(57)【要約】【課題】本発明は、スピン電子の蓄積特性及び供給特性に優れ、室温で動作可能なスピン蓄積装置を提供することを課題とする。【解決手段】スピン蓄積装置１は、基板２と、基板２上に配され、トポロジカル絶縁性を示すトポロジカル絶縁層４ａと電気絶縁性を示す電気絶縁層４ｂとが交互に繰返し積層される超格子層４と、超格子層４上に配されるとともに超格子層４表面の外縁２点間に架け渡される線状部５ａを有する磁性電極５と、を有することを特徴とする。【選択図】図２（ａ）
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配され、トポロジカル絶縁性を示し合金材料で形成されるトポロジカル絶縁層と、電気絶縁性を示し前記トポロジカル絶縁層と異なる合金材料で形成される電気絶縁層とがこの順で交互に繰返し積層される超格子層と、
前記超格子層上に配されるとともに前記超格子層表面の外縁２点間に架け渡される線状部を少なくとも１つ有する磁性電極と、
を有することを特徴とするスピン蓄積装置。
【請求項２】
磁性電極が超格子層の面内方向及び面直方向のいずれかの方向と平行な方向に磁化可能とされる磁性材料で形成される請求項１に記載のスピン蓄積装置。
【請求項３】
磁性電極が線状部を１つ有し、超格子層の表面領域が前記線状部を境界線として２つに分割される領域同士で異なる表面積とされる請求項１から２のいずれかに記載のスピン蓄積装置。
【請求項４】
同一形状及び相似形状のいずれかの形状の線状部を複数有し、一の前記線状部が隣接する他の前記線状部と並列に配されるとともに他の前記線状部と逆方向の電流を導通可能とされ、かつ、前記線状部と前記超格子層表面の外縁とで画成される３つ以上の領域のうち、一の極性のスピン電子が蓄積される前記領域の総表面積と、他の極性の前記スピン電子が蓄積される前記領域の総表面積とが異なるように前記線状部が配される請求項１から２のいずれかに記載のスピン蓄積装置。
【請求項５】
磁性電極が線状の磁性材料を折り返し屈曲させて複数の線状部を持つ構造とされる請求項４に記載のスピン蓄積装置。
【請求項６】
トポロジカル絶縁層がＳｂ、Ｂｉ、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含む請求項１から５のいずれかに記載のスピン蓄積装置。
【請求項７】
電気絶縁層がＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含むとともに空間反転対称性が崩れた性質を持つ請求項１から６のいずれかに記載のスピン蓄積装置。
【請求項８】
トポロジカル絶縁層がＳｂ、Ｂｉ、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含み、電気絶縁層がＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含むとともに空間反転対称性が崩れた性質を持ち、かつ、前記トポロジカル絶縁層及び前記電気絶縁層の各層を１層と計数したときに、超格子層の積層数が１０層〜５０層である請求項１から７のいずれかに記載のスピン蓄積装置。
【請求項９】
基板が電気絶縁性を示す絶縁基板及び少なくとも超格子層を配する面領域が前記電気絶縁性を示す絶縁材料で形成された絶縁加工基板のいずれかである請求項１から８のいずれかに記載のスピン蓄積装置。
【請求項１０】
超格子層に蓄積されたスピン電子を取出可能とされる取出電極が取付られる請求項１から９のいずれかに記載のスピン蓄積装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トポロジカル絶縁層を持つ超格子層の特性を利用したスピン蓄積装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スピントロニクスデバイスの研究が盛んに行われている。前記スピントロニクスデバイスとは、電流をスピン流に置き換えた電子デバイスを指す。
前記スピントロニクスデバイスを機能させるためには、従来の電池及び電源と対比される、スピンバッテリー（セル）及びスピンソースの開発が必要になるが、実用性に富むものは開発されていない。【０００３】
前記スピンバッテリー（セル）及び前記スピンソースに関連して、前記スピントロニクスデバイスに組み込まれたスピン蓄積構造が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
こうしたスピン蓄積構造の例を図７を用いて説明する。なお、図７は、従来のスピン蓄積構造の例を説明するための断面図である。【０００４】
図７に示すようにスピン蓄積装置１００は、半導体や金属薄膜で形成されるスピン伝導層１０１上に酸化マグネシウムなどで形成されるトンネル層１０２ａを介してスピン注入電極１０３と、同じく酸化マグネシウムなどで形成されるトンネル層１０２ｂを介してスピン検出電極１０４とが配されて構成される。
スピン注入電極１０３は、強磁性材料で形成され、電流を注入することでスピン電子をスピン伝導層１０１内に拡散させる。スピン伝導層１０１内に拡散されたスピン電子は、スピン流として同じく強磁性材料で形成されるスピン検出電極１０４との間に磁気抵抗を発生させ、これがスピン信号として検出される。
こうしたスピン検出原理を実現するため、スピン注入電極１０３及びスピン検出電極１０４では、スピン伝導層１０１との間にスピン電子を移動させるためのトンネル層１０２ａ，１０２ｂを介在させることが必要となる。【０００５】
しかしながら、スピン蓄積装置１００では、スピン注入電極１０３からスピン伝導層１０１に拡散されるスピン電子の量は、スピン注入電極１０３から離れるにつれて指数関数的に減少し、実用上求められる短時間でのスピン電子の伝搬長Ｌが１μｍにも満たない。そのため、著しく限られた領域でスピン伝導層１０１、トンネル層１０２ａ，１０２ｂ、スピン注入電極１０３及びスピン検出電極１０４を小さく作り込む必要がある。
また、スピン電子の伝搬長Ｌに併せてスピン伝導層１０１を小さく作製すると、スピンの蓄積容量が低下するため、前記スピンバッテリーとしての機能が得られない問題がある。
また、これらの問題を解決するため、スピン伝導層１０１の形成材料としてスピン電子の伝搬長Ｌが長いグラフェンなどを適用することも想定されるが、グラフェンなどを用いてもスピン電子の伝搬長Ｌは、１０μｍ程度であり、前記スピンバッテリーとしての機能が得られないうえ、極低温下での動作が求められることとなる。
更に、トンネル層１０２ａ，１０２ｂをトンネルさせた一部のスピン電子を検出に用いるため、スピン信号の信号強度が弱く、検出感度に課題を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５７５０７９１号公報
【特許文献２】特許第６１２４３２０号公報
【特許文献３】特許第６２３８４９５号公報
【特許文献４】国際公開第２０１６／１４７８０２号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】S. Maekawa, S. O. Valenzuela, E. Saitoh and T. Kimura, ed. “Spin Current,” Oxford Univ. Press, Oxford, UK, ISBN 978-0-19-960038-0, pp.227-243.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、スピン電子の蓄積特性及び供給特性に優れ、室温で動作可能なスピン蓄積装置を提供することを課題とする。【０００９】
本発明者は、前記課題を解決するため鋭意検討を行い、次の知見を得た。
即ち、本発明者は、スピン電子の蓄積についてトポロジカル絶縁層を持つ超格子層の研究を進めているが（特許文献１〜４参照）、研究を進める中で、こうしたトポロジカル絶縁層を持つ超格子層をスピン伝導層として用いると、スピン電子の伝搬長Ｌが著しく長く、ミリメートルオーダーにも達するうえ、室温で短時間に応答性良くスピン電子の蓄積、供給（取出）が可能であることを新たに発見した。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞  基板と、前記基板上に配され、トポロジカル絶縁性を示し合金材料で形成されるトポロジカル絶縁層と、電気絶縁性を示し前記トポロジカル絶縁層と異なる合金材料で形成される電気絶縁層とがこの順で交互に繰返し積層される超格子層と、前記超格子層上に配されるとともに前記超格子層表面の外縁２点間に架け渡される線状部を少なくとも１つ有する磁性電極と、を有することを特徴とするスピン蓄積装置。
＜２＞  磁性電極が超格子層の面内方向及び面直方向のいずれかの方向と平行な方向に磁化可能とされる磁性材料で形成される前記＜１＞に記載のスピン蓄積装置。
＜３＞  磁性電極が線状部を１つ有し、超格子層の表面領域が前記線状部を境界線として２つに分割される領域同士で異なる表面積とされる前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載のスピン蓄積装置。
＜４＞  同一形状及び相似形状のいずれかの形状の線状部を複数有し、一の前記線状部が隣接する他の前記線状部と並列に配されるとともに他の前記線状部と逆方向の電流を導通可能とされ、かつ、前記線状部と前記超格子層表面の外縁とで画成される３つ以上の領域のうち、一の極性のスピン電子が蓄積される前記領域の総表面積と、他の極性の前記スピン電子が蓄積される前記領域の総表面積とが異なるように前記線状部が配される前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載のスピン蓄積装置。
＜５＞  磁性電極が線状の磁性材料を折り返し屈曲させて複数の線状部を持つ構造とされる前記＜４＞に記載のスピン蓄積装置。
＜６＞  トポロジカル絶縁層がＳｂ、Ｂｉ、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含む前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載のスピン蓄積装置。
＜７＞  電気絶縁層がＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含むとともに空間反転対称性が崩れた性質を持つ前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載のスピン蓄積装置。
＜８＞  トポロジカル絶縁層がＳｂ、Ｂｉ、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含み、電気絶縁層がＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含むとともに空間反転対称性が崩れた性質を持ち、かつ、前記トポロジカル絶縁層及び前記電気絶縁層の各層を１層と計数したときに、超格子層の積層数が１０層〜５０層である前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載のスピン蓄積装置。
＜９＞  基板が電気絶縁性を示す絶縁基板及び少なくとも超格子層を配する面領域が前記電気絶縁性を示す絶縁材料で形成された絶縁加工基板のいずれかである前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載のスピン蓄積装置。
＜１０＞  超格子層に蓄積されたスピン電子を取出し可能とされる取出電極が取付られる前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載のスピン蓄積装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来技術における前記諸問題を解決することができ、スピン電子の蓄積特性及び供給特性に優れ、室温で動作可能なスピン蓄積装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１（ａ）】六方晶であるトポロジカル絶縁層の結晶構造の例を示す説明図である。
【図１（ｂ）】立方晶である前記電気絶縁層の結晶構造の例を示す説明図である。
【図２（ａ）】第１の実施形態に係るスピン蓄積装置１の構成を説明するための上面図である。
【図２（ｂ）】図２（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【図２（ｃ）】スピン電子の取出しについての変形例を説明するための説明図である。
【図３】第２の実施形態に係るスピン蓄積装置の概略構成を示す説明図である。
【図４】第３の実施形態に係るスピン蓄積装置の概略構成を示す説明図である。
【図５】第４の実施形態に係るスピン蓄積装置の概略構成を示す説明図である。
【図６】第４の実施形態に係るスピン蓄積装置の動作状況を示す説明図である。
【図７】従来のスピン蓄積構造の例を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（スピン蓄積装置）
本発明のスピン蓄積装置は、基板と、超格子層と、磁性電極とを有し、必要に応じて、その他の部材を有し得る。
【００１４】
＜基板＞
前記基板としては、特に制限はなく、公知の基板を用いることができる。
中でも、外部磁場による影響を受けにくい非磁性材料で形成される非磁性基板が好ましい。
また、前記超格子層からのリーク電流の発生を抑制するため、電気絶縁性を示す絶縁基板及び少なくとも前記超格子層を配する面領域が前記電気絶縁性を示す絶縁材料で形成された絶縁加工基板が好ましい。
なお、前記非磁性基板及び前記絶縁基板の特性を備える基板として、ガラス基板やサファイア基板等が挙げられる。
【００１５】
また、前記基板としては、前記超格子層を形成する下地層として、前記超格子層を配する面領域に配向制御層が形成されることが好ましい。
前記配向制御層としては、特に制限はないが、積層される前記超格子層の結晶配向性が得られ易いことから、ゲルマニウム、シリコン、タングステン、ゲルマニウム−シリコン、ゲルマニウム−タングステン及びシリコン−タングステンのいずれかを含むことが好ましく、結晶、非晶質のいずれで構成されていてもよい。
前記配向制御層の厚みとしては、特に制限はないが、１ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましく、１０ｎｍ〜５０ｎｍであることがより好ましい。
前記厚みが１ｎｍ未満であると、前記超格子層の配向性を制御することが困難となり、１００ｎｍを超えると、表面凹凸が大きくなり、配向性制御が困難になることがある。
前記配向制御層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、分子線エピタキシー法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などが挙げられる。
【００１６】
＜超格子層＞
前記超格子層は、前記基板上に配され、トポロジカル絶縁層と電気絶縁層とがこの順で交互に繰返し積層される層である。
【００１７】
−トポロジカル絶縁層−
前記トポロジカル絶縁層は、トポロジカル絶縁性を示し合金材料で形成される層である。
なお、本明細書において、「トポロジカル絶縁性」とは、層の表面又は界面では伝導体となるが、前記層の内部では絶縁体となる性質を示す。また、前記トポロジカル絶縁性を示す前記トポロジカル絶縁層は、空間反転対称性を持つ。
【００１８】
前記トポロジカル絶縁層としては、特に制限はないが、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含み、形成されることが好ましい。
中でも、ＳｂＴｅ、Ｓｂ２Ｔｅ３、ＢｉＴｅ、Ｂｉ２Ｔｅ３、ＢｉＳｅ及びＢｉ２Ｓｅ３のいずれかを主成分として形成され、一定の結晶方位に配向される層であることが好ましい。
なお、本明細書において「主成分」とは、層の基本単位格子を形成する元素であることを示す。
また、前記トポロジカル絶縁層としては、特に制限はないが、六方晶の結晶構造を有するとともに、そのｃ軸が積層方向に配向されていることが好ましい。
このような結晶構造を有すると、その次に積層される層が、この層を下地として配向を生み出すテンプレートとなって、これらの層で構成される超格子構造が得られ易い。
【００１９】
前記トポロジカル絶縁層の形成方法としては、特に制限はないが、ｃ軸配向の前記結晶構造が得られ易いことから、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、分子線エピタキシー法、ＡＬＤ法、ＣＶＤ法などが好ましい。
また、前記トポロジカル絶縁層の厚みとしては、特に制限はないが、前記トポロジカル絶縁性を好適に得る観点から、１．０ｎｍ〜５．０ｎｍが好ましい。
【００２０】
−電気絶縁層−
前記電気絶縁層は、電気絶縁性を示し前記トポロジカル絶縁層と異なる合金材料で形成される層である。
【００２１】
前記電気絶縁層としては、特に制限はないが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含むとともに空間反転対称性が崩れた性質を持つことが好ましい。このように構成すると、スピンバンドの開裂に伴うスピン流を伝導させ易くすることができる。
中でも、前記電気絶縁層としては、カルコゲン原子であるＳｅ、Ｔｅの組成を１として、Ｇｅが１以下の組成とされる合金（例えば、ＧｅＴｅ）を主成分として形成されることが好ましい。
また、前記電気絶縁層としては、一定の結晶方位に配向される層であることが好ましい。このように構成すると、配向性が制御された前記トポロジカル絶縁層との間で共通の結晶軸を有する層とすることができる。
【００２２】
前記電気絶縁層としては、特に制限はないが、立方晶の結晶構造を有するとともに、その（１１１）面が前記トポロジカル絶縁層の隣接面に積層されることが好ましい。中でも、面心立方晶の結晶構造を有するとともに、その（１１１）面が前記トポロジカル絶縁層の隣接面に積層されることがより好ましい。
このような結晶構造を有すると、その次に積層される層が、この層を下地として配向を生み出すテンプレートとなって、これらの層で構成される超格子構造が得られ易い。
前記電気絶縁層の形成方法としては、特に制限はないが、ｃ軸配向の前記結晶構造が得られ易いことから、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、分子線エピタキシー法、ＡＬＤ法、ＣＶＤ法等が好ましい。
前記電気絶縁層の厚みとしては、特に制限はないが、０．３ｎｍ〜４．０ｎｍが好ましく、０．４ｎｍ〜１．０ｎｍがより好ましい。
前記厚みが０．３ｎｍ未満であると、形成が困難であり、４ｎｍを超えると、独立した固有の特性を示すことがある。
【００２３】
ここで、前記トポロジカル絶縁層及び前記電気絶縁層の積層状態について、図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して説明する。なお、図１（ａ）は、六方晶である前記トポロジカル絶縁層の結晶構造の例を示す説明図であり、図１（ｂ）は、立方晶である前記電気絶縁層の結晶構造の例を示す説明図である。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、前記トポロジカル絶縁層として、六方晶である結晶配向層５１をｃ軸配向させると、隣接面５１ａは、六角形となる。このため、結晶配向層５１の表面に、前記電気絶縁層として、立方晶である結晶配向層５２を堆積させると、図１（ｂ）に示す（１１１）面が隣接面５２ａとなる。即ち、立方晶の（１１１）面は、三角形であることから、ｃ軸配向した結晶配向層５１の隣接面５２ａと整合する。そのため、ｃ軸配向させた結晶配向層５１の表面に立方晶である結晶配向層５２を堆積させると、これらの隣接面５２ａを結晶配向層５２の（１１１）面とすることができる。これに対して、結晶配向層５１なしに結晶配向層５２を形成すると、結晶配向層５２は、例えば、（１００）面に配向してしまい、その結果、これらの積層体で形成される超格子構造に格子乱れが生じ易い。
【００２５】
前記超格子層の積層数としては、特に制限はないが、前記トポロジカル絶縁層がＳｂ、Ｂｉ、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含み、前記電気絶縁層がＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかを含むとともに空間反転対称性が崩れた性質を持つ場合、前記トポロジカル絶縁層及び前記電気絶縁層の各層を１層と計数したときに、１０層〜５０層であることが好ましく、２０層程度であることが特に好ましい。
前記積層数が１０層未満であると、スピン蓄積量が不十分となることがあり、５０層を超えると、表面層側の層の配向性に乱れが生じ易い一方、これ以上、積層してもスピン蓄積量の飽和によりスピン蓄積量の向上効果が見込めないことがある。
また、前記超格子層の最表層としては、特に制限はないが、表層側の前記電気絶縁層の酸化を抑制するため、前記トポロジカル絶縁層と同様に形成される酸化防止層で構成されることが好ましい。
【００２６】
＜磁性電極＞
前記磁性電極は、前記超格子層上に配されるとともに前記超格子層表面の外縁２点間に架け渡される線状部を少なくとも１つ有する。
【００２７】
前記磁性電極を形成する磁性材料としては、特に制限はなく、公知の磁性メモリの磁性層形成材料として用いられる強磁性材料を挙げることができる。
中でも、前記超格子層の面内方向及び面直方向のいずれかの方向と平行な方向に磁化可能とされる磁性材料が好ましい。前記磁性電極をこのような磁性材料で形成すると、スピン電子の蓄積及び供給（取出し）動作のための前記線状部の配線設計を簡易化することができる。
前記超格子層の面内方向と平行な方向に磁化可能とされる具体的な磁性材料としては、パーマロイ合金等が挙げられる。
また、前記超格子層の面直方向と平行な方向に磁化可能とされる具体的な磁性材料としては、ＴｂＦｅＣｏ等が挙げられる。
前記磁性電極の形成方法としては、特に制限はなく、マスクを用いた公知の微細加工方法が挙げられる。
【００２８】
前記磁性電極の配線構成としては、特に制限はないが、前記磁性電極が前記線状部を１つ有する場合、前記超格子層の表面領域が前記線状部を境界線として２つに分割される領域同士で異なる表面積とされるように前記線状部を配することが好ましい。
このような配線構成とすると、極性の異なるスピン電子が拡散される一の領域と他の領域とで、表面積の大きい方に蓄積されるスピン電子の極性が優位となり、延いては、スピン電子の蓄積、供給（取出し）を効果的に行うことができる。
【００２９】
また、前記線状部を複数とする場合、同一形状及び相似形状のいずれかの形状の前記線状部を複数有し、一の前記線状部が隣接する他の前記線状部と並列に配されるとともに他の前記線状部と逆方向の電流を導通可能とされ、かつ、前記線状部と前記超格子層表面の外縁とで画成される３つ以上の領域のうち、一の極性のスピン電子が蓄積される前記領域の総表面積と、他の極性の前記スピン電子が蓄積される前記領域の総表面積とが異なるように前記線状部が配されるように構成することが好ましい。
このような配線構成とすると、スピン供給源としての前記線状部が前記超格子層上に密に配されることから、前記超格子層内に拡散、蓄積されるスピン電子の量を増大させることができる。
【００３０】
更に、前記線状部を複数とする場合、前記磁性電極が線状の磁性材料を折り返し屈曲させて複数の前記線状部を持つように構成することが好ましい。
このような配線構成とすると、前記線状部１つごとに電源を接続する必要がなく、簡易な構成とすることができる。
【００３１】
＜その他の部材＞
前記その他の部材としては、本発明の効果を損なわない限り、特に制限はなく、取出電極等が挙げられる。
前記取出電極は、前記超格子層に蓄積されるスピン電子を取出し可能とされる電極である。
前記取出電極の形成材料としては、特に制限はなく、公知の電極材料から適宜選択することができる。
また、前記取出電極の形成方法としては、特に制限はなく、マスクを用いた公知の微細加工方法が挙げられる。
【００３２】
なお、前記スピン蓄積装置に蓄積されたスピン電子を取出すためには、必ずしも前記取出電極を配する必要はなく、外部のスピン検出器を接触させて取出したり、前記磁性電極の各端部に形成される電気接続部にスピン伝導度の高い配線を短絡させて取出してもよい。
【００３３】
本発明の実施形態の例を図面を参照しつつ、より具体的に説明する。
先ず、本発明の第１の実施形態に係るスピン蓄積装置１を図２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。なお、図２（ａ）は、第１の実施形態に係るスピン蓄積装置１の構成を説明するための上面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図であり、図２（ｃ）は、スピン電子の取出しについての変形例を説明するための説明図である。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、スピン蓄積装置１は、主として、基板２と、基板２上に配される超格子層４と、超格子層４上に配される磁性電極５とを有する。
【００３５】
超格子層４は、結晶化された合金層で形成され、図２（ｂ）に示すように、前記合金層の結晶配向性を制御するための配向制御層３を下地として形成される。
この配向制御層３を下地として、トポロジカル絶縁層４ａと電気絶縁層４ｂとがこの順で交互に繰返し積層され、超格子層４が構成される。
なお、超格子層４の最表層には、最表面側の電気絶縁層４ｂの酸化を防止するため、酸化防止層の役割を兼ねたトポロジカル絶縁層４ａが形成される。
【００３６】
磁性電極５は、超格子層４表面の外縁２点間に架け渡される線状部５ａと線状部５ａの各端部位置に形成される２つの電気接続部５ｂとを有する。
線状部５ａは、上面視で超格子層４の表面領域が線状部５ａを境界線として２つに分割される領域Ｒ１，Ｒ２同士で異なる表面積を持つように図２（ａ）中、超格子層４の右寄りの位置に配される。
また、磁性電極５は、超格子層４の面内方向と平行な方向に磁化可能とされる磁性材料で形成される。
【００３７】
また、本例のスピン蓄積装置１では、付属部として電極材料で形成される取出電極８が取付けられる。
取出電極８は、超格子層４上に配され、磁性電極５の線状部５ａと平行な方向に延在される配線８ａと配線８ａの各端部位置に形成される２つの端子部８ｂとを有する。
【００３８】
このように構成されるスピン蓄積装置１の動作について説明する。
先ず、超格子層４の面内方向と平行な方向に外部磁場Ｂを印加し、磁性電極５を磁化させる。
磁性電極５の各電気接続部５ｂを電気配線６で短絡し電源７から電力を供給して、磁性電極５に電流ｉを導通させる。
すると、線状部５ａに流れる電流ｉの方向と直交する方向にスピン流ｊｓが生じ、磁性電極５内のスピン電子が超格子層４内に拡散される。この時、スピン電子は、線状部５ａを境界線として２つに分割された領域Ｒ１，Ｒ２とで異なる極性のスピン電子（アップスピン電子、ダウンスピン電子）がスピン流ｊｓにより拡散されることとなる。本例では、電流ｉの進行方向右側にダウンスピン電子が拡散され、電流ｉの進行方向左側にアップスピン電子が拡散される。
超格子層４内に拡散されたスピン電子は、そのまま超格子層４内に蓄積される。蓄積されたスピン電子の極性は、超格子層４の容量差、つまり、線状部５ａを境界線として２つに分割された領域Ｒ１，Ｒ２の表面積の差で決まり、領域Ｒ１よりも表面積が大きい領域Ｒ２に拡散されたアップスピン電子が優位となる。
実用的な時間制約下で超格子層４内に拡散、蓄積されるスピン電子の伝搬長Ｌは、極めて長くミリメートルオーダーにも達する。スピン電子の伝搬長Ｌ内に取出電極８の配線８ａがあれば、スピン流ｊｓによりスピン電子が配線８ａに到達する。
すると、取出電極８では、スピン流ｊｓに直交する方向に電位差が生じ、２つの端子部８ｂ間を短絡することで、蓄積されたスピン電子により増幅された電流が流れる。
つまり、スピン蓄積装置１は、スピンソースとしてスピン電子の発生が可能とされるとともにスピンバッテリー（セル）としてスピン電子の蓄積が可能とされ、かつ、蓄積されたスピン電子を外部のスピントロニクスデバイスに供給することができる。
加えて、スピン蓄積装置１では、スピン電子の伝搬性に優れる超格子層４により、スピン電子蓄積、供給の応答性が良好で、かつ、超格子層４のサイズに応じてスピン蓄積容量を大容量化させることができる。
【００３９】
スピン蓄積装置１について、図２（ａ），（ｂ）に示す例では、取出電極８を配する構成としたが、スピン蓄積装置１では、スピン電子の取出しに取出電極８に代えて、外部のスピン検出器１０を用いることもできる。スピン検出器を用いるスピン蓄積装置の構成例を図２（ｃ）に示す。
この図２（ｃ）に示すように、スピン検出器１０は、Ｕ字状の超格子線１１と、超格子線１１の底線と直交する方向に配される電極線１２とで構成される。
Ｕ字状の超格子線１１は、超格子で構成され、超格子層４と同様に形成することができる。また、電極線１２は、電極材料で形成される。
今、磁性電極５に電流ｉを導電させた状態でＵ字状の超格子線１１の端部Ｅ，Ｆを超格子層４表面の位置Ｃ，Ｄに接触させると、超格子層４内に拡散、蓄積されたスピン電子が超格子線１１内に流れ込む。
すると、電極線１２の端部Ｇ，Ｈに電位差が生じ、端部Ｇ，Ｈ間を短絡することでスピン電子に基づく電流を外部に取出すことができる。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施形態に係るスピン蓄積装置２０を図３を用いて説明する。なお、図３は、第２の実施形態に係るスピン蓄積装置の概略構成を示す説明図である。
図３に示すようにスピン蓄積装置２０は、主として基板２２と、超格子層２４と、磁性電極２５とを有して構成され、磁性電極２５を除く、基板２２、超格子層２４及びその他の部は、第１の実施形態に係るスピン蓄積装置１について説明した事項と同様の構成で形成される。
磁性電極２５は、線状部２５ａと電気接続部２５ｂとを有し、線状部２５ａがスピン蓄積装置１の磁性電極１の線状部５ａと異なり、屈曲させた線形状を持つ。
このように構成される場合でも、２つの電気接続部２５ｂ間を流れる電流の進行方向右側と左側とで異なる極性のスピン電子が超格子層２４内に拡散され、線状部２５ａを境界線として分割される超格子層２４の領域Ｒ３，Ｒ４とで異なる極性のスピン電子が蓄積されることとなる。
なお、本例では、線状部２５ａが屈曲させた線形状を持つこととしたが、変形例として湾曲させた線形状とした場合でも、同様の作用が得られる。
【００４１】
次に、本発明の第３の実施形態に係るスピン蓄積装置３０を図４を用いて説明する。なお、図４は、第３の実施形態に係るスピン蓄積装置の概略構成を示す説明図である。
図４に示すようにスピン蓄積装置３０は、主として基板３２と、超格子層３４と、２つの磁性電極３５，３５’とを有して構成され、基板３２、超格子層３４、個々の磁性電極３５，３５’及びその他の部は、第１の実施形態に係るスピン蓄積装置１について説明した事項と同様の構成で形成される。
スピン蓄積装置３０では、スピン蓄積装置１と異なり、磁性電極３５，３５’の２つの磁性電極が配される。
２つの磁性電極３５，３５’は、同一形状の線状部３５ａ，３５ａ’を有し、線状部３５ａが隣接する線状部３５ａ’と並列に配され、かつ、線状部３５ａ，３５ａ’と超格子層表面の外縁とで画成される３つの領域Ｒ４〜Ｒ６のうち、一の極性のスピン電子が蓄積される領域Ｒ５の表面積と、他の極性のスピン電子が蓄積される領域Ｒ４，Ｒ６の総表面積が異なるように線状部３５ａ，３５ａ’が配される。
【００４２】
今、磁性電極３５の２つの電気接続部３５ｂを第１電源と接続して線状部３５ａに電流を流し、磁性電極３５’の２つの電気接続部３５ｂ’を第２電源と接続して線状部３５ａ’に線状部３５ａと逆方向の電流を流すと、各電流の進行方向右側に一の極性のスピン電子が拡散され、進行方向左側に他の極性のスピン電子が拡散される。
したがって、超格子層３４の領域Ｒ４及び領域Ｒ６に同一極性のスピン電子が拡散、蓄積され、超格子層３４の領域Ｒ５に、領域Ｒ４及び領域Ｒ６に拡散、蓄積されるスピン電子と異なる極性のスピン電子が拡散、蓄積されることとなる。
このようなスピン蓄積装置３０では、スピン供給源としての磁性電極３５，３５’が超格子層３４上に密に配されることから、超格子層３４内に拡散、蓄積されるスピン電子の量を増大させることができる。
なお、本例では、磁性電極が２つの線状部３５ａ，３５ａ’とで２つの線状部を有することとしたが、３つ以上の線状部を有することとしてもよい。
【００４３】
次に、本発明の第４の実施形態に係るスピン蓄積装置４０を図５を用いて説明する。なお、図５は、第４の実施形態に係るスピン蓄積装置の概略構成を示す説明図である。
図５に示すようにスピン蓄積装置４０は、主として基板４２と、超格子層４４と、磁性電極４５とを有して構成され、磁性電極４５を除く基板４２、超格子層４４及びその他の部は、第３の実施形態に係るスピン蓄積装置３０について説明した事項と同様の構成で形成される。
スピン蓄積装置４０では、スピン蓄積装置３０と異なり、同一形状の線状部４５ａ１〜４５ａ４の４つの線状部を有するとともに、線状部４５ａ１〜４５ａ４のそれぞれが、隣接する他の線状部と並列に配されるとともに隣接する他の線状部と逆方向の電流を導通可能とされ、かつ、線状部４５ａ１〜４５ａ４と超格子層４４表面の外縁とで画成される５つの領域Ｒ７〜Ｒ１１のうち、一の極性のスピン電子が蓄積される領域Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１１の総表面積と、他の極性のスピン電子が蓄積される領域Ｒ８，Ｒ１０の総表面積とが異なるように線状部４５ａ１〜４５ａ４が配される。
また、スピン蓄積装置４０では、スピン蓄積装置３０と異なり、隣接する線状部同士が電流の進行方向終端側又は始端側の端部位置で接続されるように１本の線状の磁性材料を超格子層４４の外周位置で折り返し屈曲させた構造を持つ。
【００４４】
今、磁性電極４５の２つの電気接続部４５ｂを電源と接続して線状部４５ａ１〜４５ａ４に電流を流すと、電流の進行方向右側に一の極性のスピン電子が拡散され、進行方向左側に他の極性のスピン電子が拡散される。
したがって、超格子層４４の領域Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１１に同一極性のスピン電子が拡散され、超格子層４４の領域Ｒ８，Ｒ１０に、領域Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１１に拡散、蓄積されるスピン電子と異なる極性のスピン電子が拡散されることとなる。
【００４５】
第４の実施形態に係るスピン蓄積装置の動作状況を図６を用いて説明する。なお、図６は、第４の実施形態に係るスピン蓄積装置の動作状況を示す説明図である。
この図６に示すように、磁性電極４５の２つの電気接続部４５ｂを電気配線４６を介して電源４７と接続し電流ｉを流すと、外部磁場Ｂからの磁場の印加により磁化された磁性電極４５から電流ｉと直交する方向にスピン流が生じ、磁性電極４５から超格子層４４内にスピン電子が拡散される。
電流ｉの進行方向右側にダウンスピン電子が拡散され、進行方向左側にアップスピン電子が拡散されるとすると、超格子層４４の領域Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１１にアップスピン電子が拡散され、超格子層４４の領域Ｒ８，Ｒ１０にダウンスピン電子が拡散されることとなる。
ここで、領域Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１１の総表面積と、他の極性のスピン電子が蓄積される領域Ｒ８，Ｒ１０の総表面積とが異なるように線状部４５ａ１〜４５ａ４が配され、領域Ｒ８，Ｒ１０の総表面積よりも領域Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１１の総表面積が大きく設定されることから、領域Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１１に拡散されるアップスピン電子の蓄積量が優位となる。
磁性電極４５に電流ｉを導電させた状態で、第１の実施形態において説明したスピン検出器（図２（ｃ）参照）のＵ字状の超格子線１１の端部Ｅ，Ｆを超格子層４４表面の位置Ｃ，Ｄに接触させると、超格子層４４内に拡散、蓄積されたスピン電子が超格子線１１内に流れ込み、電極線１２の端部Ｇ，Ｈ間を短絡することでスピン電子に基づく電流を外部に取出すことができる。
【００４６】
このように構成されるスピン蓄積装置４０では、スピン供給源としての磁性電極４５の線状部４５ａ１〜４５ａ４が超格子層４４上に密に配されることから、超格子層４４内に拡散、蓄積されるスピン電子の量を増大させることができる。
加えて、スピン蓄積装置４０では、磁性電極４５が線状の磁性材料を折り返し屈曲させて複数の線状部４５ａ１〜４５ａ４を持つ構造とされることから、スピン蓄積装置３０のように１つの線状部ごとに電源（第１電源、第２電源）を接続する必要がなく、簡易な構成とすることができる。
【実施例】
【００４７】
（実施例１）
図２（ｃ）に示すスピン蓄積装置１の構成に準じて実施例１に係るスピン蓄積装置１を作製した。具体的な製造条件は、次の通りである。
先ず、スパッタリング装置（芝浦メカトロニクス社製、４ＥＰ−ＬＬ、３インチターゲットを３個搭載）に基板２としての厚みが２８０μｍの非磁性サファイヤ基板（信光社製）を移し、真空背圧を１．０×１０−４Ｐａ、温度を２５℃、ＲＦパワーを１００Ｗとする条件下でシリコン材（三菱マテリアル社製、ＢドープＳｉ）をターゲットに用いたスパッタリングを行い、前記非磁性サファイヤ基板上に下地層３としてのアモルファスシリコン層を３０ｎｍの厚みで形成した。
次いで、この状態の前記非磁性サファイヤ基板を前記スパッタリング装置から取出し、縦３ｍｍ×横１５ｍｍの窓が空けられたＣｕＮｉ製の金属ステンシルマスク（メルテック社製、厚さ７０μｍ）を被せた後、再び、前記スパッタリング装置に移した。
次いで、真空背圧が１．０×１０−４Ｐａになるのを待ってから、１００ＷのＲＦパワーで表面クリーニングを行い、前記非磁性サファイヤ基板上の表面酸化膜を十分取り除いた。
次いで、真空背圧を維持し、温度を２５℃、ＲＦパワーを２０Ｗとする条件でＳｂ２Ｔｅ３合金材（三菱マテリアル社製、純度９９．９％）をターゲットに用いたスパッタリングを行い、前記金属ステンシルマスクの窓を通じて前記アモルファスシリコン層上にトポロジカル絶縁層４ａとしてのＳｂ２Ｔｅ３合金層（一層目）を３．０ｎｍの厚みで形成した。また、形成後、２１０℃で加熱し、Ｓｂ２Ｔｅ３合金層を結晶化させた。
次いで、真空背圧を維持し、温度を２１０℃に保持しながら、ＲＦパワーを２０Ｗとする条件でＧｅＴｅ合金材（三菱マテリアル社製、純度９９．９％）をターゲットに用いたスパッタリングを行い、前記金属ステンシルマスクの窓を通じて前記Ｓｂ２Ｔｅ３合金層上に電気絶縁層４ｂとしてのＧｅＴｅ合金層（１層目）を０．８ｎｍの厚みで形成するとともに結晶化させた。
次いで、厚みの条件を３．０ｎｍから１．０ｎｍに変更したこと以外は、前記１層目と同様の条件で２層目以降の前記Ｓｂ２Ｔｅ３合金層を形成するとともに、厚みの条件（０．８ｎｍ）を含めて前記１層目と同様の条件で２層目以降の前記ＧｅＴｅ合金層を形成し、前記Ｓｂ２Ｔｅ３合金層と前記ＧｅＴｅ合金層とが交互に６層ずつ積層され、合計１２層の積層構造を持つ超格子層（超格子層４）を作製した。
なお、前記超格子層の最表層となる前記ＧｅＴｅ合金層上には、前記ＧｅＴｅ合金層の酸化防止のため、厚みの条件を３．０ｎｍから４．０ｎｍに変更したこと以外は、前記１層目と同様の条件で形成した前記Ｓｂ２Ｔｅ３合金層（酸化防止層）を形成している。
次いで、この状態の前記非磁性サファイヤ基板を室温まで冷却した後、前記スパッタリング装置から取出し、前記金属ステンシルマスクを縦５ｍｍ×横１００μｍの窓が空けられた電極形成用ステンシルマスク（メルテック社製、厚さ７０μｍ）に取替えた。この際、前記電極形成用ステンシルマスクは、線状部５ａとしての磁性電極線が前記超格子層の表面領域を１：２（Ｒ１：Ｒ２、Ｒ１，Ｒ２について図２（ｃ）参照）の面積割合で分割するように被せた。
この状態の前記非磁性サファイヤ基板を再び前記スパッタリング装置に移して真空引きを行い、真空背圧が１．０×１０−４Ｐａになるのを待ってから、温度を２５℃、ＲＦパワーを１００Ｗとする条件でパーマロイ合金材（三菱マテリアル社製、純度９９．９％、Ｎｉ８０ａｔ％Ｆｅ２０ａｔ％）をターゲットに用いたスパッタリングを行い、前記磁性電極線を４０ｎｍの厚みで形成した。
以上により、実施例１に係るスピン蓄積装置を作製した。【００４８】
実施例１に係るスピン蓄積装置に対し、スピン蓄積の確認試験を行った。
スピン電子の検出には、図２（ｃ）を用いて説明したスピン検出器１０を用いる。具体的には、Ｕ字状の超格子線１１が前記超格子層と同様の積層構造とされ、超格子線１１の底線と直交する方向に配される白金電極線１２が厚み４０ｎｍで形成されたものを用いた。また、超格子線１１の端子Ｅ−Ｆ間の間隔は、１．０ｍｍとされる。
このスピン検出器１０は、スピン電子が蓄積された状態の前記超格子層に接触させると、超格子線１１にスピン流が流れ込み、逆スピンホール効果によって白金電極１２の各端部Ｇ，Ｈ間に電位差を生じさせる。よって、各端部Ｇ，Ｈを電圧計に接続し、各端部Ｇ，Ｈ間に流れる通常の電流の電圧を検出することで、前記超格子層に蓄積されたスピン電子の有無及び量が検出される。
また、このスピン検出器１０を用いた検出手法では、蓄積されるアップスピン電子とダウンスピン電子とが対となって打ち消し合うことから、打ち消されない分のスピン電子に基づく電流が検出される。【００４９】
確認試験では、先ず、実施例１に係るスピン蓄積装置に対し、線状部５ａとしての前記磁性電極線の延在方向と平行な方向（図２（ｃ）中のＢ参照）で０．５Ｔの磁場を印加し、前記磁性電極を磁化させた。
次いで、前記磁性電極線間に１．０ｍＡの直流電流を流した状態で５分間経過させた。
次いで、端子Ｅ，Ｆ間の中間位置で前記磁性電極線を跨ぐようにして、スピン検出器１０の端子Ｅ，Ｆを実施例１に係るスピン蓄積装置の前記超格子層表面の位置Ｃ，Ｄと接触させた。
すると、前記電圧計は、１４０μＶ〜１５０μＶの値の電圧を指示した。
また、前記磁性電極線間に流れる１．０ｍＡの電流の通電を瞬時に停止したところ、前記電圧計の指示値は、数秒以内に０Ｖとなった。
これらのことから、実施例１に係るスピン蓄積装置では、短時間でスピン電子が拡散、蓄積されることが確認される。加えて、線状部５ａとしての磁性電極線が前記超格子層の表面領域を１：２（Ｒ１：Ｒ２、領域Ｒ１，Ｒ２について図２（ｃ）参照）の面積割合で分割するように配されることに伴い、アップスピン電子とダウンスピン電子との間に蓄積量の差が生じており、表面積の大きい側の領域（領域Ｒ２、図２（ｃ）参照）では、表面積の小さい側の領域（領域Ｒ１、図２（ｃ）参照）の幅を超える距離にまでスピン電子が拡散、蓄積されることが確認される。更に、蓄積されたスピン電子は、短時間で外部に取出し可能であることが確認される。【００５０】
（参考例１）
前記電極形成用ステンシルマスクの配置により、線状部５ａとしての前記磁性電極線により分割される前記超格子層の表面領域の面積割合（Ｒ１：Ｒ２、領域Ｒ１，Ｒ２について図２（ｃ）参照）を１：２から１：１に変更したこと以外は、実施例１と同様にして参考例１に係るスピン蓄積装置を作製した。
参考例１に係るスピン蓄積装置に対し、実施例１に係るスピン蓄積装置に対する方法と同一の方法で、スピン蓄積の確認試験を行ったところ、スピン検出器１０を用いた前記電圧計の指示値は、ほぼ１μＶ以下であった。
このことと実施例１に対する確認試験との対比から、前記磁性電極線により分割された２つの前記超格子層の表面領域の面積割合（Ｒ１：Ｒ２）を１：１としたことに基づき、前記磁性電極線の配線位置を境界線として前記超格子層内にアップスピン電子とダウンスピン電子とがほぼ同量発生したことが推察される。【００５１】
（比較例１）
前記超格子層に代えて、厚みが１５ｎｍで単層のＳｂ２Ｔｅ３合金層を前記超格子層の前記Ｓｂ２Ｔｅ３合金層の形成方法と同様の形成方法で形成したこと以外は、実施例１と同様にして比較例１に係るスピン蓄積装置を作製した。【００５２】
（比較例２）
前記超格子層に代えて、結晶方位が＜１１１＞方向に高い配向性を持ち、厚みが１５ｎｍで単層のＧｅＴｅ合金層を前記超格子層の前記ＧｅＴｅ合金層の形成方法に準じて形成したこと以外は、実施例１と同様にして比較例２に係るスピン蓄積装置を作製した。【００５３】
（比較例３）
前記超格子層に代えて、前記スパッタリング装置を用いて厚みが１５ｎｍで単層の銅層を形成したこと以外は、実施例１と同様にして比較例３に係るスピン蓄積装置を作製した。【００５４】
（比較例４）
前記超格子層に代えて、前記スパッタリング装置を用いて厚みが１５ｎｍで単層のアルミニウム層を形成したこと以外は、実施例１と同様にして比較例４に係るスピン蓄積装置を作製した。【００５５】
（比較例５）
前記超格子層に代えて、前記スパッタリング装置を用いて厚みが１５ｎｍで単層の鉄層を形成したこと以外は、実施例１と同様にして比較例５に係るスピン蓄積装置を作製した。【００５６】
比較例１〜５に係る各スピン蓄積装置に対し、実施例１に係るスピン蓄積装置に対する方法と同一の方法で、スピン蓄積の確認試験を行った。
試験結果を下記表１にまとめて示す。【００５７】
【表１】
2019225160.tif 000003
【００５８】
表１に示すように、比較例１〜５に係る各スピン蓄積装置に対して実施例１に係るスピン蓄積装置の方が、スピン評価電圧の値が桁違いで高く、スピン伝導層を合金層の単層及び単一金属層の単層で形成するよりも前記超格子層で形成する方が、顕著に優れたスピン蓄積特性及びスピン供給（取出）特性を得ることができる。【００５９】
（実施例２）
窓形状の異なる電極形成用ステンシルマスクを用い、図２（ｃ）に示すスピン蓄積装置１の構成に代えて、図６に示すスピン蓄積装置４０の構成に準じた構成としたこと以外は、実施例１と同様にして実施例２に係るスピン蓄積装置を作製した。
ここで、実施例２に係るスピン蓄積装置では、前記磁性電極配線が前記超格子層上を４回横切る形で配され、前記超格子層の表面領域が５つの領域に分割される（図６中の領域Ｒ７〜Ｒ１１参照）。図６中の領域Ｒ７〜Ｒ１１に相当する５つの領域の面積割合は、前記磁性電極配線の配線間隔により、２：３：５：３：２（Ｒ７：Ｒ８：Ｒ９：Ｒ１０：Ｒ１１）とされる。【００６０】
実施例２に係るスピン蓄積装置に対し、実施例１に係るスピン蓄積装置に対する確認試験に準じた方法で、スピン蓄積の確認試験を行った。
具体的には、図６に示す線状部４５ａ１〜４５ａ４としての前記各磁性電極線の延在方向と平行な方向（図６中のＢ参照）で０．５Ｔの磁場を印加し、前記各磁性電極を磁化させた。
次いで、前記磁性電極線間に１．０ｍＡの直流電流を流した状態で５分間経過させた。
次いで、端子Ｅ，Ｆ間の中間位置で前記磁性電極線（図６中の線状部４５ａ３に相当）を跨ぐようにして、スピン検出器１０の端子Ｅ，Ｆを実施例２に係るスピン蓄積装置の前記超格子層表面の位置Ｃ，Ｄと接触させた。
すると、前記電圧計は、２００μＶの値の電圧を指示した。
また、前記磁性電極線間に流れる１．０ｍＡの電流の通電を瞬時に停止したところ、前記電圧計の指示値は、数秒以内に０Ｖとなった。
これらのことから、実施例２に係るスピン蓄積装置では、実施例１に係るスピン蓄積装置と同様に、優れたスピン蓄積特性及びスピン供給（取出）特性を有することが確認される。
また、前記磁性電極線が前記超格子層を１回横切る構成の実施例１に係るスピン蓄積装置（スピン評価電圧：１４０μＶ〜１５０μＶ）に対し、実施例２に係るスピン蓄積装置では、前記磁性電極線が前記超格子層を４回横切る構成とされ、スピン供給源としての前記磁性電極線が前記超格子層上に密に配されることから、前記超格子層内に拡散、蓄積されるスピン電子の量が増大し、より高いスピン評価電圧が得られている（スピン評価電圧：２００μＶ）。【００６１】
（参考例２）
前記電極形成用ステンシルマスクの配置により、線状部４５ａ１〜４５ａ４としての前記磁性電極線により分割される前記超格子層の表面領域の面積割合（Ｒ７：Ｒ８：Ｒ９：Ｒ１０：Ｒ１１、領域Ｒ７〜Ｒ１１について図６参照）を２：３：５：３：２から全て均等に３：３：３：３：３に変更したこと以外は、実施例２と同様にして参考例２に係るスピン蓄積装置を作製した。
参考例２に係るスピン蓄積装置に対し、実施例２に係るスピン蓄積装置に対する方法と同一の方法で、スピン蓄積の確認試験を行ったところ、スピン検出器１０を用いた前記電圧計の指示値は、１μＶ以下であった。
このことと実施例１に対する確認試験との対比から、前記磁性電極線により分割された２つの前記超格子層の表面領域の面積割合（Ｒ７：Ｒ８：Ｒ９：Ｒ１０：Ｒ１１）を全て均等に３：３：３：３：３としたことに基づき、前記磁性電極線の配線位置を境界線として前記超格子層内にアップスピン電子とダウンスピン電子とがほぼ同量発生したことが推察される。
即ち、領域Ｒ７，Ｒ９，Ｒ１１でアップスピン電子が蓄積され、領域Ｒ８，Ｒ１０でダウンスピン電子が蓄積されたとすると、領域Ｒ９では、線状部４５ａ２，４５ａ３に相当する２つの前記磁性電極線からのスピン供給を受けて領域Ｒ７，Ｒ１１の２倍量のスピン量となり、また、領域Ｒ８，Ｒ１０でも、それぞれ線状部４５ａ１〜４５ａ４に相当する２つの前記磁性電極線からのスピン供給を受けて領域Ｒ７，Ｒ１１の２倍量のスピン量となることから、アップスピン電子及びダウンスピン電子の蓄積量が均衡したものと考えられる。
したがって、蓄積されるスピン電子を分割された領域の表面積に依存させてコントロールすることができ、延いては、目的とする極性のスピン電子及びその蓄積量をコントロールすることができる。【００６２】
（実施例３）
前記磁性電極線の構成材を前記パーマロイ合金（面内磁化）からＴｂＦｅＣｏ（面直磁化）に変更したこと以外は、実施例２と同様にして実施例３に係るスピン蓄積装置を作製した。【００６３】
実施例３に係るスピン蓄積装置に対し、上方から前記超格子層の表面に直交する方向（面直方向）で０．５Ｔの磁場を印加して前記磁性電極線を磁化させたこと以外は、実施例２に係るスピン蓄積装置に対する方法と同一の方法で、スピン蓄積の確認試験を行ったところ、スピン検出器１０を用いた前記電圧計の指示値が８１０μＶとなった。
このように前記磁性電極線の構成材を好適材料に変更することで、より優れたスピン蓄積特性及び供給（取出）特性を得ることもできる。
【符号の説明】
【００６４】
１，２０，３０，４０  スピン蓄積装置
２，２２，３２，４２  基板
３    配向制御層
４，２４，３４，４４  超格子層
５，２５，３５，３５’４５  磁性電極
５ａ，２５ａ，３５ａ，３５ａ’４５ａ１〜４５ａ４  線状部
５ｂ，２５ｂ，３５ｂ，３５ｂ’４５ｂ  電気接続部
６    電気配線
７    電源
８    取出電極
８ａ  配線
８ｂ  端子部
１０  スピン検出器
１１  超格子線
１２  電極線
５１，５２  結晶合金層
５１ａ，５２ａ  隣接面
【図１（ａ）】
2019225160.tif 000004
【図１（ｂ）】
2019225160.tif 000005
【図２（ａ）】
2019225160.tif 000006
【図２（ｂ）】
2019225160.tif 000007
【図２（ｃ）】
2019225160.tif 000008
【図３】
2019225160.tif 000009
【図４】
2019225160.tif 000010
【図５】
2019225160.tif 000011
【図６】
2019225160.tif 000012
【図７】
2019225160.tif 000013
【国際調査報告】
2019225160.tif 000014
2019225160.tif 000015
2019225160.tif 000016
2019225160.tif 000017