(57)【要約】  本発明は、磁場測定装置および方法に関し、より詳細には、導電体に印加される電流でのスピンホール現象を利用して磁気異方性を有する磁性体にスピン電流を注入し、スピントルクによって前記磁性体の磁化を反転させながら、前記磁性体での磁気履歴曲線の移動程度を算出することにより、前記磁性体に印加された外部磁場を精密に測定することができる、磁場測定装置および方法に関する。本発明は、外部から印加される第１磁場を測定する磁場測定装置であって、導電体に電流を印加する電流印加手段、前記電流印加手段から電流の印加を受けてスピン電流が形成される導電体、前記導電体で形成されたスピン電流が注入される磁気異方性を有する磁性体、前記磁性体に第２磁場を印加する磁場印加手段、および前記第１磁場が印加されない状態での前記磁性体の磁気履歴曲線に対する、前記第１磁場が印加されることによる前記磁性体の磁気履歴曲線の移動程度を導き出した後、これを利用して前記第１磁場の強度を算出する制御部を含んで構成されることを特徴とする、磁場測定装置を開示する。
2019506606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から印加される第１磁界を測定する磁界測定装置であって、
導電体に電流を印加する電流印加手段、
前記電流印加手段から電流が印加されてスピン（ｓｐｉｎ）電流が形成される導電体、
前記導電体で形成されたスピン電流が注入される磁気異方性を有する磁性体、
前記磁性体に第２磁界を印加する磁界印加手段、および
前記第１磁界が印加されない状態での前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）に対する、前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を導き出した後、これを利用して前記第１磁界の強度を算出する制御部を含んで構成されることを特徴とする、磁界測定装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記電流印加手段から前記導電体に印加される電流の量を変動させて前記スピン電流の量を増減しながら前記磁性体に対する磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を算出した後、
前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動程度を算出することを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記電流印加手段から前記導電体に印加される電流の量を変動させながら、前記導電体または磁性体でのホール電圧を測定して前記磁性体に対する磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を算出することを特徴とする、請求項２に記載の磁界測定装置。
【請求項４】
前記電流印加手段から前記導電体に印加される電流は、
前記磁性体の磁化が反転する時点またはその後まで増加した後、前記磁性体の磁化が再び反転する時点またはその後まで減少するか、前記磁性体の磁化が反転する時点またはその後まで減少した後、前記磁性体の磁化が再び反転する時点またはその後まで増加することを特徴とする、請求項２に記載の磁界測定装置。
【請求項５】
前記磁性体は、垂直磁気異方性を有し、
前記算出される第１磁界の強度は、前記磁性体に印加される第１磁界の垂直方向強度であることを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項６】
前記導電体は、遷移金属（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔａｌ）や重金属（ｈｅａｖｙ  ｍｅｔａｌ）であることを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項７】
前記導電体の厚さは、スピン拡散距離（ｓｐｉｎ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｌｅｎｇｔｈ）を考慮して決定されることを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項８】
前記導電体と前記磁性体は、積層構造をなすことを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項９】
前記磁界印加手段は、前記磁性体の上部または下部に位置する水平磁気異方性磁性体を含んで構成されることを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項１０】
前記制御部は、
前記第１磁界が印加されない場合の前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）として、予め格納された磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を使用するか、前記磁性体の磁化が反転する時点の第１電流と前記磁性体の磁化が再び反対方向に反転する時点の第２電流の絶対値が同じ状態での磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を使用することを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項１１】
前記制御部は、
予め格納された前記第１磁界の強度による前記磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）値を利用し、前記導き出された磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度から前記第１磁界の強度を算出することを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項１２】
外部から印加される第１磁界を測定する磁界測定方法であって、
導電体に電流を印加する電流印加段階、
磁気異方性を有する磁性体に第２磁界を印加する磁界印加段階、
前記導電体から電流が印加されて形成されたスピン（ｓｐｉｎ）電流が前記磁性体に注入されるスピン電流注入段階、
前記第１磁界が印加されない状態での前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）に対する、前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を導き出す磁気履歴曲線移動導出段階、および
前記導き出された磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を利用して前記第１磁界の強度を算出する第１磁界算出段階を含むことを特徴とする、磁界測定方法。
【請求項１３】
前記スピン電流注入段階では、前記導電体に印加される電流の量を変動させてスピン電流の量を増減し、
前記第１磁界算出段階では、前記スピン電流の増減による前記磁性体に対する磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を算出した後、前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動程度を算出することを特徴とする、請求項１２に記載の磁界測定方法。
【請求項１４】
前記第１磁界算出段階は、
前記導電体に印加される電流の量の変動による前記導電体または磁性体でのホール電圧を測定して前記磁性体に対する磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を算出する段階を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の磁界測定装置。
【請求項１５】
前記スピン電流注入段階では、
前記導電体に印加される電流が、前記磁性体の磁化が反転する時点またはその後まで増加した後、前記磁性体の磁化が再び反転する時点またはその後まで減少するか、前記磁性体の磁化が反転する時点またはその後まで減少した後、前記磁性体の磁化が再び反転する時点またはその後まで増加することを特徴とする、請求項１３に記載の磁界測定方法。
【請求項１６】
前記磁性体は、垂直磁気異方性を有し、
前記算出される第１磁界の強度は、前記磁性体に印加される第１磁界の垂直方向強度であることを特徴とする、請求項１２に記載の磁界測定方法。
【請求項１７】
前記導電体は、遷移金属（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔａｌ）や重金属（ｈｅａｖｙ  ｍｅｔａｌ）であることを特徴とする、請求項１２に記載の磁界測定方法。
【請求項１８】
前記導電体の厚さは、スピン拡散距離（ｓｐｉｎ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｌｅｎｇｔｈ）を考慮して決定されることを特徴とする、請求項１２に記載の磁界測定方法。
【請求項１９】
前記導電体と前記磁性体は、積層構造をなすことを特徴とする、請求項１２に記載の磁界測定方法。
【請求項２０】
前記磁界印加段階では、
前記磁性体の上部または下部に位置する水平磁気異方性磁性体を利用して前記磁性体に前記第２磁界を印加することを特徴とする、請求項１２に記載の磁界測定方法。
【請求項２１】
前記磁気履歴曲線移動導出段階において、
前記第１磁界が印加されない場合の前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）として、予め測定されて格納された磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を使用するか、前記磁性体の磁化が反転する時点の第１電流と前記磁性体の磁化が再び反対方向に反転される時点の第２電流の絶対値が同じ状態での磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を使用することを特徴とする、請求項１２に記載の磁界測定方法。
【請求項２２】
前記第１磁界算出段階において、
予め格納された前記第１磁界の強度による前記磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）値を利用し、前記導き出された磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度から前記第１磁界の強度を算出することを特徴とする、請求項１２に記載の磁界測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界測定装置および方法に関し、より詳細には、導電体に印加される電流のスピンホール現象を利用して磁気異方性を有する磁性体にスピン電流を注入し、スピントルクによって前記磁性体の磁化を反転させながら前記磁性体の磁気履歴曲線を導き出した後、その移動程度を考慮することによって前記磁性体に印加された外部磁界を精密に算出することができる、磁界測定装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気センサとは、外部から印加される磁界に応じて物質の磁化度または磁気抵抗などが変化する原理を利用して磁界の強さや方向などを測定する装置を意味する。磁気センサは、自動車、宇宙航空、国防などの多様な分野において従来から活用されて来たが、最近では特にスマートフォンなどの携帯用個人端末の普及が急激に増加するに伴い、その需要も急激に増えている状況にある。
【０００３】
一般的に多く使用されている磁気センサとしては、ホール（Ｈａｌｌ）現象を利用したホール磁気センサ、巨大な磁気抵抗現象を利用した巨大磁気抵抗（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：ＧＭＲ）センサ、トンネリング磁気抵抗（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：ＴＭＲ）センサ、飽和磁心型（Ｆｌｕｘｇａｔｅ）磁気センサなどがある。より具体的に、巨大磁気抵抗センサ（ＧＭＲ）は、磁性層／非磁性層／磁性層からなる磁性多層薄膜構造であり、外部磁界により、２つの磁性層の磁化方向が平行（Ｐａｒａｌｌｅｌ状態）になるときには電気抵抗が小さくて多くの電流が流れるようになるが、逆平行（Ａｎｔｉ−Ｐａｒａｌｌｅｌ状態）のときには電気抵抗が高まりながら低い電流が流れるという現象を利用して外部磁界を測定するようになる。また、飽和磁心型（Ｆｌｕｘｇａｔｅ）磁気センサは、高い透磁率をもつコア（ｃｏｒｅ）に巻線される１次コイルおよび２次コイルを使用し、１次コイルによって誘導される２次コイルの波形に加え、外部磁界の印加による２次コイルの高調波の波形を測定して外部磁界を測定するようになる。
【０００４】
上述したような磁気センサは、その種類によって多様な感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）、ノイズフロア（ｎｏｉｓｅ  ｆｌｏｏｒ）、強さなどの特性を有するため、多様なアプリケーションに適応した磁性センサを選択して使用するようになる。例えば、前記巨大磁気抵抗センサ（ＧＭＲ）とトンネリング磁気抵抗センサ（ＴＭＲ）は、１００ガウス（Ｇａｕｓｓ）水準の磁界を測定することができる上に、マイクロスケールでの製作が可能であり、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの情報を読み取る用途として主に活用される。飽和磁心型（ｆｌｕｘｇａｔｅ）磁気センサは、１０ガウス（Ｇａｕｓｓ）水準の磁界を高い感度で測定することができ、地磁気センサまたは電子羅針盤の用途として多く活用されている。しかし、このような磁気センサは、その強さと雑音特性が相反することから、小型を維持しながらも優れた雑音特性をもつ磁気センサの実現には困難があり、その構造的特性によって製作単価が高まるという問題も抱えている。
【０００５】
さらに、最近では、製作費用やサイズなどを考慮した結果、シリコン（Ｓｉ）工程を基盤として実現されたホールセンサが多く活用されている。しかし、前記シリコン（Ｓｉ）工程を基盤として実現されたホールセンサは、その解像度が地磁気伏角解像度には及ばないなど感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）が大きく低下するという問題があり、これを克服するために、ＩＭＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）を積層して地磁界を収束する方法によって前記センサの感度を改善している。しかし、このような場合には、前記ＩＭＣ層を０．１〜０．３マイクロメータ以上に厚く形成しなければならず、ノイズフロア（ｎｏｉｓｅ  ｆｌｏｏｒ）が高くて解像度が低下するという問題も依然として存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために案出されたものであって、小型化を可能にしながらも感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）およびノイズ特性を改善することができ、さらには低い製作単価での製作が可能な、磁界測定装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る磁界測定装置は、外部から印加される第１磁界を測定する磁界測定装置であって、導電体に電流を印加する電流印加手段、前記電流印加手段から電流の印加を受けてスピン（ｓｐｉｎ）電流が形成される導電体、前記導電体で形成されたスピン電流が注入される磁気異方性を有する磁性体、前記磁性体に第２磁界を印加する磁界印加手段、および前記第１磁界が印加されない状態での前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）に対する、前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を導き出した後、これを利用して前記第１磁界の強度を算出する制御部を含んで構成されることを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記制御部は、前記電流印加手段から前記導電体に印加される電流の量を変動させて前記スピン電流の量を増減しながら前記磁性体に対する磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を算出した後、前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動程度を算出してよい。
【０００９】
このとき、前記制御部は、前記電流印加手段から前記導電体に印加される電流の量を変動させながら、前記導電体または磁性体におけるホール電圧を測定して前記磁性体に対する磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を算出してよい。
【００１０】
このとき、前記電流印加手段から前記導電体に印加される電流は、前記磁性体の磁化が反転する時点またはその後まで増加した後、前記磁性体の磁化が再び反転する時点またはその後まで減少するか、前記磁性体の磁化が反転する時点またはその後まで減少した後、前記磁性体の磁化が再び反転する時点またはその後まで増加してよい。
【００１１】
また、前記磁性体は、垂直磁気異方性を有し、前記算出される第１磁界の強度は、前記磁性体に印加される第１磁界の垂直方向強度であってよい。
【００１２】
また、前記導電体は、遷移金属（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔａｌ）や重金属（ｈｅａｖｙ  ｍｅｔａｌ）であってよい。
【００１３】
また、前記導電体の厚さは、スピン拡散距離（ｓｐｉｎ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｌｅｎｇｔｈ）を考慮して決定されてよい。
【００１４】
また、前記導電体と前記磁性体は、積層構造をなしてよい。
【００１５】
また、前記磁界印加手段は、前記磁性体の上部または下部に位置する水平磁気異方性磁性体を含んで構成されてよい。
【００１６】
また、前記制御部は、前記第１磁界が印加されない場合の前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）として、予め格納された磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を使用するか、前記磁性体の磁化が反転する時点の第１電流と前記磁性体の磁化が再び反対方向に反転する時点の第２電流の絶対値が同じ状態での磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を使用してよい。
【００１７】
また、前記制御部は、予め格納された前記第１磁界の強度による前記磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）値を利用し、前記導き出された磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度から前記第１磁界の強度を算出してよい。
【００１８】
本発明の他の側面に係る磁界測定方法は、外部から印加される第１磁界を測定する磁界測定方法であって、導電体に電流を印加する電流印加段階、磁気異方性を有する磁性体に第２磁界を印加する磁界印加段階、前記導電体から電流の印加を受けて形成されたスピン（ｓｐｉｎ）電流が前記磁性体に注入されるスピン電流注入段階、前記第１磁界が印加されない状態での前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）に対する、前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を導き出す磁気履歴曲線移動導出段階、および前記導き出された磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を利用して前記第１磁界の強度を算出する第１磁界算出段階を含むことを特徴とする。
【００１９】
ここで、前記スピン電流注入段階では、前記導電体に印加される電流の量を変動させて前記スピン電流の量を増減し、前記第１磁界算出段階では、前記スピン電流の増減による前記磁性体に対する磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を算出した後、前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動程度を算出してよい。
【００２０】
このとき、前記第１磁界算出段階は、前記導電体に印加される電流の量の変動による前記導電体または磁性体でのホール電圧を測定して前記磁性体に対する磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を算出する段階を含んでよい。
【００２１】
このとき、前記スピン電流注入段階では、前記導電体に印加される電流が、前記磁性体の磁化が反転する時点またはその後まで増加した後、前記磁性体の磁化が再び反転する時点またはその後まで減少するか、前記磁性体の磁化が反転する時点またはその後まで減少した後、前記磁性体の磁化が再び反転する時点またはその後まで増加してよい。
【００２２】
また、前記磁性体は、垂直磁気異方性を有し、前記算出される第１磁界の強度は、前記磁性体に印加される第１磁界の垂直方向強度であってよい。
【００２３】
また、前記導電体は、遷移金属（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔａｌ）や重金属（ｈｅａｖｙ  ｍｅｔａｌ）であってよい。
【００２４】
また、前記導電体の厚さは、スピン拡散距離（ｓｐｉｎ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｌｅｎｇｔｈ）を考慮して決定されてよい。
【００２５】
また、前記導電体と前記磁性体は、積層構造をなしてよい。
【００２６】
また、前記磁界印加段階では、前記磁性体の上部または下部に位置する水平磁気異方性磁性体を利用して前記磁性体に前記第２磁界を印加してよい。
【００２７】
また、前記磁気履歴曲線移動導出段階において、前記第１磁界が印加されない場合の前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）として、予め測定されて格納された磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を使用するか、前記磁性体の磁化が反転する時点の第１電流と前記磁性体の磁化が再び反対方向に反転する時点の第２電流の絶対値が同じ状態での磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を使用してよい。
【００２８】
また、前記第１磁界算出段階において、予め格納された前記第１磁界の強度による前記磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）値を利用し、前記導き出された磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度から前記第１磁界の強度を算出してよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によると、導電体に印加される電流のスピンホール現象を利用して磁気異方性を有する磁性体にスピン電流を注入し、スピントルクによって前記磁性体の磁化を反転させながら前記磁性体の磁気履歴曲線を導き出し、その移動程度を考慮して前記磁性体に印加された外部磁界を算出することにより、小型化を可能にしながらも感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）およびノイズ特性を改善することができ、さらには低い製作単価での製作が可能な、磁界測定装置および方法を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明に関する理解を助けるために、詳細な説明の一部に含まれる添付の図面は、本発明に対する実施形態を提供し、詳細な説明と共に本発明の技術的思想を説明する。
【図１】本発明の一実施形態における、磁界測定装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における、磁界測定装置でのスピン電流の形成および注入を説明するための説明図である。
【図３】本発明の一実施形態における、磁界測定装置でのトルクを説明するための説明図である。
【図４】本発明の一実施形態における、磁界測定装置で、磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）についての説明図である。
【図５】本発明の一実施形態における、磁界測定装置で、印加磁界の変化による磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の変化を示したグラフである。
【図６】本発明の一実施形態における磁界測定装置で、磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）を算出する方法についての説明図である。
【図７】本発明の一実施形態における、磁界測定装置で、外部磁界の強度による磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）についての測定グラフである。
【図８】本発明の一実施形態における、磁界測定装置で、外部磁界が印加されることによる磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）についての測定グラフである。
【図９】本発明の一実施形態における、磁界測定装置での特性を示したグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態における、磁界測定方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、多様な変換を加えることができる上に、多様な実施形態を有することができる。以下では、特定の実施形態について、添付の図面を参照しながら詳しく説明する。
【００３２】
本発明を説明するにあたり、関連する公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明確にする恐れがあると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
【００３３】
第１、第２などの用語が多様な構成要素を説明するために使用されたりするが、前記構成要素がこのような用語によって限定されることはなく、前記用語は１つの構成要素を他の構成要素と区別する目的としてのみ使用される。
【００３４】
以下では、本発明に係る磁界測定装置および方法の例示的な実施形態について、添付の図面を参照しながら詳しく説明する。
【００３５】
先ず、図１では、本発明の一実施形態における、磁界測定装置１００の構成図を示している。図１に示すように、本発明の一実施形態に係る磁界測定装置１００は、電流印加手段１１０、導電体１２０、磁性体１３０、磁界印加手段１４０、および制御部１５０を含んで構成されてよい。以下では、本発明の一実施形態に係る磁界測定装置１００について、構成部分別に詳しく説明する。
【００３６】
最初に、電流印加手段１１０は、導電体１２０に所定の電流を印加するようになる。前記電流印加手段１１０は、外部から供給される電流を前記導電体１２０に伝達してもよいし、電源を利用して所定の電流を生成する回路を含んでもよい。前記電流印加手段１１０は、前記導電体１２０に適切な電流を供給することのできるものであれば、本発明の一実施形態として特に制限されることなく採択可能である。
【００３７】
また、前記電流印加手段１１０から前記導電体１２０に印加される電流は、制御部１５０が制御してよい。前記制御部１５０は、前記電流印加手段１１０から前記導電体１２０に印加される電流の量や波形などを制御することで、前記導電体１２０で形成されるスピン（ｓｐｉｎ）電流を適切に調節してよい。
【００３８】
次に、導電体１２０では、前記電流印加手段１１０から電流の印加を受けてスピン（ｓｐｉｎ）電流が形成されるようになる。前記導電体１２０としては、スピンホール現象を利用してスピン電流を形成することのできるものであれば、特に制限されることなく採択可能である。さらに、前記導電体１２０として遷移金属（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔａｌ）や重金属（ｈｅａｖｙ  ｍｅｔａｌ）を使用する場合には、スピン軌道相互作用（ｓｐｉｎ  ｏｒｂｉｔ  ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）が高まりながらスピンホール効果が効果的に現われるようになるため、本発明の一実施形態に係る磁界測定装置１００の特性がさらに改善されるという長所を有する。また、前記導電体１２０の厚さは、導電体１２０を構成する物質によって様々ではあるが、スピン拡散距離（ｓｐｉｎ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｌｅｎｇｔｈ）を考慮して決定することによってスピン電流が効果的に前記磁性体１３０に注入されるようになり、本発明の一実施形態に係る磁界測定装置１００の特性がさらに改善されるようになる。例えば、タングステン（Ｗ）の場合は、スピン拡散距離（ｓｐｉｎ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｌｅｎｇｔｈ）が約５ｎｍであるため、前記タングステン（Ｗ）のスピン拡散距離を考慮して前記導電体１２０の厚さを決定することにより、本発明の一実施形態に係る磁界測定装置１００の特性が効果的に改善されるようになる。
【００３９】
次に、磁性体１３０と磁界印加手段１４０について説明する。
【００４０】
前記磁性体１３０は、磁気異方性を有し、前記導電体１３０で形成されたスピン電流が注入されるようになる。また、磁界印加手段１４０では、前記磁性体１３０に所定の第２磁界を印加するようになる。
【００４１】
前記磁性体１３０に注入されたスピン電流はスピントルクを形成し、前記磁界印加手段１４０による第２磁界も第２磁界トルクを形成するようになるが、前記スピントルクと前記第２磁界トルクの合が前記磁性体１３０の磁気異方性による内部トルクを克服するようになれば、前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）は反転（ｒｅｖｅｒｓａｌ）するようになる。
【００４２】
特に、前記磁性体１３０は、垂直磁気異方性を有してよい。前記垂直磁気異方性を有する磁性体の製作については、本発明者などの他の特許（大韓民国公開特許第１０−２０１２−００９１８０４号）において詳しく開示している。このとき、前記算出される第１磁界の強度は、前記磁性体１３０に印加される第１磁界の垂直方向強度であってよい。これにより、本発明の一実施形態として、前記垂直磁気異方性を有する磁性体１３０を利用して前記第１磁界の垂直方向強度を効果的に算出することが可能となる。ただし、本発明が必ずしもこれに限定されることはなく、前記磁性体１３０が垂直方向の磁気異方性を有さずに一定に傾いた角度を有したとしても本発明に適用可能であり、さらに前記第１磁界の垂直方向強度ではなく所定の角度の強度を算出することも可能である。
【００４３】
また、前記導電体１２０と前記磁性体１３０は、積層構造を形成することで、前記スピン電流の注入を円滑にするなど、本発明の一実施形態に係る磁界測定装置１００の特性を改善することもできる。
【００４４】
次に、前記磁界印加手段１４０は、磁気異方性を有する磁性体１３０に所定の第２磁界を印加するようになる。このとき、前記磁界印加手段１４０は、前記磁性体１３０および導電体１２０の特性などを考慮しながら予め定められた所定の磁界値を前記磁性体１３０に印加してもよい。本発明の一実施形態として、前記磁性体１３０の上部または下部に位置する水平磁気異方性磁性体を位置させるようにすることで、前記磁性体１３０に前記第２磁界を印加してもよい。しかし、本発明が必ずしもこれに限定されることはなく、磁界測定状況によって前記磁界印加手段１４０から印加される磁界を調節することにより、本発明に係る磁界測定装置１００の特性をさらに改善することもできる。
【００４５】
また、制御部１５０では、前記第１磁界が印加されない状態での前記磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）に対する、前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体１２０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を導き出した後、これを利用して前記第１磁界の強度を算出するようになる。
【００４６】
このとき、前記制御部１５０は、前記電流印加手段１１０から前記導電体１２０に印加される電流の量を変動させて前記スピン電流の量を増減しながら前記磁性体１３０に対する磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を算出した後、前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動程度を算出してよい。
【００４７】
さらに、より具体的に、前記制御部１５０は、前記電流印加手段１１０から前記導電体１２０に印加される電流の量を変動させながら、前記導電体１２０または磁性体１３０のホール電圧を測定して前記磁性体１３０に対する磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を算出することにより、前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動程度を算出してもよい。
【００４８】
このとき、本発明の一実施形態として、前記電流印加手段１１０から前記導電体１２０に印加される電流は、前記磁性体１３０の磁化が反転する時点またはその後まで増加した後、前記磁性体の磁化が再び反転する時点またはその後まで減少するか、前記磁性体１３０の磁化が反転する時点またはその後まで減少した後、前記磁性体の磁化が再び反転する時点またはその後まで増加するように制御されてもよい。
【００４９】
また、前記第１磁界が印加されない場合の前記磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）として、予め格納された磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を使用してもよいし、前記磁性体１３０の磁化が反転する時点の第１電流と前記磁性体１３０の磁化が再び反対方向に反転する時点の第２電流の絶対値が同じ状態での磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を使用してもよい。
【００５０】
さらに、前記制御部１５０は、予め格納された前記第１磁界の強度による前記磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）値を利用し、前記導き出された磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度から前記磁性体１３０に印加された第１磁界の強度を算出してもよい。
【００５１】
より具体的に、図２では、本発明の一実施形態における、磁界測定装置１００でのスピン電流の形成および注入について説明しており、図３では、本発明の一実施形態における、磁界測定装置１００でのトルクを説明する図を示している。
【００５２】
図２に示すように、電流印加手段１１０から印加される電流（Ｊｅ）は、導電体１２０を流れながらスピン電流（Ｊｓ）を形成するようになり、前記スピン電流（Ｊｓ）の一部は、前記磁性体１３０に注入されるようになる。このとき、前記図２に示すように、前記電流印加手段１１０から印加される電流（Ｊｅ）がｙ軸方向に流れるとき、前記磁性体１３０に注入されるスピン電流（Ｊｓ）のスピンモーメント（ｓｐｉｎ  ｍｏｍｅｎｔ：
【数１】
2019506606.tif 000003
）の方向はｘ軸方向を有するようになる。
【００５３】
また、上述したように、前記磁界印加手段１４０では、前記磁性体１３０に第２磁界（Ｈｙ）を印加するようになる。このとき、前記第２磁界（Ｈｙ）は、前記電流（Ｊｅ）によるスピン電流（Ｊｓ）およびスピンモーメントの方向を考慮しながら、図２に示すようにｙ軸方向に印加されてよいが、本発明が必ずしもこれに限定されることはない。
【００５４】
前記導電体１２０は、遷移金属（Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔａｌ：ＴＭ）や重金属（Ｈｅａｖｙ  Ｍｅｔａｌ）を使用して構成することが好ましく、さらに、前記磁性体１３０は、強磁性体（Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌ：ＦＭ）などのように磁気異方性（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を有する物質を利用して構成されてよい。
【００５５】
また、図３に示すように、前記磁性体１３０に注入されたスピン電流はスピントルク（τＳＴ）を形成し、前記磁界印加手段１４０による第２磁界も第２磁界トルク（τｅｘｔ）を形成するようになるが、前記スピントルクと前記第２磁界トルクの合が前記磁性体１３０の磁気異方性による内部トルク（τａｎｉ）を克服するようになれば、前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ：
【数２】
2019506606.tif 000004
）は反転（ｒｅｖｅｒｓａｌ）するようになる。
【００５６】
より具体的に、前記磁性体１３０に注入されたスピン電流によるスピントルク（τＳＴ）、前記磁界印加手段１４０の第２磁界による第２磁界トルク（τｅｘｔ）、および前記磁性体１３０の磁気異方性による内部トルク（τａｎｉ）はそれぞれ、以下の数式（１）〜数式（３）のように示されてよい。
【００５７】
【数３】
2019506606.tif 000005
・・・（１）
【００５８】
【数４】
2019506606.tif 000006
・・・（２）
【００５９】
【数５】
2019506606.tif 000007
・・・（３）
【００６０】
このとき、上述したように、
【数６】
2019506606.tif 000008
は前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）を意味し、前記
【数７】
2019506606.tif 000009
は前記磁性体１３０に注入されるスピン電流（Ｊｓ）のスピンモーメント（ｓｐｉｎｍｏｍｅｎｔ）を示す。また、前記
【数８】
2019506606.tif 000010
は前記第２磁界による磁束密度（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｌｕｘ  ｄｅｎｓｉｔｙ）を意味し、前記
【数９】
2019506606.tif 000011
は前記磁性体１３０の磁気異方性による磁束密度（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｌｕｘ  ｄｅｎｓｉｔｙ）を意味する。
【００６１】
前記数式（１）〜数式（３）から分かるように、前記スピントルク（τＳＴ）は前記磁性体１３０に注入されるスピン電流（Ｊｓ）に依存し、前記第２磁界トルク（τｅｘｔ）は前記磁界印加手段１４０の第２磁界に依存するようになり、また前記スピントルク（τＳＴ）と前記内部トルク（τａｎｉ）は、互いに反対方向を有するようになる。
【００６２】
これを考慮した上で、前記磁性体１３０でのトルクおよびこれによる磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を詳察すれば、以下のようになる。図４では、本発明の一実施形態における、磁界測定装置１００の磁性体１３０でのトルクによる磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）について説明している。
【００６３】
先ず、図４（ａ）では、外部から印加される磁界（すなわち、測定対象となる第１磁界）がない場合に、電流印加手段１１０から印加される電流によるトルクの変化およびこれによる磁気履歴曲線を例示している。このとき、前記磁界印加手段１４０の第２磁界はｙ方向に印加されると仮定し、これによるトルクは、ｙ方向第２磁界トルク（τｅｘｔ−ｙ）と表現する。
【００６４】
前記電流印加手段１１０から印加される電流がない状態は、図４（ａ）の（Ａ）に該当すると言える。このとき、スピン電流によるスピントルク（τＳＴ）もない状態であると言える。次に、前記電流印加手段１１０から印加される電流が増加することによってスピン電流によるスピントルク（τＳＴ）も増加するようになり（図４（ａ）の（Ｂ）、（Ｃ））、前記スピントルク（τＳＴ）とｙ方向第２磁界トルク（τｅｘｔ−ｙ）の合が前記磁性体１３０の磁気異方性による内部トルク（τａｎｉ）を超えるようになる地点（図４（ａ）の（Ｄ））において、前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ：
【数１０】
2019506606.tif 000012
）は反転（ｒｅｖｅｒｓａｌ）するようになる。これにより、前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ：
【数１１】
2019506606.tif 000013
）に依存する（数式（２）および数式（３）参照）前記磁性体１３０の磁気異方性による内部トルク（τａｎｉ）とｙ方向第２磁界トルク（τｅｘｔ−ｙ）の方向も反転するようになる。
【００６５】
また、前記電流印加手段１１０から印加される電流がさらに増加してよく（図４（ａ）の（Ｅ））、続いて、前記電流印加手段１１０から印加される電流が減少したとしても（図４（ａ）の（Ｆ）〜（Ｉ））、前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ：
【数１２】
2019506606.tif 000014
）は継続して維持されるようになる。このとき、前記電流印加手段１１０から印加される電流が継続して減少（あるいは、反対方向に増加）することによってスピン電流によるスピントルク（τＳＴ）も減少（あるいは、反対方向に増加）するようになり（図４（ａ）の（Ｆ）〜（Ｉ））、前記スピントルク（τＳＴ）とｙ方向第２磁界トルク（τｅｘｔ−ｙ）の合が再び前記磁性体１３０の磁気異方性による内部トルク（τａｎｉ）を越えるようになる地点（図４（ａ）の（Ｊ））において、前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ：
【数１３】
2019506606.tif 000015
）は再び反転（ｒｅｖｅｒｓａｌ）するようになる。
【００６６】
これにより、図４（ａ）に示すように、前記本発明の一実施形態に係る磁界測定装置１００の磁性体１３０での磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）が形成されるようになる。
【００６７】
これに対し、図４（ｂ）では、前記本発明の一実施形態における、磁界測定装置１００に外部から印加される磁界（すなわち、測定対象となる第１磁界）が存在する場合の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）について説明している。このとき、前記外部から印加される第１磁界はｚ方向に印加されると仮定し、これによるトルクは、ｚ方向第１磁界トルク（τｅｘｔ−ｚ）と表現する。
【００６８】
先ず、前記電流印加手段１１０から印加される電流がない状態（図４（ｂ）の（Ａ）地点）では、スピン電流によるスピントルク（τＳＴ）もない状態であると言える。続いて、前記電流印加手段１１０から印加される電流が増加することによってスピン電流によるスピントルク（τＳＴ）も増加するようになり（図４（ｂ）の（Ｂ）〜（Ｄ））、前記スピントルク（τＳＴ）とｙ方向第２磁界トルク（τｅｘｔ−ｙ）の合が前記磁性体１３０の磁気異方性による内部トルク（τａｎｉ）とｚ方向第１磁界トルク（τｅｘｔ−ｚ）の合を越えるようになる地点（図４（ｂ）の（Ｅ））において、前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ：
【数１４】
2019506606.tif 000016
）は反転（ｒｅｖｅｒｓａｌ）するようになる。これにより、前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ：
【数１５】
2019506606.tif 000017
）に依存する（数式（２）および数式（３）参照）前記磁性体１３０の磁気異方性による内部トルク（τａｎｉ）とｙ方向第２磁界トルク（τｅｘｔ−ｙ）の方向も反転するようになる。
【００６９】
また、前記電流印加手段１１０から印加される電流がさらに増加してよく（図４（ｂ）の（Ｆ））、続いて、前記電流印加手段１１０から印加される電流が減少したとしても（図４（ｂ）の（Ｇ）〜（Ｉ））、前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ：
【数１６】
2019506606.tif 000018
）は継続して維持されるようになる。このとき、前記電流印加手段１１０から印加される電流が継続して減少（あるいは、反対方向に増加）することによってスピン電流によるスピントルク（τＳＴ）も減少（あるいは、反対方向に増加）するようになり（図４（ｂ）の（Ｇ）〜（Ｉ））、前記スピントルク（τＳＴ）とｙ方向第２磁界トルク（τｅｘｔ−ｙ）の合が再び前記磁性体１３０の磁気異方性による内部トルク（τａｎｉ）とｚ方向第１磁界トルク（τｅｘｔ−ｚ）の合計を越えるようになる地点（図４（ｂ）の（Ｊ））において、前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ：
【数１７】
2019506606.tif 000019
）は再び反転（ｒｅｖｅｒｓａｌ）するようになる。
【００７０】
これにより、図４（ｂ）に示すように、前記外部から印加される第１磁界が存在する場合、前記磁性体１３０での磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）は、前記外部から印加される第１磁界によるｚ方向第１磁界トルク（τｅｘｔ−ｚ）だけ移動（ｓｈｉｆｔ）するようになる。したがって、本発明の一実施形態に係る磁界測定装置１００の磁性体１３０での磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を算出することにより、前記外部から印加される第１磁界を算出することが可能となる。
【００７１】
図５では、本発明の一実施形態に係る磁界測定装置１００において、磁界印加手段１４０から印加される第２磁界の変化による磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の変化を示している。図５（ａ）に示すように、磁界印加手段１４０から印加される第２磁界（Ｈｙ）が増加することにより、前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）を反転させるための電流（Ｉｃ）値は増加するようになることを確認することができる。また、図５（ｂ）では、本発明の一実施形態として、Ｐｔ／Ｃｏ／Ｐｔ構造およびＴａ／ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ構造を含む磁界測定装置１００において、磁界印加手段１４０から印加される第２磁界（Ｈｙ）による前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）を反転させるための電流密度（Ｊｃ）値の趨勢を現したグラフを示している。図５（ｂ）でも、前記第２磁界（Ｈｙ）が増加することにより、前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）を反転させるための電流密度（Ｊｃ）は減少するようになるということを確認することができる。
【００７２】
また、図６では、本発明の一実施形態における、磁界測定装置１００で磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）を算出する過程をさらに詳しく示している。図６（ａ）に示すように、外部から印加される磁界（すなわち、測定対象となる第１磁界）の強さにより、前記磁性体１３０に対する磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）は左右に移動（ｓｈｉｆｔ）するようになる（図６（ａ）の（Ａ）〜（Ｆ））。したがって、本発明の一実施形態に係る磁界測定装置１００において、前記電流印加手段１１０から前記導電体１２０に印加する電流を増加または減少させながら前記導電体１２０または磁性体１３０でのホール電圧（ＶＨ）を測定し、前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）が反転する地点（図６（ｂ）のＩ＋およびＩ−）を測定し、これから磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を算出することにより、外部から印加される第１磁界の強さを算出することが可能となる。
【００７３】
また、図７では、本発明の一実施形態に係る磁界測定装置１００において、外部磁界の強度による磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）に関する測定グラフを示している。図７（ａ）に示すように、外部から印加される磁界（すなわち、測定対象となる第１磁界）の強さが増加することにより、前記磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）が移動（ｓｈｉｆｔ）する様子を確認することができる。このとき、前記グラフは、磁界印加手段１４０から前記磁性体１３０に５０  Ｏｅの第２磁界を印加した状態で測定された。図７（ａ）に示すように、印加される第１磁界の強さが約数Ｏｅ水準と低いにもかかわらず、前記磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）は極めて大幅（約１０ｍＶ／Ｏｅ）であることが分かる。
【００７４】
また、図７（ｂ）では、前記磁性体１３０に印加される第１磁界の強さよる磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）を、電流値を基準として測定したグラフを示している。前記図７（ｂ）に示すように、第１磁界の変化にしたがって磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度が線形的に現れることが分かるし、これを利用して前記磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を測定することにより、前記磁性体１３０に印加された第１磁界の強さを算出できるようになることが分かる。特に、磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）に対する電流値（Ｉｓｈｉｆｔ）をＶｓｈｉｆｔ＝Ｉｓｈｉｆｔ×Ｒｓｅｎｓｏｒ（〜数ｋΩ）に換算して前記磁界測定装置１００の感度を算出すれば、約１０ｍＶ／Ｏｅ水準の高い感度を有するという点を確認することができる。
【００７５】
このような結果は、多様なバッファ物質（ＦｅＺｒ／Ｔａ、Ｔａ／ＦｅＺｒなど）で同じように観測されたし、ＴａまたはＦｅＺｒ単一構造でも同じような様相を示した。さらに、本発明の一実施形態として、ＦｅＺｒを挿入した多層構造での磁化反転を利用することも可能である。
【実施例】
【００７６】
図８では、本発明の一実施形態における、ＦｅＺｒ／Ｐｔ／Ｃｏ／Ｐｔ／ＦｅＺｒ構造を含む磁界測定装置１００で、外部から磁界（すなわち、測定対象となる第１磁界）が印加されることによる磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）に関する測定グラフを示している。図８（ａ）に示すように、外部から印加される第１磁界の強さが増加することにより、前記磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）は右側に移動（ｓｈｉｆｔ）するようになることが分かる。これから前記磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動程度を導き出すことにより、外部から印加された前記第１磁界の強さを算出することが可能となる。
【００７７】
図８（ｂ）では、図８（ａ）の場合に対する前記磁性体１３０の磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）が反転（ｒｅｖｅｒｓａｌ）する地点での前記電流印加手段１１０から前記導電体１２０に印加される電流を測定したグラフを示している。図８（ｂ）でも、外部から印加される第１磁界の強さが増加することにより、前記導電体１２０または磁性体１３０でのホール電圧が０Ｖになる地点（すなわち、磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の中心点）での電流（ＩＤＣ）が増加することを確認することができる。
【００７８】
図９では、本発明の一実施形態における、磁界測定装置１００の特性を現したグラフを示している。先ず、図９（ａ）では、Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ構造およびＰｔ／Ｃｏ／Ｐｔ構造を含む磁界測定装置１００での外部から印加される第１磁界による磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）を、電流密度（Ｊｃ）を基準として例示している。図９（ａ）に示すように、Ｐｔ／Ｃｏ／Ｐｔ構造を含む磁界測定装置１００では、第１磁界の強さが増加することによって磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）が線形的に増加することに比べ、Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ構造を含む磁界測定装置１００では、第１磁界の強さが増加することによって磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）が線形的に減少することを確認することができる。これは、導電体１２０の物質によってスピン電流の方向が異なるためである。特に、前記Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ構造を含む磁界測定装置１００では、第１磁界の強さが変化することによって前記磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度が極めて大きく変化するということを確認することができ、これにより、前記Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ構造を含む磁界測定装置１００は、より高い感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）特性を有することができることが分かる。
【００７９】
図９（ｂ）では、多様な種類の磁気センサに対する強度およびノイズ特性を比較して示している。図９（ｂ）に示すように、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサなどは、ノイズ特性には相対的に優れてはいるが大型であり、さらにシリコン基盤ホールセンサ（Ｓｉ−ｂａｓｅｄ  Ｈａｌｌ）などは、小型で製作可能ではあるがノイズ特性は低い。さらに、図９（ｂ）に示すように、従来技術に係る通常の磁気センサでは、サイズおよびノイズ特性が相反（ｔｒａｄｅ−ｏｆｆ）する趨勢をみせた。これに対し、本発明の一実施形態に係る磁界測定装置１００は、図９（ｂ）に示すように、（Ｍｅｔａｌ  ｂａｓｅｄ  ｓｐｉｎ−Ｈａｌｌ  ｓｅｎｓｏｒ）、ノイズ特性に優れていながらも小型で製作可能であるという長所を示した。さらに、本発明の一実施形態に係る磁界測定装置１００が優れた感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）特性を有するということは、上述したとおりである。
【００８０】
図１０は、本発明の一実施形態における、磁界測定方法を示したフローチャートである。図１０に示すように、本発明の一実施形態に係る磁界測定方法は、導電体１２０に電流を印加する電流印加段階Ｓ２１０、磁気異方性を有する磁性体１３０に第２磁界を印加する磁界印加段階Ｓ２２０、前記導電体１２０から電流が印加されて形成されたスピン（ｓｐｉｎ）電流が前記磁性体１３０に注入されるスピン電流注入段階Ｓ２３０、前記第１磁界が印加されない状態での前記磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）に対する、前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を導き出す磁気履歴曲線移動導出段階Ｓ２４０、および前記導き出された磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を利用して前記第１磁界の強度を算出する第１磁界算出段階Ｓ２５０を含んでよい。
【００８１】
このとき、前記電流印加段階Ｓ２１０では、前記導電体１３０に印加される電流の量を変動させて前記スピン電流の量を増減してよく、これにより、前記第１磁界算出段階Ｓ２５０では、前記スピン電流の増減によって前記磁性体に対する磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を算出した後、前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動程度を算出してよい。
【００８２】
ここで、前記第１磁界算出段階Ｓ２５０は、前記導電体１２０に印加される電流の量の変動による前記導電体１２０または磁性体１３０でのホール電圧を測定して前記磁性体１３０に対する磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を算出する段階を含んでもよい。
【００８３】
また、前記磁界印加段階Ｓ２２０では、磁気異方性を有する磁性体１３０に所定の第２磁界を印加するようになる。本発明の一実施形態として、前記磁性体１３０の上部または下部に位置する水平磁気異方性磁性体を位置させるようにすることにより、前記磁性体１３０に前記第２磁界を印加してもよい。
【００８４】
続いて、前記スピン電流注入段階Ｓ２３０では、前記導電体１２０に印加される電流が、前記磁性体１３０の磁化が反転する時点またはその後まで増加した後、前記磁性体１３０の磁化が再び反転する時点またはその後まで減少するか、前記磁性体１３０の磁化が反転する時点またはその後まで減少した後、前記磁性体の磁化が再び反転する時点またはその後まで増加してよい。
【００８５】
このとき、前記磁性体１３０は、垂直磁気異方性を有してよい。また、前記算出される第１磁界の強度は、前記磁性体１３０に印加される第１磁界の垂直方向強度であってよい。
【００８６】
また、前記導電体１２０は、遷移金属（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔａｌ）や重金属（ｈｅａｖｙ  ｍｅｔａｌ）であってよく、このとき、前記導電体１２０の厚さは、スピン拡散距離（ｓｐｉｎ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｌｅｎｇｔｈ）を考慮して決定されてよい。このとき、前記導電体１２０と前記磁性体１３０は、積層構造をなしてよい。
【００８７】
また、前記磁気履歴曲線移動導出段階Ｓ２４０では、前記第１磁界が印加されない状態での前記磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）に対比し、前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を導き出すようになる。このとき、前記第１磁界が印加されない場合の前記磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）として、予め測定されて格納された磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を使用するが、前記磁性体１３０の磁化が反転する時点の第１電流と前記磁性体１３０の磁化が再び反対方向に反転する時点の第２電流の絶対値が同じ状態での磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を使用してもよい。
【００８８】
続いて、前記第１磁界算出段階Ｓ２５０では、前記導き出された磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を利用して前記第１磁界の強度を算出するようになる。本発明の一実施形態として、前記第１磁界算出段階Ｓ２５０では、予め格納された前記第１磁界の強度による前記磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）値を利用し、前記導き出された磁性体１３０の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度から前記第１磁界の強度を算出することも可能である。
【００８９】
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正および変形が可能であろう。したがって、本発明に記載された実施形態は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであり、このような実施形態に限定されることはない。本発明の保護範囲は、添付の請求範囲によって解釈されなければならず、これと同等な範囲内に存在するすべての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されなければならない。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成30年9月25日(2018.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から印加される第１磁界を測定する磁界測定装置であって、
導電体に電流を印加する電流印加手段、
前記電流印加手段から電流が印加されてスピン（ｓｐｉｎ）電流が形成される導電体、
前記導電体で形成されたスピン電流が注入される磁気異方性を有する磁性体、
前記磁性体に第２磁界を印加する磁界印加手段、および
前記第１磁界が印加されない状態での前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）に対する、前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を導き出した後、これを利用して前記第１磁界の強度を算出する制御部を含んで構成されることを特徴とする、磁界測定装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記電流印加手段から前記導電体に印加される電流の量を変動させて前記スピン電流の量を増減しながら前記磁性体に対する磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を算出した後、
前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動程度を算出することを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記電流印加手段から前記導電体に印加される電流の量を変動させながら、前記導電体または磁性体でのホール電圧を測定して前記磁性体に対する磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を算出することを特徴とする、請求項２に記載の磁界測定装置。
【請求項４】
前記電流印加手段から前記導電体に印加される電流は、
前記磁性体の磁化が反転する時点またはその後まで増加した後、前記磁性体の磁化が再び反転する時点またはその後まで減少するか、前記磁性体の磁化が反転する時点またはその後まで減少した後、前記磁性体の磁化が再び反転する時点またはその後まで増加することを特徴とする、請求項２に記載の磁界測定装置。
【請求項５】
前記磁性体は、垂直磁気異方性を有し、
前記算出される第１磁界の強度は、前記磁性体に印加される第１磁界の垂直方向強度であることを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項６】
前記導電体は、遷移金属（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｍｅｔａｌ）や重金属（ｈｅａｖｙ  ｍｅｔａｌ）であることを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項７】
前記導電体の厚さは、スピン拡散距離（ｓｐｉｎ  ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ  ｌｅｎｇｔｈ）を考慮して決定されることを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項８】
前記導電体と前記磁性体は、積層構造をなすことを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項９】
前記磁界印加手段は、前記磁性体の上部または下部に位置する水平磁気異方性磁性体を含んで構成されることを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項１０】
前記制御部は、
前記第１磁界が印加されない場合の前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）として、予め格納された磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を使用するか、前記磁性体の磁化が反転する時点の第１電流と前記磁性体の磁化が再び反対方向に反転する時点の第２電流の絶対値が同じ状態での磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）を使用することを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項１１】
前記制御部は、
予め格納された前記第１磁界の強度による前記磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）値を利用し、前記導き出された磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度から前記第１磁界の強度を算出することを特徴とする、請求項１に記載の磁界測定装置。
【請求項１２】
外部から印加される第１磁界を測定する磁界測定方法であって、
導電体に電流を印加する電流印加段階、
磁気異方性を有する磁性体に第２磁界を印加する磁界印加段階、
前記導電体から電流が印加されて形成されたスピン（ｓｐｉｎ）電流が前記磁性体に注入されるスピン電流注入段階、
前記第１磁界が印加されない状態での前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）に対する、前記第１磁界が印加されることによる前記磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を導き出す磁気履歴曲線移動導出段階、および
前記導き出された磁性体の磁気履歴曲線（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）の移動（ｓｈｉｆｔ）程度を利用して前記第１磁界の強度を算出する第１磁界算出段階を含むことを特徴とする、磁界測定方法。
【国際調査報告】
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