(57)【要約】【課題】特性の向上が可能な磁気素子、磁気記憶装置及び発振装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、磁気素子は、第１層を含む積層体を含む。前記第１層は、Ｍｎ及びＧａを含む第１領域と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＭｎからなる群から選択された少なくとも１つを含む第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域と、を含む。前記第３領域は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＭｎからなる群から選択された少なくとも１つと、Ｇａと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ及びＧａを含む第１領域と、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＭｎからなる群から選択された少なくとも１つを含む第２領域と、
前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域であって、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＭｎからなる群から選択された少なくとも１つとＧａとを含む前記第３領域と、
を含む第１層を含む積層体を備えた、磁気素子。
【請求項２】
前記第１領域の第１磁化の向き、及び、第２領域の第２磁化の向きは、前記第１領域から前記第２領域に向かう方向に沿い、
前記第１磁化の前記向きの前記方向に沿う成分は、前記第２磁化の前記向きの前記方向に沿う成分と逆向きである、請求項１記載の磁気素子。
【請求項３】
前記第２領域は、Ｆｅ及びＣｏからなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第３領域は、Ｃｏ及びＧａを含む、請求項１または２に記載の磁気素子。
【請求項４】
前記積層体は、
Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む第２層と、
前記第１層と前記第２層との間に設けられた非磁性の中間層と、
をさらに含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁気素子。
【請求項５】
前記第１領域と前記第２層との間に前記第３領域が位置し、
前記第３領域と前記第２層との間に前記第２領域が位置し、
前記第２領域と前記第２層との間に前記中間層が位置した、請求項４記載の磁気素子。
【請求項６】
前記積層体に第１磁界が印加された第１状態から前記積層体に第２磁界が印加された第２状態に変化させたときに、前記第１状態における前記第１層と前記第２層との間の第１電気抵抗は、前記第２状態における前記第１層と前記第２層との間の第２電気抵抗よりも高く、前記第１磁界及び前記第２磁界は、前記第２層から前記第１層に向かう向きを有し、前記第１磁界の絶対値は、前記第２磁界の絶対値よりも大きく、
前記第２状態から前記積層体に第３磁界が印加された第３状態に変化させたときに、前記第３状態における前記第１層と前記第２層との間の第３電気抵抗は、前記第２電気抵抗よりも低く、前記第３磁界は、前記第１層から前記第２層に向かう向きを有し、
前記第３状態から前記積層体に第４磁界が印加された第４状態に変化させたときに、前記第４状態における前記第１層と前記第２層との間の第４電気抵抗は、前記第３電気抵抗よりも高く、前記第４磁界は、前記第１層から前記第２層に向かう向きを有し、前記第４磁界の絶対値は、前記第３磁界の絶対値よりも大きく、
前記第４状態から前記積層体に第５磁界が印加された第５状態に変化させたときに、前記第５状態における前記第１層と前記第２層との間の第５電気抵抗は、前記第４電気抵抗よりも低く、前記第５磁界は、前記第１層から前記第２層に向かう向きを有し、前記第５磁界の絶対値は、前記第４磁界の前記絶対値よりも大きい、請求項４または５に記載の磁気素子。
【請求項７】
前記第５状態から前記積層体に第６磁界が印加された第６状態に変化させたときに、前記第６状態における前記第１層と前記第２層との間の第６電気抵抗は、前記第５電気抵抗よりも高く、前記第６磁界は、前記第１層から前記第２層に向かう向きを有し、前記第６磁界の絶対値は、前記第５磁界の前記絶対値よりも小さく、
前記第６状態から前記積層体に第７磁界が印加された第７状態に変化させたときに、前記第７状態における前記第１層と前記第２層との間の第７電気抵抗は、前記第６電気抵抗よりも低く、前記第７磁界は、前記第２層から前記第１層に向かう向きを有し、
前記第７状態から前記積層体に第８磁界が印加された第８状態に変化させたときに、前記第８状態における前記第１層と前記第２層との間の第８電気抵抗は、前記第７電気抵抗よりも高く、前記第８磁界は、前記第２層から前記第１層に向かう向きを有し、前記第８磁界の絶対値は、前記第７磁界の絶対値よりも大きく、前記第１磁界の前記絶対値よりも小さい、請求項６または７に記載の磁気素子。
【請求項８】
前記積層体に第１磁界が印加された第１状態から前記積層体に第２磁界が印加された第２状態に変化させたときに、前記第１状態における前記第１層と前記第２層との間の第１電気抵抗は、前記第２状態における前記第１層と前記第２層との間の第２電気抵抗よりも高く、前記第１磁界は前記第２層から前記第１層に向かう向きを有し、前記第２磁界は前記第１層から前記第２層に向かう向きを有し、
前記第２状態から前記積層体に第３磁界が印加された第３状態に変化させたときに、前記第３状態における前記第１層と前記第２層との間の第３電気抵抗は、前記第２電気抵抗よりも低く、前記第３磁界は、前記第１層から前記第２層に向かう向きを有し、前記第３磁界の絶対値は、前記第２磁界の絶対値よりも大きく、
前記第３状態から前記積層体に第４磁界が印加された第４状態に変化させたときに、前記第４状態における前記第１層と前記第２層との間の第４電気抵抗は、前記第３電気抵抗よりも高く、前記第４磁界は、前記第１層から前記第２層に向かう向きを有し、前記第４磁界の絶対値は、前記第３磁界の前記絶対値よりも大きく、
前記第４状態から前記積層体に第５磁界が印加された第５状態に変化させたときに、前記第５状態における前記第１層と前記第２層との間の第５電気抵抗は、前記第４電気抵抗よりも低く、前記第５磁界は、前記第１層から前記第２層に向かう向きを有し、前記第５磁界の絶対値は、前記第４磁界の前記絶対値よりも大きい、請求項４または５に記載の磁気素子。
【請求項９】
前記第５状態から前記積層体に第６磁界が印加された第６状態に変化させたときに、前記第６状態における前記第１層と前記第２層との間の第６電気抵抗は、前記第５電気抵抗よりも高く、前記第６磁界は、前記第２層から前記第１層に向かう向きを有し、
前記第６状態から前記積層体に第７磁界が印加された第７状態に変化させたときに、前記第７状態における前記第１層と前記第２層との間の第７電気抵抗は、前記第６電気抵抗よりも低く、前記第７磁界は、前記第２層から前記第１層に向かう向きを有し、前記第７磁界の絶対値は、前記第６磁界の絶対値よりも大きく、
前記第７状態から前記積層体に第８磁界が印加された第８状態に変化させたときに、前記第８状態における前記第１層と前記第２層との間の第８電気抵抗は、前記第７電気抵抗よりも高く、前記第８磁界は、前記第２層から前記第１層に向かう向きを有し、前記第８磁界の絶対値は、前記第７磁界の前記絶対値よりも大きく、前記第１磁界の絶対値よりも小さい、請求項６または７に記載の磁気素子。
【請求項１０】
前記第３領域の、前記第１領域から前記第２領域に向かう第１方向に沿う厚さは、０．１ｎｍ以上１．０ｎｍ以下である、請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気素子。
【請求項１１】
前記第２領域の前記第１方向に沿う厚さは、０．１ｎｍ以上２．０ｎｍ以下である、請求項１０記載の磁気素子。
【請求項１２】
前記第１領域の前記第１方向に沿う厚さは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項１０または１１に記載の磁気素子。
【請求項１３】
前記第３領域は、前記第１領域及び前記第２領域と接した、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の磁気素子。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１つに記載の磁気素子と、
前記磁気素子に電気的に接続されたスイッチ素子と、
を備えた磁気記憶装置。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか１つに記載の磁気素子を備えた発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気素子、磁気記憶装置及び発振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、２つの磁性層と、その間に設けられた中間層と、を含む磁気素子がある。磁気素子に加わる種々の外力により、２つの磁性層の少なくとも一方の磁化の向きが変化する。これにより、２つの磁性層のそれぞれの磁化の方向の相対的な角度が変化し、磁気素子の電気抵抗が変化する。このような磁気抵抗効果を有する磁気素子は、例えば、磁気記憶装置（例えば、ＭＲＡＭ：Magnetoresistive Random Access Memory）などに応用できる。磁気素子は、例えば、発振装置に応用できる。磁気素子において、特性の向上が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３２４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、特性の向上が可能な磁気素子、磁気記憶装置及び発振装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、磁気素子は、第１層を含む積層体を含む。前記第１層は、Ｍｎ及びＧａを含む第１領域と、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＭｎからなる群から選択された少なくとも１つを含む第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に設けられた第３領域と、を含む。前記第３領域は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＭｎからなる群から選択された少なくとも１つと、Ｇａと、を含む。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、特性の向上が可能な磁気素子、磁気記憶装置及び発振装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、実施形態に係る磁気素子を例示する模式的斜視図である。
【図２】図２は、磁気素子の試料を例示する模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｄ）は、磁気素子の試料の測定結果を例示するグラフ図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、実施形態に係る磁気素子の特性、及び、磁化の状態を例示する模式図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、磁気素子の別の試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、実施形態に係る磁気素子の特性を例示するグラフ図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式図である。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｃ）は、第２実施形態に係る磁気記憶装置の動作を例示する模式図である。
【図９】図９は、第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。
【図１１】図１１（ａ）〜図１１（ｅ）は、第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式図である。
【図１３】図１３は、第３実施形態に係る発振装置を例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００９】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、実施形態に係る磁気素子を例示する模式的斜視図である。  
図１（ａ）に示すように、実施形態に係る磁気素子１１０は、第１層１０を含む。この例では、磁気素子１１０は、第２層２０及び中間層３０をさらに含む。第１層１０、第２層２０及び中間層３０は、積層体ＳＢに含まれる。
【００１０】
第１層１０は、第１領域１１、第２領域１２及び第３領域１３を含む。第１領域１１は、Ｍｎ及びＧａを含む。第１領域１１は、例えば、ＭｎＧａ膜である。第２領域１２は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＭｎからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２領域１２は、例えば、Ｆｅ膜、Ｃｏ膜、Ｎｉ膜、ＦｅＣｏ膜、ＦｅＮｉ膜、ＣｏＮｉ膜またはＦｅＣｏＮｉ膜などである。第２領域１２に他の元素が含まれても良い。第３領域１３は、第１領域１１と第２領域１２との間に設けられる。第３領域１３は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＭｎからなる群から選択された少なくとも１つと、Ｇａと、を含む。例えば、第３領域１３は、Ｃｏ及びＧａを含む。第３領域１３は、ＣｏＧａ膜である。例えば、第２領域１２は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＭｎからなる群から選択された少なくとも１つを含み、このとき、第３領域１３は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＭｎからなる群から選択された上記の少なくとも１つと、Ｇａと、を含んでも良い。
【００１１】
第１領域１１から第２領域１２に向かう方向を第１方向（Ｚ軸方向）とする。
【００１２】
第１領域１１は、例えば、垂直磁化膜である。例えば、第１領域１１の磁化のＺ軸方向に沿う成分は、第１領域１１の磁化の、Ｚ軸方向に対して垂直な方向に沿う成分よりも大きい。
【００１３】
第２領域１２は、例えば、垂直磁化膜である。例えば、第２領域１２の磁化のＺ軸方向に沿う成分は、第２領域１２の磁化の、Ｚ軸方向に対して垂直な方向に沿う成分よりも大きい。
【００１４】
第１領域１１の磁化（第１磁化）、及び、第２領域１２の磁化（第２磁化）は、第１方向（第１領域１１から第２領域１２に向かう方向）に沿っている。第１磁化の向きの第１方向に沿う成分は、第２磁化の向きの第１方向に沿う成分と、逆向きである。
【００１５】
例えば、第１領域１１の磁化（第１磁化）、及び、第２領域１２の磁化（第２磁化）は、反強磁性的に磁気結合している。
【００１６】
第１領域１１と第２領域１２との間に、第３領域１３（ＣｏＧａ膜）を設けることで、第１領域１１及び第２領域１２において、反強磁性的な磁気結合が生じることが分かった。これらの領域の磁化の例については、後述する。第１領域１１と第２領域１２との間に、第３領域１３（ＣｏＧａ膜）を設けない場合は、反強磁性的な磁気結合は得られない。
【００１７】
第１層１０は、例えば、１つの磁性層として機能する。１つの磁性層に設けられる第１領域１１及び第２領域１２において、反強磁性的な強い磁気結合（層間結合）が得られる。これにより、例えば、反強磁性的な磁気結合が無い場合に比べて、熱安定性が向上する。例えば、温度が上昇すると、ＭＲ比が減少する。例えば、第１領域１１及び第２領域１２において反強磁性的な強い磁気結合が得られることにより、ＭＲ比が減少する温度を高く維持することができる。例えば、素子サイズが縮小された場合も、高いＭＲ比が得られる。
【００１８】
例えば、実施形態に係る第１層１０は、磁気抵抗素子として用いることができる。例えば、第１層１０が記憶層（自由層）として用いられた場合、高い熱安定性が得られる。例えば、第１層１０を含む積層体ＳＢにおいて、高いＭＲ比が得られる。例えば、漏れ磁界を抑制できる。例えば、第１層１０は、参照層として用いられても良い。この場合も、例えば、高い熱安定性が得られる。例えば、高いＭＲ比が得られる。例えば、漏れ磁界が抑制できる。
【００１９】
一般に、高い熱安定性を得るために、参照層が厚くされる。しかし、参照層が厚いと漏れ磁界が大きくなる。実施形態においては、薄い第１層１０において、高い熱安定性を得つつ、漏れ磁界が抑制できる。
【００２０】
実施形態に係る磁気素子は、後述するように、各種の書き込み方式のＭＲＡＭに応用できる。実施形態に係る磁気素子は、例えば、スピントルクオシレータ、または、スピントルクダイオードなどに応用できる。
【００２１】
既に説明したように、積層体ＳＢは、第１層１０に加えて第２層２０及び中間層３０をさらに含む。第２層２０は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２層２０は、他の元素を含んでも良い。第２層２０は、例えば、ＦｅＣｏＢ層である。第２層２０は、例えば、強磁性層として機能する。
【００２２】
中間層３０は、第１層１０と第２層２０との間に設けられる。中間層３０は、非磁性である。中間層３０は、例えば、Ｍｇ及びＡｌからなる群から選択された少なくとも１つと、酸素と、を含む。中間層３０は、例えば、ＮａＣｌ構造（例えばＭｇＯなど）、または、スピネル構造（例えば、ＭｇＡｌ２Ｏ４など）を有する。中間層３０は、例えば、ＭｇＯを含む。中間層３０は、例えば、非磁性材料を含む。
【００２３】
例えば、第１領域１１と第２層２０との間に第３領域１３が位置する。例えば、第３領域１３と第２層２０との間に第２領域１２が位置する。例えば、第２領域１２と第２層２０との間に中間層３０が位置する。
【００２４】
図１（ｂ）に示すように、磁気素子１１１においては、中間層３０は、高酸素濃度領域３３及び低酸素濃度領域３４を含んでも良い。高酸素濃度領域３３は、ＭｇＯを含む。低酸素濃度領域３４は、高酸素濃度領域３３と第１層１０との間に設けられる。低酸素濃度領域３４は、Ｍｇを含む。低酸素濃度領域３４は、例えば、酸素を含まない。または、低酸素濃度領域３４における酸素の濃度は、高酸素濃度領域３３における酸素の濃度よりも低い。低酸素濃度領域３４は、例えば、Ｍｇ層である。磁気素子１１１におけるこれ以外の構成は、磁気素子１１０の構成と同様である。高酸素濃度領域３３と低酸素濃度領域３４の境界は、観測されない場合がある。例えば、これらの領域となる膜を形成した後の熱処理などにより、これらの領域が混ざりあう場合があっても良い。
【００２５】
磁気素子１１０及び１１１においては、第１導電層４１、第２導電層４２及び金属層４５がさらに設けられている。第１導電層４１と第２導電層４２との間に第１層１０が設けられる。第１層１０と第２導電層４２との間に中間層３０が設けられる。中間層３０と第２導電層４２との間に第２層２０が設けられる。
【００２６】
第１導電層４１と中間層３０との間に、金属層４５が位置する。金属層４５と中間層３０との間に第１層１０が位置する。金属層４５は、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１つと、Ｇａと、を含む。金属層４５は、例えば、Ｃｏ及びＧａを含む。金属層４５は、例えば、ＣｏＧａ膜である。金属層４５は、例えば、下地層として機能する。
【００２７】
磁気素子１１０及び１１１は、例えば、第１導電層４１となる膜、金属層４５となる膜、第１層１０となる膜、中間層３０となる膜、及び、第２層２０となる膜、及び、第２導電層４２となる膜を含む積層膜を形成し、熱処理を行うことで形成される。第１層１０となる膜は、例えば、第１領域１１、第３領域１３及び第２領域１２を形成することで形成される。上記の積層膜は、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、または、化学気相成長法などにより形成できる。
【００２８】
この例では、第１配線７０ａが、第１導電層４１と電気的に接続される。第２配線７０ｂが、第２導電層４２と電気的に接続される。第１配線７０ａは、第１層１０と電気的に接続される。第２配線７０ｂは、第２層２０と電気的に接続される。これらの配線の少なくともいずれかにスイッチ素子などが設けられても良い。
【００２９】
磁気素子１１０及び１１１において、例えば、第１導電層４１と第２導電層４２との間に印加される電圧（電界）、及び、第１導電層４１と第２導電層４２との間に供給される電流の少なくともいずれかにより、磁気素子１１０及び１１１の電気抵抗（積層体ＳＢの電気抵抗）が変化する。電気抵抗の変化は、例えば、第１層１０及び第２層２０の間の電気抵抗の変化に対応する。電気抵抗の変化は、例えば、第１導電層４１及び第２導電層４２の間の電気抵抗の変化に対応する。電気抵抗の変化は、例えば、第１配線７０ａ及び第２配線７０ｂの間の電気抵抗の変化に対応する。
【００３０】
この電気抵抗の変化は、例えば、磁気抵抗効果に基づくと考えられる。第１層１０の磁化は、第１領域１１の磁化と第２領域１２の磁化との合成（例えば和）に対応する。例えば、第１層１０の磁化は、例えば、第１導電層４１と第２導電層４２との間に印加される電圧（電界）、及び、第１導電層４１と第２導電層４２との間に供給される電流の少なくともいずれかにより、変化する。一方、例えば、第２層２０の磁化の向きが変化しない。例えば、電圧（電界）または電流の少なくともいずれかにより、第１層１０の磁化の向きと、第２層２０の磁化の向きと、の間の相対的な角度が変化する。角度の変化に応じて、磁気素子１１０及び磁気素子１１１の電気抵抗が変化する。この場合は、第２層２０は、参照層として機能する。
【００３１】
第２層２０が、自由層として機能しても良い。このとき、第１層１０も自由層として機能しても良い。第２層２０が、自由層として機能し、第１層１０が参照層として機能しても良い。
【００３２】
第１層１０の磁化（第１領域１１の第１磁化と第２領域１２の第２磁化との合成、または和）の方向と、第２層２０の磁化と、の間の角度に応じて、積層体ＳＢの電気抵抗が変化する。積層体ＳＢは、例えば、ＭＲ素子として機能する。
【００３３】
以下、磁気素子に関する実験について説明する。
【００３４】
図２は、磁気素子の試料を例示する模式的断面図である。  
図２に示すように、第１試料１１１ａにおいて、基板４０ｓの上に、第１導電層４１となるＣｒ膜（厚さは４０ｎｍ：ナノメートル）が設けられる。基板４０ｓは、ＭｇＯ（００１）基板である。この例では、基板４０ｓの下面に、Ｔａ膜４０ｂが設けられている。
【００３５】
第１導電層４１の上に、金属層４５となるＣｏＧａ膜（厚さは３０ｎｍ）が設けられる。第１導電層４１の上に、第１層１０の第１領域１１となるＭｎＧａ膜（厚さｔ１は３ｎｍ）が設けられる。第１領域１１の上に、第１層１０の第３領域１３となるＣｏＧａ膜（厚さｔ３は０．４ｎｍ）が設けられる。第３領域１３の上に、第１層１０の第２領域１２となるＣｏ膜（厚さｔ２は０．４ｎｍ）が設けられる。
【００３６】
第２領域１２の上（第１層１０の上）に、中間層３０の低酸素濃度領域３４となるＭｇ膜（厚さは０．４ｎｍ）が設けられる。低酸素濃度領域３４の上に、中間層３０の高酸素濃度領域３３となるＭｇＯ膜（厚さは２ｎｍ）が設けられる。高酸素濃度領域３３の上に、第２層２０となるＣｏＦｅＢ膜（厚さは１ｎｍ）が設けられる。第２層２０の上に、Ｔａ膜４２ａ（厚さは３ｎｍ）が設けられる。Ｔａ膜４２ａの上にＲｕ膜４２ｂ（厚さは５ｎｍ）が設けられる。Ｔａ膜４２ａ及びＲｕ膜４２ｂの積層膜が第２導電層４２に対応する。上記の膜は、例えば、スパッタリング法により成膜される。
【００３７】
成膜の後、種々の温度における熱処理（アニール処理）が行われ、第１試料１１１ａが完成する。熱処理の温度は２５０℃であり、熱処理の時間は１０分である。第１試料１１１ａについて、外部磁界が印加されたときのＭＲ比が測定される。ＭＲ比は、例えば、ＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance）比である。
【００３８】
図３（ａ）〜図３（ｄ）は、磁気素子の試料の測定結果を例示するグラフ図である。  
これらの図は、上記の第１試料１１１ａのＭＲ比の測定結果の例を示している。第１試料１１１ａにおいては上記のように、第２領域１２は、Ｃｏ膜である。
【００３９】
図３（ａ）〜図３（ｄ）の横軸は、積層体ＳＢに加えられる外部磁界Ｈａ（ｋＯｅ）である。外部磁界Ｈａが正のとき、外部磁界Ｈａは、第１領域１１から第２領域１２に向かう。外部磁界Ｈａが負のとき、外部磁界Ｈａは、第２領域１２から第１領域１１に向かう。外部磁界Ｈａは、膜面に対して垂直である。これらの図の縦軸は、ＭＲ比ＭＲｖ（％）である。ＭＲ比ＭＲｖは、外部磁界Ｈａが９０ｋＯｅであるときの抵抗（第１抵抗）と、それぞれの外部磁界Ｈａのときの抵抗（第２抵抗）と、の差（絶対値）の、第１抵抗に対する比である。
【００４０】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、負から正に向かって外部磁界Ｈａを変化させたときのＭＲ比ＭＲｖに対応する。図３（ｃ）及び図３（ｄ）は、正から負に向かって外部磁界Ｈａを変化させたときのＭＲ比ＭＲｖに対応する。図３（ｂ）及び図３（ｄ）は、それぞれ、図３（ａ）及び図３（ｃ）の特性の一部を拡大して示している。
【００４１】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、外部磁界Ｈａが負のときに、外部磁界Ｈａの絶対値を減少させると、ＭＲ比ＭＲｖが上昇する。そして、外部磁界Ｈａが正のときに、外部磁界Ｈａの絶対値を増大させると、ＭＲ比ＭＲｖが、一度低下した後に上昇する。そして、さらに外部磁界Ｈａの絶対値を増大させると、ＭＲ比ＭＲｖが上昇した後、再び低下する。
【００４２】
例えば、図３（ａ）に例示した第１状態ＳＴ１におけるＭＲ比ＭＲｖよりも、第２状態ＳＴ２におけるＭＲ比ＭＲｖの方が高い。図３（ａ）に例示した第３状態ＳＴ３におけるＭＲ比ＭＲｖは、第２状態ＳＴ２におけるＭＲ比ＭＲｖよりも低い。そして、図３（ａ）に例示した第４状態ＳＴ４におけるＭＲ比ＭＲｖは、第３状態ＳＴ３におけるＭＲ比ＭＲｖよりも高い。そして、図３（ａ）に例示した第５状態ＳＴ５におけるＭＲ比ＭＲｖは、第４状態ＳＴ４におけるＭＲ比ＭＲｖよりも低い。例えば、第１状態ＳＴ１から第２状態ＳＴ２に向けて、ＭＲ比ＭＲｖは連続的に上昇する。例えば、第４状態ＳＴ４から第５状態ＳＴ５に向けて、ＭＲ比ＭＲｖは連続的に減少する。例えば、試料１１１ａにおいては、第２状態ＳＴ２に対応する外部磁界Ｈａは、負である。
【００４３】
図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すように、外部磁界Ｈａが正のときに、外部磁界Ｈａの絶対値を減少させると、ＭＲ比ＭＲｖが低下する。そして、外部磁界Ｈａが負のときに、外部磁界Ｈａの絶対値を増大させると、ＭＲ比ＭＲｖが、一度低下した後に上昇する。そして、さらに外部磁界Ｈａの絶対値を増大させると、ＭＲ比ＭＲｖが上昇した後、再び低下する。
【００４４】
すなわち、図３（ｃ）に例示した第６状態ＳＴ６におけるＭＲ比ＭＲｖは、第５状態ＳＴ５におけるＭＲ比ＭＲｖよりも高い。そして、図３（ｃ）に例示した第７状態ＳＴ７におけるＭＲ比ＭＲｖは、第６状態ＳＴ６におけるＭＲ比ＭＲｖよりも低い。そして、図３（ｃ）に例示した第８状態ＳＴ８におけるＭＲ比ＭＲｖは、第７状態ＳＴ７におけるＭＲ比ＭＲｖよりも高い。第８状態ＳＴ８におけるＭＲ比ＭＲｖは、第１状態ＳＴ１におけるＭＲ比ＭＲｖよりも高い。例えば、第５状態ＳＴ５から第６状態ＳＴ６に向けて、ＭＲ比ＭＲｖは連続的に上昇する。例えば、第８状態ＳＴ８から第１状態ＳＴ１に向けて、ＭＲ比ＭＲｖは連続的に減少する。例えば、試料１１１ａにおいては、第６状態ＳＴ６に対応する外部磁界Ｈａは、正である。
【００４５】
このような特性は、第１層１０に設けられた第１領域１１と第２領域１２とが互いに反強磁性的に結合しているときに生じると考えられる。
【００４６】
参考例として、上記の第１層１０において、第１領域１１（ＭｎＧａ膜）及び第２領域１２（Ｃｏ膜）が設けられ、第３領域１３（ＣｏＧａ膜）が設けられない試料が作製された。参考例の試料においては、反強磁性的結合が弱くなる、または、反強磁性的結合が得られない。参考例の試料においては、例えば、図３（ａ）に例示した第１状態ＳＴ１から第２状態ＳＴ２に向けてＭＲ比ＭＲｖの傾斜的な上昇が生じず、第４状態ＳＴ４から第５状態ＳＴ５に向けてＭＲ比ＭＲｖの傾斜的な減少が生じない。参考例の試料においては、例えば、図３（ｃ）に例示した第５状態ＳＴ５から第６状態ＳＴ６に向けてＭＲ比ＭＲｖの傾斜的な上昇が生じず、第８状態ＳＴ８から第１状態ＳＴ１に向けてＭＲ比ＭＲｖの傾斜的な減少が生じない。
【００４７】
一般に、素子の温度が高いと、ＭＲ比が低下する。実施形態においては、素子の温度が高い場合においても、ＭＲ比の低下が抑制できる。  
このように、第１領域１１と第２領域１２との間に、第３領域１３（ＣｏＧａ膜）を設けることにより、図３（ａ）及び図３（ｃ）などに例示した特徴的な特性が得られることが分かった。このような特性は、第１領域１１と第２領域１２とが、互いに強磁性結合するときに得られると考えられる。
【００４８】
実施形態に係る磁気素子１１０（磁気素子１１１または試料１１１ａなど）においては、図３（ａ）及び図３（ｃ）などに示したような、以下の特徴的な特性が得られる。
【００４９】
積層体ＳＢに第１磁界が印加された第１状態ＳＴ１から、積層体ＳＢに第２磁界が印加された第２状態ＳＴ２に変化させたときに、第１状態ＳＴ１における第１電気抵抗は、第２状態ＳＴ２における第２電気抵抗よりも高い。第１磁界及び第２磁界は、第２層２０から第１層１０に向かう向きを有する。第１磁界の絶対値は、第２磁界の絶対値よりも大きい。
【００５０】
第２状態ＳＴ２から、積層体ＳＢに第３磁界が印加された第３状態ＳＴ３に変化させたときに、第３状態ＳＴ３における第３電気抵抗は、第２電気抵抗よりも低い。第３磁界は、第１層１０から第２層２０に向かう向きを有する。
【００５１】
第３状態ＳＴ３から、積層体ＳＢに第４磁界が印加された第４状態ＳＴ４に変化させたときに、第４状態ＳＴ４における第４電気抵抗は、第３電気抵抗よりも高い。第４磁界は、第１層１０から第２層２０に向かう向きを有する。第４磁界の絶対値は、第３磁界の絶対値よりも大きい。
【００５２】
第４状態ＳＴ４から、積層体ＳＢに第５磁界が印加された第５状態ＳＴ５に変化させたときに、第５状態ＳＴ５における第５電気抵抗は、第４電気抵抗よりも低い。第５磁界は、第１層１０から第２層２０に向かう向きを有する。第５磁界の絶対値は、第４磁界の絶対値よりも大きい。
【００５３】
第５状態ＳＴ５から、積層体ＳＢに第６磁界が印加された第６状態ＳＴ６に変化させたときに、第６状態ＳＴ６における第６電気抵抗は、第５電気抵抗よりも高い。第６磁界は、第１層１０から第２層２０に向かう向きを有する。第６磁界の絶対値は、第５磁界の絶対値よりも小さい。
【００５４】
第６状態ＳＴ６から、積層体ＳＢに第７磁界が印加された第７状態ＳＴ７に変化させたときに、第７状態ＳＴ７における第７電気抵抗は、第６電気抵抗よりも低い。第７磁界は、第２層２０から第１層１０に向かう向きを有する。
【００５５】
第７状態ＳＴ７から、積層体ＳＢに第８磁界が印加された第８状態ＳＴ８に変化させたときに、第８状態ＳＴ８における第８電気抵抗は、第７電気抵抗よりも高い。第８磁界は、第２層２０から第１層１０に向かう向きを有する。第８磁界の絶対値は、第７磁界の絶対値よりも大きく、第１磁界の絶対値よりも小さい。上記の第１磁界〜第８磁界は、第１状態ＳＴ１〜第８状態ＳＴ８となるときの、外部磁界Ｈａである。
【００５６】
上記において、第１〜第８電気抵抗は、例えば、第１層１０と第２層２０との間の電気抵抗に対応する。第１〜第８電気抵抗は、例えば、第１導電層４１と第２導電層４２との間の電気抵抗に対応する。第１〜第８電気抵抗は、例えば、第１配線７０ａと第２配線７０ｂとの間の電気抵抗に対応する。
【００５７】
以下、外部磁界Ｈａを変化させたときにおける、ＭＲ比の変化、及び、磁化の変化の例について説明する。以下の例における外部磁界Ｈａの強度の最大値は、図３（ａ）〜図３（ｄ）に関して説明した外部磁界Ｈａの強度の最大値よりも大きい。
【００５８】
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、実施形態に係る磁気素子の特性、及び、磁化の状態を例示する模式図である。  
これらの図は、外部磁界Ｈａの変化に対するＭＲ比の変化、及び、磁化の向きの変化を模式的に示している。図４（ａ）及び図４（ｂ）の横軸は、積層体ＳＢに外部磁界Ｈａ（ｋＯｅ）である。外部磁界Ｈａが正のとき、外部磁界Ｈａの向きは、第１領域１１から第２領域１２に向かう。外部磁界Ｈａが負のとき、外部磁界Ｈａの向きは、第２領域１２から第１領域１１に向かう。外部磁界Ｈａは、膜面に対して垂直である。これらの図の縦軸は、規格化したＭＲ比ＭＲｎである。これらの図には、第１〜第８状態ＳＴ１〜ＳＴ８のそれぞれにおける磁化の状態が模式的に例示されている。
【００５９】
以下の説明では、第１層１０から第２層２０に向かう方向を便宜的に「上向き」（＋Ｚ方向）という。第２層２０から第１層１０に向かう方向を便宜的に「下向き」（−Ｚ方向）という。第１領域１１から第２領域１２に向かう方向は、「上向き」に対応する。第２領域１２から第１領域１１に向かう方向は、「下向き」に対応する。
【００６０】
図４（ａ）に示すように、外部磁界Ｈａが負から正に変化する場合は、以下となる。  
第１状態ＳＴ１においては、第１領域１１の磁化は下向きであり、第２領域１２の磁化は、下向きであり、第２層２０の磁化は下向きである。このときのＭＲ比ＭＲｎは、低い。この例では、ＭＲ比ＭＲｎは、実質的に０である。
【００６１】
第２状態ＳＴ２においては、第１領域１１の磁化は下向きであり、第２領域１２の磁化は、上向きであり、第２層２０の磁化は下向きである。このときのＭＲ比は、高い。この例では、ＭＲ比ＭＲｎは、実質的に１である。
【００６２】
第３状態ＳＴ３においては、第１領域１１の磁化は下向きであり、第２領域１２の磁化は、上向きであり、第２層２０の磁化は上向きである。このときのＭＲ比は、低い。この例では、ＭＲ比ＭＲｎは、実質的に０である。
【００６３】
第４状態ＳＴ４においては、第１領域１１の磁化は上向きであり、第２領域１２の磁化は、下向き（傾斜しても良い）であり、第２層２０の磁化は上向きである。このときのＭＲ比は、高い。この例では、ＭＲ比ＭＲｎは、約０．７５である。
【００６４】
第５状態ＳＴ５においては、第１領域１１の磁化は上向きであり、第２領域１２の磁化は、上向きであり、第２層２０の磁化は上向きである。このときのＭＲ比は、低い。この例では、ＭＲ比ＭＲｎは、実質的に０である。
【００６５】
図４（ｂ）に示すように、外部磁界Ｈａが正から負に変化する場合は、以下となる。  
第６状態ＳＴ６においては、第１領域１１の磁化は上向きであり、第２領域１２の磁化は、下向き（傾斜しても良い）であり、第２層２０の磁化は上向きである。このときのＭＲ比ＭＲｎは、高い。この例では、ＭＲ比ＭＲｎは、実質的に１である。
【００６６】
第７状態ＳＴ７においては、第１領域１１の磁化は上向きであり、第２領域１２の磁化は、下向きであり、第２層２０の磁化は下向きである。このときのＭＲ比ＭＲｎは、低い。この例では、ＭＲ比ＭＲｎは、実質的に０である。
【００６７】
第８状態ＳＴ８においては、第１領域１１の磁化は下向きであり、第２領域１２の磁化は、上向きであり、第２層２０の磁化は下向きである。このときのＭＲ比ＭＲｎは、高い。この例では、ＭＲ比ＭＲｎは、約０．７５である。
【００６８】
外部磁界Ｈａが正から負に変化する場合にも、外部磁界Ｈａの絶対値を大きくすると、上記の第１状態ＳＴ１が得られる。第１状態ＳＴ１においては、第１領域１１の磁化は下向きであり、第２領域１２の磁化は、下向きであり、第２層２０の磁化は下向きである。このときのＭＲ比ＭＲｎは、低い。この例では、ＭＲ比ＭＲｎは、実質的に０である。
【００６９】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、外部磁界Ｈａの絶対値が小さいとき（第２状態ＳＴ２、第３状態ＳＴ３、第７状態ＳＴ７及び第８状態ＳＴ８など）、第１領域１１の磁化の向きは、第２領域１２の磁化の向きと、逆である。すなわち、反強磁性的な磁化結合が生じている。
【００７０】
第４状態ＳＴ４及び第６状態ＳＴ６においても、第１領域１１の磁化の向きのＺ軸方向に沿う成分は、第２領域１２の磁化の向きのＺ軸方向に沿う成分と、逆である。このように、第２領域１２の磁化の向きが、Ｚ軸方向に対して傾斜している場合も、反強磁性的な磁化結合が生じると考えられる。
【００７１】
参考例の試料（第１層１０において、第１領域１１（ＭｎＧａ膜）及び第２領域１２（例えば、Ｃｏ膜）が設けられ、第３領域１３（例えば、ＣｏＧａ膜）が設けられない試料）においては、反強磁性的な磁気結合を得るために必要な熱処理の温度が、例えば、３００℃以上に高くなる。
【００７２】
一般に、素子が高温になると、ＭＲ比が低下する。実施形態に係る磁気素子１１０においては、ＭＲ比が低下する温度が、上記の参考例におけるＭＲ比が低下する温度よりも高く維持できる。例えば、実施形態に係る磁気素子１１０におけるＭＲ比が低下する温度と、上記の参考例におけるＭＲ比が低下する温度と、の差は、約５０℃である。
【００７３】
実施形態においては、第１領域１１と第２領域１２との間に第３領域１３が設けられる。この第３領域１３は、第２領域１２に含まれるＣｏと、第１領域１１に含まれるＭｎ及びＧａが、互いに拡散して混ざることを抑制すると、考えられる。実施形態においては、第３領域１３は、拡散抑制層として機能すると、考えられる。
【００７４】
このように、実施形態においては、第３領域１３を設けることにより、反強磁性的な結合が得られる。実施形態においては、熱安定性が向上する。素子の耐熱性が向上する。
【００７５】
実施形態において、第３領域１３を設けることにより、例えば、第１層１０における保磁力が増大する。第３領域１３を設けることにより、ゼロ磁場付近では、第１領域１１（例えばＭｎＧａ）の磁化と第２領域１２（例えば、Ｃｏ膜）の磁化とが、例えば、打ち消し合い、小さくなる、またはゼロになる。例えば、漏れ磁束を実質的にゼロにできる。第３領域１３を設けることにより、例えば、第１領域１１と第２領域１２との間において、強い反強磁性層間結合が生じる。反強磁性層間結合した第２領域１２の磁化を第１領域１１の磁化と平行にするためには、例えば９０ｋＯｅ以上の非常に強い磁場が必要である。このことは、反強磁性結合の強度が非常に大きいことを示している。
【００７６】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、磁気素子の別の試料の特性の測定結果を例示するグラフ図である。  
これらの図は、第２試料１１１ｂのＭＲ比の測定結果の例を示している。第２試料１１１ｂにおいては、第２領域１２が、厚さが０．４ｎｍのＦｅ膜である。これ以外の第２試料１１１ｂの条件は、上記の第１試料１１１ａと同じである。
【００７７】
図５（ａ）及び図５（ｂ）の横軸は、積層体ＳＢに加えられる外部磁界Ｈａ（ｋＯｅ）である。外部磁界Ｈａが正のとき、外部磁界Ｈａの向きは、第１領域１１から第２領域１２に向かう。外部磁界Ｈａが負のとき、外部磁界Ｈａの向きは、第２領域１２から第１領域１１に向かう。外部磁界Ｈａは、膜面に対して垂直である。これらの図の縦軸は、第１導電層４１と第２導電層４２との間の電気抵抗Ｒ（Ω）である。
【００７８】
図５（ａ）及び図５（ｂ）から分かるように、第２試料１１１ｂにおいても、外部磁界Ｈａに対する電気抵抗の変化の特性は、第１試料１１１ａと同様であることが分かった。
【００７９】
第１領域１２がＦｅ膜である場合も、第１領域１１と第２領域１２との間に、第３領域１３（ＣｏＧａ膜）を設けることにより、特徴的な特性が得られることが分かった。このような特性は、第１領域１１と第２領域１２とが、互いに強磁性結合することに対応すると考えられる。
【００８０】
実施形態においては、第１層１０に設けられる、磁化が実質的に垂直に向いた２つの領域において、反強磁性的な磁気結合が得られる。これにより、例えば、漏れ磁界を抑制することができる。例えば、第１層１０とは別の磁性層（例えば第２層２０など）に漏れ磁界が作用することが抑制できる。例えば、高いＭＲ比が得やすくなる。
【００８１】
漏れ磁界が抑制されると、例えば、複数の磁気素子が設けられるときに、１つの磁気素子から他の磁気素子に加える漏れ磁界の影響が抑制される。これにより、安定した動作が得やすくなる。
【００８２】
上記の例では、第３領域１３は、Ｃｏ及びＧａを含む。実施形態において、第３領域１３は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＭｎからなる群から選択された少なくとも１つと、Ｇａと、を含んでも良い。既に説明したように、第２領域１２は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＭｎからなる群から選択された少なくとも１つを含む。このとき、第３領域１３は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＭｎからなる群から選択された上記の少なくとも１つと、Ｇａと、を含んでも良い。
【００８３】
実施形態において、第３領域１３の第１方向（Ｚ軸方向であり、第１領域１１から第２領域１２に向かう方向）に沿う厚さｔ３（図２参照）は、例えば、０．１ｎｍ以上１．０ｎｍ以下である。厚さｔ３が、０．１ｎｍ未満のときは、例えば、強磁性的な結合が生じ易くなる。厚さｔ３が、１．０ｎｍを超えると、例えば、反強磁性的な結合が弱くなる。
【００８４】
第２領域１２の第１方向に沿う厚さｔ２（図２参照）は、例えば、０．１ｎｍ以上２．０ｎｍ以下である。厚さｔ２が、０．１ｎｍ未満のときは、例えば、第２領域１２が不連続となり易く、ＭＲ比が低下する。厚さｔ２が、２．０ｎｍを超えると、例えば、第２領域１２の磁化が、面内方向（Ｘ−Ｙ平面に沿う方向）に向き易くなる。
【００８５】
第１領域１１の第１方向に沿う厚さｔ１（図２参照）は、例えば、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。厚さｔ１が、１ｎｍ未満のときは、例えば、垂直磁気異方性が低くなる。厚さｔ１が、５ｎｍを超えると、例えば、第１層１０の磁化反転のための電力が大きくなる。例えば、第１層１０を記憶層として用いた場合において、消費電力が大きくなる。第１層１０が参照層として用いられる場合がある。この場合において、第１領域１１の第１方向に沿う厚さｔ１は、５ｎｍを超えても良く、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下でもよい。
【００８６】
第３領域１３は、例えば、第１領域１１及び第２領域１２と接する。第２領域１２は、例えば、中間層３０と接する。
【００８７】
第１実施形態に係る磁気素子（磁気素子１１０または１１１など）は、例えば、スピントルクオシレータ、または、スピントルクダイオードなどに応用できる。
【００８８】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、実施形態に係る磁気素子の特性を例示するグラフ図である。  
これらの図は、実施形態に係る磁気素子１１２の特性を例示している。磁気素子１１２においては、第２層２０の保磁力は、第１層１０（第１領域１１、第２領域１２及び第３領域１３）の保持力よりも大きい。この例では、第２層２０は、ＣｏＦｅＢ膜（厚さは１ｎｍ）と、ＦｅＰｔ膜と、を含む。ＦｅＰｔ膜と中間層３０との間に、ＣｏＦｅＢ膜が位置する。ＦｅＰｔ膜の厚さは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。磁気素子１１２のこれ以外の構成は、試料１１１ａと同様である。
【００８９】
図６（ａ）及び図６（ｂ）の横軸は、積層体ＳＢに加えられる外部磁界Ｈａ（ｋＯｅ）である。縦軸は、ＭＲ比ＭＲｖ（任意単位である。図６（ａ）は、負から正に向かって外部磁界Ｈａを変化させたときのＭＲ比ＭＲｖに対応する。図６（ｂ）は、正から負に向かって外部磁界Ｈａを変化させたときのＭＲ比ＭＲｖに対応する。
【００９０】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、磁気素子１１２においても、試料１１１ａと同様に、第１状態ＳＴ１〜第８状態ＳＴ８が生じる。磁気素子１１２においては、第２状態ＳＴ２に対応する外部磁界Ｈａは、正であり、第６状態ＳＴ６に対応する外部磁界Ｈａは、負である。磁気素子１１２の特性は、試料１１１ａの特性に類似している。
【００９１】
例えば、積層体ＳＢに第１磁界が印加された第１状態ＳＴ１から積層体ＳＢに第２磁界が印加された第２状態ＳＴ２に変化させたときに、第１状態ＳＴ１における第１層１０と第２層２０との間の第１電気抵抗は、第２状態ＳＴ２における第１層１０と第２層２０との間の第２電気抵抗よりも高い。第１磁界は、第２層２０から第１層１０に向かう向きを有する。第２磁界は、第１層１０から第２層２０に向かう向きを有する。
【００９２】
第２状態ＳＴ２から積層体ＳＢに第３磁界が印加された第３状態ＳＴ３に変化させたときに、第３状態ＳＴ３における第１層１０と第２層２０との間の第３電気抵抗は、第２電気抵抗よりも低い。第３磁界は、第１層１０から第２層２０に向かう向きを有する。第３磁界の絶対値は、第２磁界の絶対値よりも大きい。
【００９３】
第３状態ＳＴ３から積層体ＳＢに第４磁界が印加された第４状態ＳＴ４に変化させたときに、第４状態ＳＴ４における第１層１０と第２層２０との間の第４電気抵抗は、第３電気抵抗よりも高い。第４磁界は、第１層１０から第２層２０に向かう向きを有する。第４磁界の絶対値は、第３磁界の絶対値よりも大きい。
【００９４】
第４状態ＳＴ４から積層体ＳＢに第５磁界が印加された第５状態ＳＴ５に変化させたときに、第５状態ＳＴ５における第１層１０と第２層２０との間の第５電気抵抗は、第４電気抵抗よりも低い。第５磁界は、第１層１０から第２層２０に向かう向きを有する。第５磁界の絶対値は、第４磁界の絶対値よりも大きい。
【００９５】
第５状態ＳＴ５から積層体ＳＢに第６磁界が印加された第６状態ＳＴ６に変化させたときに、第６状態ＳＴ６における第１層１０と第２層２０との間の第６電気抵抗は、第５電気抵抗よりも高い。第６磁界は、第２層２０から第１層１０に向かう向きを有する。
【００９６】
第６状態ＳＴ６から積層体ＳＢに第７磁界が印加された第７状態ＳＴ７に変化させたときに、第７状態ＳＴ７における第１層１０と第２層２０との間の第７電気抵抗は、第６電気抵抗よりも低い。第７磁界は、第２層２０から第１層１０に向かう向きを有する。第７磁界の絶対値は、第６磁界の絶対値よりも大きい。
【００９７】
第７状態ＳＴ７から積層体ＳＢに第８磁界が印加された第８状態ＳＴ８に変化させたときに、第８状態ＳＴ８における第１層１０と第２層２０との間の第８電気抵抗は、第７電気抵抗よりも高い。第８磁界は、第２層２０から第１層１０に向かう向きを有する。第８磁界の絶対値は、第７磁界の絶対値よりも大きく、第１磁界の絶対値よりも小さい。上記の第１磁界〜第８磁界は、第１状態ＳＴ１〜第８状態ＳＴ８となるときの、外部磁界Ｈａである。
【００９８】
磁気素子１１２において、第２状態ＳＴ２に対応する外部磁界Ｈａは、正であり、第６状態ＳＴ６に対応する外部磁界Ｈａは、負である。このことは、第２層２０の保磁力は、第１層１０の保持力よりも大きいことに対応する。例えば、図６（ｂ）の例において、第６状態ＳＴ６から第７状態ＳＴ７への移行は、第１層１０の磁化の反転に対応する。第７状態ＳＴ７から第８状態ＳＴ８への移行は、第２層２０の磁化の反転に対応する。
【００９９】
磁気素子１１２においては、第２層２０は、例えば、参照層として機能することが可能である。第１層１は、例えば、自由層(例えば、記憶層）として機能することが可能である。
【０１００】
（第２実施形態）  
第１実施形態に係る磁気素子１１０及び１１１は、例えば、磁気記憶装置などに応用できる。以下、実施形態に係る磁気記憶装置の例について説明する。
【０１０１】
図７は、第２実施形態に係る磁気記憶装置を例示する模式図である。  
図７に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置２１０は、第１実施形態に係る磁気素子（この例では磁気素子１１０）と、制御部７０と、を含む。磁気素子１１０は、第１層１０、第２層２０及び中間層３０を含む。制御部７０は、第１層１０及び第２層２０と電気的に接続される。この例では、磁気素子１１０は、第１導電層４１及び第２導電層４２をさらに含む。第１導電層４１は、第１層１０と電気的に接続される。第２導電層４２は、第２層２０と電気的に接続される。
【０１０２】
この例では、制御部７０は、第１配線７０ａにより、第１導電層４１と電気的に接続される。この例では、制御部７０は、第２配線７０ｂにより、第２導電層４２と電気的に接続される。この例では、第１配線７０ａにおいて、スイッチ素子７０ｓが設けられている。スイッチ素子７０ｓは、例えば選択トランジスタなどである。このように、電流経路上にスイッチ素子７０ｓなどが設けられている状態も、電気的に接続される状態に含まれる。以下の説明では、スイッチ素子７０ｓがオン状態である。オン状態において、配線に電流が流れる。スイッチ素子７０ｓは、第２配線７０ｂに設けられても良い。
【０１０３】
このように、磁気記憶装置２１０は、第１実施形態に関して説明した磁気素子（磁気素子１１０及び１１１など、及び、その変形）と、その磁気素子に電気的に接続されたスイッチ素子７０ｓと、を含む。後述するように、複数の磁気素子が、メモリセルとなる。スイッチ素子７０ｓにより、複数の磁気素子のいずれかが選択され、情報の記憶、消去または読み出しが行われる。
【０１０４】
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、第２実施形態に係る磁気記憶装置の動作を例示する模式図である。  
これらの図の横軸は、時間ｔｉである。これらの図の縦軸は、第１配線７０ａと第２配線７０ｂとの間に加わる信号Ｓ１に対応する。信号Ｓ１は、第１層１０及び第２層２０の間に加わる信号に実質的に対応する。
【０１０５】
図８（ａ）に示すように、制御部７０は、第１配線７０ａ及び第２配線７０ｂの間（第１層１０及び第２層２０の間）に、第１パルスＰ１を印加する第１動作ＯＰ１を実施する。第１パルスＰ１により、記憶された情報が書き換えられる。第１パルスＰ１により、磁気素子１１０の電気抵抗が変化する。
【０１０６】
例えば、第１動作ＯＰ１の後における第１層１０と第２層２０との間の第２電気抵抗は、第１動作ＯＰ１の前における第１層１０と第２層２０との間の第１電気抵抗とは、異なる。電気抵抗は、第１配線７０ａと第２配線７０ｂとの間の電気抵抗に対応する。この電気抵抗の変化は、例えば、第１パルスＰ１による第１層１０の少なくとも一部の磁化の向きの変化に基づく。電気抵抗が異なる複数の状態が、記憶される情報に対応する。
【０１０７】
磁気記憶装置２１０においては、記憶されている情報を書き換えるときに、制御部７０は、第１パルスＰ１を磁気素子１１０に供給する。
【０１０８】
図８（ａ）に示すように、制御部７０は、第２動作ＯＰ２をさらに実施しても良い。第２動作ＯＰ２においては、制御部７０は、第１動作ＯＰ１の前に、第１配線７０ａと第２配線７０ｂとの間（第１層１０及び第２層２０の間）に、第２パルスＰ２（例えば読み出しパルス）を印加する。第２パルスＰ２により得られた第１層１０と第２層２０との間の第３電気抵抗は、第１動作ＯＰ１の後の第１層１０と第２層２０との間の第２電気抵抗は、とは異なる。第３電気抵抗は、第１電気抵抗と同じでも良い。例えば、第２パルスＰ２の極性は、第１パルスＰ１（書き変えパルス）の極性に対して逆である。
【０１０９】
例えば、第１パルスＰ１は、第１極性と、第１パルス幅Ｔ１と、第１パルス高さＨ１と、を有する。このとき、第１極性とは逆の第２極性と、第１パルス幅Ｔ１と、第１パルス高さＨ１と同じ絶対値のパルス高さと、を有する別のパルスを印加した場合に、以下となる。この別のパルスを第１層１０と第２層２０との間に印加した後の第１層１０と第２層２０との間の第３電気抵抗と、この別のパルスを第１層１０と第２層２０との間に印加する前の第４電気抵抗と、の差の絶対値は、第２電気抵抗と第１電気抵抗との差の絶対値よりも小さい。すなわち、第１パルスＰ１の印加により情報の書き換えが実行され、この別のパルスの印加によっては情報の書き換えが生じない。
【０１１０】
記憶されている情報を書き換えないときには、図８（ｂ）に示すように、制御部７０は、第２動作ＯＰ２の後に第３動作ＯＰ３を実施する。第３動作ＯＰ３においては、上記の第１パルスＰ１が印加されない。このときには、書き換えが生じない。
【０１１１】
適切な第１パルスＰ１が印加されたときに、情報の書き換えが可能になる。適切な第１パルスＰ１が印加されると、第１層１０と第２層２０との間の電気抵抗は、高抵抗状態から低抵抗状態に、または、低抵抗状態から高抵抗状態に、変化する。一方、適切ではないパルスが印加された場合は、目的とする抵抗変化が得られない。
【０１１２】
適切ではないパルスのパルス幅は、例えば、適切な第１パルス幅Ｔ１の約２倍である。適切ではないパルスが第１層１０と第２層２０との間に印加された場合には、抵抗の変化が生じる確率が低い。
【０１１３】
図８（ｃ）に示すような別のパルスＰ１ｘが印加される場合には、抵抗の変化が実質的に生じない。別のパルスＰ１ｘは、第１パルス幅Ｔ１の２倍のパルス幅と、第１パルス高さＨ１と、を有する。このような別のパルスＰ１ｘを第１層１０と第２層２０との間に印加した後の第１層１０と第２層２０との間の第３電気抵抗と、別のパルスＰ１ｘを第１層１０と第２層２０との間に印加する前の第４電気抵抗と、の差の絶対値は、第２電気抵抗と第１電気抵抗との差の絶対値よりも小さい。
【０１１４】
磁気記憶装置２１０は、例えば、電圧制御方式（電界制御方式）のＭＲＡＭである。
【０１１５】
図９は、第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図９に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置２２０において、第１層１０、第２層２０及び中間層３０を含む積層体（例えば、磁気素子１１０）に、第１配線７０ａ及び第２配線７０ｂを介して電流が流れる。電流は、Ｚ軸方向に沿って積層体を流れる。磁気記憶装置２２０においては、電流の向きに応じて、第１配線７０ａと第２配線７０ｂとの間（例えば、第１層１０と第２層２０との間）の電気抵抗が変化する。磁気記憶装置２２０は、例えば、スピントランスファ方式のＭＲＡＭである。
【０１１６】
図１０は、第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式的斜視図である。  
図１０に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置２３０は、第１層１０、第２層２０及び中間層３０に加えて、金属含有層５１をさらに含む。
【０１１７】
金属含有層５１は、第１金属を含む。第１金属は、例えば、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｗ、Ｈｆ及びＴａからなる群から選択された少なくとも１つを含む。金属含有層５１は、第１部分５１ａ、第２部分５１ｂ及び第３部分５１ｃを含む、第３部分５１ｃは、第１部分５１ａと第２部分５１ｂとの間に位置する。中間層３０は、第３部分５１ｃと第２層２０との間に位置する。第１層１０は、第３部分５１ｃと中間層３０との間に位置する。第１層１０は、例えば、第３部分５１ｃと接する。
【０１１８】
金属含有層に電流（第１電流Ｉｃ１または第２電流Ｉｃ２）が流れる。この電流は、後述する制御部７０から供給される。
【０１１９】
例えば、第１部分５１ａから第２部分５１ｂに向けた第１電流Ｉｃ１が流れた後における、第１部分５１ａと第２層２０との間の電気抵抗を第１電気抵抗とする。例えば、第２部分５１ｂから第１部分５１ａに向けた第２電流Ｉｃ２が流れた後における、第１部分５１ａと第２層２０との間の電気抵抗を第２電気抵抗とする。第１電気抵抗に対応する値は、第２電気抵抗に対応する値とは異なる。第１電気抵抗及び第２電気抵抗は、第２部分５１ｂと第２層２０との間の電気抵抗でも良い。上記の電気抵抗は、第１配線７０ａ及び第２配線７０ｂとの間の電気抵抗でも良い。上記の電気抵抗に対応する値は、電気抵抗、電圧または電流である。
【０１２０】
例えば、第１電流Ｉｃ１または第２電流Ｉｃ２により、金属含有層５１と第１層１０との間において、スピンオービットトルクが作用する。これにより、第１層１０の磁化の向きが制御される。例えば、第１電流Ｉｃ１が流れたときにおける第１層１０の磁化の向きは、第２電流Ｉｃ２が流れたときにおける第１層１０の磁化の向きの成分とは逆の成分を有する。例えば、第１電流Ｉｃ１が流れたときにおける第１層１０の磁化と第２層２０の磁化との間の角度は、第２電流Ｉｃ２が流れたときにおける第１層１０の磁化と第２層２０の磁化との間の角度とは異なる。これにより、電気抵抗が変化する。電気抵抗の変化が記憶される情報に対応する。
【０１２１】
磁気記憶装置２３０において、金属含有層５１は、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択された少なくとも１つと、Ｇａと、をさらに含んでも良い。
【０１２２】
磁気記憶装置２３０は、例えば、スピンオービットトルク方式のＭＲＡＭである。
【０１２３】
図１１（ａ）〜図１１（ｅ）は、第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式図である。  
図１１（ａ）は、模式的斜視図である。図１１（ｂ）〜図１１（ｅ）は、４つの動作（状態）を例示する模式図である。
【０１２４】
図１１（ａ）に示すように、本実施形態に係る別の磁気記憶装置２３０ａは、金属含有層５１と、複数の積層体ＳＢ０と、制御部７０と、を含む。複数の積層体ＳＢ０は、例えば、第１積層体ＳＢ１及び第２積層体ＳＢ２などを含む。複数の積層体ＳＢ０の数は、任意である。
【０１２５】
第１積層体ＳＢ１は、第１層１０、第２層２０及び中間層３０を含む。第２積層体ＳＢ２は、第３層１０Ａ、第４層２０Ａ、及び、別の中間層３０Ａを含む。この例では、第１積層体ＳＢ１は、第２導電層４２をさらに含む。第２積層体ＳＢ２は、別の第２導電層４２Ａをさらに含む。
【０１２６】
金属含有層５１は、第１〜第５部分５１ａ〜５１ｅを含む。第１部分５１ａと第２部分５１ｂとの間に第３部分５１ｃが設けられる。第３部分５１ｃと第２部分５１ｂとの間に第４部分５１ｄが設けられる。第３部分５１ｃと第４部分５１ｄとの間に第５部分５１ｅが設けられる。
【０１２７】
第３部分５１ｃと第２導電層４２との間に、第２層２０が設けられる。第３部分５１ｃと第２層２０との間に、中間層３０が設けられる。第３部分５１ｃと中間層３０との間に、第１層１０が設けられる。第４部分５１ｄと別の第２導電層４２Ａとの間に、第４層２０Ａが設けられる。第４部分５１ｄと第４層２０Ａとの間に、別の中間層３０Ａが設けられる。第４部分５１ｄと別の中間層３０Ａとの間に、第３層１０Ａが設けられる。
【０１２８】
第３層１０Ａの構成は、第１層１０の構成と同様である。第４層２０Ａの構成は、第２層２０の構成と同様である。別の中間層３０Ａの構成は、中間層３０Ａの構成と同様である。
【０１２９】
制御部７０は、第１部分５１ａ、第２部分５１ｂ、第２層２０（第２導電層４２）、及び、第４層２０Ａ（別の第２導電層４２Ａ）と、電気的に接続される。この例では、第１配線７０Ａにより、制御部７０と第２層２０とが電気的に接続される。第２配線７０Ｂにより、制御部７０と第４層２０Ａとが電気的に接続される。第１配線７０Ａの電流経路上に、第１スイッチ素子Ｓｗ１が設けられる。第２配線７０Ｂの電流経路上に、第２スイッチ素子Ｓｗ２が設けられる。これらのスイッチ素子は、例えば、選択トランジスタである。これらのスイッチ素子が、制御部７０に設けられる駆動回路７５と、電気的に接続される。
【０１３０】
磁気記憶装置２３０ａにおいて、例えば、以下に説明する第１〜第４動作ＯＱ１〜ＯＱ４が実施される。これらの動作は、制御部７０により制御される。
【０１３１】
図１１（ｂ）に示すように、第１動作ＯＱ１において、制御部７０は、金属含有層５１の第１部分５１ａを電位Ｖ０に設定する。電位Ｖ０は、例えば、グランド電位である。制御部７０は、第１動作ＯＱ１において、第１部分５１ａと第２層２０との間の第１電位差を第１電圧Ｖ１（例えば、選択電圧）とする。
【０１３２】
制御部７０は、第１動作ＯＱ１において、第１部分５１ａと第４層２０Ａとの間の第２電位差を第２電圧Ｖ２（例えば、非選択電圧）とする。第２電圧Ｖ２は、第１電圧Ｖ１とは異なる。
【０１３３】
第１動作ＯＱ１において、制御部７０は、金属含有層５１に第１電流Ｉｃ１を供給する。第１電流Ｉｃ１は、第１部分５１ａから第２部分５１ｂへの向きを有する。
【０１３４】
このような第１動作ＯＱ１において、第１層１０の磁化の向きが、１つの向きとなる。これは、金属含有層５１からの磁気的作用による。一方、非選択状態の第３層１０Ａの磁化の向きは、実質的に変化しない。
【０１３５】
図１１（ｃ）に示すように、第２動作ＯＱ２において、制御部７０は、金属含有層５１の第１部分５１ａを電位Ｖ０に設定する。制御部７０は、第２動作ＯＱ２において、第１部分５１ａと第２層２０との間の第１電位差を第１電圧Ｖ１とする。制御部７０は、第２動作ＯＱ２において、第１部分５１ａと第４層２０Ａとの間の第２電位差を第２電圧Ｖ２とする。第２動作ＯＱ２において、制御部７０は、金属含有層５１に第２電流Ｉｃ２を供給する。第２電流Ｉｃ２は、第２部分５１ｂから第１部分５１ａへの向きを有する。
【０１３６】
このときに、選択状態の第１層１０の磁化は、変化する。これは、例えば、金属含有層５１からの磁気的作用による。一方、非選択状態の第３層１０Ａの磁化は、実質的に変化しない。
【０１３７】
第１動作ＯＱ１の後における第２層２０と第１部分５１ａとの間の電気抵抗（第１電気抵抗）は、第２動作ＯＱ２の後における第２層２０と第１部分５１ａとの間の電気抵抗（第２電気抵抗）とは異なる。
【０１３８】
一方、上記の第１動作ＯＱ１の後における第４層２０Ａと第１部分５１ａとの間の電気抵抗を第３電気抵抗とする。上記の第２動作ＯＱ２の後における第４層２０Ａと第１部分５１ａとの間の電気抵抗を第４電気抵抗とする。第３電気抵抗は、第４電気抵抗と実質的に同じである。これは、第３層１０Ａの磁化が実質的に変化しないためである。
【０１３９】
このように、実施形態においては、第１電気抵抗と第２電気抵抗との差の絶対値は、第３電気抵抗と第４電気抵抗との差の絶対値よりも大きい。
【０１４０】
図１１（ｄ）に示す第３動作ＯＱ３の例では、第１積層体ＳＢ１が、非選択状態とされ、第２積層体ＳＢ２が選択状態とされる。既に説明したように、制御部７０は、第１動作ＯＱ１において、第１部分５１ａと第２層２０との間の第１電位差を第１電圧Ｖ１とする（図１１（ｂ）参照）。そして、制御部７０は、第２動作ＯＱ２において、第１電位差を第１電圧Ｖ１とする（図１１（ｃ）参照）。図１１（ｄ）に示すように、制御部７０は、第３動作ＯＱ３において、第１部分５１ａと第２層２０との間の第１電位差を第２電圧Ｖ２（非選択電圧）とする。制御部７０は、第３動作ＯＱ３において、第１電流Ｉｃ１を金属含有層５１に供給する。
【０１４１】
第３動作ＯＱ３において、非選択状態の第１層１０の磁化は、変化しない（図１１（ａ）の状態と同じ）。一方、選択状態の第３層１０Ａの磁化は、図１１（ｂ）の状態から変化する。
【０１４２】
図１１（ｅ）に示す第４動作ＯＱ４においても、第１積層体ＳＢ１が、非選択状態とされ、第２積層体ＳＢ２が選択状態とされる。制御部７０は、第４動作ＯＱ４において、第１電位差を第２電圧Ｖ２とする。制御部７０は、第４動作ＯＱ４において、第２電位差を第１電圧Ｖ１とする。制御部７０は、第４動作ＯＱ４において、第２電流Ｉｃ２を金属含有層５１に供給する。
【０１４３】
非選択状態である第１積層体ＳＢ１においては、第３動作ＯＱ３と第４動作ＯＱ４との間で、電気抵抗は実質的に同じである。一方、選択状態である第２積層体ＳＢ２においては、第３動作ＯＱ３と第４動作ＯＱ４との間で、電気抵抗は変化する。
【０１４４】
このように、第１動作ＯＱ１の後の第１電気抵抗と、第２動作ＯＱ２の後の第２電気抵抗との差の絶対値は、第３動作ＯＱ３の後における第２層２０と第１部分５１ａとの間の電気抵抗と、第４動作ＯＱ４の後における第２層２０と第１部分５１ａとの間の電気抵抗と、の差の絶対値よりも大きい。
【０１４５】
このように、複数の積層体ＳＢ０の１つが選択される。選択された積層体ＳＢ０の磁性層（例えば、第１層１０または第３層１０Ａなど）の磁化が、金属含有層５１に流れる電流の向きに応じて変化する。
【０１４６】
図１２は、第２実施形態に係る別の磁気記憶装置を例示する模式図である。  
図１２に示すように、本実施形態に係る磁気記憶装置２４０は、複数の記憶部ＭＥと、複数の配線（複数の第１ビット線ＢＬ１、複数の第２ビット線ＢＬ２及び複数のワード線ＷＬ）と、制御部７０と、含む。
【０１４７】
任意のＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＹ軸方向に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。
【０１４８】
この例では、複数のビット線ＢＬ１及びＢＬ２は、Ｙ軸方向に延びる。複数のビット線ＢＬ１及びＢＬ２は、Ｘ軸方向に並ぶ。複数のワード線ＷＬは、Ｘ軸方向に延びる。複数のワード線ＷＬは、Ｙ軸方向に並ぶ。
【０１４９】
複数の記憶部ＭＥの１つは、磁気素子１１０と、制御素子７０ｓ（例えばトランジスタ）と、を含む。制御素子７０ｓは、磁気素子１１０と直列に接続される。磁気素子１１０の一端が、制御素子７０ｓの一端と接続される。磁気素子１１０は、１つのメモリセルＭＣに対応する。
【０１５０】
複数の第１ビット線ＢＬ１の１つに、複数の記憶部ＭＥの１つに含まれる磁気素子１１０の他端が電気的に接続される。複数の第２ビット線ＢＬ２の１つに、複数の記憶部ＭＥの１つに含まれる制御素子７０ｓの他端が電気的に接続される。
【０１５１】
複数のワード線ＷＬの１つに、複数の記憶部ＭＥの１つに含まれる制御素子７０ｓの制御端子（例えばゲート）が電気的に接続される。制御素子７０ｓの第３端子が電気的に接続される。
【０１５２】
複数の第１ビット線ＢＬ１及び複数の第２ビット線ＢＬ２は、第１回路７１及び第２回路７２の少なくともいずれかに電気的に接続される。複数のワード線ＷＬは、第３回路７３に電気的に接続される。これらの回路は、選択スイッチ（例えば選択トランジスタなど）を含んでいる。これらの回路は、複数の配線を選択して所定の電圧を印加する。これらの回路及び制御素子７０ｓにより、複数の磁気素子１１０の１つに所定の電圧パルスが印加される。これにより、磁気素子１１０における抵抗が変化する。高抵抗状態または低抵抗状態が、記憶される情報の「０」または「１」に対応する。これらの回路は、例えば、検出回路（センスアンプなど）を含む。検出回路は、例えば、磁気素子１１０の抵抗状態に対応した値（電圧、電流及び抵抗など）を検出する。これにより、記憶した情報が読み出される。これらの回路は、制御部７０に含まれる。
【０１５３】
磁気記憶装置２４０は、例えば、電圧制御方式（電界制御方式）のＭＲＡＭでも良い。磁気記憶装置２４０は、例えば、スピントランスファ方式のＭＲＡＭでも良い。磁気記憶装置２４０は、例えば、スピンオービットトルク方式のＭＲＡＭでも良い。
【０１５４】
（第３実施形態）  
本実施形態は、発振装置に係る。  
図１３は、第３実施形態に係る発振装置を例示する模式図である。  
図１３に示すように、発振装置３１０は、第１層１０、第２層２０、中間層３０、及び、回路部７６を含む。第１層１０、第２層２０及び中間層３０は、例えば、第１実施形態に関して説明した構成を有する。第２層２０の磁化の方向は、例えば、面内方向であり、Ｚ軸方向と交差する。
【０１５５】
回路部７６は、第１層１０及び第２層２０と電気的に接続される。この例では、第１実施形態に関して説明した第１導電層４１及び第２導電層４２が設けられる。回路部７６は、第１配線７０ａ及び第２配線７０ｂを介して、これらの導電層と電気的に接続される。
【０１５６】
回路部７６は、第１層１０、第２層２０及び中間層３０を含む積層体に電流を供給する。電流は、Ｚ軸方向に沿って積層体を流れる。このとき、積層体において、高周波磁界が発生する。発振周波数は、例えば、５０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下である。例えば、高い発振周波数が得られる。発振装置３１０は、例えば、スピントルクオシレータ、または、スピントルクダイオードなどである。
【０１５７】
実施形態によれば、特性の向上が可能な磁気素子、磁気記憶装置及び発振装置を提供することができる。
【０１５８】
本願明細書において、電気的に接続される状態は、２つの導体が直接接する状態を含む。電気的に接続される状態は、２つの導体が、別の導体（例えば配線など）により接続される状態を含む。電気的に接続される状態は、２つの導体の間の経路の間にスイッチング素子（トランジスタなど）が設けられ、２つの導体の間の経路に電流が流れる状態が形成可能な状態を含む。
【０１５９】
本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【０１６０】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気素子に含まれる磁性層、中間層、基板及び導電層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０１６１】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１６２】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気素子、磁気記憶装置及び発振装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気素子、磁気記憶装置及び発振装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１６３】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１６４】
１０…第１層、  １０Ａ…第３層、  １１…第１領域、  １２…第２領域、  １３…第３領域、  ２０…第２層、  ２０Ａ…第４層、  ３０…中間層、  ３０Ａ…別の中間層、  ３３…高酸素濃度領域、  ３４…低酸素濃度領域、  ４０ｂ…Ｔａ膜、  ４０ｓ…基板、  ４１…第１導電層、  ４２…第２導電層、  ４２Ａ…別の第２導電層、  ４２ａ…Ｔａ層、  ４２ｂ…Ｒｕ層、  ４５…金属層、  ５１…金属含有層、  ５１ａ〜５１ｅ…第１〜第５部分、  ７０…制御部、  ７０Ａ、７０Ｂ…第１、第２配線、  ７０ａ、７０ｂ…第１、第２配線、  ７０ｓ…スイッチ素子、  ７１…第１回路、  ７２…第２回路、  ７３…第３回路、  ７５…駆動回路、  ７６…回路部、  １１０、１１１、１１２…磁気素子、  １１１ａ、１１１ｂ…第１、第２試料、  ２１０、２２０、２３０、２３０ａ、２４０…磁気記憶装置、  ３１０…発振装置、  ＢＬ１、ＢＬ２…第１、第２ビット線、  Ｈａ…外部磁界、  Ｈ１…第１パルス高さ、  Ｉｃ１、Ｉｃ２…第１、第２電流、  ＭＣ…メモリセル、  ＭＥ…記憶部、  ＭＲｎ、ＭＲｖ…ＭＲ比、  ＯＰ１〜ＯＰ３…第１〜第３動作、  ＯＱ１〜ＯＱ４…第１〜第４動作、  Ｐ１、Ｐ２…第１、第２パルス、  Ｐ１ｘ…別のパルス、  Ｒ…電気抵抗、  Ｓ１…信号、  ＳＢ、ＳＢ０…積層体、  ＳＢ１、ＳＢ２…第１、第２積層体、  ＳＴ１〜ＳＴ８…第１〜第８状態、  Ｓｗ１、Ｓｗ２…第１、第２スイッチ素子、  Ｔ１…第１パルス幅、  Ｖ０…電位、  Ｖ１、Ｖ２…第１、第２電位、  ＷＬ…ワード線、  ｔ１〜ｔ３…厚さ、  ｔｉ…時間
【図１】
2018195791.tif 000003
【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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