(57)【要約】【課題】動作安定性を向上できる磁気素子および磁気記憶装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る磁気素子は、第１部材および第１磁性部を含む。前記第１部材は、複数の第１濃度領域と第２濃度領域とを含む。前記複数の第１濃度領域は、第１方向に沿って並ぶ。前記第２濃度領域は、前記複数の第１濃度領域の１つと前記複数の第１濃度領域の別の１つとの間に位置する。前記複数の第１濃度領域および前記第２濃度領域は、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｐｔ、およびＰｄからなる群より選択された少なくとも１つの第１元素を含む。前記複数の第１濃度領域の前記１つにおける前記第１元素の第１濃度は、前記第２濃度領域における前記第１元素の第２濃度よりも高い。前記複数の第１濃度領域から前記第１磁性部に向かう方向は、前記第１方向と交差する第２方向に沿う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１領域と、第２領域と、第１方向において前記第１領域と前記第２領域との間に位置する第３領域と、を含む第１部材であって、前記第１領域は、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｐｔ、およびＰｄからなる群より選択された少なくとも１つの第１元素を含み、前記第２領域は、前記群より選択された少なくとも１つの第２元素を含み、前記第３領域は、前記群から選択される少なくとも１つの第３元素を含み、前記第３領域における前記第３元素の濃度は、前記第１領域における前記第１元素の濃度よりも低く、前記第２領域における前記第２元素の濃度よりも低い、前記第１部材と、
第１磁性部であって、前記第１領域から前記第１磁性部に向かう方向は、前記第１方向と交差する第２方向に沿う、前記第１磁性部と、
を備えた磁気素子。
【請求項２】
第１領域と、第２領域と、第１方向において前記第１領域と前記第２領域との間に位置する第３領域と、を含み、前記第１領域は、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔａ、およびＨｆからなる第１群より選択された少なくとも１つの第１元素を含み、前記第２領域は、前記第１群より選択された少なくとも１つの第２元素を含み、前記第３領域は、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、およびＴａＮからなる第２群から選択される少なくとも１つの第３元素を含む、第１部材と、
第１磁性部であって、前記第１領域から前記第１磁性部に向かう方向は、前記第１方向と交差する第２方向に沿い、前記第１磁性部と、
を備えた磁気素子。
【請求項３】
前記第１磁性部は、第１磁性領域、第２磁性領域、および第３磁性領域を含み、
前記第１領域から前記第１磁性領域に向かう方向は、前記第２方向に沿い、
前記第２領域から前記第２磁性領域に向かう方向は、前記第２方向に沿い、
前記第３領域から前記第３磁性領域に向かう方向は、前記第２方向に沿い、
前記第２方向に沿う前記第３磁性領域の長さは、前記第２方向に沿う前記第１磁性領域の長さよりも長く、前記第２方向に沿う前記第２磁性領域の長さよりも短い請求項１または２に記載の磁気素子。
【請求項４】
前記第１磁性部は、第１磁性領域、第２磁性領域、および第３磁性領域を含み、
前記第１領域から前記第１磁性領域に向かう方向は、前記第２方向に沿い、
前記第２領域から前記第２磁性領域に向かう方向は、前記第２方向に沿い、
前記第３領域から前記第３磁性領域に向かう方向は、前記第２方向に沿い、
前記第１方向および前記第２方向を含む平面と交差する第３方向に沿う前記第３磁性領域の長さは、前記第３方向に沿う前記第１磁性領域の長さよりも長く、前記第３方向に沿う前記第２磁性領域の長さよりも短い請求項１または２に記載の磁気素子。
【請求項５】
前記第１磁性部は、第１面および第２面を有し、
前記第１面は、前記第２方向において、前記第２面と前記第１部材との間に位置し、
前記第１面は、複数の第１頂部および複数の第１底部を含み、
前記複数の第１頂部と前記複数の第１底部は、前記第１方向に沿って交互に並ぶ請求項１または２に記載の磁気素子。
【請求項６】
前記第１磁性部は、第１面および第２面を有し、
前記第１面は、前記第２方向において、前記第２面と前記第１部材との間に位置し、
前記第２面は、複数の第２頂部および複数の第２底部を含み、
前記複数の第２頂部と前記複数の第２底部は、前記第１方向に沿って交互に並ぶ請求項１または２に記載の磁気素子。
【請求項７】
前記第１磁性部は、第１面および第２面を有し、
前記第１面から前記第２面に向かう方向は、前記第１方向および前記第２方向を含む平面と交差する第３方向に沿い、
前記第１面は、複数の第１頂部および複数の第１底部を含み、
前記複数の第１頂部と前記複数の第１底部は、前記第１方向に沿って交互に並ぶ請求項１または２に記載の磁気素子。
【請求項８】
第１方向に延びる第１磁性部と、
前記第１磁性部の周りに設けられた第１部材であって、前記第１部材から前記第１磁性部に向かう方向は前記第１方向と交差し、前記第１部材は、第１領域と、第２領域と、前記第１方向において前記第１領域と前記第２領域との間に位置する第３領域と、を含み、前記第１領域は、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｐｔ、およびＰｄからなる群より選択された少なくとも１つの第１元素を含み、前記第２領域は、前記群より選択された少なくとも１つの第２元素を含み、前記第３領域は、前記群から選択される少なくとも１つの第３元素を含み、前記第３領域における前記第３元素の濃度は、前記第１領域における前記第１元素の濃度よりも低く、前記第２領域における前記第２元素の濃度よりも低い、第１部材と、
を備えた磁気素子。
【請求項９】
絶縁部をさらに備え、
前記第１部材は、前記第１方向と交差する方向において、前記絶縁部と前記第１磁性部との間に位置し、
前記絶縁部は、第１絶縁領域、第２絶縁領域、および第３絶縁領域を含み、
前記第１領域は、前記第１方向と交差する方向において、前記第１磁性部と前記第１絶縁領域との間に位置し、
前記第２領域は、前記第１方向と交差する方向において、前記第１磁性部と前記第２絶縁領域との間に位置し、
前記第３領域は、前記第１方向と交差する方向において、前記第１磁性部と前記第３絶縁領域との間に位置し、
前記第３絶縁領域における前記第３元素の濃度は、前記第１絶縁領域における前記第１元素の濃度よりも低く、前記第２絶縁領域における前記第２元素の濃度よりも低い請求項８記載の磁気素子。
【請求項１０】
前記第１磁性部は、第１面および第２面を有し、
前記第１面は、前記第１方向と交差する方向において、前記第１部材と前記第２面との間に位置し、
前記第１面は、第１部分、第２部分、および第３部分を含み、
前記第２面は、第１対向部分、第２対向部分、および第３対向部分を含み、
前記第１部分は、前記第１方向と交差する方向において、前記第１対向部分と前記第１領域との間に位置し、
前記第２部分は、前記第１方向と交差する方向において、前記第２対向部分と前記第２領域との間に位置し、
前記第３部分は、前記第１方向と交差する方向において、前記第３対向部分と前記第３領域との間に位置し、
前記第３部分と前記第３対向部分との間の前記第１方向と交差する方向に沿う距離は、前記第１部分と前記第１対向部分との間の前記第１方向と交差する方向に沿う距離よりも長く、前記第２部分と前記第２対向部分との間の前記第１方向と交差する方向に沿う距離よりも短い請求項８または９に記載の磁気素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気素子と、
制御部と、
を備え、
前記第１磁性部は、第１接続領域および第２接続領域を含み、
前記制御部は、前記第１接続領域および前記第２接続領域と電気的に接続され、
前記制御部は、第１動作および第２動作を実施し、
前記制御部は、前記第１動作において、前記第１接続領域と前記第２接続領域との間に第１電流を供給し、
前記制御部は、前記第１動作の後の前記第２動作において、前記第１接続領域と前記第２接続領域との間に電流を供給しない磁気記憶装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気素子と、
制御部と、
を備え、
前記第１磁性部は、第１接続領域および第２接続領域を含み、
前記制御部は、前記第１接続領域および前記第２接続領域と電気的に接続され、
前記制御部は、第１動作および第２動作を実施し、
前記制御部は、前記第１動作において、前記第１接続領域と前記第２接続領域との間に第１電流を供給し、
前記制御部は、前記第１動作の後の前記第２動作において、前記第１接続領域と前記第２接続領域との間に第２電流を供給し、
前記第２電流の電流値の絶対値は、前記第１電流の電流値の絶対値よりも小さい磁気記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁気素子および磁気記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、磁壁を用いた磁気素子がある。このような磁気素子を用いた磁気記憶装置がある。磁気素子および磁気記憶装置において、安定した動作が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−６３９３６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、動作安定性を向上できる磁気素子および磁気記憶装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る磁気素子は、第１部材および第１磁性部を含む。前記第１部材は、複数の第１濃度領域と第２濃度領域とを含む。前記複数の第１濃度領域は、第１方向に沿って並ぶ。前記第２濃度領域は、前記複数の第１濃度領域の１つと前記複数の第１濃度領域の別の１つとの間に位置する。前記複数の第１濃度領域および前記第２濃度領域は、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｐｔ、およびＰｄからなる群より選択された少なくとも１つの第１元素を含む。前記複数の第１濃度領域の前記１つにおける前記第１元素の第１濃度は、前記第２濃度領域における前記第１元素の第２濃度よりも高い。前記複数の第１濃度領域から前記第１磁性部に向かう方向は、前記第１方向と交差する第２方向に沿う。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、第１実施形態に係る磁気素子の一例を表す模式的断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る磁気素子の別の一例を表す模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）は、第１実施形態に係る磁気素子の別の一例を表す模式的断面図である。図３（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気素子の別の一例を表す模式的平面図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る磁気素子の別の一例を表す模式的断面図である。
【図５】図５（ａ）は、第１実施形態に係る磁気素子の別の一例を表す模式的断面図である。図５（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気素子の別の一例を表す模式的平面図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る磁気記憶装置の一例を表す模式的断面図である。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は、第２実施形態に係る磁気記憶装置の動作の一例を表す断面図である。
【図８】図８は、第１磁性部に供給される電流の向きと時間の関係の一例を表すグラフである。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｃ）は、第２実施形態に係る磁気記憶装置の特性を表すシミュレーション結果である。
【図１０】図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、第２実施形態に係る磁気記憶装置の特性を表すシミュレーション結果である。
【図１１】図１１は、第３実施形態に係る磁気素子の一部を表す模式的斜視図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態に係る磁気素子の一部を表す模式的断面図である。
【図１３】図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は、第３実施形態に係る磁気素子の製造方法の一例を表す模式的断面図である。
【図１４】図１４は、第４実施形態に係る磁気記憶装置を表す模式的斜視図である。
【図１５】図１５は、第５実施形態に係る磁気記憶装置を表す模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、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、既に説明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。
【０００８】
図１は、第１実施形態に係る磁気素子の一例を表す模式的断面図である。
図１に表した磁気素子１１０は、第１磁性部１０および第１部材２０を含む。
【０００９】
第１部材２０は、第１領域２１、第２領域２２、第３領域２３、および第４領域２４を含む。第２領域２２は、第１方向において、第１領域２１から離間している。第３領域２３は、第１方向において、第１領域２１と第２領域２２との間に位置する。第２領域２２は、第１方向において、第３領域２３と第４領域２４との間に位置する。
【００１０】
第１方向は、例えば、図１に表したＸ軸方向に沿う。Ｘ軸方向に対して垂直な１つの方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸方向およびＹ軸方向に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。第１方向と交差する方向を第２方向とする。第２方向は、例えばＺ軸方向に沿う。第１方向および第２方向を含む平面と交差する方向を第３方向とする。第３方向は、例えばＹ軸方向に沿う。
以下では、第１方向、第２方向、および第３方向が、それぞれ、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向、およびＹ軸方向に沿う場合について説明する。
【００１１】
第１領域２１から第１磁性部１０に向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。第２領域２２から第１磁性部１０に向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。第３領域２３から第１磁性部１０に向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。第４領域２４から第１磁性部１０に向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。
【００１２】
第１磁性部１０は、複数の磁壁ＤＷを含む。複数の磁壁ＤＷは、Ｘ軸方向に並んでいる。隣り合う磁壁ＤＷ同士の間の領域は、１つの磁区ＭＤに対応する。図１において、磁区ＭＤに付された矢印は、磁区ＭＤの磁化の向きの一例を表す。
【００１３】
第１領域２１、第２領域２２、第３領域２３、および第４領域２４のそれぞれは、Ｘ軸方向において複数設けられる。例えば、複数の第２領域２２の１つ、複数の第３領域２３の１つ、および複数の第４領域２４の１つは、Ｘ軸方向において、複数の第１領域２１の１つと、複数の第１領域２１の別の１つと、の間に位置する。
【００１４】
第１領域２１、第２領域２２、第３領域２３、および第４領域２４は、例えば、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｐｔ、およびＰｄからなる群より選択された少なくとも１つの第１元素を含む。
【００１５】
第１領域２１における第１元素の濃度は、第３領域２３における第１元素の濃度よりも高く、第４領域２４における第１元素の濃度よりも高い。第２領域２２における第１元素の濃度は、第３領域２３における第１元素の濃度よりも高く、第４領域２４における第１元素の濃度よりも高い。
【００１６】
第１部材２０は、Ｘ軸方向に沿って交互に並ぶ複数の第１濃度領域および複数の第２濃度領域を含む。複数の第２濃度領域の１つは、Ｘ軸方向において、複数の第１濃度領域の１つと、複数の第１濃度領域の別の１つと、の間に位置する。第１濃度領域における第１元素の濃度は、第２濃度領域における第１元素の濃度よりも高い。複数の第１濃度領域の一部は、第１領域２１に対応する。複数の第１濃度領域の別の一部は、第２領域２２に対応する。複数の第２濃度領域の一部は、第３領域２３に対応する。複数の第２濃度領域の別の一部は、第４領域２４に対応する。
【００１７】
第１領域２１および第２領域２２は、第１元素を含み、第３領域２３および第４領域２４は、第１元素を含んでいなくても良い。
【００１８】
第１部材が、第１領域２１、第２領域２２、および第３領域２３を少なくとも含む。例えば、磁気素子の動作安定性を向上させることができる。
【００１９】
第１磁性部１０に含まれる複数の磁区ＭＤの１つは、１つのビットデータに対応する。
【００２０】
磁壁ＤＷの密度を向上させるためには、第１磁性部１０の磁化の向きは、Ｘ軸方向と交差する方向（例えばＺ軸方向）に沿うことが望ましい。これにより、例えば、磁壁ＤＷの密度を向上させることができる。
【００２１】
例えば、第１磁性部１０は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）よりなる群から選択された少なくとも一つの元素と、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）よりなる群から選択された少なくとも一つの元素と、を含む。第１磁性部１０は、例えば、ｈｃｐ構造（最密六方構造）を有する材料を含む。
【００２２】
第１磁性部１０の磁化の向きは、例えば、Ｚ軸方向に沿う。この場合、第１磁性部１０は、例えば、Ｃｏ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔ、ＦｅＰｔ、およびＴｂＦｅからなる群より選択された少なくとも１つを含む。
【００２３】
第１磁性部１０は、希土類元素および鉄族遷移元素を含んでいても良い。第１磁性部１０は、例えば、ＧｄＦｅ、ＧｄＣｏ、ＧｄＦｅＣｏ、ＴｂＦｅ、ＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＧｄＴｂＦｅ、ＧｄＴｂＣｏ、ＤｙＦｅ、ＤｙＣｏ、およびＤｙＦｅＣｏからなる群より選択された少なくとも１つを含む。
【００２４】
第１磁性部１０は、さらに、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｚｒ、Ｉｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、およびＨからなる群より選択された少なくとも１つを含んでいても良い。
【００２５】
図２は、第１実施形態に係る磁気素子の別の一例を表す模式的断面図である。
図２に表した磁気素子１２０では、第１磁性部１０は、第１磁性領域１１、第２磁性領域１２、第３磁性領域１３、および第４磁性領域１４を含む。
【００２６】
第２磁性領域１２は、Ｘ軸方向において、第１磁性領域１１から離間している。第３磁性領域１３は、Ｘ軸方向において、第１磁性領域１１と第２磁性領域１２との間に位置する。第２磁性領域１２は、Ｘ軸方向において、第３磁性領域１３と第４磁性領域１４との間に位置する。
【００２７】
第１領域２１から第１磁性領域１１に向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。第２領域２２から第２磁性領域１２に向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。第３領域２３から第３磁性領域１３に向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。第４領域２４から第４磁性領域１４に向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。
【００２８】
第２磁性領域１２のＺ軸方向における長さＬ２ｚは、第３磁性領域１３のＺ軸方向における長さＬ３ｚよりも長く、第４磁性領域１４のＺ軸方向における長さＬ４ｚよりも長い。第１磁性領域１１のＺ軸方向における長さＬ１ｚは、長さＬ３ｚよりも短く、長さＬ４ｚよりも短い。
【００２９】
第２磁性領域１２のＹ−Ｚ面に沿った断面積は、第３磁性領域１３のＹ−Ｚ面に沿った断面積よりも大きく、第４磁性領域１４のＹ−Ｚ面に沿った断面積よりも大きい。第１磁性領域１１のＹ−Ｚ面に沿った断面積は、第３磁性領域１３のＹ−Ｚ面に沿った断面積よりも小さく、第４磁性領域１４のＹ−Ｚ面に沿った断面積よりも小さい。
【００３０】
第１磁性部１０のＹ−Ｚ面に沿った断面積は、Ｘ軸方向に沿って繰り返し変化している。
【００３１】
図３（ａ）は、第１実施形態に係る磁気素子の別の一例を表す模式的断面図である。図３（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気素子の一例を表す模式的平面図である。
【００３２】
図３（ｂ）に表したように、磁気素子１３０では、第２磁性領域１２のＹ軸方向における長さＬ２ｙは、第３磁性領域１３のＹ軸方向における長さＬ３ｙよりも長く、第４磁性領域１４のＹ軸方向における長さＬ４ｙよりも長い。第１磁性領域１１のＹ軸方向における長さＬ１ｙは、長さＬ３ｙよりも短く、長さＬ４ｙよりも短い。
【００３３】
図３（ａ）に表したように、第１磁性領域１１のＺ軸方向における長さＬ１ｚは、例えば、第２磁性領域１２のＺ軸方向における長さＬ２ｚと同じであり、第３磁性領域１３のＺ軸方向における長さＬ３ｚと同じであり、第４磁性領域１４のＺ軸方向における長さＬ４ｚと同じである。
【００３４】
長さＬ２ｚは、長さＬ３ｚよりも長く、長さＬ４ｚよりも長くても良い。長さＬ１ｚは、長さＬ３ｚよりも短く、長さＬ４ｚよりも短くても良い。
【００３５】
第２磁性領域１２のＹ−Ｚ面に沿った断面積は、第３磁性領域１３のＹ−Ｚ面に沿った断面積よりも大きく、第４磁性領域１４のＹ−Ｚ面に沿った断面積よりも大きい。第１磁性領域１１のＹ−Ｚ面に沿った断面積は、第３磁性領域１３のＹ−Ｚ面に沿った断面積よりも小さく、第４磁性領域１４のＹ−Ｚ面に沿った断面積よりも小さい。
【００３６】
第１磁性部１０のＹ−Ｚ面に沿った断面積は、Ｘ軸方向に沿って繰り返し変化している。
【００３７】
図４は、第１実施形態に係る磁気素子の別の一例を表す模式的断面図である。
図４に表した磁気素子１４０では、第１磁性部１０は、第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を有する。第１面Ｓ１は、Ｚ軸方向において、第２面Ｓ２と第１部材２０との間に位置する。
【００３８】
第１面Ｓ１は、第１部分１１ｐ、第２部分１２ｐ、第３部分１３ｐ、および第４部分１４ｐを含む。第１領域２１から第１部分１１ｐに向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。第２領域２２から第２部分１２ｐに向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。第３領域２３から第３部分１３ｐに向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。第４領域２４から第４部分１４ｐに向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。
【００３９】
第３部分１３ｐのＸ軸方向上の位置は、第１部分１１ｐのＸ軸方向上の位置と、第２部分１２ｐのＸ軸方向上の位置と、の間にある。第２部分１２ｐのＸ軸方向上の位置は、第３部分１３ｐのＸ軸方向上の位置と、第４部分１４ｐのＸ軸方向上の位置と、の間にある。
【００４０】
第３部分１３ｐのＺ軸方向上の位置および第４部分１４ｐのＺ軸方向上の位置は、第１部分１１ｐのＺ軸方向上の位置と、第２部分１２ｐのＺ軸方向上の位置と、の間にある。
【００４１】
第１部分１１ｐ、第２部分１２ｐ、第３部分１３ｐ、および第４部分１４ｐは、Ｘ軸方向において、複数設けられる。
【００４２】
複数の第２部分１２ｐの１つのＸ軸方向上の位置、複数の第３部分１３ｐの１つのＸ軸方向上の位置、および複数の第４部分１４ｐの１つのＸ軸方向上の位置は、複数の第１部分１１ｐの１つのＸ軸方向上の位置と、複数の第１部分１１ｐの別の１つのＸ軸方向上の位置と、の間にある。
【００４３】
複数の第２部分１２ｐの１つのＺ軸方向上の位置、複数の第３部分１３ｐの１つのＺ軸方向上の位置、および複数の第４部分１４ｐの１つのＺ軸方向上の位置は、複数の第１部分１１ｐの１つのＺ軸方向上の位置と、複数の第１部分１１ｐの別の１つのＺ軸方向上の位置と、の間にある。
【００４４】
すなわち、第１面Ｓ１は、Ｘ軸方向に沿って交互に並ぶ複数の第１頂部および複数の第１底部を含む。第１頂部のＺ軸方向上の位置は、第１底部のＺ軸方向上の位置と異なる。第１頂部は、複数の第１部分１１ｐの１つに対応する。第１底部は、複数の第１部分１１ｐの別の１つに対応する。第１面Ｓ１のＺ軸方向上の位置は、Ｘ軸方向に沿って繰り返し変化している。
【００４５】
例えば、第１部材２０は、Ｘ軸方向に沿って交互に並ぶ複数の第１濃度領域および複数の第２濃度領域を含む。第１濃度領域における第１元素の濃度は、第２濃度領域における第１元素の濃度よりも高い。複数の第１濃度領域の一部は、第１領域２１に対応する。複数の第１濃度領域の別の一部は、第２領域２２に対応する。複数の第２濃度領域の一部は、第３領域２３に対応する。複数の第２濃度領域の別の一部は、第４領域２４に対応する。複数の第１濃度領域の１つから複数の第１頂部の１つに向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。複数の第１濃度領域の別の１つから複数の第１底部の１つに向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。
【００４６】
第２面Ｓ２は、第１対向部分１１ｏ、第２対向部分１２ｏ、第３対向部分１３ｏ、および第４対向部分１４ｏを含む。第１領域２１から第１対向部分１１ｏに向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。第２領域２２から第２対向部分１２ｏに向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。第３領域２３から第３対向部分１３ｏに向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。第４領域２４から第４対向部分１４ｏに向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。
【００４７】
第３対向部分１３ｏのＸ軸方向上の位置は、第１対向部分１１ｏのＸ軸方向上の位置と、第２対向部分１２ｏのＸ軸方向上の位置と、の間にある。第２対向部分１２ｏのＸ軸方向上の位置は、第３対向部分１３ｏのＸ軸方向上の位置と、第４対向部分１４ｏのＸ軸方向上の位置と、の間にある。
【００４８】
第３対向部分１３ｏのＺ軸方向上の位置および第４対向部分１４ｏのＺ軸方向上の位置は、第１対向部分１１ｏのＺ軸方向上の位置と、第２対向部分１２ｏのＺ軸方向上の位置と、の間にある。
【００４９】
第１対向部分１１ｏ、第２対向部分１２ｏ、第３対向部分１３ｏ、および第４対向部分１４ｏは、Ｘ軸方向において、複数設けられる。
【００５０】
複数の第２対向部分１２ｏの１つのＸ軸方向上の位置、複数の第３対向部分１３ｏの１つのＸ軸方向上の位置、および複数の第４対向部分１４ｏの１つのＸ軸方向上の位置は、複数の第１対向部分１１ｏの１つのＸ軸方向上の位置と、複数の第１対向部分１１ｏの別の１つのＸ軸方向上の位置と、の間にある。
【００５１】
複数の第２対向部分１２ｏの１つのＺ軸方向上の位置、複数の第３対向部分１３ｏの１つのＺ軸方向上の位置、および複数の第４対向部分１４ｏの１つのＺ軸方向上の位置は、複数の第１対向部分１１ｏの１つのＺ軸方向上の位置と、複数の第１対向部分１１ｏの別の１つのＺ軸方向上の位置と、の間にある。
【００５２】
すなわち、第２面Ｓ２は、Ｘ軸方向に沿って交互に並ぶ複数の第２頂部および複数の第２底部を含む。第２頂部のＺ軸方向上の位置は、第２底部のＺ軸方向上の位置と異なる。第２頂部は、複数の第１対向部分１１ｏの１つに対応する。第２底部は、複数の第１対向部分１１ｏの別の１つに対応する。第２面Ｓ２のＺ軸方向上の位置は、Ｘ軸方向に沿って繰り返し変化している。例えば、複数の第１濃度領域の１つから複数の第２頂部の１つに向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。複数の第１濃度領域の別の１つから複数の第２底部の１つに向かう方向は、Ｚ軸方向に沿う。
【００５３】
第１対向部分１１ｏのＺ軸方向上の位置および第２部分１２ｐのＺ軸方向上の位置は、第１部分１１ｐのＺ軸方向上の位置と、第２対向部分１２ｏのＺ軸方向上の位置と、の間にある。第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間のＺ軸方向に沿った距離は、例えば、Ｘ軸方向において一定である。
【００５４】
図５（ａ）は、第１実施形態に係る磁気素子の別の一例を表す模式的断面図である。図５（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気素子の一例を表す模式的平面図である。
【００５５】
図５（ｂ）に表したように、磁気素子１５０では、第１面Ｓ１から第２面Ｓ２に向かう方向は、Ｙ軸方向に沿う。
【００５６】
第３部分１３ｐのＹ軸方向上の位置および第４部分１４ｐのＹ軸方向上の位置は、第１部分１１ｐのＹ軸方向上の位置と、第２部分１２ｐのＹ軸方向上の位置と、の間にある。第１面Ｓ１のＹ軸方向上の位置は、Ｘ軸方向に沿って繰り返し変化している。
【００５７】
第３対向部分１３ｏのＹ軸方向上の位置および第４対向部分１４ｏのＹ軸方向上の位置は、第１対向部分１１ｏのＹ軸方向上の位置と、第２対向部分１２ｏのＹ軸方向上の位置と、の間にある。第２面Ｓ２のＹ軸方向上の位置は、Ｘ軸方向に沿って繰り返し変化している。
【００５８】
第１部分１１ｐから第１対向部分１１ｏに向かう方向は、Ｙ軸方向に沿う。第２部分１２ｐから第２対向部分１２ｏに向かう方向は、Ｙ軸方向に沿う。第３部分１３ｐから第３対向部分１３ｏに向かう方向は、Ｙ軸方向に沿う。第４部分１４ｐから第４対向部分１４ｏに向かう方向は、Ｙ軸方向に沿う。
【００５９】
第１対向部分１１ｏのＹ軸方向上の位置および第２部分１２ｐのＹ軸方向上の位置は、第１部分１１ｐのＹ軸方向上の位置と、第２対向部分１２ｏのＹ軸方向上の位置と、の間にある。
【００６０】
第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間のＹ軸方向に沿った距離は、例えば、Ｘ軸方向において一定である。図５（ａ）に表したように、第１面Ｓ１のＺ軸方向における長さは、例えば、Ｘ軸方向において一定である。第２面Ｓ２のＺ軸方向における長さは、例えば、Ｘ軸方向において一定である。
【００６１】
図６は、第２実施形態に係る磁気記憶装置の一例を表す模式的断面図である。
図６に表したように、磁気記憶装置２１０は、例えば、磁気素子１２０、読出部３０、書込部４０、および制御部５０を含む。
【００６２】
第１磁性部１０は、第１接続領域１０ａおよび第２接続領域１０ｂを含む。第１領域２１、第２領域２２、第３領域２３、および第４領域２４は、Ｘ軸方向において、第１接続領域１０ａと第２接続領域１０ｂとの間に位置する。
【００６３】
読出部３０は、例えば、第１接続領域１０ａと接続される。書込部４０は、第２接続領域１０ｂと接続される。書込部４０は、Ｘ軸方向において、読出部３０から離間している。
【００６４】
読出部３０は、第１非磁性部３１、第２磁性部３２、および第１電極３３を含む。第１非磁性部３１は、第１接続領域１０ａと、第２磁性部３２と、の間に設けられる。第２磁性部３２は、第１非磁性部３１と、第１電極３３と、の間に設けられる。
【００６５】
書込部４０は、第２非磁性部４１、第３磁性部４２、および第２電極４３を含む。第２非磁性部４１は、第２接続領域１０ｂと、第３磁性部４２と、の間に設けられる。第３磁性部４２は、第２非磁性部４１と、第２電極４３と、の間に設けられる。
【００６６】
制御部は、第１接続領域１０ａ、第２接続領域１０ｂ、第１電極３３、および第２電極４３と電気的に接続される。
【００６７】
第１磁性部１０に記憶された磁化情報を読み出す場合、制御部５０は、例えば、第１電極３３と第１接続領域１０ａとの間に電流を流す。第１接続領域１０ａに位置する磁区の磁化の向きが、第２磁性部３２の磁化の向きと同じ（平行な）場合、第１接続領域１０ａと第２磁性部３２との間の電気抵抗値が相対的に小さい。第１接続領域１０ａに位置する磁区の磁化の向きが、第２磁性部３２の磁化の向きと反対の（反平行な）場合、第１接続領域１０ａと第２磁性部３２との間の電気抵抗値が相対的に大きい。読出部３０は、この電気抵抗値の変化を読み取ることで、第１接続領域１０ａに位置する磁区の磁化情報を読み出す。
【００６８】
第１磁性部１０に情報を書き込む場合、制御部５０は、例えば、第２接続領域１０ｂから第２電極４３に向けて電流を流す。電子が第３磁性部４２から第２接続領域１０ｂに向かって流れる際に、第３磁性部４２の磁化の向きにスピン偏極した電子流が流れる。このスピン偏極した電子流により、第２接続領域１０ｂに位置する磁区の磁化の向きを制御し、磁化情報が書き込まれる。
【００６９】
第２磁性部３２および第３磁性部４２は、例えば、上述した第１磁性部１０と同様の磁性材料を含む。
【００７０】
第１非磁性部３１および第２非磁性部４１は、非磁性の金属材料または非磁性の絶縁材料を含む。非磁性の金属材料は、例えば、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、およびＢｉからなる群より選択された少なくとも１つである。
【００７１】
第１非磁性部３１および第２非磁性部４１は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＡｌＮ、Ｂｉ２Ｏ３、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＴｉＯ３、ＡｌＬａＯ３、Ａｌ−Ｎ−Ｏ、Ｓｉ−Ｎ−Ｏ、および非磁性半導体からなる群より選択された少なくとも１つを含む。この場合、第１非磁性部３１および第２非磁性部４１は、例えば、トンネルバリア層として機能する。これにより、読出部３０および書込部４０における磁気抵抗効果を大きくできる。非磁性半導体は、例えば、ＺｎＯ、ＩｎＭｎ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＴｉＯ２、Ｚｎ、およびＴｅからなる群より選択された少なくとも１つである。
【００７２】
上述した化合物は、化学量論的にみて完全に正確な組成である必要はなく、酸素、窒素、フッ素などの欠損、あるいは過不足が存在していてもよい。
【００７３】
第１非磁性部３１の厚さおよび第２非磁性部４１の厚さのそれぞれは、例えば、０．２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが望ましい。第１非磁性部３１および第２非磁性部４１が絶縁材料を含む場合、第１非磁性部３１の厚さおよび第２非磁性部４１の厚さのそれぞれは、０．２ｎｍ以上５ｎｍ以下であることが望ましい。第１非磁性部３１および第２非磁性部４１が絶縁材料を含む場合、それぞれの層の内部にピンホールが存在してもよい。
【００７４】
第１電極３３および第２電極４３は、例えば、ＡｌおよびＣｕからなる群より選択された少なくとも１つの金属を含む。
【００７５】
第２磁性部３２と第１電極３３との間および第３磁性部４２と第２電極４３との間には、反強磁性部が設けられていてもよい。反強磁性部は、反強磁性材料を含む。反強磁性材料は、例えば、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｃｒ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｉｒ−Ｍｎ、ＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３、および磁性半導体からなる群より選択された少なくとも１つである。
【００７６】
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、第２実施形態に係る磁気記憶装置の動作の一例を表す断面図である。
図８は、第１磁性部に供給される電流の向きと時間の関係の一例を表すグラフである。
【００７７】
図８において、横軸は時間を表し、縦軸は電流値を表す。図８では、第２接続領域１０ｂから第１接続領域１０ａに向けて流れる電流を正として表している。換言すると、図８では、図７（ａ）〜図７（ｃ）の右側から左側へ流れる電流を正として表している。
【００７８】
図７（ａ）は、図８に表される時刻ｔ０と時刻ｔ１との間の状態を表す。第１磁性部１０に電流が供給されていないとき、磁壁ＤＷは、第１磁性領域１１に存在する。
【００７９】
時刻ｔ１と時刻ｔ２の間で、制御部５０は、第１動作ＯＰ１を実施する。図７（ｂ）は、図８に表される時刻ｔ２の状態を表す。第１動作ＯＰ１では、図７（ｂ）の左方向に向かって第１電流が第１磁性部１０に供給される。すなわち、第１動作ＯＰ１では、図７（ｂ）の右方向に向かって電子が流れる。第１動作ＯＰ１が行われると、磁壁ＤＷは、電子の流れに沿って移動する。磁壁ＤＷは、第１磁性領域１１から、第３磁性領域１３および第２磁性領域１２を通過し、第２磁性領域１２と第４磁性領域１４との境界で停止する。
【００８０】
時刻ｔ２と時刻ｔ３の間で、制御部５０は、第２動作ＯＰ２を実施する。制御部５０は、第２動作ＯＰ２において、第１磁性部１０に供給していた第１電流を停止させる。図７（ｃ）は、図８に表した時刻ｔ３の状態を表す。時刻ｔ２と時刻ｔ３の間に、第３磁性領域１３と第４磁性領域１４との境界に存在していた磁壁ＤＷは、電流が供給されていない状態において、エネルギー的に安定な第１磁性領域１１に移動する。
【００８１】
制御部５０は、第２動作ＯＰ２において、第１磁性部１０に第２電流を供給してもよい。第２動作ＯＰ２における第２電流の電流値の絶対値は、第１動作ＯＰ１における第１電流の電流値ｉ１の絶対値より小さく設定される。第２電流の電流値の絶対値は、磁壁ＤＷが、第２磁性領域１２と第４磁性領域１４との境界から第１磁性領域１１に移動可能な範囲に、設定される。
【００８２】
磁壁ＤＷが第２磁性領域１２と第４磁性領域１４との間にある状態で電流を流すと、磁壁ＤＷの移動の向きが安定しない可能性がある。本実施形態に係る磁気記憶装置２００では、磁壁ＤＷを第１電流によって移動させた後、磁壁ＤＷが、第２磁性領域１２と第４磁性領域１４との境界から、第１磁性領域１１に移動する。このため、第１磁性部１０に電流を流した際の、磁壁ＤＷの移動の向きを安定させることができる。
【００８３】
発明者らは、磁気記憶装置２１０において、第１磁性領域１１から移動した磁壁ＤＷを、第２磁性領域１２と第４磁性領域１４との境界で停止させることができることを発見した。磁壁ＤＷの、第１磁性領域１１から、第２磁性領域１２と第４磁性領域１４との境界への移動は、第１電流の供給時間に依らない。
【００８４】
例えば、第１時間の間、第１電流を第１磁性部１０に供給した場合、磁壁ＤＷは、第１磁性領域１１から、第２磁性領域１２と第４磁性領域１４との境界へ移動する。例えば、第１時間の２倍の第２時間の間、第１電流を第１磁性部１０に供給した場合、磁壁ＤＷは、第１磁性領域１１から、第２磁性領域１２と第４磁性領域１４との境界へ移動する。第１電流の供給時間に依存せずに、磁壁ＤＷを１ビット長移動させることができる。従って、本実施形態によれば、磁壁ＤＷの位置の制御性を向上させ、磁気記憶装置の動作安定性を向上させることが可能となる。
【００８５】
発明者らは、磁壁ＤＷの停止が、第１部材２０におけるDzyaloshinskii-Moriya Interaction（ＤＭＩ）およびスピンホール効果と関係している可能性があると考えている。
【００８６】
この考察に基づけば、図７（ａ）〜図７（ｃ）および図８に表される例では、第１領域２１および第２領域２２における、ＤＭＩの係数Ｄと、スピンホール角θと、の積θＤは、正の値であると考えられる。第３領域２３および第４領域２４における、ＤＭＩの係数Ｄと、スピンホール角と、の積θＤは、負の値であると考えられる。または、第３領域２３および第４領域２４における積θＤの絶対値は、第１領域２１および第２領域２２における積θＤの絶対値よりも小さいと考えられる。これらの場合、磁壁ＤＷは、電子が流れる向きに沿って移動すると考えられる。
【００８７】
磁壁ＤＷは、例えば、第１部材２０の各領域から生じるスピンホール効果により、第２磁性領域１２と第４磁性領域１４との境界まで移動すると考えられる。磁壁ＤＷに働くスピンホール効果は、磁壁ＤＷの移動距離が長くなるほど、低下する。これは、磁壁ＤＷの第３磁性領域１３の通過、および、磁壁ＤＷの第２磁性領域１２と第４磁性領域１４との境界における停止に影響していると考えられる。
【００８８】
第１領域２１、第２領域２２、第３領域２３、および第４領域２４は、第１元素を含む。第１元素は、例えば、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｐｔ、およびＰｄからなる群より選択された少なくとも１つである。第１領域２１における第１元素の濃度は、第３領域２３における第１元素の濃度よりも高く、第４領域２４における第１元素の濃度よりも高い。第２領域２２における第１元素の濃度は、第３領域２３における第１元素の濃度よりも高く、第４領域２４における第１元素の濃度よりも高い。
【００８９】
これにより、第１領域２１および第２領域２２のθＤの絶対値を、第３領域２３および第４領域２４のθＤの絶対値よりも大きくすることができると考えられる。
【００９０】
第１領域２１および第２領域２２は、第１元素を含み、第３領域２３および第４領域２４は、第１元素を含んでいなくても良い。この場合、第１領域２１および第２領域２２のθＤを正の値とし、第３領域２３および第４領域２４のθＤを負の値とすることができると考えられる。または、第１領域２１および第２領域２２のθＤの絶対値を、第３領域２３および第４領域２４のθＤの絶対値よりも大きくすることができると考えられる。
【００９１】
または、第１元素は、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔａ、およびＨｆからなる第１群より選択されても良い。この場合、第１領域２１は、第１元素を含み、第２領域２２は、第２元素を含む。第２元素は、第１群より選択された少なくとも１つである。第２元素は、第１元素と異なっていても良い。
第３領域２３は、第３元素を含み、第４領域２４は、第４元素を含む。第３元素は、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、およびＴａＮからなる第２群から選択される少なくとも１つである。第４元素は、第２群から選択される少なくとも１つである。第３元素は、第４元素と同じでも良いし、第４元素と異なっていても良い。
この場合、第１領域２１および第２領域２２のθＤを正の値とし、第３領域２３および第４領域２４のθＤを負の値とすることができると考えられる。
【００９２】
第１領域２１および第２領域２２のθＤは負の値であり、第３領域２３および第４領域２４のθＤは正の値であっても良い。この場合、磁壁ＤＷは、電子が流れる向きと逆の向きに沿って移動すると考えられる。
【００９３】
この場合、第３領域２３は、第１元素を含み、第４領域２４は、第２元素を含む。第１元素は、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔａ、およびＨｆからなる第１群より選択された少なくとも１つである。第２元素は、第１群より選択された少なくとも１つである。第２元素は、第１元素と異なっていても良い。
第１領域２１は、第３元素を含み、第２領域２２は、第４元素を含む。第３元素は、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、およびＴａＮからなる第２群から選択される少なくとも１つである。第４元素は、第２群から選択される少なくとも１つである。第３元素は、第４元素と同じでも良いし、第４元素と異なっていても良い。
この場合、第１領域２１および第２領域２２のθＤを負の値とし、第３領域２３および第４領域２４のθＤを正の値とすることができると考えられる。
【００９４】
図９（ａ）〜図９（ｃ）および図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、第２実施形態に係る磁気記憶装置の特性を表すシミュレーション結果である。
図９（ａ）および図１０（ａ）は、第２実施形態に係る磁気記憶装置２１０の一部を表す断面図である。図９（ｂ）、図９（ｃ）、図１０（ｂ）、および図１０（ｃ）において、横軸は時間ｔを表し、縦軸はＸ軸方向における磁壁の位置ｐを表す。図９（ｂ）、図９（ｃ）、図１０（ｂ）、および図１０（ｃ）は、図９（ａ）および図１０（ａ）に表した第１磁性部１０の上方から下方に向けて電子を流した場合の、磁壁ＤＷの位置の変化を表す。
【００９５】
このシミュレーションでは、第１領域２１および第２領域２２のＤＭＩの係数Ｄは、０．１ｅｒｇ／ｃｍ２に設定されている。第１領域２１、第２領域２２、第３領域２３、および第４領域２４のそれぞれのスピンホール角θは、０．９に設定されている。図９（ｂ）は、第３領域２３および第４領域２４のＤＭＩの係数Ｄが、０．１ｅｒｇ／ｃｍ２の場合の結果を表す。図９（ｃ）は、係数Ｄが０の場合の結果を表す。図１０（ｂ）は、係数Ｄが−０．０５ｅｒｇ／ｃｍ２の場合の結果を表す。図１０（ｃ）は、係数Ｄが−０．１ｅｒｇ／ｃｍ２の場合の結果を表す。
【００９６】
図９（ｂ）の結果は、係数Ｄが０．１ｅｒｇ／ｃｍ２の場合、磁壁ＤＷは、第２磁性領域１２と第４磁性領域１４との境界で停止しないことを表している。図９（ｃ）の結果は、係数Ｄが０ｅｒｇ／ｃｍ２の場合、磁壁ＤＷは、第２磁性領域１２と第４磁性領域１４との境界で停止することを表している。
【００９７】
図１０（ｂ）および図１０（ｃ）の結果は、係数Ｄが−０．０５ｅｒｇ／ｃｍ２または−０．１ｅｒｇ／ｃｍ２の場合、磁壁ＤＷは、第２磁性領域１２と第４磁性領域１４との境界で停止することを表している。
【００９８】
図９（ｂ）、図９（ｃ）、図１０（ｂ）、および図１０（ｃ）の結果は、第１領域２１および第２領域２２のＤＭＩの係数Ｄが、正の値および負の値の一方であり、第３領域２３および第４領域２４のＤＭＩの係数Ｄが、０または正の値および負の値の他方であることが望ましいことを表している。
【００９９】
図１１は、第３実施形態に係る磁気素子の一部を表す模式的斜視図である。
図１２は、第３実施形態に係る磁気素子の一部を表す模式的断面図である。
【０１００】
図１１に表したように、磁気素子３１０では、第１磁性部１０は、筒状である。第１磁性部１０は、Ｘ軸方向に延びる。
【０１０１】
図１２に表したように、第１部材２０は、第１磁性部１０の周りに設けられる。第１部材２０は、Ｘ軸方向に延びる。第１部材２０から第１磁性部１０に向かう方向は、Ｘ軸方向と交差する。第１磁性部１０は、第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を有する。第２面Ｓ２は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向において、第１面Ｓ１と第１部材２０との間に位置する。
【０１０２】
第１面Ｓ１は、第１部分１１ｐ、第２部分１２ｐ、第３部分１３ｐ、および第４部分１４ｐを含む。第２面Ｓ２は、第１対向部分１１ｏ、第２対向部分１２ｏ、第３対向部分１３ｏ、および第４対向部分１４ｏを含む。
【０１０３】
第１領域２１は、第１対向部分１１ｏの周りに設けられる。第１部分１１ｐは、Ｘ軸方向と交差する方向において、第１対向部分１１ｏと第１領域２１との間に位置する。第２領域２２は、第２対向部分１２ｏの周りに設けられる。第２部分１２ｐは、Ｘ軸方向と交差する方向において、第２対向部分１２ｏと第２領域２２との間に位置する。
【０１０４】
第３領域２３は、第３対向部分１３ｏの周りに設けられる。第３部分１３ｐは、Ｘ軸方向と交差する方向において、第３対向部分１３ｏと第３領域２３との間に位置する。第４領域２４は、第４対向部分１４ｏの周りに設けられる。第４部分１４ｐは、Ｘ軸方向と交差する方向において、第４対向部分１４ｏと第４領域２４との間に位置する。
【０１０５】
磁気素子３１０は、第１絶縁部７０をさらに含む。第１部材２０は、Ｘ軸方向と交差する方向において、第１磁性部１０と第１絶縁部７０との間に位置する。第１絶縁部７０は、第１絶縁領域７１、第２絶縁領域７２、第３絶縁領域７３、および第４絶縁領域７４を含む。
【０１０６】
第１絶縁領域７１は、第１領域２１の周りに設けられる。第１領域２１は、Ｘ軸方向と交差する方向において、第１部分１１ｐと第１絶縁領域７１との間に位置する。第２絶縁領域７２は、第２領域２２の周りに設けられる。第２領域２２は、Ｘ軸方向と交差する方向において、第２部分１２ｐと第２絶縁領域７２との間に位置する。
【０１０７】
第３絶縁領域７３は、第３領域２３の周りに設けられる。第３領域２３は、Ｘ軸方向と交差する方向において、第３部分１３ｐと第３絶縁領域７３との間に位置する。第４絶縁領域７４は、第４領域２４の周りに設けられる。第４領域２４は、Ｘ軸方向と交差する方向において、第４部分１４ｐと第４絶縁領域７４との間に位置する。
【０１０８】
第１部分１１ｐと第１対向部分１１ｏとの間のＸ軸方向と交差する方向に沿う距離は、第３部分１３ｐと第３対向部分１３ｏとの間のＸ軸方向と交差する方向に沿う距離よりも短く、第４部分１４ｐと第４対向部分１４ｏとの間のＸ軸方向と交差する方向に沿う距離よりも短い。
【０１０９】
第２部分１２ｐと第２対向部分１２ｏとの間のＸ軸方向と交差する方向に沿う距離は、第３部分１３ｐと第３対向部分１３ｏとの間のＸ軸方向と交差する方向に沿う距離よりも短く、第４部分１４ｐと第４対向部分１４ｏとの間のＸ軸方向と交差する方向に沿う距離よりも短い。
【０１１０】
第１磁性部１０のＹ−Ｚ面に沿った断面積は、Ｘ軸方向に沿って繰り返し変化している。
【０１１１】
第１絶縁領域７１、第２絶縁領域７２、第３絶縁領域７３、および第４絶縁領域７４は、例えば、酸化シリコンまたは窒化シリコンなどの絶縁材料を含む。第１絶縁領域７１および第２絶縁領域７２は、例えば、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｐｔ、およびＰｄからなる群より選択された少なくとも１つの第１元素を含む。
【０１１２】
第３絶縁領域７３における第１元素の濃度は、第１絶縁領域７１における第１元素の濃度よりも低く、第２絶縁領域７２における第２元素の濃度よりも低い。第４絶縁領域７４における第１元素の濃度は、第１絶縁領域７１における第１元素の濃度よりも低く、第２絶縁領域７２における第２元素の濃度よりも低い。第３絶縁領域７３および第４絶縁領域７４は、第１元素を含まない。
【０１１３】
この場合、第３領域２３における第１元素の濃度は、第１領域２１における第１元素の濃度よりも低く、第２領域２２における第１元素の濃度よりも低い。第４領域２４における第１元素の濃度は、第１領域２１における第１元素の濃度よりも低く、第２領域２２における第２元素の濃度よりも低い。第３領域２３および第４領域２４は、第１元素を含まない。これにより第１領域２１および第２領域２２のθＤの絶対値を、第３領域２３および第４領域２４のθＤの絶対値より大きくすることができると考えられる。
【０１１４】
または、第１絶縁領域７１は、第１元素を含み、第２絶縁領域７２は、第２元素を含む。第１元素は、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔａ、およびＨｆからなる第１群より選択された少なくとも１つである。第２元素は、第１群より選択された少なくとも１つである。第２元素は、第１元素と異なっていても良い。
第３絶縁領域７３は、第３元素を含む。第４絶縁領域７４は、第４元素を含む。第３元素は、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、およびＴａＮからなる第２群から選択される少なくとも１つである。第４元素は、第２群から選択される少なくとも１つである。第３元素は、第４元素と同じでも良いし、第４元素と異なっていても良い。
この場合、第１領域２１は第１元素を含み、第２領域２２は第２元素を含む。第３領域２３は第３元素を含み、第４領域２４は第４元素を含む。これにより，第１領域２１および第２領域２２のθＤを正の値とし、第３領域２３および第４領域２４のθＤを負の値とすることができると考えられる。
【０１１５】
または、第３絶縁領域７３は、第１元素を含み、第４絶縁領域７４は、第２元素を含む。第１元素は、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔａ、およびＨｆからなる第１群より選択された少なくとも１つである。第２元素は、第１群より選択された少なくとも１つである。第２元素は、第１元素と異なっていても良い。
第１絶縁領域７１は、第３元素を含み、第２絶縁領域７２は、第４元素を含む。第３元素は、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、およびＴａＮからなる第２群から選択される少なくとも１つである。第４元素は、第２群から選択される少なくとも１つである。第３元素は、第４元素と同じでも良いし、第４元素と異なっていても良い。
この場合、第３領域２３は第１元素を含み、第４領域２４は第２元素を含む。第１領域２１は第３元素を含み、第２領域２２は第４元素を含む。これにより，第１領域２１および第２領域２２のθＤを負の値とし、第３領域２３および第４領域２４のθＤを正の値とすることができると考えられる。
【０１１６】
図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は、第３実施形態に係る磁気素子の製造方法の一部を例示する模式的断面図である。
第１磁性部１０、第１部材、および第１絶縁部７０の形成方法について、説明する。
【０１１７】
図１３（ａ）に表したように、第１絶縁領域７１、第２絶縁領域７２、第３絶縁領域７３、および第４絶縁領域７４を積層させ、第１絶縁部７０を形成する。例えば、第１絶縁領域７１および第２絶縁領域７２の形成時のみ、これらの絶縁領域にＡｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｐｔ、およびＰｄからなる群より選択された少なくとも１つの第１元素を添加する。
【０１１８】
図１３（ｂ）に表されるように、第１絶縁部７０に第１開口Ｏ１を形成する。第１開口Ｏ１は、複数の大径部分および複数の小径部分を有する。大径部分のＺ軸方向における長さは、小径部分のＺ軸方向における長さよりも長い。複数の大径部分と複数の小径部分は、Ｘ軸方向に沿って交互に並ぶ。第１絶縁領域７１には、小径部分が形成される。第２絶縁領域７２には、大径部分が形成される。
【０１１９】
第１開口Ｏ１の内壁に、金属層を形成する。この金属層および第１絶縁部７０を加熱する。熱処理により、第１絶縁領域７１および第２絶縁領域７２から金属層へ、第１元素が拡散する。この結果、図１３（ｃ）に表したように、金属層に、第１領域２１、第２領域２２、第３領域２３、および第４領域２４が形成される。金属層の第１元素が拡散された部分は、第１領域２１および第２領域２２に対応する。第１領域２１、第２領域２２、第３領域２３、および第４領域２４を含む金属層は、第１部材２０に対応する。
【０１２０】
第１開口Ｏ１内部に磁性層を形成し、第１開口Ｏ１を埋め込む。図１３（ｄ）に表したように、この磁性層に、第２開口Ｏ２を形成し、筒状の第１磁性部１０を形成する。第２開口Ｏ２内部には、さらに絶縁層が形成されてもよい。
【０１２１】
図１４は、第４実施形態に係る磁気記憶装置を表す模式的斜視図である。
図１４に表した磁気記憶装置４１０は、磁気素子３１０、読出部３０、書込部４０、および制御部５０を含む。
【０１２２】
第１磁性部１０の第１接続領域１０ａは、第１接続磁性部５１と接続される。読出部３０は、第１接続磁性部５１と接続される。読出部３０は、第１接続磁性部５１を介して、第１磁性部１０と電気的に接続される。読出部３０は、第１接続磁性部５１の磁区の磁化情報を読み出す。
【０１２３】
第１磁性部１０は、第２接続磁性部５２と接続される。書込部４０は、第２接続磁性部５２と接続される。書込部４０は、第２接続磁性部５２を介して、第１磁性部１０と電気的に接続される。書込部４０は、第２接続磁性部５２に磁化情報を書き込む。
【０１２４】
制御部５０は、第１接続磁性部５１および第２接続磁性部５２と電気的に接続される。例えば、制御部５０が第１接続磁性部５１から第２接続磁性部５２に向けて第１電流を流す（第２接続磁性部５２から第１接続磁性部５１に向けて電子を流す）と、第１磁性部１０の磁壁が第１接続磁性部５１に移動する。読出部３０は、第１接続磁性部５１に移動した磁区の磁化情報を読み出す。制御部５０が第１電流を流すと、書込部４０によって書き込まれた第２接続磁性部５２の磁区が、第１磁性部１０に移動する。
【０１２５】
第１接続磁性部５１の磁化情報の読出しと第１電流の供給を交互に行うことで、第１磁性部１０に記憶された複数の磁化情報を連続して読出すことができる。第２接続磁性部５２への磁化情報の書き込みと第１電流の供給を交互に行うことで、第１磁性部１０に磁化情報を連続して書き込むことができる。
【０１２６】
図１５は、第５実施形態に係る磁気記憶装置の回路図である。
図１５に表した磁気記憶装置５００は、複数の磁気素子ＭＥ、複数のスイッチング素子Ｔ、複数のワード線ＷＬ１〜ＷＬｍ、および複数のビット線ＢＬ１〜ＢＬｎを含む。磁気素子ＭＥは、例えば、磁気素子１１０〜１５０および３１０からなる群より選択される。
【０１２７】
複数のトランジスタのそれぞれは、第１端子と、第２端子と、ゲートと、を含む。複数の第１端子は、それぞれ、複数の磁気素子ＭＥの第２接続領域１０ｂと電気的に接続される。複数のゲートは、それぞれ、複数のワード線ＷＬ１〜ＷＬｍと電気的に接続される。複数の第２端子は、固定電位に接続される。複数のビット線ＢＬ１〜ＢＬｎは、それぞれ、複数の磁気素子ＭＥの第１接続領域１０ａと電気的に接続される。
【０１２８】
複数のワード線ＷＬ１〜ＷＬｍは、各配線を選択するデコーダ、書き込み回路等を含む、駆動回路５１０Ａおよび５１０Ｂと電気的に接続される。ビット線ＢＬ１〜ＢＬｎは、各配線を選択するデコーダ、読み出し回路等を含む、駆動回路５２０Ａおよび５２０Ｂと電気的に接続される。
【０１２９】
図１５では、磁気素子ＭＥの読出部３０および書込部４０を省略されている。例えば、読出部３０の一端は、不図示のスイッチング素子と電気的に接続される。読出部３０の他端は、不図示の電流源と電気的に接続される。書込部４０の一端は、不図示の別のスイッチング素子と電気的に接続される。書込部４０の他端は、不図示の電流源と電気的に接続される。
【０１３０】
駆動回路５１０Ａ、５１０Ｂ、５２０Ａ、および５２０Ｂは、制御部５０と電気的に接続される。駆動回路５１０Ａ、５１０Ｂ、５２０Ａ、および５２０Ｂのそれぞれの内部のデコーダは、入力されたアドレス信号をデコードする。デコードされたアドレスに応じて、複数の磁気素子ＭＥの１つが選択される。選択された磁気素子ＭＥの第１磁性部１０に電流を供給する。磁壁が移動する。
【０１３１】
以上の各実施形態によれば、動作安定性が向上した磁気素子および磁気記憶装置が提供される。
【０１３２】
実施形態は、以下の構成（例えば技術案）を含んでも良い。  
（構成１）
複数の第１濃度領域と第２濃度領域とを含む第１部材であって、前記複数の第１濃度領域は第１方向に沿って並び、前記第２濃度領域は前記複数の第１濃度領域の１つと前記複数の第１濃度領域の別の１つとの間に位置し、前記複数の第１濃度領域および前記第２濃度領域は、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、Ｈｆ、Ｐｔ、およびＰｄからなる群より選択された少なくとも１つの第１元素を含み、前記複数の第１濃度領域の前記１つにおける前記第１元素の第１濃度は、前記第２濃度領域における前記第１元素の第２濃度よりも高い、前記第１部材と、
第１磁性部であって、前記複数の第１濃度領域から前記第１磁性部に向かう方向は、前記第１方向と交差する第２方向に沿う、前記第１磁性部と、
を備えた磁気素子。
（構成２）
前記第１磁性部は、第１面および第２面を有し、
前記第１面は、前記第２方向において、前記第２面と前記第１部材との間に位置し、
前記第１面は、複数の第１頂部および複数の第１底部を含み、
前記複数の第１頂部と前記複数の第１底部は、前記第１方向に沿って交互に並ぶ構成１記載の磁気素子。
（構成３）
前記複数の第１濃度領域の１つから前記複数の第１頂部の１つに向かう方向は、前記第２方向に沿い、
前記複数の第１濃度領域の別の１つから前記複数の第１底部の１つに向かう方向は、前記第２方向に沿う構成２記載の磁気素子。
（構成４）
前記第１磁性部は、第１面および第２面を有し、
前記第１面は、前記第２方向において、前記第２面と前記第１部材との間に位置し、
前記第２面は、複数の第２頂部および複数の第２底部を含み、
前記複数の第２頂部と前記複数の第２底部は、前記第１方向に沿って交互に並ぶ構成１記載の磁気素子。
（構成５）
前記複数の第１濃度領域の１つから前記複数の第２頂部の１つに向かう方向は、前記第２方向に沿い、
前記複数の第１濃度領域の別の１つから前記複数の第２底部の１つに向かう方向は、前記第２方向に沿う構成４記載の磁気素子。
（構成６）
第１方向に延びる第１磁性部と、
前記第１磁性部の周りに設けられた第１部材であって、前記第１部材から前記第１磁性部に向かう方向は前記第１方向と交差し、前記第１部材は、第１領域と、第２領域と、前記第１方向において前記第１領域と前記第２領域との間に位置する第３領域と、を含み、前記第１領域は、Ａｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔａ、およびＨｆからなる第１群より選択された少なくとも１つの第１元素を含み、前記第２領域は、前記第１群より選択された少なくとも１つの第２元素を含み、前記第３領域は、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、およびＴａＮからなる第２群から選択される少なくとも１つの第３元素を含む、第１部材と、
を備えた磁気素子。
（構成７）
絶縁部をさらに備え、
前記第１部材は、前記第１方向と交差する方向において、前記絶縁部と前記第１磁性部との間に位置し、
前記絶縁部は、第１絶縁領域、第２絶縁領域、および第３絶縁領域を含み、
前記第１領域は、前記第１方向と交差する方向において、前記第１磁性部と前記第１絶縁領域との間に位置し、
前記第２領域は、前記第１方向と交差する方向において、前記第１磁性部と前記第２絶縁領域との間に位置し、
前記第３領域は、前記第１方向と交差する方向において、前記第１磁性部と前記第３絶縁領域との間に位置し、
前記第１絶縁領域は、前記第１元素を含み、
前記第２絶縁領域は、前記第２元素を含み、
前記第３絶縁領域は、前記第３元素を含む構成６記載の磁気素子。
（構成８）
前記第１磁性部は、第１面および第２面を有し、
前記第１面は、前記第１方向と交差する方向において、前記第１部材と前記第２面との間に位置し、
前記第１面は、第１部分、第２部分、および第３部分を含み、
前記第２面は、第１対向部分、第２対向部分、および第３対向部分を含み、
前記第１部分は、前記第１方向と交差する方向において、前記第１対向部分と前記第１領域との間に位置し、
前記第２部分は、前記第１方向と交差する方向において、前記第２対向部分と前記第２領域との間に位置し、
前記第３部分は、前記第１方向と交差する方向において、前記第３対向部分と前記第３領域との間に位置し、
前記第３部分と前記第３対向部分との間の前記第１方向と交差する方向に沿う距離は、前記第１部分と前記第１対向部分との間の前記第１方向と交差する方向に沿う距離よりも長く、前記第２部分と前記第２対向部分との間の前記第１方向と交差する方向に沿う距離よりも短い構成６または７に記載の磁気素子。
（構成９）
構成１〜８のいずれか１つの磁気素子と、
制御部と、
を備え、
前記第１磁性部は、第１接続領域および第２接続領域を含み、
前記制御部は、前記第１接続領域および前記第２接続領域と電気的に接続され、
前記制御部は、第１動作および第２動作を実施し、
前記制御部は、前記第１動作において、前記第１接続領域と前記第２接続領域との間に第１電流を供給し、
前記制御部は、前記第１動作の後の前記第２動作において、前記第１接続領域と前記第２接続領域との間に電流を供給しない磁気記憶装置。
（構成１０）
構成１〜８のいずれか１つの磁気素子と、
制御部と、
を備え、
前記第１磁性部は、第１接続領域および第２接続領域を含み、
前記制御部は、前記第１接続領域および前記第２接続領域と電気的に接続され、
前記制御部は、第１動作および第２動作を実施し、
前記制御部は、前記第１動作において、前記第１接続領域と前記第２接続領域との間に第１電流を供給し、
前記制御部は、前記第１動作の後の前記第２動作において、前記第１接続領域と前記第２接続領域との間に第２電流を供給し、
前記第２電流の電流値の絶対値は、前記第１電流の電流値の絶対値よりも小さい磁気記憶装置。
（構成１１）
第１端子と、第２端子と、ゲートと、を含むスイッチング素子と、
ワード線と、
ビット線と、
をさらに備え、
前記第１端子は、前記第１接続領域と電気的に接続され、
前記第２端子は、固定電位に接続され、
前記ゲートは、前記ワード線と接続され、
前記ビット線は、前記第２接続領域と電気的に接続された構成８または９に記載の磁気記憶装置。
【０１３３】
なお、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。
【０１３４】
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、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気素子および磁気記憶装置に含まれる第１磁性部、第１部材、読出部、書込部、制御部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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気素子および磁気記憶装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気素子および磁気記憶装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１３７】
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。
【０１３８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３９】
１０ 第１磁性部、  １０ａ 第１接続領域、  １０ｂ 第２接続領域、  １１ 第１磁性領域、  １１ｏ 第１対向部分、  １１ｐ 第１部分、  １２ 第２磁性領域、  １２ｏ 第２対向部分、  １２ｐ 第２部分、  １３ 第３磁性領域、  １３ｏ 第３対向部分、  １３ｐ 第３部分、  １４ 第４磁性領域、  １４ｏ 第４対向部分、  １４ｐ 第４部分、  ２０ 第１部材、  ２１ 第１領域、  ２２ 第２領域、  ２３ 第３領域、  ２４ 第４領域、  ３０ 読出部、  ３１ 第１非磁性部、  ３２ 第２磁性部、  ３３ 第１電極、  ４０ 書込部、  ４１ 第２非磁性部、  ４２ 第３磁性部、  ４３ 第２電極、  ５０ 制御部、  ５１ 第１接続磁性部、  ５２ 第２接続磁性部、  ５３ 磁性部、  ５４ 磁性部、  ７０ 第１絶縁部、  ７１ 第１絶縁領域、  ７２ 第２絶縁領域、  ７３ 第３絶縁領域、  ７４ 第４絶縁領域、  １１０〜１５０ 磁気素子、  ２００、２１０ 磁気記憶装置、  ３１０ 磁気素子、  ４１０、５００ 磁気記憶装置、  ５１０Ａ、５１０Ｂ、５２０Ａ、５２０Ｂ 駆動回路、  ＢＬ ビット線、  ＤＷ 磁壁、  Ｌ１ｙ、Ｌ１ｚ、Ｌ２ｙ、Ｌ２ｚ、Ｌ３ｙ、Ｌ３ｚ、Ｌ４ｙ、Ｌ４ｚ 長さ、  ＭＤ 磁区、  ＭＥ 磁気素子、  Ｏ１ 第１開口、  Ｏ２ 第２開口、  ＯＰ１ 第１動作、  ＯＰ２ 第２動作、  Ｓ１ 第１面、  Ｓ２ 第２面、  Ｔ スイッチング素子、  ＷＬ ワード線
【図１】
2019021662.tif 000003
【図２】
2019021662.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019021662.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2019021662.tif 000011
【図１０】
2019021662.tif 000012
【図１１】
2019021662.tif 000013
【図１２】
2019021662.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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