(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピン状態素子のための装置であって、前記装置は、
可変抵抗磁気装置であって、該可変抵抗磁気装置の抵抗値を調整する磁気制御信号を受信する可変抵抗磁気装置と、
前記可変抵抗磁気装置に結合される入力磁石及び出力磁石を有する磁気論理ゲート装置であって、前記磁気論理ゲート装置は、前記入力磁石により受信した磁気論理入力に対して論理演算を実行し、前記可変抵抗磁気装置の抵抗値に基づき前記出力磁石により出力磁気信号を駆動する、磁気論理ゲート装置と、
を有し、
前記可変抵抗磁気装置が基準抵抗率と比べて小さい抵抗率を有するとき、前記可変抵抗磁気装置は、前記磁気論理ゲート装置が前記磁気論理入力を前記出力磁石に駆動させるよう動作し、
前記可変抵抗磁気装置が基準抵抗率と比べて高い抵抗率を有するとき、前記可変抵抗磁気装置は、前記磁気論理ゲート装置が前記磁気論理入力を前記出力磁石に駆動するのを無効化するよう動作し、前記の無効化された磁気論理ゲート装置の前記出力磁石は、前記出力磁石の前の磁気値を保持し、
前記可変抵抗磁気装置の抵抗率は、前記磁気制御信号により制御される、
装置。
【請求項２】
前記磁気制御信号は、前記可変抵抗磁気装置の自由磁石層に結合する磁気状態である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記可変抵抗磁気装置は、
電界、又は
スピン電流、
のうちの１つである前記磁気制御信号を受信する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
スピン分極電子が前記可変抵抗磁気装置の一端から前記磁気論理ゲート装置に結合される他端へトンネルするとき、前記可変抵抗磁気装置は、前記磁気論理ゲート装置に前記磁気論理入力を前記出力磁石に駆動させるよう動作する、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項５】
前記可変抵抗磁気装置が前記可変抵抗磁気装置の一端から前記磁気論理ゲート装置に結合される他端への電子スピンの移送を実質的に停止するとき、前記可変抵抗磁気装置は、前記磁気論理ゲート装置が前記磁気論理入力を前記出力磁石に駆動するのを無効化するよう動作する、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項６】
前記他端は前記入力磁石及び前記磁気論理ゲート装置の前記出力磁石に結合される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記可変抵抗磁気装置は、
スピン拡散、又は
スピントンネリング、
のうちの１つである電子スピンの移送を実質的に停止する、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記可変抵抗磁気装置は、
磁気トンネル接合（magnetic  tunnel  junction：ＭＴＪ）、又は
スピン値、
のうちの１つに基づく、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記可変抵抗磁気装置は、
電力供給に結合される第１の端子と、
前記磁気論理ゲート装置に結合される第２の端子と、
前記磁気制御信号を受信する第３の端子と、
を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の端子は、
正電力供給、
負電力供給、
直流（ＤＣ）電力供給、
クロック電力供給、又は
非電力供給（unpowered  supply）、
のうちの少なくとも１つを受信するよう動作する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２の端子は、前記電力供給又は前記電力供給のバージョンを、前記磁気論理ゲート装置に供給するよう動作する、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記可変抵抗磁気装置は、
基準を提供するピン止め磁石を有する第１の層と、
複数の磁気層であって、前記複数の磁気層のうちの１つは前記第１の層に結合され、前記複数の磁気層のうちの少なくとも１つは電子スピン電流の影響を受ける、複数の磁気層と、
を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記可変抵抗磁気装置の前記複数の磁気層は、自由磁石層を有し、前記磁気制御信号は、前記自由磁石層に結合される磁気状態である、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記可変抵抗磁気装置の前記複数の磁気層は、前記可変抵抗磁気装置からの電子流を非スピン分極させるスピンスクランブル層（spin−scramble−layer：ＳＳＬ）を有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記ＳＳＬは、スピン依存電子化学ポテンシャルを、前記可変抵抗磁気装置の１つの端子におけるスカラ電圧に変換するために用いられる、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記ＳＳＬは、前記可変抵抗磁気装置内の電子スピンを離調するために、短いスピン反転長を有する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記可変抵抗磁気装置及び前記磁気論理ゲート装置は、電子スピン状態素子を形成する、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
コンピューティングシステムの低電力動作は、スピン−電荷及び電荷−スピン変換回路に結合される状態変数としての電荷ではなく、スピンを用いることにより達成され得る。しかしながら、繰り返されるスピン−電荷変換回路は、コンピューティングシステムの低電力動作の利点を打ち消してしまう。スピンに基づく装置の一例は、磁気メモリである。しかしながら、知られているスピンに基づく装置は、論理計算を実行できない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明は、磁気状態素子及び回路を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
開示の実施形態は、以下の詳細な説明から及び本開示の種々の実施形態の添付の図面からより完全に理解されるだろう。しかしながら、これらは、本開示を特定の実施形態に限定するものではなく、単に説明及び理解のためである。
【図１】開示の一実施形態によるスピン状態素子の断面図である。
【図２Ａ】開示の一実施形態による磁気制御信号を有するスピン状態素子の回路モデルである。
【図２Ｂ】開示の一実施形態による磁気制御信号を有するスピン状態素子の回路モデルの記号図である。
【図３Ａ】開示の一実施形態による、磁気制御信号を有し負電力供給で動作するスピン状態素子である。
【図３Ｂ】開示の一実施形態による、磁気制御信号を有し負電力供給で動作するスピン状態素子の回路モデルである。
【図４Ａ】開示の一実施形態による、磁気制御信号を有し正電力供給で動作するスピン状態素子である。
【図４Ｂ】開示の一実施形態による、磁気制御信号を有し正電力供給で動作するスピン状態素子の回路モデルである。
【図５Ａ】開示の一実施形態による磁気制御信号を有するスピン状態素子であり、スピン状態素子は、負電力供給で動作し、図３Ａ−Ｂ及び図４Ａ−Ｂのスピン状態素子のピン止め磁石の磁気方位と異なる磁気方位を有するピン止め磁石を有する。
【図５Ｂ】開示の一実施形態による磁気制御信号を有するスピン状態素子の回路モデルであり、スピン状態素子は、負電力供給で動作し、図３Ａ−Ｂ及び図４Ａ−Ｂのスピン状態素子のピン止め磁石の磁気方位と異なる磁気方位を有するピン止め磁石を有する。
【図６Ａ】開示の一実施形態による磁気制御信号を有するスピン状態素子であり、スピン状態素子は、正電力供給で動作し、図３Ａ−Ｂ及び図４Ａ−Ｂのスピン状態素子のピン止め磁石の磁気方位と異なる磁気方位を有するピン止め磁石を有する。
【図６Ｂ】開示の一実施形態による磁気制御信号を有するスピン状態素子の回路モデルであり、スピン状態素子は、正電力供給で動作し、図３Ａ−Ｂ及び図４Ａ−Ｂのスピン状態素子のピン止め磁石の磁気方位と異なる磁気方位を有するピン止め磁石を有する。
【図７】開示の一実施形態によるスピンデマルチプレクサの断面図である。
【図８Ａ】開示の一実施形態による磁気制御信号を有するスピンデマルチプレクサの回路モデルである。
【図８Ｂ】開示の一実施形態による磁気制御信号を有するスピン状態デマルチプレクサの回路モデルの記号図である。
【図９】開示の一実施形態による汎用スピン有限状態機械である。
【図１０】開示の一実施形態によるスピン状態素子及び／又はスピンデマルチプレクサを有するプロセッサを含むスマート装置のシステムレベルの図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
磁気メモリは、「Current  Switching  in  MgO−Based  Magnetic  Tunneling  Junctions」、IEEE  Transactions  on  Magnetics,  Vol.  ４７,  No.１,  January  ２０１１  (p.１５６〜)、Zhu他に記載のような固定された又はピン止めされた層及び自由層を有する磁気トンネリング接合（Magnetic  Tunneling  Junction：ＭＴＪ）装置を用いる、スピンに基づく装置の一例である。磁化自由（free  magnet：ＦＭ）層内の磁性方向は、ある方向から別の方向へ、スピン分極電流を用いてスピン転送トルクを通じて切り替えられる。この方向は、ＭＴＪ装置が論理１又は論理０を格納しているかを決定する。ＭＴＪ創始の自由及び固定／ピン止め層（ＰＭ）の磁化が揃えられるとき（互いに並列になる）、ＭＴＪ装置の磁気抵抗（ＲＰ）は、モーメントが反対又は非並行のとき（ＲＡＰ）よりも低い。低い抵抗値は「１」として識別でき、高い抵抗値は「０」として識別できる。
【０００５】
内蔵メモリを有する全スピン論理素子（All  Spin  Logic  Device：ＡＳＬＤ）は、Behtash  Behin−Aein他、「Proposal  for  an  all−spin  logic  device  with  built−in  memory」、Nature  Nanotechnology,  Vol.５,  April  ２０１０、及びSrikant  Srinivasan、「Spin  Logic  Device  With  Inbuilt  Nonreciprocity」、IEEE  Transactions  on  Magnetics,  Vol.４７,  No.１０,  October  ２０１１に記載されている。しかしながら、ＡＳＬＤ素子は、早期クロックサイクルからの入力から論理状態を維持するために無効状態にされ得る制御された出力を有する状態素子動作を提供できない。
【０００６】
本願明細書は、スピントロニクス論理、例えば有限状態機械、デマルチプレクサ、ラッチ、フリップフロップ、等を実装する磁気状態素子又はスピン状態素子（spin  state  element：ＳＳＥ）を記載する。一実施形態では、ＳＳＥは、可変抵抗磁気装置の抵抗値を調整するための磁気制御信号を受信する可変抵抗磁気装置と、可変抵抗磁気装置に結合され、可変抵抗磁気装置の抵抗値に基づき出力磁気信号を引き出す磁気論理ゲート装置と、を有する。
【０００７】
このような実施形態では、ＳＳＥの真理値表は、磁気制御信号の磁気状態を参照して説明できる。例えば、磁気制御信号の磁気状態が論理１を示すとき、磁気論理ゲート装置の入力磁石における入力信号は、その出力磁石へと、磁気論理制御信号のチャネルを通過する。磁気制御信号の磁気状態が論理０を示すとき、出力磁石は、自身の論理値、つまり自身の磁気状態を維持する。本願明細書に記載のＳＳＥは、磁気保持回数に起因するゼロ（又は実質的にゼロ）保持電力を可能にする。例えば、ＳＳＥから形成されるコンピュータプロセッサの論理状態は、僅かな又はいかなる電力消費も有しないで複数年の間保持できる。本願明細書に記載のＳＳＥは、幾つかの実施形態に記載のようなデマルチプレクサ及び状態機械を開発するために用いることができる。
【０００８】
一実施形態では、ＳＳＥは、計算と計算の間で磁気論理ユニットの論理状態を格納する能力を有する有限状態機械を実装するために用いられる。本願明細書に記載のＳＳＥの実施形態は、低電力コンピュータシステムにスピン論理の実装を可能にする。他の技術的効果は、本願明細書に記載の実施形態により考えられる。
【０００９】
以下の記載では、本開示の実施形態のより完全な説明を提供するために多くの詳細事項が議論される。しかしながら、当業者は、本開示がそのような特定の詳細事項を有しないで実施できることを理解するだろう。他の例では、良く知られた構造及び装置が、本開示の実施形態を不明瞭することを回避するために、詳細にではなく、ブロック図で示される。
【００１０】
留意すべき事に、実施形態の対応する図面では、信号は線で表される。幾つかの線は、より多くの構成要素の信号経路を示すために太く、及び／又は主な情報フロー方向を示すために１又は複数の端子で矢印を有し得る。このような指示は、限定を意図しない。むしろ、線は、回路又は論理ユニットの容易な理解を助けるために、１又は複数の例示的な実施形態と組み合わせて用いられる。表された信号は、設計の必要又は選好により決定されるように、実際には、いずれかの方向に伝搬し得る１又は複数の信号を有しても良く、任意の適切な種類の信号スキームで実装されても良い。
【００１１】
明細書を通じて、及び請求の範囲の中で、用語「接続される（connected）」は、中間装置を有しない、接続される物の間の直接的な電気的接続を意味する。用語「結合される（coupled）」は、接続される要素間の直接的な電気的又は磁気的接続、又は１又は複数の受動的若しくは能動的中間装置を通じた間接的な接続を意味する。
【００１２】
用語「回路（circuit）」は、本願明細書では通常、所望の機能を提供するために互いに協働するよう配置される１又は複数の受動的及び／又は能動的コンポーネントを意味する。
【００１３】
用語「信号（signal）」は、本願明細書では通常、少なくとも１つのスピン、磁気、電界、電流信号、電圧信号、又はデータ／クロック信号を意味する。単数を表す語（a、an、the）の意味は、複数の参照も含む。「中に（in）」の意味は、「中に（in）」及び「上に（on）」を含む。
【００１４】
本願明細書で用いられるように、特に断らない限り、序数の形容詞「第１の」、「第２の」、「第３の」、等の共通の目的語を記述するための使用は、単に、同様の物の異なる存在が言及されていることを示し、記載されている物が時間的又は空間的に所与の順序に、順位付けに、又は任意の他の方法で存在しなければならないことを意味するものではない。用語「実質的に（substantially）」は、本願明細書では、目標の１０％以内にあることを表す。
【００１５】
図１は、開示の一実施形態によるスピン状態素子１００の断面図である。一実施形態では、スピン状態素子１００は、磁気論理ゲート装置１０２に結合される可変抵抗磁気装置１０１を有する。
【００１６】
一実施形態では、可変抵抗磁気装置１０１は、少なくとも２つの端子１０３及び１０４の間に一緒に結合される複数の層を有する。一実施形態では、端子１０３（本願明細書で第１の端子としても表される）は、電源に結合される。一実施形態では、端子１０４（本願明細書で第２の端子としても表される）は、磁気論理ゲート装置１０２に結合される。一実施形態では、第１の端子１０３にある電源は、正電力供給（例えば、１０ｍＶ）、負電力供給（例えば、−１０ｍＶ）、直流（ＤＣ）電力供給、クロック電力供給（例えば、１０ｍＶと０、又は１０ｍＶと−１０ｍＶ、等の間でデューティサイクルの変化する組み合わせでトグルする電力供給）、非電力供給（unpowered  supply）、等のうちの１つである。一実施形態では、第２の端子１０４は、可変抵抗磁気装置１０１の抵抗率に従って、電力供給（又は電力供給のバージョン）を磁気論理ゲート装置１０２に供給する。
【００１７】
一実施形態では、複数の層は、所定の磁化方向を有するピン止め又は固定磁気（ＰＭ）層１０６を有する。一実施形態では、強磁性層は、その上に（ＰｔＭｎのような）隣接非強磁性層を蒸着することにより、及び続けて外部磁界中でアニールすることにより、ピン止めされる。図１のＰＭ層１０６は、左向きの磁化方向を有する。他の実施形態では、ＰＭ層１０６は、右向きの磁化方向を有しても良い。一実施形態では、ＰＭ層１０６は、可変抵抗磁気装置１０１に関連付けられる基準抵抗値を提供する。一実施形態では、ＰＭ層１０６はＣｏＦｅＢ（コバルト−鉄−バロン）から形成される。一実施形態では、ＰＭ層１０６はＣｏ（コバルト）から形成される。
【００１８】
一実施形態では、複数の層は、ＰＭ層１０６に結合される磁化自由（ＦＭ）層１０８を含む。一実施形態では、ＦＭ層１０８は、中間層１０７を介してＰＭ層１０６に結合される。一実施形態では、中間層１０７は金属層である。一実施形態では、中間層は、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）から形成される。一実施形態では、中間層はＣｕ（銅）から形成される。
【００１９】
一実施形態では、ＦＭ層１０８は、スピンスクランブル層（spin−scramble  layer）１０９（例えば、ルテニウム又はタリウム）を介して磁気論理ゲート装置１０２に結合される。一実施形態では、ＳＳＬ１０９は、（ＰＭ層１０６からトンネリングしている）ＦＭ層１０８からの電子流を非スピン分極（non−spin  polarized）させる。一実施形態では、ＳＳＬ１０９は、短いスピン反転長を有する。一実施形態では、ＳＳＬ１０９は、スピン依存電子化学ポテンシャルを、可変抵抗磁気装置１０１の第２の端子１０４におけるスカラ電圧に変換するために用いられる。一実施形態では、ＳＳＬ１０９は、可変抵抗磁気装置１０２内の電子スピンを離調するために、短いスピン反転長を有する。
【００２０】
一実施形態では、可変抵抗磁気装置１０２の抵抗率は、ＦＭ層１０８に結合されるノード１１０に供給される磁気制御信号により制御される。一実施形態では、可変抵抗磁気装置１０２は、磁気制御信号を受信するノード１１０に結合される第３の端子を有する。一実施形態では、第３の端子は、ＦＭ層１０８に結合される。
【００２１】
一実施形態では、磁気制御信号は、ＦＭ層１０８に結合する磁気状態である。一実施形態では、磁気制御信号は、電界及び／又はスピン電流のうちの少なくとも１つである。一実施形態では、（ノード１１０の）磁気制御信号が論理１を示す磁気状態を有するとき、可変抵抗磁気装置１０１は、スピン分極電子を、第１の端子１０３から第２の端子１０４へトンネルさせる。このような実施形態では、可変抵抗磁気装置１０１の抵抗率は、基準抵抗率より低い。一実施形態では、（ノード１１０の）磁気制御信号が論理０状態を示す磁気状態を有するとき、可変抵抗磁気装置１０１は、第１の端子１０３から第２の端子１０４へのスピン分極電子のトンネルを実質的に停止する。このような実施形態では、可変抵抗磁気装置１０１の抵抗率は、基準抵抗率より高い。
【００２２】
一実施形態では、ＰＭ層１０６の磁化方向に依存して、（ノード１１０の）磁気制御信号の役割が逆転する。例えば、ＰＭ層１０６の磁化方向が右へ向かうとき、（ノード１１０の）磁気制御信号が論理１の磁気状態を有するときに、可変抵抗磁気装置１０１は、第１の端子１０３から第２の端子１０４へのスピン分極電子のトンネリングを実質的に停止する。このような実施形態では、可変抵抗磁気装置１０１の抵抗率は、基準抵抗率より高い。このような一実施形態では、（ノード１１０の）磁気制御信号が論理０を示す磁気状態を有するとき、可変抵抗磁気装置１０１は、スピン分極電子を、第１の端子１０３から第２の端子１０４へトンネルさせる。このような実施形態では、可変抵抗磁気装置１０１の抵抗率は、基準抵抗率より低い。
【００２３】
用語「低い抵抗率」に対する用語「高い抵抗率」は、１：５の比として定められる。しかしながら、他の比、例えば１：１０、１：２０、等の比が用いられても良い。一実施形態では、可変抵抗磁気装置１０１がＭＴＪを有するとき、抵抗線製品は１〜１００Ω−μ２の範囲である。別の実施形態では、可変抵抗磁気装置１０１がスピンバルブを有するとき、抵抗線製品は１〜１００ｍΩ−μ２の範囲である。他の実施形態では、互いに区別可能な低い及び高い抵抗値を有する異なる抵抗線製品範囲を有する他の材料が用いられても良い。
【００２４】
本願明細書の実施形態は可変抵抗磁気装置１０１の複数の層が４個であると記載するが、他の実施形態は、可変抵抗磁気装置１０１を形成するために４個より少ない又は４個より多い種々の材料を用いても良い。
【００２５】
一実施形態では、磁気論理ゲート装置１０２は、チャネル／相互接続１１３を介して出力磁石１１２に結合される入力磁石１１１を有する。一実施形態では、磁気論理ゲート装置１０２は、グランドに結合される接触層１１４を更に有する。一実施形態では、接触層１１４は、チャネル１１３に結合される。一実施形態では、入力磁石１１１及び出力磁石１１２は、可変抵抗磁気装置１０１の第２の端子１０４に結合される。一実施形態では、入力磁石１１１及び出力磁石１１２は、ＦＭ層１０８に似た自由磁石（free  magnet）である。
【００２６】
磁気論理ゲート装置１０２の実施形態を不明瞭にしないために、他の層は示されない。例えば、入力磁石１１１及び出力磁石１１２は、第２の端子１０４に接触するためにそれらに結合される対応する接触層を有しても良い。一実施形態では、垂直絶縁溝は、接触層１１４と入力磁石１１１との間、及び接触層１１４と出力磁石１１２との間に形成される。一実施形態では、トンネリング層は、入力磁石１１１をチャネル１１３に結合するために形成される。一実施形態では、トンネリング層は、出力磁石１１２をチャネル１１３に結合するために形成される。一実施形態では、トンネリング層は、グランド接触１１４をチャネル１１３に結合するために形成される。
【００２７】
一実施形態では、入力磁石１１１は、入力磁気信号を入力磁石１１１に供給するために相互接続（図示しない）に結合される。一実施形態では、出力磁石１１２は、出力磁気信号を出力磁石１１２に供給するために相互接続（図示しない）に結合される。
【００２８】
一実施形態では、可変抵抗磁気装置１０１は、可変抵抗磁気装置１０１がその基準抵抗率より低い抵抗率を有するとき、磁気論理ゲート装置１０２が入力磁石１１１における入力磁気信号を出力磁石１１２へと駆動できるよう動作する。
【００２９】
一実施形態では、可変抵抗磁気装置１０１は、スピン分極電子が可変抵抗磁気装置１０１の一端１０３から磁気論理ゲート装置１０２に結合される他端１０４へとトンネルするとき、磁気論理ゲート装置１０２が入力磁石１１１における入力磁気信号を出力磁石１１２へと駆動できるよう動作する。
【００３０】
一実施形態では、可変抵抗磁気装置１０１は、可変抵抗磁気装置１０１がその基準抵抗率より高い抵抗率を有するとき、磁気論理ゲート装置１０２が入力磁石１１１における入力磁気信号を出力磁石１１２へと駆動するのを無効にするよう動作する。
【００３１】
一実施形態では、可変抵抗磁気装置１０１は、可変抵抗磁気装置１０１が（電力供給１０５により設けられる）第１の端子１０３から可変抵抗磁気装置１０１の第２の端子１０４への電子スピンの移送を実質的に停止するとき、磁気論理ゲート装置１０２が入力磁石１１１において受信した入力磁気信号を出力磁石１１２へ駆動するのを無効にするよう動作する。一実施形態では、電子スピンの移送は、スピン拡散又はスピントンネリングのうちの１つである。
【００３２】
一実施形態では、無効化された磁気論理ゲート装置１０２の出力磁石１１２は、出力磁石１１２における前の磁気値／状態を保持するよう動作する。本願明細書の実施形態は３つの層、つまり入力磁石１１１及び出力磁石１１２を有する層１と、チャネル１１３を有する層２と、グランド接触層を有する層３とを参照して無効化された磁気論理ゲート装置１０２を記載するが、磁気論理ゲート装置１０２を形成するためにより少ない又は多くの層が用いられても良い。
【００３３】
図２Ａは、本開示の一実施形態による、磁気制御信号２０１を有するスピン状態素子１００の回路モデル２００である。図２Ａは、図１を参照して説明される。本開示の実施形態を不明瞭にしなために、同じ参照符号は再度説明されない。
【００３４】
一実施形態では、回路モデル２００は、磁気論理ゲート装置１０２に結合される可変抵抗磁気装置１０１を有する（傾斜した矢印は、装置１０１の可変抵抗値を示す）。一実施形態では、磁気制御信号２０１は、ＦＭ層１０８に結合されるノード１１０に適用される。一実施形態では、磁気制御信号２０１は、（ＰＭ層１０６に基づく）基準抵抗率に対して可変抵抗磁気装置１０１の抵抗率を制御する。
【００３５】
一実施形態では、入力磁気信号２０２は、入力磁石１１１に適用される。ここで、可変抵抗磁気装置１０１が低い抵抗値を有するとき、つまりノード１０４（可変抵抗磁気装置１０１の第２の端子）が入力磁石１１１及び出力磁石１１２に電力を供給するとき、入力磁気信号２０２は、チャネル１１３を通って出力磁石１１２へとトンネルする。このような実施形態では、出力磁石１１２は、入力磁気信号２０２に対応する磁気出力信号２０３を供給する。磁気制御信号２０１が、可変抵抗磁気装置１０１が高い抵抗値を示すのを止めるような値であるとき、入力磁石１１１及び出力磁石１１２への電力供給はカットオフされる。このような実施形態では、磁気入力信号２０２は、チャネル１１３を通ってトンネルしない。本実施形態では、出力磁石１１２は、自身の前の磁気状態を保持する。
【００３６】
図２Ｂは、本開示の一実施形態による、スピン状態素子装置１００の回路モデル２００の記号図２１０である。図２Ｂは、図１及び図２Ａを参照して議論される。
【００３７】
表１は、本開示の一実施形態による回路モデル２００の真理値表を示す。
［表１］磁気状態素子１００／２００／２１０の回路モデル２００の論理テーブル
【００３８】
【表１】
0005969109.tif 000002
本実施形態では、磁気制御信号が論理０を示す磁気状態を有するとき、ＰＭ層１０６及
びＰＭ層１０８内の電子のスピン方向は揃わない、つまり反対のスピン方向を有するので、
可変抵抗磁気装置１０１は（その基準抵抗率と比べて）高い抵抗率を示す。このような実施形態では、出力磁石１１２は、（前の入力磁気信号ＩＮｉに対応する）自身の前の値／状態ＯＵＴｉ−１を保持する。
【００３９】
本実施形態では、磁気制御信号が論理１を示す磁気状態を有するとき、ＰＭ層１０６及びＰＭ層１０８内の電子のスピン方向は揃う、つまり同じスピン方向を有するので、可変抵抗磁気装置１０１は（その基準抵抗率と比べて）低い抵抗率を示す。このような実施形態では、出力磁石１１２は、入力磁気信号ＩＮｉを受信する。
【００４０】
図３Ａは、本開示の一実施形態による、磁気制御信号１１０を有し負電力供給で動作するスピン状態素子３１０／１００である。本開示の実施形態を不明瞭にしなために、前に議論された参照符号は繰り返されない。本実施形態では、ＰＭ層１０６は、左方向の磁化を有する（１０６／３１１として示される）。本実施形態では、負電力供給（例えば、−１０ｍＶ）１０５／３１２は、第１の端子１０３に適用される。図３Ａの実施形は、図１及び図２Ａの実施形態に類似し、表１に示すような真理値表を示す。
【００４１】
図３Ｂは、本開示の一実施形態による、磁気制御信号を有し負電力供給（Ｖｐ＜０、例えば−１０ｍＶ）で動作するスピン状態素子３１０／１００の回路モデル３２０／２００である。図３Ｂは、図３Ａ及び表１を参照して議論される。
【００４２】
本実施形態では、磁気制御信号２０１が論理０を示す磁気状態を有するとき、ＰＭ層１０６及びＰＭ層１０８内の電子のスピン方向は揃わない、つまり反対のスピン方向を有するので、可変抵抗磁気装置１０１は（その基準抵抗率と比べて）高い抵抗率を示す。このような実施形態では、出力磁石１１２は、自身の前の値を保持する。つまり、磁気出力信号は、前の入力磁気信号２０２に対応する前の磁気状態を保持する。
【００４３】
本実施形態では、磁気制御信号２０１が論理１を示す磁気状態を有するとき、ＰＭ層１０６及びＰＭ層１０８内の電子のスピン方向は揃う、つまり同じスピン方向を有するので、可変抵抗磁気装置１０１は（その基準抵抗率と比べて）低い抵抗率を示す。このような実施形態では、出力磁石１１２は、現在の入力磁気信号２０２を受信する。
【００４４】
図４Ａは、本開示の一実施形態による、磁気制御信号を有し正電力供給で動作するスピン状態素子４１０／１００である。本開示の実施形態を不明瞭にしなために、前に議論された参照符号は繰り返されない。本実施形態では、ＰＭ層１０６は、左方向の磁化を有する（１０６として示される）。本実施形態では、正電力供給（例えば、＋１０ｍＶ）１０５／４１２は、第１の端子１０３に適用される。
【００４５】
図４Ｂは、本開示の一実施形態による、磁気制御信号を有し正電力供給で動作するスピン状態素子４１０／１００の回路モデル４２０／２００である。図４Ｂは、図４Ａ及び表１を参照して説明される。
【００４６】
図４Ａの実施形は、図１及び図３Ａの実施形態に類似するが、表２に示すような真理値表を示す。
［表２］磁気状態素子４１０／１００の回路モデル４２０／２００の論理テーブル
【００４７】
【表２】
0005969109.tif 000003
表２は、出力磁気信号２０３／４２２が表１の出力磁気信号２０３／３２２のスピンと比べて逆スピンを有する点を除いて表１と同様である。出力磁気信号２０３／４２２の逆スピンは、本開示の一実施形態により、正の供給Ｖｐ１０５／４１２により引き起こされる。ＯＵＴ信号における逆スピンは、「バー」ラベル及び出力磁石１１２における丸印で示される。本願明細書ではラベル「バー」は、反転、例えば反転された磁気出力信号を示す。
【００４８】
図５Ａは、本開示の一実施形態による磁気制御信号を有するスピン状態素子５１０／１００であり、スピン状態素子は、負電力供給で動作し、図３Ａ−Ｂ及び図４Ａ−Ｂのスピン状態素子のピン止め磁石１０６の磁気方位と異なる磁気方位を有するピン止め磁石１０６／５１１を有する。
【００４９】
図５Ｂは、本開示の一実施形態による磁気制御信号を有するスピン状態素子５０１／１０の回路モデル５２０／２００であり、スピン状態素子は、負電力供給で動作し、図３Ａ−Ｂ及び図４Ａ−Ｂのスピン状態素子のピン止め磁石の磁気方位と異なる磁気方位を有するピン止め磁石を有する。本開示の実施形態を不明瞭にしなために、前に議論された参照符号は繰り返されない。本実施形態では、ＰＭ層１０６／５１１は、右へ向かう磁化を有する。本実施形態では、負電力供給（例えば、−１０ｍＶ）１０５／５１２は、第１の端子１０３に適用される。
【００５０】
図５Ａの実施形態は、表３に示す真理値表を示す。
［表３］磁気状態素子５１０／１００の回路モデル５２０／２００の論理テーブル
【００５１】
【表３】
0005969109.tif 000004
表３は、磁気制御信号２０１／５２１が表１の磁気制御信号２０１のスピンと比べて逆スピンを有し同じ出力信号を生成する点を除いて表１と同様である。図３Ａの磁気制御信号２０１と比べて磁気制御信号２０１／５２１が逆スピンを有することは、可変抵抗磁気装置５１０／１００に逆の動作を示させる。逆の動作は、ノード１１０における丸印記号により示される。
【００５２】
例えば、ＰＭ層１０６／５１１の磁化方向が右へ向かうとき、（ノード１１０の）磁気制御信号２０１／５２１が論理１の磁気状態を有するときに、可変抵抗磁気装置１０１は、第１の端子１０３から第２の端子１０４へのスピン分極電子のトンネリングを実質的に停止する。このような実施形態では、可変抵抗磁気装置１０１の抵抗率は、その基準抵抗率より高い。このような一実施形態では、（ノード１１０の）磁気制御信号２０１／５２１が論理０を示す磁気状態を有するとき、可変抵抗磁気装置１０１は、スピン分極電子を、第１の端子１０３から第２の端子１０４へトンネルさせる。このような実施形態では、可変抵抗磁気装置１０１の抵抗率は、その基準抵抗率より低い。
【００５３】
図６Ａは、本開示の一実施形態による磁気制御信号を有するスピン状態素子６１０／１００であり、スピン状態素子は、正電力供給１０６／６１２（Ｖｐ＞０、例えば＋１０ｍＶ）で動作し、図３Ａ−Ｂ及び図４Ａ−Ｂのスピン状態素子のピン止め磁石の磁気方位と異なる磁気方位を有するＰＭ層１０６／６１１を有する。本開示の実施形態を不明瞭にしなために、前に議論された参照符号は繰り返されない。本実施形態では、ＰＭ層１０６／６１１は、右へ向かう磁化を有する。本実施形態では、ＰＭ層１０６／６１１内の磁化の方向は、図３Ｂの磁気制御信号２０１と比べて、ノード１１０における磁気制御信号の動作を反転する。本実施形態では、第１の端子１０３に適用される正電力供給（例えば、＋１０ｍＶ）１０５／６１２は、図３Ｂの磁気論理ゲート装置１０２と比べて逆の論理動作をさせる。
【００５４】
図６Ｂは、本開示の一実施形態による磁気制御信号２０１を有するスピン状態素子６１０／１００の回路モデル６２０／２００であり、スピン状態素子６１０／１００は、正電力供給で動作し、図３Ａ−Ｂ及び図４Ａ−Ｂのスピン状態素子のピン止め磁石の磁気方位と異なる磁気方位を有するピン止め磁石を有する。
【００５５】
図６Ａ−Ｂの実施形態は、表４に示す真理値表を示す。
［表４］磁気状態素子６１０／１００の回路モデル６２０／２００の論理テーブル
【００５６】
【表４】
0005969109.tif 000005
表４は、磁気制御信号２０１／６２１が表１の磁気制御信号２０１のスピンと比べて逆スピンを有し同じ出力信号を生成する点を除いて表１と同様である。図３Ａの磁気制御信号２０１と比べて磁気制御信号２０１／６２１が逆スピンを有することは、可変抵抗磁気装置６２０／２００に逆の動作を示させる。逆の動作は、ノード１１０における丸印記号により示される。
【００５７】
例えば、ＰＭ層１０６／６１１の磁化方向が右方向へ向かうとき、（ノード１１０の）磁気制御信号２０１／６２１が論理１の磁気状態を有するときに、可変抵抗磁気装置１０１は、第１の端子１０３から第２の端子１０４へのスピン分極電子のトンネリングを実質的に停止する。このような実施形態では、可変抵抗磁気装置１０１の抵抗率は、基準抵抗率より高い。
【００５８】
このような一実施形態では、（ノード１１０の）磁気制御信号２０１／６２１が論理０を示す磁気状態を有するとき、可変抵抗磁気装置１０１は、スピン分極電子を、第１の端子１０３から第２の端子１０４へトンネルさせる。このような実施形態では、可変抵抗磁気装置１０１の抵抗率は、基準抵抗率より低い。
【００５９】
表４は、出力磁気信号２０３／６２２が表１の出力磁気信号２０３／３２２のスピンと比べて逆スピンを有する点を除いて表１と同様である。出力磁気信号２０３／６２２の逆のスピンは、本開示の一実施形態により、正の供給Ｖｐ（例えば＋１０ｍＶ）により引き起こされる。ＯＵＴ信号（磁気出力信号２０３／６２２）における逆スピンは、「バー」ラベル及び出力磁石１１２における丸印で示される。本願明細書ではラベル「バー」は、反転、例えば反転された磁気出力信号を示す。
【００６０】
図７は、本開示の一実施形態によるスピンデマルチプレクサ７００の断面図である。図７は、図１〜６を参照して説明される。本開示の実施形態を不明瞭にしないために、１対２デマルチプレクサは示されない。本願明細書に記載の同一の概念及び構造は、任意の形式のデマルチプレクサに適用できる。例えば、２対４、１対４のデマルチプレクサ等である。
【００６１】
一実施形態では、スピンデマルチプレクサ７００は、第１の可変抵抗磁気装置７０１、第２の可変抵抗磁気装置７０２、並びに、第１の可変抵抗磁気装置７０１及び第２の可変抵抗磁気装置７０２に結合される磁気論理ゲート装置７２０を有する。２対４デマルチプレクサでは、４個の可変抵抗磁気装置が一実施形態に従って形成されても良い。
【００６２】
本開示の実施形態を不明瞭にしないために及び重複を回避するために、図７と他の図面との間の相違点が議論される。しかしながら、これは、図７の実施形態を制限しない。第１の可変抵抗磁気装置７０１及び第２の可変抵抗磁気装置７０２の複数の層は、図１を参照して議論した複数の層に対応する。
【００６３】
例えば、層７０６及び７０６ｂは図１のＰＭ層１０６に対応し、層７０７及び７０７ｂは図１の層１０７に対応し、層７０８及び７０８ｂは図１のＰＭ層１０８に対応し、層７０９及び７０９ｂは図１のＳＳＬ層１０９に対応する。本実施形態では、第１の可変抵抗磁気装置７０１のピン止め磁気（ＰＭ）層７０６は、第２の可変抵抗磁気装置７０２のＰＭ層７０６ｂの磁化方向と異なる磁化方向を有する。
【００６４】
例えば、ＰＭ層７０６は左への磁化方向を有し、一方、ＰＭ層７０６ｂは右への磁化方向を有する。他の実施形態では、ＰＭ層７０６は右への磁化方向を有し、一方、ＰＭ層７０６ｂは左への磁化方向を有する。
【００６５】
第１の可変抵抗磁気装置７０１の第１の端子７０３及び第２の可変抵抗磁気装置７０２の第１の端子７０３ｂは、図１の第１の端子１０３に対応する。第１の可変抵抗磁気装置７０１の第２の端子７０４及び第２の可変抵抗磁気装置７０２の第２の端子７０４ｂは、図１の第２の端子１０４に対応する。一実施形態では、第１の端子７０３及び７０３ｂは、電力供給ノード７０５に結合される。他の実施形態では、第１の端子７０３及び第２の端子７０３ｂは、互いに独立な第１の端子７０３及び７０３ｂの各々に電力供給を提供できる独立電力供給ノード（図示しない）に結合される。例えば、正電力供給は第１の端子７０３に供給されても良く、一方、クロック電力供給は第２の端子７０３ｂに供給されても良い。他の変形が本願明細書で意図される。
【００６６】
本願明細書の実施形態は第１及び第２の可変抵抗磁気装置７０１及び７０２の複数の層が４個であると記載するが、他の実施形態は、可変抵抗磁気装置１０１を形成するために４個より少ない又は４個より多い種々の材料を用いても良い。
【００６７】
一実施形態では、電力供給ノード７０５は、正電力供給、負電力供給、ＤＣ電力供給、クロック電力供給、又は非給電電力供給（unpowered  power  supply）のうちの１つである電力供給を提供する。
【００６８】
一実施形態では、磁気論理ゲート装置７２０は、複数の出力磁石及び１又は複数の入力磁石を有する。本開示の実施形態を不明瞭にしないために、１対２デマルチプレクサは示されない。同じ概念及び構造は、任意の形式のデマルチプレクサに適用できる。本願明細書で議論する実施形態では、磁気論理ゲート装置７２０は、２個の出力磁石、つまり第１の出力磁石７１２ａ及び第２の出力磁石７１２ｂ、並びに１個の入力磁石７１１を有する。２対４デマルチプレクサでは、磁気論理ゲート装置７２０は、４個の出力磁石及び２個の入力磁石を有しても良い。一実施形態では、２対４のデマルチプレクサは、２個の１対２デマルチプレクサを結合することにより形成されても良い。
【００６９】
一実施形態では、出力磁石７１２ａ及び７１２ｂ、並びに入力磁石７１１は、磁石７０８及び７０８ｂとして同じ材料から形成される。他の実施形態では、出力磁石７１２ａ及び７１２ｂは、入力磁石７１１と異なる材料から形成される。一実施形態では、出力磁石７１２ａ及び７１２ｂ並びに入力磁石７１１は、自由磁石である。
【００７０】
一実施形態では、第１の可変抵抗磁気装置７０１の第２の端子７０４は、第１の出力磁石７１２ａ及び入力磁石７１１に結合される。一実施形態では、第２の可変抵抗磁気装置７０２の第２の端子７０４ｂは、第２の出力磁石７１２ｂ及び入力磁石７１１に結合される。一実施形態では、共通チャネル７１３は、出力磁石７１２ａ及び７１２ｂ並びに入力磁石７１１により共有される。チャネル７１２は、図１のチャネル１１３に対応する。一実施形態では、チャネル７１３は、グランドに結合されるグランド接触層７１３に結合される。
【００７１】
磁気論理ゲート装置７２２の実施形態を不明瞭にしないために、他の層は示されない。例えば、入力磁石７１１並びに第１及び第２の出力磁石７１２ａ及び７１２ｂは、それぞれ第２の端子７０４及び７０４ｂに接触する、それらに結合される対応する接触層を有しても良い。一実施形態では、垂直絶縁溝は、接触層７１４と入力磁石７１１との間に形成される。一実施形態では、垂直絶縁溝は、接触層７１４と第１の出力磁石７１２ａとの間に形成される。一実施形態では、垂直絶縁溝は、接触層７１４と第２の出力磁石７１２ｂとの間に形成される。一実施形態では、トンネリング層は、入力磁石７１１をチャネル７１３に結合するために形成される。一実施形態では、トンネリング層は、第１の出力磁石７１２ａをチャネル７１３に結合するために形成される。一実施形態では、トンネリング層は、第２の出力磁石７１２ｂをチャネル７１３に結合するために形成される。一実施形態では、トンネリング層は、グランド接触７１４をチャネル７１３に結合するために形成される。
【００７２】
図８Ａは、本開示の一実施形態による、磁気制御信号８０１を有するスピンデマルチプレクサ７００の回路モデル８００である。図８Ａは、図７を参照して議論される。本実施形態では、磁気制御信号８０１は、第１の可変抵抗磁気装置７０１及び第２の可変抵抗磁気装置７０２の抵抗率設定を決定する。磁気制御信号８０１は、第１及び第２の可変抵抗磁気装置７０１及び７０２のＦＭ層７０８及び７０８ｂそれぞれに結合する。
【００７３】
本願明細書で議論されるように、ＰＭ層７０６及び７０６ｂは、それぞれ反対の磁化方向を有する。したがって、磁気制御信号８０１は、第１の可変抵抗磁気装置７０１及び第２の可変抵抗磁気装置７０２に反対の抵抗率変化を生じる。
【００７４】
例えば、（ノード７１０の）磁気制御信号８０１が論理０を示す磁気状態を有するとき、第１の可変抵抗磁気装置７０１は、第１の端子７０３から第２の端子７０４へのスピン分極電子のトンネリングを実質的に停止する。このような実施形態では、第１の可変抵抗磁気装置７０１の抵抗率は、第１の可変抵抗磁気装置７０１の基準抵抗率より高い。本願明細書で議論されるように、基準抵抗率は、ＰＭ層７０６から決定されても良い。このような一実施形態では、（ノード７１０の）磁気制御信号８０１が論理１を示す磁気状態を有するとき、第１の可変抵抗磁気装置７０１は、スピン分極電子を、第１の端子７０３から第２の端子７０４へトンネルさせる。このような実施形態では、第２の可変抵抗磁気装置７０１の抵抗率は、第１の可変抵抗磁気装置７０１の基準抵抗率より高い。
【００７５】
第２の端子７０４は、（７１２ａ、７１１、７１３、７１４を有する）磁気論理ゲート装置８０４に電力供給を提供する。第２の端子７０４は、（７１２ａ、７１１、７１３、７１４を有する）磁気論理ゲート装置８０５に電力供給を提供する。
【００７６】
一実施形態では、（ノード７１０の）磁気制御信号８０１が論理１を示す磁気状態を有するとき、第２の可変抵抗磁気装置７０２は、第１の端子７０３ｂから第２の端子７０４ｂへのスピン分極電子のトンネリングを実質的に停止する。このような実施形態では、第２の可変抵抗磁気装置７０２の抵抗率は、基準抵抗率より高い。本願明細書で議論されるように、基準抵抗率は、ＰＭ層７０６ｂから決定されても良い。このような一実施形態では、（ノード７１０の）磁気制御信号８０１が論理０を示す磁気状態を有するとき、第２の可変抵抗磁気装置７０２は、スピン分極電子を、第１の端子７０３ｂから第２の端子７０４ｂへトンネルさせる。このような実施形態では、第２の可変抵抗磁気装置７０２の抵抗率は、第２の可変抵抗磁気装置７０２の基準抵抗率より低い。
【００７７】
一実施形態では、磁気入力信号８０２は、入力磁石７１１に適用される。第１及び第２の可変抵抗磁気装置７０１及び７０２の抵抗値に依存して、磁気入力信号８０２は、第１の出力磁石７１２ａ又は第２の出力磁石７１２ｂへトンネリングする。一実施形態では、第１の可変抵抗磁気装置７０１が、その基準抵抗率と比べて高い抵抗値を有するとき、出力磁石７１２ａにおける磁気出力信号８０３ａは、自身の前の磁気状態を保持する。このような一実施形態では、磁気制御信号８０１は、第２の可変抵抗磁気装置７０２に、その基準抵抗率と比べて低い抵抗値を持たせる。本実施形態では、出力磁石７１２ｂにおける磁気出力信号８０３ｂは、入力磁気信号８０２の現在の磁気状態を受信する。
【００７８】
図８Ｂは、本開示の一実施形態による、磁気制御信号を有するスピン状態デマルチプレクサ７００の回路モデル８００の記号図８１０である。図８Ｂは、図７−８Ａ及び表５を参照して説明される。
［表５］磁気状態素子７００／８００の論理テーブル
【００７９】
【表５】
0005969109.tif 000006
図３〜６を参照して議論したように、ノード７０５（図１の１０５と同じ）における電力供給の変化は、スピン方向を、したがって磁気デマルチプレクサ８００の動作を逆転する。電力供給の極性を変化することにより、相補的論理設計が達成できる。
【００８０】
図９は、本開示の一実施形態による汎用スピン有限状態機械９００である。一実施形態では、スピン有限状態機械９００は、図示のように共に結合される磁気クロックユニット９０１、次磁気状態ロジック９０２、磁気状態レジスタ９０３、及び磁気出力ロジック９０４を有する。相互接続９０５、９０６、９０７、９０８、９０９及び９１０は、磁気信号を伝達する。論理ユニット９０１、９０２、９０３及び９０４は、本願明細書で議論されるように磁気状態素子１００及び／又は磁気デマルチプレクサ７００を有しても良い。９０５、９０６、９０７、９０８、９０９及び９１０は、図１のノード１１０、１１１、１１２、１０５及び／又は図７の７０５、７１０、７１２ａ、７１１及び７１２ｂに結合されても良い。
【００８１】
一実施形態では、磁気クロックユニット９０１は、磁気状態レジスタ９０２のノード９１０にトグルする磁気信号を生成する。例えば、トグルする磁気信号は、電力供給（１０５）を磁気状態素子１００に供給するために用いられる。一実施形態では、ノード９１０は、磁気状態レジスタ９０３を制御するためにノード１１０に結合される。
【００８２】
汎用スピン有限状態機械９００は、実行ユニット及び算術演算論理ユニット（arithmetic  logic  unit：ＡＬＵ）をプロセッサ内に実装する基本構築ブロックを提供する。したがって、本願明細書で議論される実施形態は、本願明細書で議論される磁気状態素子１００及び／又は磁気デマルチプレクサ７００を用いて任意の論理ゲート（例えば、マルチプレクサ、ＮＡＮＤゲート、ＮＯＲゲート、等）を作成するために用いることができる。
【００８３】
図１０は、本開示の一実施形態によるスピン状態素子及び／又はスピンデマルチプレクサを有するプロセッサを含むスマート装置のシステムレベルの図である。図１０は、平面インタフェースコネクタが用いられ得るモバイル装置の一実施形態のブロック図も示す。一実施形態では、コンピューティング装置１６００は、コンピューティングタブレット、携帯電話機若しくはスマートフォン、無線可能読み取り機、又は他の無線モバイル装置のようなモバイルコンピューティング装置を表す。コンポーネントが一般的に示されること、及びこのような装置の全てのコンポーネントが装置１６００内に示されないことが理解されるだろう。
【００８４】
一実施形態では、コンピューティング装置１６００は、本願明細書で議論される実施形態に従う、磁気状態素子１００及び／又は磁気デマルチプレクサ７００を備える第１のプロセッサ１６１０と、磁気状態素子１００及び／又は磁気デマルチプレクサ７００を備える第２のプロセッサ１６９０と、を含む。
【００８５】
本開示の種々の実施形態は、無線インタフェースのような１６７０内のネットワークインタフェースを有しても良い。したがって、システムの実施形態は、無線装置、例えば携帯電話機又はパーソナルデジタルアシスタントに組み込まれても良い。
【００８６】
一実施形態では、プロセッサ１６１０は、マイクロプロセッサ、アプリケーションプロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブル論理装置、又は他の処理手段のような１又は複数の物理装置を含み得る。プロセッサ１６１０により実行される処理動作は、アプリケーション及び／又は装置機能が実行されるオペレーティングプラットフォーム又はオペレーティングシステムの実行を含む。処理動作は、人間のユーザと又は他の装置とのＩ／Ｏ（入力／出力）に関連する動作、電力管理に関連する動作、及び／又はコンピューティング装置１６００の別の装置への接続に関連する動作を含む。処理動作は、オーディオＩ／Ｏ及び／又はディスプレイＩ／Ｏに関連する動作も含んでも良い。
【００８７】
一実施形態では、コンピューティング装置１６００は、コンピューティング装置へのオーディオ機能の提供に関連するハードウェア（例えば、オーディオハードウェア及びオーディオ回路）及びソフトウェア（例えば、ドライバ、コーデック）コンポーネントを表すオーディオサブシステム１６２０を含む。オーディオ機能は、スピーカ及び／又はヘッドフォン出力、並びにマイクロフォン入力を含み得る。このような機能のための装置は、装置１６００に統合されるか、又はコンピューティング装置１６００に接続できる。一実施形態では、ユーザは、プロセッサ１６１０により受信され処理されるオーディオコマンドを提供することによりコンピューティング装置１６００と相互作用する。
【００８８】
ディスプレイサブシステム１６３０は、コンピューティング装置と相互作用するために視覚及び／又は触覚ディスプレイをユーザに提供するハードウェア（例えば、ディスプレイ装置）及びソフトウェア（例えば、ドライバ）コンポーネントを表す。ディスプレイサブシステム１６３０は、ディスプレイインタフェース１６３２を含み、ユーザにディスプレイを提供するために用いられる特定のスクリーン又はハードウェア装置を含む。一実施形態では、ディスプレイインタフェース１６３２は、ディスプレイに関連する少なくとも特定の処理を実行するために、プロセッサ１６１０とは別個のロジックを含む。一実施形態では、ディスプレイサブシステム１６３０は、ユーザに出力及び入力の両方を提供するタッチスクリーン（又はタッチパッド）装置を含む。
【００８９】
Ｉ／Ｏ制御部１６４０は、ユーザとの相互作用に関連するハードウェア装置及びソフトウェアコンポーネントを表す。Ｉ／Ｏ制御部１６４０は、オーディオサブシステム１６２０及び／又はディスプレイサブシステム１６３０の一部であるハードウェアを管理するよう動作する。追加で、Ｉ／Ｏ制御部１６４０は、装置１６００に接続する追加装置の接続点を示す。この接続点を通じてユーザはシステムと相互作用し得る。例えば、コンピューティング装置１６００に取り付けることができる装置は、マイクロフォン装置、スピーカ若しくはステレオシステム、ビデオシステム若しくは他のディスプレイ装置、キーボード若しくはキーパッド装置、又はカードリーダ若しくは他の装置のような特定アプリケーションと共に使用する他のＩ／Ｏ装置を含み得る。
【００９０】
上述のように、Ｉ／Ｏ制御部１６４０は、オーディオサブシステム１６２０及び／又はディスプレイサブシステム１６３０と相互作用できる。例えば、マイクロフォン又は他のオーディオ装置を通じた入力は、コンピューティング装置１６００の１又は複数のアプリケーション又は機能の入力又はコマンドを提供できる。追加で、オーディオ出力は、ディスプレイ出力の代わりに又はそれに追加で提供され得る。別の例では、ディスプレイサブシステムがタッチスクリーンを含む場合、ディスプレイ装置は、入力装置としても動作し、Ｉ／Ｏ制御部１６４０により少なくとも部分的に管理され得る。Ｉ／Ｏ制御部１６４０により管理されるＩ／Ｏ機能を提供するために、コンピューティング装置１６００に追加ボタン又はスイッチが存在しても良い。
【００９１】
一実施形態では、Ｉ／Ｏ制御部１６４０は、加速度計、カメラ、光センサ若しくは他の環境センサ、又はコンピューティング装置１６００に含まれ得る他のハードウェアのような装置を管理する。入力は、（ノイズのフィルタリング、明るさ検出のためのディスプレイ調整、カメラのフラッシュの適用、又は他の機能のような）システムの動作に影響を与えるために環境入力をシステムに提供すると共に、直接ユーザ相互作用の一部であり得る。
【００９２】
一実施形態では、コンピューティング装置１６００は、バッテリ電力使用、バッテリ充電、及び省電力動作に関連する機能を管理する電力管理１６５０を含む。メモリサブシステム１６６０は、装置１６００に情報を格納するメモリ装置を有する。メモリは、不揮発性（メモリ装置への電力が中断された場合に状態が変化しない）及び／又は揮発性（メモリ装置への電力が中断された場合に状態が変化する）メモリ装置を含み得る。メモリ１６６０は、アプリケーションデータ、ユーザデータ、音楽、写真、文書又は他のデータ、並びにアプリケーション及びコンピューティング装置１６００の機能の実行に関連するシステムデータ（長期間又は一時的にかかわらず）を格納できる。
【００９３】
実施形態の要素は、コンピュータ実行可能命令（例えば、本願明細書で議論する任意の他の処理を実施する命令）を格納する機械可読媒体（例えば、メモリ１６６０）として提供される。例えば、本願明細書で議論する状態素子を形成する方法は、コンピュータ実行可能命令により実装できる。機械可読媒体（例えば、メモリ１６６０）は、限定ではないが、フラッシュメモリ、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気若しくは光カード、又は電子若しくはコンピュータ実行可能命令を格納するのに適する他の種類の機械可読媒体を含み得る。例えば、本開示の実施形態は、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）から要求側コンピュータ（例えば、クライアント）へ、通信リンク（例えば、モデム又はネットワーク接続）を介したデータ信号により転送され得るコンピュータプログラム（例えば、ＢＩＯＳ）としてダウンロードされても良い。
【００９４】
接続１６７０は、コンピューティング装置１６００が外部装置と通信するのを可能にするハードウェア装置（例えば、無線及び／又は有線コネクタ、並びに通信ハードウェア）及びソフトウェアコンポーネント（例えば、ドライバ、プロトコルスタック）を含む。装置１６００は、他のコンピューティング装置、無線アクセスポイント若しくは基地局、並びにヘッドセット、プリンタ又は他の装置のような周辺機器のような別個の装置であり得る。
【００９５】
接続１６７０は、複数の異なる種類の接続を含むことができる。一般化するため、コンピューティング装置１６００は、セルラ接続１６７２及び無線接続１６７４とともに示される。セルラ接続１６７２は、概して、ＧＳＭ（global  system  for  mobile  communications）若しくは変形若しくは波生物、ＣＤＭＡ（code  division  multiple  access）若しくは変形若しくは波生物、ＴＤＭＡ（time  division  multiplexing）若しくは変形若しくは波生物、又は他のセルラサービス標準を介して提供されるような無線通信事業者により提供されるセルラネットワーク接続を表す。無線接続１６７４は、セルラではない無線接続を表し、（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ、等のような）個人域ネットワーク、（Ｗｉ−Ｆｉのような）ローカルエリアネットワーク、及び／又は（ＷｉＭａｘのような）広域ネットワーク、又は他の無線通信を含み得る。。
【００９６】
周辺機器接続１６８０は、ハードウェアインタフェース及びコネクタ、並びに周辺機器接続を生成するソフトウェアコンポーネント（例えば、ドライバ、プロトコルスタック）を含む。コンピューティング装置１６００は他のコンピューティング装置に対する周辺装置（「ＴＯ」１６８２）であり、並びに自身に接続される周辺装置（「ＦＲＯＭ」１６８４）の両方であり得ることが理解される。コンピューティング装置１６００は、通常、装置１６００のコンテンツを管理する（例えば、ダウンロードし及び／又はアップロードし、変更し、同期化する）ような目的で他のコンピューティング装置に接続するための「ドッキング」コネクタを有する。追加で、ドッキングコネクタは、装置１６００を、コンピューティング装置１６００に例えばオーディオビジュアル若しくは他のシステムへのコンテンツ出力を制御させる特定の周辺機器に接続できるようにする。
【００９７】
独自仕様のドッキングコネクタ又は他の独自仕様の接続ハードウェアに加えて、コンピューティング装置１６００は、一般的若しくは標準に基づくコネクタを介して周辺機器接続１６８０を生成できる。一般的な種類は、（任意の数の異なるハードウェアインタフェースを含むことができる）ＵＳＢ（Universal  Serial  Bus）コネクタ、ＭＤＰ（MiniDisplayPort）を含むDisplayPort、ＨＤＭＩ（High  Definition  Multimedia  Interface）、Fire  wire、又は他の種類を含み得る。
【００９８】
本願明細書で議論される磁気状態素子１００及び磁気デマルチプレクサ７００は、無線回路のために用いることができる。一実施形態では、磁気状態素子１００及び磁気デマルチプレクサ７００は、ブロック１６７０、１６８０、１６２０、１６４０及び１６３０内で用いられる。
【００９９】
本願明細書において本発明の「一実施形態」又は「ある実施形態」、「幾つかの実施形態」、又は「他の実施形態」への言及は、実施形態と関連して記載された特定の機能、構造又は特徴が、必ずしも全部の実施形態ではなく少なくとも幾つかの実施形態に含まれることを意味する。「一実施形態」、「ある実施形態」、又は「幾つかの実施形態」の種々の表現は、必ずしも全て同じ実施形態を参照しない。本願明細書は、コンポーネント、機能、構造又は特徴が「しても良い」、「し得る」（may、might又はcould）と記述する場合、その特定のコンポーネント、機能、構造、又は特徴が含まれることを要求しない。本願明細書又は請求項は、単数（a又はan）の要素に言及する場合、複数の要素のうちの１つのみが存在することを意味しない。本願明細書又は請求項は、「追加の」（additional）要素に言及する場合、１より多い追加要素の存在を排除しない。
【０１００】
本開示は本開示の特定の実施形態と関連して記載されたが、そのような実施形態の多くの代替、変更及び変形が、前述の記載を考慮に入れて当業者に明らかである。本開示の実施形態は、全てのこのような代替、変更及び変形が添付の請求の範囲の広範な範囲内に包含されることを意図する。
【０１０１】
さらに、集積回路（ＩＣ）チップ及び他のコンポーネントとのよく知られている電力／グランド接続は、提示された図に示される場合もあり、説明及び議論を簡単にするため及び本開示を不明確にしないために図示されない場合もある。さらに、配置は、本開示を不明確にするのを回避するために、及びこのようなブロック図配置の実装に関する詳細が本開示が実施されるプラットフォームに大きく依存する、つまりこのような詳細は当業者の範囲内であるという事実の観点からブロック図の形式で示され得る。本開示の例示的な実施形態を説明するために固有の詳細（例えば、回路）が説明される場合、当業者には、本開示がこれら固有の詳細を有しないで又はそれらの変形を有して実施できることが明らかである。したがって、説明は、限定ではなく説明のためとして考えられるべきである。
【０１０２】
以下の例は、更なる実施形態に関連する。これらの例における詳細は、１又は複数の実施形態のどこでも使用できる。本願明細書に記載の装置の全ての任意的機能は、方法又は処理に関して実装されても良い。
【０１０３】
例えば、一実施形態では、装置は、可変抵抗磁気装置であって、該可変抵抗磁気装置の抵抗値を調整する磁気制御信号を受信する可変抵抗磁気装置と、前記可変抵抗磁気装置に結合され、磁気論理入力を受信し、前記磁気論理入力に対して論理演算を実行し、前記可変抵抗磁気装置の抵抗値に基づき出力磁気信号を駆動する磁気論理ゲート装置と、を有する。一実施形態では、前記磁気制御信号は、前記可変抵抗磁気装置の自由磁石層に結合する磁気状態である。一実施形態では、前記可変抵抗磁気装置は、電界又はスピン電流のうちの１つである前記磁気制御信号を受信するよう動作する。
【０１０４】
一実施形態では、前記磁気論理ゲート装置は、前記磁気論理入力を受信する入力磁石と、前記出力磁気信号を駆動する出力磁石と、を有する。一実施形態では、前記可変抵抗磁気装置が基準抵抗率と比べて小さい抵抗率を有するとき、前記可変抵抗磁気装置は、前記磁気論理ゲート装置が前記磁気論理入力を前記出力磁石に駆動させるよう動作する。
【０１０５】
一実施形態では、スピン分極電子が前記可変抵抗磁気装置の一端から前記磁気論理ゲート装置に結合される他端へトンネルするとき、前記可変抵抗磁気装置は、前記磁気論理ゲート装置に前記磁気論理入力を前記出力磁石に駆動させるよう動作する。一実施形態では、前記可変抵抗磁気装置が基準抵抗率と比べて高い抵抗率を有するとき、前記可変抵抗磁気装置は、前記磁気論理ゲート装置が前記磁気論理入力を前記出力磁石に駆動するのを無効化するよう動作する。
【０１０６】
一実施形態では、前記可変抵抗磁気装置が前記可変抵抗磁気装置の一端から前記磁気論理ゲート装置に結合される他端への電子スピンの移送を実質的に停止するとき、前記可変抵抗磁気装置は、前記磁気論理ゲート装置が前記磁気論理入力を前記出力磁石に駆動するのを無効化するよう動作する。前記他端は前記入力磁石及び前記磁気論理ゲート装置の前記出力磁石に結合される。一実施形態では、前記の無効化された磁気論理ゲート装置の前記出力磁石は、前記出力磁石の前の磁気値を保持する。一実施形態では、前記可変抵抗磁気装置は、スピン拡散、又はスピントンネリングのうちの１つである電子スピンの移送を実質的に停止するよう動作する。一実施形態では、前記可変抵抗磁気装置は、磁気トンネル接合（magnetic  tunnel  junction：ＭＴＪ）、又はスピン値、のうちの１つに基づく。
【０１０７】
一実施形態では、前記可変抵抗磁気装置は、電力供給に結合される第１の端子と、前記磁気論理ゲート装置に結合される第２の端子と、前記磁気制御信号を受信する第３の端子と、を有する。一実施形態では、前記第１の端子は、正電力供給、負電力供給、直流（ＤＣ）電力供給、クロック電力供給、又は非電力供給（unpowered  supply）、のうちの少なくとも１つを受信するよう動作する。一実施形態では、前記第２の端子は、前記電力供給又は前記電力供給のバージョンを、前記磁気論理ゲート装置に供給するよう動作する。
【０１０８】
一実施形態では、前記可変抵抗磁気装置は、基準を提供するピン止め磁石を有する第１の層と、複数の磁気層であって、前記複数の磁気層のうちの１つは前記第１の層に結合され、前記複数の磁気層のうちの少なくとも１つは電子スピン電流の影響を受ける、複数の磁気層と、を有する。一実施形態では、前記可変抵抗磁気装置の前記複数の磁気層は、自由磁石層を有し、前記磁気制御信号は、前記自由磁石層に結合される磁気状態である。一実施形態では、前記可変抵抗磁気装置の前記複数の磁気層は、前記可変抵抗磁気装置からの電子流を非スピン分極させるスピンスクランブル層（spin−scramble−layer：ＳＳＬ）を有する。一実施形態では、ＳＳＬは、スピン依存電子化学ポテンシャルを、可変抵抗磁気装置の１つの端子におけるスカラ電圧に変換するために用いられる。一実施形態では、ＳＳＬは、可変抵抗磁気装置内の電子スピンを離調するために、短いスピン反転長を有する。一実施形態では、前記可変抵抗磁気装置及び前記磁気論理ゲート装置は、電子スピン状態素子を形成する。
【０１０９】
別の例では、磁気デマルチプレクサは、第１の可変抵抗磁気装置であって、前記第１の可変抵抗磁気装置の抵抗値を調整する磁気制御信号を受信する第１の可変抵抗磁気装置と、第２の可変抵抗磁気装置であって、前記第２の可変抵抗磁気装置の抵抗値を調整する前記磁気制御信号を受信する第２の可変抵抗磁気装置と、磁気論理ゲート装置であって、前記第１及び第２の可変抵抗磁気装置に結合され、前記磁気論理ゲート装置は、前記第１及び第２の可変抵抗磁気装置の前記抵抗値に基づき少なくとも２つの出力磁石に磁気信号を出力させる、磁気論理ゲート装置と、を有する。
【０１１０】
一実施形態では、前記磁気制御信号は、前記第１及び第２の可変抵抗磁気装置の自由磁石層に結合する磁気状態である。一実施形態では、前記第１の可変抵抗磁気装置は、前記第２の可変抵抗磁気装置のピン止め磁石と相補的なピン止め磁石を有する。一実施形態では、前記第１の可変抵抗磁気装置の抵抗値は、前記第２の可変抵抗磁気装置の抵抗値と異なる。一実施形態では、前記磁気論理ゲート装置は、入力磁気信号を受信する入力磁石を有する。一実施形態では、前記少なくとも２つの出力磁石は、前記第１の可変抵抗磁気装置の前記抵抗値が前記第２の可変抵抗磁気装置の前記抵抗値と異なるとき、前記入力磁気信号を駆動する第１の出力磁石を有する。一実施形態では、前記少なくとも２つの出力磁石は、前記第２の出力磁石に前の磁気値を保持する第２の出力磁石を有する。一実施形態では、前記第１及び第２の可変抵抗磁気装置は、磁気トンネル接合（magnetic  tunnel  junction：ＭＴＪ）、又はスピン値、のうちの１つに基づく。
【０１１１】
一実施形態では、前記第１及び第２の可変抵抗磁気装置は、電力供給に結合される第１の端子と、前記磁気論理ゲート装置に結合される第２の端子と、前記磁気制御信号を受信する第３の端子と、を有する。一実施形態では、前記第１の端子は、正電力供給、負電力供給、直流（ＤＣ）電力供給、クロック電力供給、又は非電力供給（unpowered  supply）、のうちの少なくとも１つを受信するよう動作する。一実施形態では、前記第２の端子は、前記電力供給又は前記電力供給のバージョンを、前記磁気論理ゲート装置に供給するよう動作する。
【０１１２】
一実施形態では、前記第１及び第２の可変抵抗磁気装置は、基準を提供するピン止め磁石を有する第１の層と、複数の磁気層であって、前記複数の磁気層のうちの１つは前記第１の層に結合され、前記複数の磁気層のうちの少なくとも１つは電子スピン電流の影響を受ける、複数の磁気層と、を有する。一実施形態では、前記第１及び第２の可変抵抗磁気装置の前記複数の磁気層は、自由磁石層を有し、前記磁気制御信号は、前記自由磁石層に結合される磁気状態である。一実施形態では、前記第１及び第２の可変抵抗磁気装置の前記複数の磁気層は、前記第１及び第２の可変抵抗磁気装置からの電子流を非スピン分極させるスピンスクランブル層（spin−scramble−layer：ＳＳＬ）を有する。
【０１１３】
一実施形態では、前記ＳＳＬは、スピン依存電子化学ポテンシャルを、前記第１及び第２の可変抵抗磁気装置の１つの端子におけるスカラ電圧に変換するために用いられる。一実施形態では、前記ＳＳＬは、前記第１及び第２の可変抵抗磁気装置内の電子スピンを離調するために、短いスピン反転長を有する。一実施形態では、前記第１の可変抵抗磁気装置の抵抗値は、前記第２の可変抵抗磁気装置の抵抗値と異なる。一実施形態では、前記第１及び第２の可変抵抗磁気装置は、電界又はスピン電流のうちの１つである前記磁気制御信号を受信するよう動作する。
【０１１４】
別の例では、磁気スピン論理ユニットは、本願明細書で議論される装置に従う磁気状態素子装置と、前記磁気状態素子装置に直接又は間接的に結合され、本願明細書で議論される磁気デマルチプレクサと、を有する。一実施形態では、前記磁気状態素子は、磁気Ｄフリップフロップ、又は磁気フリップフロップのセット、のうちの少なくとも１つを有する。一実施形態では、磁気論理ゲート装置を含む磁気組み合せ論理ユニット、を更に有する。
【０１１５】
別の例では、コンピュータシステムは、無線アンテナと、前記無線アンテナを介して通信可能なプロセッサと、を有し、前記プロセッサは、本願明細書で議論される装置に従う磁気状態素子、又は前記磁気状態素子に直接又は間接的に結合される、本願明細書で議論される磁気デマルチプレクサ、のうちの少なくとも１つを有する。
【０１１６】
一実施形態では、前記磁気状態素子は、磁気Ｄフリップフロップ、又は磁気フリップフロップのセット、のうちの少なくとも１つを有する。一実施形態では、前記コンピュータシステムは、磁気論理ゲート装置を含む磁気組み合せ論理ユニット、を更に有する。一実施形態では、前記コンピュータシステムは、ディスプレイユニットを更に有する。
【０１１７】
読者が技術的開示の特性及び主旨を解明できるように、要約が提供される。要旨は請求項の範囲又は意味を限定するために用いられるべきでないことが理解される。ここで、添付の請求項は、各請求項が別個の実施形態として存在するとして、詳細な説明に組み込まれる。
【図１】
0005969109.tif 000007
【図２Ａ】
0005969109.tif 000008
【図２Ｂ】
0005969109.tif 000009
【図３Ａ】
0005969109.tif 000010
【図３Ｂ】
0005969109.tif 000011
【図４Ａ】
0005969109.tif 000012
【図４Ｂ】
0005969109.tif 000013
【図５Ａ】
0005969109.tif 000014
【図５Ｂ】
0005969109.tif 000015
【図６Ａ】
0005969109.tif 000016
【図６Ｂ】
0005969109.tif 000017
【図７】
0005969109.tif 000018
【図８Ａ】
0005969109.tif 000019
【図８Ｂ】
0005969109.tif 000020
【図９】
0005969109.tif 000021
【図１０】
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