同時並行にスキャンするような機構のものも同様に有効である。このような複数の機構を兼ね備えることによって、いわゆるディスクアレイ装置を形成することが可能である。
【０１１３】
この装置を使うと、効率的な微小領域へのスピン蓄積が行え、実効的に有用な強度の磁局所界発生を実現できるとともに、微小領域の磁化を検知できる。
【符号の説明】
【０１１４】
１１…非磁性体スピンホール効果層
１２…強磁性層
１３００，１３０１，１３０２…非磁性絶縁体層
１４，１５…非磁性伝導層
２１，２２，２３，２４…電極端子
３０，３１，３２…強磁性体層
４０，４２，４３…電流
５０，５１…局所磁界
５２…上向きスピン電子
５３…下向きスピン電子
６０…磁気記録媒体
６１…磁気シールド
６２…軟磁性層
６３…基板
７０…電源
７１…電圧計
８０…局所磁界発生スピンホール効果層
８１…局所磁界検知スピンホール効果層
１１０，１１３，１２０，１２３，２１０，２１５，２２０，２２４，８００，４１０，３１１，４１１，５１１，６１１…スピンホール効果素子
１０００，２０００…局所磁界発生デバイス
３１０，１１００，２１００…局所磁界検知デバイス
３０００〜３００８…磁気記録ヘッド
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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