(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層に挟まれたスペーサ層とを有する磁気抵抗効果素子と、
前記磁気抵抗効果素子に電流を印加する電流印加部とを有し、
前記電流印加部は、前記磁気抵抗効果素子の発振閾値電流密度ＪＯより大きな第１の電流密度を有する電流を時間ＴＰ間、前記磁気抵抗効果素子に印加する第１のステップを実行し、
その後、前記磁気抵抗効果素子が所定の周波数で発振するように、前記第１の電流密度未満でかつ前記発振閾値電流密度ＪＯ以上の第２の電流密度ＪＳを有する電流を前記磁気抵抗効果素子に印加する第２のステップを実行し、
前記第１のステップにおける前記第１の電流密度の時間ＴＰ間の平均値をＪＰ、前記磁気抵抗効果素子の磁化反転閾値電流密度をＪＲ、前記磁気抵抗効果素子の磁化反転時間をＴＲとしたとき、式（１）、式（２）および式（３）または、式（１）および式（４）を満たす磁気抵抗効果発振器。
【数１】
0006455806.tif 000042
【数２】
0006455806.tif 000043
【数３】
0006455806.tif 000044
【数４】
0006455806.tif 000045
【請求項２】
式（５）、式（２）および式（３）または、式（５）および式（４）を満たす請求項１に記載の磁気抵抗効果発振器。
【数５】
0006455806.tif 000046
【請求項３】
式（６）、式（２）および式（３）または、式（６）および式（４）を満たす請求項２に記載の磁気抵抗効果発振器。
【数６】
0006455806.tif 000047
【請求項４】
式（７）、式（２）および式（３）または、式（７）および式（４）を満たす請求項３に記載の磁気抵抗効果発振器。
【数７】
0006455806.tif 000048
【請求項５】
式（８）、式（２）および式（３）または、式（８）および式（４）を満たす請求項１に記載の磁気抵抗効果発振器。
【数８】
0006455806.tif 000049
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果発振器は、磁気抵抗効果素子に電流を印加することによって生じる磁気抵抗効果素子の磁性層の磁化の歳差運動を利用した発振器である。この発振器では、磁気抵抗効果素子の磁性層の磁化の歳差運動により磁気抵抗効果素子の抵抗値が高周波で変化して、磁気抵抗効果素子が発振する。近年、この磁気抵抗効果発振器に関する研究が盛んに行われている。特許文献１では発振閾値電流密度以下の低い電流密度で磁気抵抗効果発振器を動作させる動作方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５１９７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がりに時間がかかるという問題点があった。磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がりに時間がかかると、例えば高速通信に応用できないという問題点がある。また、磁気抵抗効果発振器は、例えば磁気記録の分野においてマイクロ波アシスト磁気記録への応用が検討されているが、磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がりに時間がかかると、高速な磁気記録ができないという問題点がある。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がりを高速で行うことができる磁気抵抗効果発振器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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の磁気抵抗効果発振器は、第１の磁性層と、第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層に挟まれたスペーサ層とを有する磁気抵抗効果素子と、前記磁気抵抗効果素子に電流を印加する電流印加部とを有し、前記電流印加部は、前記磁気抵抗効果素子の発振閾値電流密度ＪＯより大きな第１の電流密度を有する電流を時間ＴＰ間、前記磁気抵抗効果素子に印加する第１のステップを実行し、その後、前記磁気抵抗効果素子が所定の周波数で発振するように、前記第１の電流密度未満でかつ前記発振閾値電流密度ＪＯ以上の第２の電流密度ＪＳを有する電流を前記磁気抵抗効果素子に印加する第２のステップを実行し、前記第１のステップにおける前記第１の電流密度の時間ＴＰ間の平均値をＪＰ、前記磁気抵抗効果素子の磁化反転閾値電流密度をＪＲ、前記磁気抵抗効果素子の磁化反転時間をＴＲとしたとき、式（１）、式（２）および式（３）または、式（１）および式（４）を満たすことを特徴とする。
【数１】
0006455806.tif 000002
【数２】
0006455806.tif 000003
【数３】
0006455806.tif 000004
【数４】
0006455806.tif 000005
【０００７】
ここで、式（１）〜（４）におけるＪＰ、ＪＲおよびＪＳはそれぞれ、電流密度の大きさ（電流密度の絶対値）である。
【０００８】
この磁気抵抗効果発振器によれば、電流印加部が磁気抵抗効果素子に発振閾値電流密度ＪＯ以上の電流を印加することで磁気抵抗効果素子の磁性層の磁化にスピントランスファートルクが作用し、磁化が歳差運動して磁気抵抗効果素子の発振が生じる。第１のステップにおいてＴＰの間印加される第１の電流密度を有する電流（以下、この電流を「パルス電流」ともいう）に関して、所定の周波数の発振に必要なエネルギーを超過したパルス電流のエネルギーに対応する量はＴＰ（ＪＰ−ＪＳ）で表され、この量が大きいほど、磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がりは高速になる。また、磁気抵抗効果素子の磁性層の磁化が磁化反転するエネルギーに対応する量はＴＲ（ＪＲ−ＪＯ）である。ＴＰが式（１）で示される範囲内であると、第１のステップを省略して第２のステップのみを実行した場合に対して立ち上がり時間を一定以上短縮することができる。ＴＰが下限以下だと、パルス電流のエネルギーが小さいため、立ち上がり時間の短縮率が小さくなる。また、ＴＰが上限以上だと、第１の電流密度を有する電流が印加される時間であるＴＰの影響が大きくなり、第２の電流密度ＪＳに対応した所定の周波数の発振となるまでの時間が長くなるため、立ち上がり時間の短縮率が小さくなる。さらに、ＪＰが磁化反転閾値電流密度ＪＲ以上であることを示す式（３）を満たす時に、ＴＰが式（２）のＴＰの上限を超えると、パルス電流のエネルギーが磁気抵抗効果素子の磁性層の磁化反転に必要なエネルギー以上となり、磁気抵抗効果素子は磁化反転が生じることにより、磁化の歳差運動が発生しない状態になる、もしくは発振の立ち上がり時間が長くなる。式（３）および式（２）、あるいはＪＰが磁化反転閾値電流密度ＪＲよりも小さいことを示す式（４）を満たす時、磁気抵抗効果素子の磁化反転は生じない。従って、この発明によれば、第１のステップを省略して第２のステップのみを実行した場合に対して磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間を短縮することができる。
【０００９】
さらに本発明の磁気抵抗効果発振器は、式（５）、式（２）および式（３）または、式（５）および式（４）を満たすことが好ましい。この磁気抵抗効果発振器によれば、第１のステップを省略して第２のステップのみを実行した場合に対して磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間をさらに短縮することができる。
【数５】
0006455806.tif 000006
【００１０】
さらに本発明の磁気抵抗効果発振器は、式（６）、式（２）および式（３）または、式（６）および式（４）を満たすことが好ましい。この磁気抵抗効果発振器によれば、第１のステップを省略して第２のステップのみを実行した場合に対して磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間をさらに短縮することができる。
【数６】
0006455806.tif 000007
【００１１】
さらに本発明の磁気抵抗効果発振器は、式（７）、式（２）および式（３）または、式（７）および式（４）を満たすことが好ましい。この磁気抵抗効果発振器によれば、第１のステップを省略して第２のステップのみを実行した場合に対して磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間をさらに短縮することができる。
【数７】
0006455806.tif 000008
【００１２】
さらに本発明の磁気抵抗効果発振器は、式（８）、式（２）および式（３）または、式（８）および式（４）を満たすことが好ましい。この磁気抵抗効果発振器によれば、ＴＰが式（８）で示される範囲内であることで、磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間を特に短縮することができる。
【数８】
0006455806.tif 000009
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がりを高速で行うことができる磁気抵抗効果発振器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１，２に係る磁気抵抗効果発振器の回路図である。
【図２】実施形態１に係る磁気抵抗効果素子の模式図である。
【図３】実施形態１，２に係る磁気抵抗効果発振器の回路図である。
【図４】実施形態１，２に係る磁気抵抗効果素子にパルス電流を印加した際の磁化の状態を示す図である。
【図５】実施形態２に係る磁気抵抗効果素子の模式図である。
【図６】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子のダイナミクスＭＲ比の時間変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子のダイナミクスＭＲ比の時間変化のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関する式（１６）をグラフ化したものである。
【図１０】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果と式（１６）との相関を示すグラフである。
【図１１】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子の発振に関するエネルギーに対応した量を示すグラフである。
【図１２】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１３】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関する式（２０）および式（２１）をグラフ化したものである。
【図１４】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果と式（２０）および式（２１）との相関を示すグラフである。
【図１５】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１６】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１８】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１９】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２０】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２１】シミュレーション例１に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２２】シミュレーション例１における式（８）が示す磁気抵抗効果素子に印加するパルス電流の範囲を表すグラフである。
【図２３】シミュレーション例２に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２４】シミュレーション例２に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関する式（１６）をグラフ化したものである。
【図２５】シミュレーション例２に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果と式（１６）との相関を示すグラフである。
【図２６】シミュレーション例２に係る磁気抵抗効果素子の発振に関するエネルギーに対応した量を示すグラフである。
【図２７】シミュレーション例２に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２８】シミュレーション例２に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関する式（２０）および式（２１）をグラフ化したものである。
【図２９】シミュレーション例２に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果と式（２０）および式（２１）との相関を示すグラフである。
【図３０】シミュレーション例２における式（８）が示す磁気抵抗効果素子に印加するパルス電流の範囲を表すグラフである。
【図３１】シミュレーション例３に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図３２】シミュレーション例３に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関する式（１６）をグラフ化したものである。
【図３３】シミュレーション例３に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果と式（１６）との相関を示すグラフである。
【図３４】シミュレーション例３に係る磁気抵抗効果素子の発振に関するエネルギーに対応した量を示すグラフである。
【図３５】シミュレーション例３に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図３６】シミュレーション例３に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関する式（２０）および式（２１）をグラフ化したものである。
【図３７】シミュレーション例３に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果と式（２０）および式（２１）との相関を示すグラフである。
【図３８】シミュレーション例３における式（８）が示す磁気抵抗効果素子に印加するパルス電流の範囲を表すグラフである。
【図３９】シミュレーション例４に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４０】シミュレーション例４に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関する式（１６）をグラフ化したものである。
【図４１】シミュレーション例４に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果と式（１６）との相関を示すグラフである。
【図４２】シミュレーション例４に係る磁気抵抗効果素子の発振に関するエネルギーに対応した量を示すグラフである。
【図４３】シミュレーション例４に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４４】シミュレーション例４に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関する式（２０）および式（２１）をグラフ化したものである。
【図４５】シミュレーション例４に係る磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がり時間に関するシミュレーション結果と式（２０）および式（２１）との相関を示すグラフである。
【図４６】シミュレーション例４における式（８）が示す磁気抵抗効果素子に印加するパルス電流の範囲を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明を実施するための形態の例を説明する。なお、以下の説明は本発明の実施形態の一部を例示するものであり、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、形態が本発明の技術的思想を有するものである限り、本発明の範囲に含まれる。各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせなどは一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
【００１６】
（実施形態１）
図１に磁気抵抗効果発振器１００の回路図を示す。磁気抵抗効果発振器１００は磁気抵抗効果素子１１２と磁気抵抗効果素子１１２に電流を印加する電流印加部１１４を有する。電流印加部１１４は電流源１１３と制御部１１５を有する。電流源１１３は磁気抵抗効果素子１１２に電流を供給できるように接続される。制御部１１５は電流源１１３の動作を制御する。図２は磁気抵抗効果素子１１２の構成例を示す図である。磁気抵抗効果素子１１２は第１の磁性層１０１と、第２の磁性層１０２と、それらの間に配置されたスペーサ層１０３とを有する。第１の磁性層１０１は第１の電極１１０と、第２の磁性層１０２は第２の電極１１１と各々電気的に接続している。第１の電極１１０と第２の電極１１１に電流源１１３を接続する。第１の磁性層１０１および第２の磁性層１０２は、膜面内方向に磁化容易軸をもつ面内磁化膜である。第１の磁性層１０１の磁化方向１０４は固定されている。第２の磁性層１０２の磁化は、磁気抵抗効果素子１１２に電流を印加する前の状態では、第２の磁性層１０２における有効磁場の方向を向いており、矢印１０５は有効磁場の方向を示す。有効磁場は、第２の磁性層１０２内の異方性磁場、交換磁場、反磁場および外部磁場の和である。図２では、第１の磁性層１０１の磁化の方向と、第２の磁性層１０２における有効磁場の方向が、互いに反対方向を向いているが、これらの方向は互いに異なる方向であれば、これらの方向はこれに限られない。
【００１７】
各磁性層はＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｉとＦｅの合金、ＦｅとＣｏの合金またはＦｅとＣｏとＢの合金などを用いることができる。
【００１８】
磁気抵抗効果素子１１２の種類は特に限定されないが、例えば巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子、またはトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子、またはスペーサ層１０３の絶縁層中に電流狭窄パスが存在する電流狭窄型巨大磁気抵抗効果（ＣＣＰ―ＧＭＲ）素子などを用いることができる。
【００１９】
ＧＭＲ素子の場合、スペーサ層１０３はＣｕ、Ａｇ、ＡｕまたはＲｕなどの非磁性導電材料を用いることができる。
【００２０】
ＴＭＲ素子の場合、スペーサ層１０３はＭｇＯまたはＡｌＯｘなどの非磁性絶縁材料を用いることができる。
【００２１】
ＣＣＰ―ＧＭＲ素子の場合、スペーサ層１０３は絶縁層と複数の電流狭窄パスからなり、絶縁層はＡｌＯｘやＭｇＯなどを用いることができ、電流狭窄パスはＣｕ、Ａｇ、ＡｕまたはＲｕなどの非磁性導電材料を用いることができる。
【００２２】
磁気抵抗効果素子１１２は第１の中間層を含んでもよい。例えば、第１の中間層として、第１の磁性層１０１とスペーサ層１０３の間やスペーサ層１０３と第２の磁性層１０２の間に、非磁性金属層や磁性層、絶縁層などが含まれていてもよい。
【００２３】
また、第１の磁性層１０１の磁化方向１０４を固定するために、第１の磁性層１０１に接するように反強磁性層を付加したり、第１の磁性層１０１と接するように第２の中間層、第３の磁性層および反強磁性層などを付加してもよい。また、第１の磁性層１０１の結晶構造、形状などに起因する磁気異方性などを利用して磁化方向１０４を固定してもよい。
【００２４】
反強磁性層はＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＦｅＳ２、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒまたはＭｎなどを用いることができる。
【００２５】
また、各電極と各磁性層間にキャップ層、シード層またはバッファ層などを含んでいてもよく、Ｒｕ、Ｔａ、ＣｕまたはＣｒなどを用いることができる。
【００２６】
電流印加部１１４として、電流源１１３の他に電圧源などを第１および第２の電極に接続することも可能である。
【００２７】
本明細書において、電流の方向を次のように定義する。正の方向を第２の磁性層１０２から第１の磁性層１０１への方向とし、負の方向を第１の磁性層１０１から第２の磁性層１０２への方向とする。
【００２８】
本実施形態１に係る磁気抵抗効果素子１１２の発振について説明する。ここで発振とは、振動的でない直流電流により電気的振動が誘起される現象である。
【００２９】
磁気抵抗効果素子１１２の発振は磁気抵抗効果素子１１２の磁性層の磁化のダイナミクスにより生じる。磁化のダイナミクスは以下のＬＬＧ（ランダウ−リフシッツ−ギルバート）式（９）として表すことができる。
【数９】
0006455806.tif 000010
ここで、ｖは第２の磁性層１０２の磁化の単位ベクトル、γはジャイロ磁気因子、Ｈｅｆｆは第２の磁性層１０２における有効磁場、ｐは第１の磁性層１０１の磁化の単位ベクトル、αは第２の磁性層１０２の磁気緩和定数、μＢはボーア磁子、Ｊは磁気抵抗効果素子１１２に流れる電流の電流密度、ｅは素電荷、ＭＳは第２の磁性層１０２の飽和磁化、ｄは第２の磁性層１０２の厚み、ｔは時間である。式（９）において、電流密度Ｊは、電流の方向が正の方向の時に正の値をとり、電流の方向が負の方向の時に負の値をとる。右辺第１項は歳差運動項、第２項はダンピング項、第３項はスピントランスファ−トルク項である。
【００３０】
ｇ（θ）はスピントランスファー効率であり、磁気抵抗効果素子１１２がＧＭＲ素子の場合、式（１０）、ＴＭＲ素子の場合は式（１１）のように表される。
【数１０】
0006455806.tif 000011
【数１１】
0006455806.tif 000012
ここで、Ｐは第１の磁性層１０１のスピン偏極効率、θは第１の磁性層１０１の磁化の方向と第２の磁性層１０２の磁化の方向のなす角である。
【００３１】
第２の磁性層１０２が概ね単一磁区構造を取りうる場合、第２の磁性層１０２の磁化の動きはマクロな磁化ベクトルに近似して計算することが可能である。この場合、式（９）を解くことで、磁化のダイナミクスが計算可能である。
【００３２】
磁気抵抗効果素子１１２の膜面に垂直な方向に正の方向の電流Ｉを印加すると、伝導電子１０６が電流Ｉの逆方向、すなわち第１の磁性層１０１からスペーサ層１０３を介して第２の磁性層１０２に流れる。磁化方向１０４の方向に磁化した第１の磁性層１０１において、伝導電子１０６のスピンは磁化方向１０４の方向に偏極する。矢印１０７は伝導電子１０６のスピンの方向を表す。スピン偏極した電子１０６はスペーサ層１０３を介して第２の磁性層１０２に流れこむことで、第２の磁性層１０２の磁化と角運動量の受け渡しを行う。これによって、第２の磁性層１０２の磁化の方向を、有効磁場の方向を示す矢印１０５の方向から向きを変えようとする作用（式（９）の右辺第３項）が働く。一方で、第２の磁性層１０２の磁化の方向を、有効磁場の方向を示す矢印１０５の方向に安定させようとするダンピングの作用（式（９）の右辺第２項）が働く。したがって、これら２つの作用が釣り合って、第２の磁性層１０２の磁化は有効磁場の方向の周りを歳差運動する。この歳差運動を、第２の磁性層１０２の磁化方向を示す矢印１０８の、有効磁場の方向を示す矢印１０５のまわりの運動として表わし、図２における一点鎖線１０９によって矢印１０８の歳差運動の軌跡を示す。第２の磁性層１０２の磁化方向が第１の磁性層１０１の磁化方向１０４に対して高周波で変化するため、第２の磁性層１０２の磁化方向と第１の磁性層１０１の磁化方向１０４の相対角度に依存して抵抗が変化する磁気抵抗効果によって、磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値も高周波で変化する。電流Ｉに対して抵抗値が高周波で変化するので、およそ１００ＭＨｚから数十ＴＨｚの高周波数で振動する電圧が発生する。また、第１の磁性層の磁化方向１０４は磁気抵抗効果素子の面内に水平な方向や面に垂直な方向など、任意の方向を有することができる。また、第２の磁性層１０２における有効磁場の方向は、第１の磁性層１０１の磁化方向１０４に対して反対方向に限られないが、第１の磁性層の磁化方向１０４との相対角度が９０度より大きいほうがより好ましい。
【００３３】
磁気抵抗効果素子１１２に外部磁場、電流を印加していない状態から、必要な場合はある大きさの外部磁場が印加された状態で、ある大きさの電流密度を有する直流電流を印加することによって第２の磁性層１０２の磁化が歳差運動を開始し、磁気抵抗効果素子１１２は発振する。この時の最小の電流密度が磁気抵抗効果素子１１２の発振閾値電流密度ＪＯであり、１０７Ａ／ｃｍ２程度であることが知られている。磁気抵抗効果素子１１２の発振閾値電流密度ＪＯは外部磁場の強さや方向によって変化する。  
【００３４】
また、磁気抵抗効果素子１１２に非常に大きな電流密度を有する電流を印加すると、スピントランスファートルクの効果によって第２の磁性層１０２の磁化が歳差運動の生じる軌道から大きく外れ、電流を印加する前と異なる向き（例えば第１の磁性層１０１の磁化と略同一の方向）を向く磁化反転が生じる。この現象を磁化反転という。磁化反転が生じると、磁気抵抗効果素子１１２は発振しない状態になる、もしくは発振の立ち上がり時間が長くなる。この磁化反転が生じる最小の電流密度が磁気抵抗効果素子１１２の磁化反転閾値電流密度ＪＲである。また、磁化反転が生じる磁化反転閾値電流密度ＪＲの最小の印加時間が磁気抵抗効果素子１１２の磁化反転時間ＴＲである。磁化反転電流密度ＪＲや磁化反転時間ＴＲは外部磁場の強さや方向によって変化する。
【００３５】
一般的な非線形発振素子の安定した発振状態をモデル化しているＡｕｔｏ−Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ  ｍｏｄｅｌにおいて、以下の関係式（１２）が成立する。
【数１２】
0006455806.tif 000013
ここで、ｐｏｕｔは磁気抵抗効果素子１１２の発振出力である。
【００３６】
ある外部磁場の印加下（外部磁場がゼロの場合を含む）における発振閾値電流密度ＪＯを測定する手法を示す。まず、磁気抵抗効果素子１１２に印加する電流密度を変化させながら定常時における磁気抵抗効果素子１１２の発振出力ｐｏｕｔを測定する。測定にはスペクトラムアナライザやオシロスコープなどを利用することができる。次に測定結果を縦軸を１／ｐｏｕｔ、横軸を磁気抵抗効果素子１１２に印加した電流密度Ｊのグラフにプロットして、１／ｐｏｕｔ＝０になる磁気抵抗効果素子１１２に印加した電流密度Ｊを外挿により求めることで、発振閾値電流密度ＪＯを測定できる。
【００３７】
ある外部磁場の印加下（外部磁場がゼロの場合を含む）における磁化反転閾値電流密度ＪＲと磁化反転時間ＴＲを測定する手法を示す。磁気抵抗効果素子１１２に電流を印加していない初期状態から、一定の正の方向の電流を磁気抵抗効果素子１１２に印加し、印加した時点からの磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値の時間変化をオシロスコープ等で測定する。この時、磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値に振動が生じ、さらにその後、抵抗値の振動が消失すれば、磁気抵抗効果素子１１２は磁化反転している。この磁化反転が生じた最小の電流密度が磁化反転閾値電流密度ＪＲである。磁気抵抗効果素子１１２に印加する電流を徐々に大きくしながら、この測定を繰り返すことで、磁化反転閾値電流密度ＪＲを測定することができる。また、磁化反転閾値電流密度ＪＲを有する電流を磁気抵抗効果素子１１２に印加した時点から、磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値の振動が消失するまでの時間が磁化反転時間ＴＲである。
【００３８】
また、磁化反転の後、磁気抵抗効果素子に印加する電流を止め、充分時間が経過した後に第２の磁性層の磁化１０２が磁化反転の前とは異なる方向で安定となる場合に、磁化反転閾値電流密度ＪＲを簡易的に測定する手法を示す。磁気抵抗効果素子１１２に電流を印加していない初期状態から、一定の正の方向の電流を磁気抵抗効果素子１１２に印加し、充分時間が経過した後に、電流の印加を止め、その後、充分時間が経過した後の磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値を測定する。この時、磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値が初期状態の抵抗値と有意差を持って異なる抵抗値であれば、磁気抵抗効果素子１１２は磁化反転しており、磁気抵抗効果素子１１２に印加する電流を徐々に大きくしながら上記と同様の測定を繰り返すことで、磁化反転閾値電流密度ＪＲを測定することができる。さらに、上記の場合に磁化反転時間ＴＲを測定する手法を示す。磁気抵抗効果素子１１２に磁化反転閾値電流密度ＪＲを有する電流を時間Ｔの間印加し、その後、充分時間が経過した後の磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値を測定する。この時、磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値が初期状態の抵抗値と有意差を持って異なる抵抗値であれば、磁気抵抗効果素子１１２は磁化反転しており、この磁化反転が生じた最小のＴが磁化反転時間ＴＲである。磁気抵抗効果素子１１２に印加するパルス電流の時間を徐々に長くしながら、この測定を繰り返すことで、磁化反転時間ＴＲを測定することができる。
【００３９】
本実施形態１における制御部１１５によって制御される電流源１１３の動作を以下に示す。磁気抵抗効果素子１１２が発振していない状態から、第１のステップでは、電流源１１３は発振閾値電流密度ＪＯより大きな第１の電流密度を有する正の方向の電流を時間ＴＰの間、磁気抵抗効果素子１１２に印加する。第１のステップにおける第１の電流密度の時間ＴＰ間の平均値をＪＰとする。その後、第２のステップでは電流源１１３は磁気抵抗効果素子１１２が所定の周波数で発振するように第１の電流密度未満でかつ発振閾値電流密度ＪＯ以上の第２の電流密度ＪＳを有する正の方向の電流を磁気抵抗効果素子１１２に印加する。また、第２の電流密度ＪＳは、磁化反転閾値電流密度ＪＲよりも小さい。
【００４０】
上記の電流ステップを生成する手段として電流源１１３を制御する方法の他に、周辺回路を利用した一例を説明する。図３は磁気抵抗効果発振器２００の回路図である。磁気抵抗効果発振器２００は磁気抵抗効果素子１１２と電流印加部２０５を有する。電流印加部２０５はインダクタ２０１と抵抗２０２と電流源２０４を有する。磁気抵抗効果素子１１２とインダクタ２０１は並列に接続され、インダクタ２０１と抵抗２０２は直列に接続されて、電流源２０４に接続されている。
【００４１】
電流源２０４が第１の電流密度を有する電流Ｉ１を発生させると、インダクタ２０１では磁束の変化を打ち消すように起電力が生じ、抵抗２０２にはほとんど電流は流れず、電流Ｉ１のほぼすべてが磁気抵抗効果素子１１２に流れる。その後、電流Ｉ１の時間変動がなくなると、起電力が消え、抵抗２０２には電流Ｉ２、磁気抵抗効果素子１１２には一定の電流Ｉ１−Ｉ２が流れる。ここで、Ｉ１―Ｉ２が第２の電流密度ＪＳを有する電流となるようにインダクタ２０１、抵抗２０２の値を調整する。したがって、磁気抵抗効果発振器２００は本実施形態１における駆動電流を生成することができる。
【００４２】
上記の電流ステップを測定する手段を説明する。電極１１０、１１１にプローブを当てて、オシロスコープなどで電極間の電圧を時間領域測定することで磁気抵抗効果素子１１２に印加された電流の時間変化を推測でき、電流パルスの大きさや時間などを実験的に求めることが可能である。
【００４３】
電流印加部１１４は、以下の式（１）、式（２）および式（３）または、式（１）および式（４）を満たすように、第１のステップおよび第２のステップを実行する。
【数１３】
0006455806.tif 000014
【数１４】
0006455806.tif 000015
【数１５】
0006455806.tif 000016
【数１６】
0006455806.tif 000017
【００４４】
ここで、式（１）〜（４）におけるＪＰ、ＪＲおよびＪＳはそれぞれ、電流密度の大きさ（電流密度の絶対値）である。
【００４５】
第１のステップにおいてＴＰの間印加される第１の電流密度を有するパルス電流に関して、所定の周波数の発振に必要なエネルギーを超過したパルス電流のエネルギーに対応する量はＴＰ（ＪＰ−ＪＳ）で表され、この量が大きいほど、磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がりは高速になる。また、第２の磁性層１０２の磁化が磁化反転するエネルギーに対応する量はＴＲ（ＪＲ−ＪＯ）である。ＴＰが式（１）で示される範囲内であると、第１のステップを省略して第２のステップのみを実行した場合に対して立ち上がり時間を一定以上短縮することができる。ＴＰが下限以下だと、パルス電流のエネルギーが小さいため、立ち上がり時間の短縮率が小さくなる。また、ＴＰが上限以上だと、第１の電流密度を有する電流が印加される時間であるＴＰの影響が大きくなり、電流密度ＪＳに対応した所定の周波数の発振となるまでの時間が長くなるため、立ち上がり時間の短縮率が小さくなる。
【００４６】
さらに、ＪＰが磁化反転閾値電流密度ＪＲ以上であることを示す式（３）を満たす時に、ＴＰが式（２）のＴＰの上限以上になると、パルス電流のエネルギーが第２の磁性層１０２の磁化反転に必要なエネルギー以上となり、磁気抵抗効果素子１１２の磁化反転が生じる。これにより、磁化の歳差運動が発生しない状態になる、もしくは磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間が長くなる。式（３）および式（２）、あるいはＪＰが磁気抵抗効果素子１１２の磁化反転閾値電流密度よりも小さいことを示す式（４）を満たす時、磁気抵抗効果素子１１２は磁化反転しない。
【００４７】
式（２）について説明する。式（２）は、磁化反転閾値電流密度ＪＲ以上である平均電流密度ＪＰをもつパルス電流を磁気抵抗効果素子１１２に印加した際に、磁気抵抗効果素子１１２に磁化反転が生じないパルス電流（平均電流密度ＪＰ、時間ＴＰ）の条件である。ＪＰが磁化反転閾値電流密度ＪＲ以上で、さらにパルス電流のエネルギーが磁気抵抗効果素子１１２の磁化反転に必要なエネルギーを超えると磁気抵抗効果素子１１２に磁化反転が生じる。発振閾値電流密度ＪＯ以上の電流密度を有する電流を磁気抵抗効果素子１１２に印加すると、第２の磁性層１０２の磁化はダンピングの作用に打ち勝ち、向きを変えるので、第２の磁性層１０２の磁化の向きを変えるのに有効なエネルギーに対応する量は、磁気抵抗効果素子１１２に印加した電流密度Ｊと発振閾値電流密度ＪＯとの差分（Ｊ−ＪＯ）と、磁気抵抗効果素子１１２に電流を印加した時間Ｔとの積Ｔ（Ｊ−ＪＯ）と表される。従って、磁気抵抗効果素子１１２が磁化反転するためのエネルギーに対応する量はＴＲ（ＪＲ−ＪＯ）と表される。一方、第２の磁性層１０２の磁化の向きを変えるのに有効なパルス電流のエネルギーに対応する量はＴＰ（ＪＰ−ＪＯ）と表される。したがって、ＪＰが磁化反転閾値電流密度ＪＲ以上のときにＴＰ（ＪＰ−ＪＯ）がＴＲ（ＪＲ−ＪＯ）以上になると磁気抵抗効果素子１１２は磁化反転し、式（２）を満たすときには磁気抵抗効果素子１１２は磁化反転しない。
【００４８】
図４は、磁気抵抗効果素子１１２にパルス電流（ＪＰ、ＴＰ）を印加した時の第２の磁性層１０２の磁化の状態を示す図である。第１の領域４０１は磁気抵抗効果素子１１２が磁化反転する領域である。第２の領域４０２は式（２）を満たす領域であり、パルス電流のエネルギーが磁気抵抗効果素子１１２の磁性層１０２の磁化反転に必要なエネルギーよりも小さいので、磁気抵抗効果素子１１２の磁性層１０２の磁化は磁化反転しない領域である。また、第３の領域４０３は式（２）を満たさない領域であるが、ＪＰが磁気抵抗効果素子１１２の磁化反転閾値電流密度よりも小さいので磁気抵抗効果素子１１２の磁性層１０２の磁化は磁化反転しない領域である。
【００４９】
また、電流印加部１１４は、さらに式（８）、式（２）および式（３）または、式（８）および式（４）を満たすように第１のステップおよび第２のステップを実行することが好ましい。ＴＰが式（８）で示される範囲内であることで、磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間を特に短縮することができる。
【数１７】
0006455806.tif 000018
【００５０】
第２のステップにおいては、電流源１１３は、磁気抵抗効果素子１１２に第２の電流密度ＪＳを有する電流を印加し続け、第２の電流密度ＪＳに応じた周波数で磁気抵抗効果素子１１２の発振を持続させる。
【００５１】
第１のステップにおいて、第１の電流密度は一定の値でも良いし、時間ＴＰの間で変化してもよい。
（実施形態２）
【００５２】
図５は実施形態２における磁気抵抗効果素子１１２の模式図である。本実施形態２は、磁気抵抗効果素子１１２に電流を印加する前の第２の磁性層１０２の磁化の方向、すなわち、第２の磁性層１０２における有効磁場の方向と、磁気抵抗効果素子１１２に印加する電流の方向以外は実施形態１と同様である。第２の磁性層１０２における有効磁場の方向は第１の磁性層１０１の磁化の方向と略同一方向である。また、磁気抵抗効果素子１１２の膜面に垂直な方向に負の方向の電流Ｉを印加する。このような電流を印加すると、伝導電子１０６が電流Ｉの逆方向、すなわち第２の磁性層１０２からスペーサ層１０３を介して第１の磁性層１０１に流れる。磁化方向１０４の方向に磁化した第１の磁性層１０１において、伝導電子１０６のスピンは磁化方向１０４の方向に偏極し、電極１１０に流れる。一方、伝導電子１０６のスピンのうち、磁化方向１０４と逆方向のスピンは電極１１０に流れずに反射し、スペーサ層１０３を介して第２の磁性層１０２に流れる。矢印１０７はスピン偏極によって反射した伝導電子１０６のスピンの方向を表す。スピン偏極によって反射した電子１０６は第２の磁性層１０２の磁化と角運動量の受け渡しを行う。これによって、第２の磁性層１０２の磁化の方向を、有効磁場の方向を示す矢印１０５の方向から向きを変えようとする作用（式（９）の右辺第３項）が働く。一方で、第２の磁性層１０２の磁化の方向を、有効磁場の方向を示す矢印１０５の方向に安定させようとするダンピングの作用（式（９）の右辺第２項）が働く。したがって、これら２つの作用が釣り合って、第２の磁性層１０２の磁化は有効磁場の方向の周りを歳差運動する。この歳差運動を、第２の磁性層１０２の磁化方向を示す矢印１０８の、有効磁場の方向を示す矢印１０５のまわりの運動として表わし、図５における一点鎖線１０９によって矢印１０８の歳差運動の軌跡を示す。また、第２の磁性層１０２における有効磁場の方向は、第１の磁性層１０１の磁化方向１０４にと同じ方向に限られないが、第１の磁性層の磁化方向１０４との相対角度が９０度より小さいほうがより好ましい。
【００５３】
本実施形態２における発振閾値電流密度ＪＯ、磁化反転閾値電流密度ＪＲおよび磁化反転時間ＴＲを測定する手法は、印加する電流の方向を負の方向とする以外は実施形態１と同じである。
【００５４】
上述した実施形態１および実施形態２においては、第１の磁性層１０１および第２の磁性層１０２は、膜面内方向に磁化容易軸をもつ面内磁化膜であるが、膜面垂直方向に磁化容易軸をもつ垂直磁化膜であってもよい。
【００５５】
上記した式（１）および式（８）について、シミュレーション例を参照して以下に説明する。
【００５６】
（シミュレーション例１）
実施形態１の磁気抵抗効果発振器１００について、式（９）に基づいてシミュレーションを行い、磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間について計算した。第２の磁性層１０２は長径１３５×短径６５×厚さ２．５ｎｍ３の楕円形状とした。ここでｘ軸方向を長径方向、ｙ軸方向を短径方向、ｚ軸方向を厚み方向とする。第１の磁性層１０１の材料はＦｅＣｏ、第２の磁性層１０２の材料はＮｉ８０Ｆｅ２０とした。第１の磁性層１０１の磁化は第１の磁性層１０１の直下の、図示しない反強磁性体との交換結合によって固定されている。スペーサ層１０３の材料は非磁性金属のＣｕとした。
【００５７】
第２の磁性層１０２はｘ軸方向に形状磁気異方性を持ち、そのｘ軸方向の異方性磁場ＨＫを２９．０５×１０３Ａ／ｍとした。また、膜厚は十分薄いとみなせるので、反磁場係数をＮｘ＝０、Ｎｙ＝０、Ｎｚ＝１とし、反磁場Ｈｄを下式（１３）より求めた。ここで、（ｖｘ、ｖｙ、ｖｚ）は第２の磁性層１０２の磁化の方向の単位ベクトルである。
【数１８】
0006455806.tif 000019
【００５８】
第２の磁性層１０２の磁化は一様であるとし、第２の磁性層１０２内の交換磁場を０とした。
【００５９】
本シミュレーション例１においては、磁気抵抗効果素子１１２には外部磁場を印加しなかった。従って、第２の磁性層１０２における有効磁場は異方性磁場ＨＫと反磁場Ｈｄの和となる。
【００６０】
磁気抵抗効果素子１１２に電流を印加する前の初期状態において、第２の磁性層１０２の磁化の向きは第１の磁性層１０１の磁化の向きと反平行の向きとした。
【００６１】
本シミュレーション例１で使用したパラメタを表１に示す。
【表１】
0006455806.tif 000020
【００６２】
磁気抵抗効果素子１１２の素子抵抗値Ｒは磁気抵抗効果素子１１２の第１の磁性層１０１の磁化の方向と第２の磁性層１０２の磁化の方向のなす角θによって変化し、以下の式（１４）を用いて計算した。
【数１９】
0006455806.tif 000021
【００６３】
ここで、Ｒｍａｘは第１の磁性層１０１の磁化の方向と第２の磁性層１０２の磁化の方向が反平行の時の抵抗値、Ｒｍｉｎは第１の磁性層１０１の磁化の方向と第２の磁性層１０２の磁化の方向が平行の時の抵抗値である。
【００６４】
ダイナミクスＭＲ比ＭＲＤは、磁気抵抗効果素子１１２に電流を印加し、第２の磁性層１０２の磁化の方向が時間と共に変化している状態における磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値の最大値をＲ’ｍａｘ、最小値をＲ’ｍｉｎとしたとき、以下の式（１５）を用いて計算した。    
【数２０】
0006455806.tif 000022
【００６５】
定常時において、ダイナミクスＭＲ比が０．１％以上の状態を発振状態とした。
【００６６】
静止状態とは、磁気抵抗効果素子１１２の第２の磁性層１０２の磁化が有意差を持って振動していない状態のことである。定常時において、ダイナミクスＭＲ比が０．１％未満の状態を静止状態とした。
【００６７】
磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間は、磁気抵抗効果素子１１２に対する電流の印加を開始する時点から磁気抵抗効果素子１１２の発振周波数の変動が定常時の発振周波数の１％以下となるまでの時間とした。本シミュレーション例１、後述するシミュレーション例２、３、４および実施例においては、磁気抵抗効果素子に電流の印加を開始する時点を０秒としている。
【００６８】
発振閾値電流密度ＪＯを以下のように求めた。図６および図７は本シミュレーション例１の磁気抵抗効果素子１１２に電流を印加せず、第２の磁性層１０２の磁化の向きが第１の磁性層の磁化の向きと反平行の関係である状態から、一定の正の方向の電流を印加した場合のダイナミクスＭＲ比ＭＲＤの時間変化である。図６は電流密度が１．１×１０１１Ａ／ｍ２の時の結果であり、ＭＲＤの振幅が徐々に大きくなり磁気抵抗効果素子１１２は発振状態であった。一方、図７は電流密度が１．０×１０１１Ａ／ｍ２の時の結果であり、ＭＲＤが徐々に小さくなっており、静止状態であった。したがって、磁気抵抗効果素子１１２の発振閾値電流密度はおおよそ１．１×１０１１Ａ／ｍ２であった。
【００６９】
磁化反転閾値電流密度ＪＲを以下のように求めた。磁気抵抗効果素子１１２に電流を印加せず、第２の磁性層１０２の磁化の向きが第１の磁性層の磁化の向きと反平行の関係である状態から、電流密度Ｊ１を有する電流を１ミリ秒間印加し続け、その後、磁気抵抗効果素子１１２に印加した電流を止め、電流を止めてから１ミリ秒後の第１の磁性層１０１の磁化と第２の磁性層１０２の磁化の相対角度を計算した。Ｊ１＝１．３２×１０１１［Ａ／ｍ２］の時、相対角度は１８０度であり、第１の磁性層１０１の磁化方向と第２の磁性層１０２の磁化方向は反平行の関係となり、第２の磁性層１０２の磁化方向は電流を印加する前と同じであった。一方、Ｊ１＝１．３３×１０１１［Ａ／ｍ２］の時、相対角度は０度であり、第１の磁性層１０１の磁化方向と第２の磁性層１０２の磁化方向は平行の関係となり、第２の磁性層１０２の磁化方向は電流を印加する前と異なり、磁気抵抗効果素子１１２は磁化反転した。従って、磁化反転閾値電流密度ＪＲは１．３３×１０１１Ａ／ｍ２であった。
【００７０】
次に、磁化反転時間ＴＲを以下のように求めた。磁化反転閾値電流密度ＪＲを有する電流を時間Ｔ１の間、磁気抵抗効果素子１１２に印加し、その後電流の印加を止め、電流を止めてから１ミリ秒後の第１の磁性層１０１の磁化方向と第２の磁性層１０２の磁化方向の相対角度を計算した。Ｔ１＝３１［ナノ秒］の時、相対角度は１８０度であった。一方、Ｔ１＝３２［ナノ秒］の時、相対角度は０度であり、磁気抵抗効果素子１１２は磁化反転した。従って、磁化反転時間ＴＲは３２ナノ秒であった。
【００７１】
第２のステップでは電流密度ＪＳ＝１．１２×１０１１［Ａ／ｍ２］を有する正の方向の電流を印加した。
【００７２】
第１のステップを省略し、第２のステップのみを実行した時の磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間をＴＮＯＲＭとする。実施形態１における第２のステップの開始時点を起点とした立ち上がり時間Ｔ’ＲＩＳＥのＴＮＯＲＭに対する比率を、Ａ’とする。磁気抵抗効果素子１１２に１．１２×１０１１Ａ／ｍ２を有する正の方向の電流を磁気抵抗効果素子１１２に印加した場合の磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間ＴＮＯＲＭをシミュレーションによって求めたところ、２７６ナノ秒であった。
【００７３】
第１のステップで磁気抵抗効果素子１１２に印加するパルス電流の第１の電流密度は一定値（＝ＪＰ）とした。ＪＰおよびＴＰを変化させて、発振の立ち上がり時間を計算し、Ａ’を求めた。図８に、９種類のＡ’の値（Ａ’＝０．１〜０．９）について、Ａ’が一定となるＪＰおよびＴＰの関係をプロットしたグラフを示す。破線Ｒは、磁気抵抗効果素子１１２が磁化反転する領域に対する境界を示す境界線である。図８のグラフに対しフィッティングを行った結果、下式（１６）が成り立つことがわかった。
【数２１】
0006455806.tif 000023
【００７４】
図９は式（１６）をグラフ化したものである。破線ＴＰ＝ＴＲ（ＪＲ−ＪＯ）／（ＪＰ−ＪＯ）よりも左側の式（２）を満たす領域９０１において、図８と図９はほぼ一致している。さらに図１０は、シミュレーションにより求めたＡ’と式（１６）より求めたＡ’との相関を示す図であり、相関係数はほぼ１であることがわかる。
【００７５】
また、第１のステップを省略し、さらに電流密度ＪＳを変化させ、シミュレーションを行った。図１１は磁気抵抗効果素子１１２に電流密度ＪＳを印加し、磁気抵抗効果素子１１２が発振するために必要なエネルギーに対応する量ＴＮＯＲＭ（ＪＳ−ＪＯ）をプロットしたものである。図１１に対してフィッティングを行うことによって下式（１７）が成り立つことがわかった。図１１の破線はＴＲ（ＪＲ−ＪＯ）を示している。
【数２２】
0006455806.tif 000024
【００７６】
次に磁気抵抗効果素子１１２にパルス電流を印加した時間ＴＰを考慮した磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間ＴＲＩＳＥを求める。ＴＲＩＳＥはＴ’ＲＩＳＥとＴＰの和となる。ＡをＴＮＯＲＭに対するＴＲＩＳＥの比率とすると、Ａは、式（１６）より、式（２）を満たす時は下式（１８）と表される。
【数２３】
0006455806.tif 000025
【００７７】
ＴＰが大きく、式（２）を満たさない場合、式（４）を満たせば、磁気抵抗効果素子１１２は磁化反転せずに発振する。この場合、磁気抵抗効果素子１１２は、パルス電流を印加している時間ＴＰの間に第１の電流密度に対応した発振周波数での発振状態に到達する。この状態から、磁気抵抗効果素子１１２に印加する電流の電流密度を第１の電流密度から第２の電流密度Ｊｓに変化させる（第１ステップから第２ステップに移行する）と、第１の電流密度に対応した発振周波数での発振状態から、第２の電流密度Ｊｓに対応した発振周波数での発振状態へ遷移するが、この遷移時間はダンピングの作用に依存する。式（９）のαは一般的に０．０１以上でダンピングの作用は比較的強く、この遷移時間は無視できるほど小さい。したがってこの場合、磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間ＴＲＩＳＥはＴＰと等しくなり、下式（１９）が成り立つ。
【数２４】
0006455806.tif 000026
【００７８】
比率Ａは、ＪＰ、ＴＰを用いて、式（２）を満たす場合は、式（１７）および式（１８）より式（２０）で表され、式（２）を満たさない場合は、式（１７）および式（１９）より式（２１）で表される。
【数２５】
0006455806.tif 000027
【数２６】
0006455806.tif 000028
【００７９】
磁気抵抗効果素子１１２に印加するパルス電流（ＪＰ，ＴＰ）の条件を変化させ、比率Ａをシミュレーションした。図１２は５種類のＡの値（Ａ＝０．５〜０．９）について、Ａが一定となるＪＰおよびＴＰの関係をプロットしたグラフである。破線Ｒの右の領域はパルス電流によって磁気抵抗効果素子１１２が磁化反転した領域である。また、図１３は式（２０）および式（２１）をグラフ化したものである。図１２と図１３を比較するとほぼ一致している。さらに図１４は、シミュレーションにより求めたＡと式（２０）および式（２１）より求めたＡとの相関を示す図であり、相関係数はほぼ１であることがわかる。
【００８０】
式（１８）より、式（２）を満たす時に磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間のＴＮＯＲＭに対する比率がＡ以下となるＴＰの条件は、下式（２２）のように表される。
【数２７】
0006455806.tif 000029
【００８１】
また、式（１９）より、式（２）を満たさない時に磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間のＴＮＯＲＭに対する比率がＡ以下となるＴＰの条件は、下式（２３）のように表される。
【数２８】
0006455806.tif 000030
従って、式（２２）および式（２３）より、磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間のＴＮＯＲＭに対する比率がＡ以下となるＴＰの条件は下式（２４）のように表される。
【数２９】
0006455806.tif 000031
【００８２】
さらに、式（１７）と式（２４）より下式（２５）が得られる。
【数３０】
0006455806.tif 000032
【００８３】
例えば、式（２５）のＡに０．９を代入した式（１）の範囲となるようにパルス電流（ＪＰ，ＴＰ）を磁気抵抗効果素子１１２に印加すれば、磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間をＴＮＯＲＭに対して９０％以下に短縮することができる。
【００８４】
また、式（２５）のＡに０．７５を代入した式（５）の範囲となるようにパルス電流（ＪＰ，ＴＰ）を磁気抵抗効果素子１１２に印加すれば、磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間を７５％以下に短縮することができる。
【数３１】
0006455806.tif 000033
【００８５】
また、式（２５）のＡに０．５を代入した式（６）の範囲となるようにパルス電流（ＪＰ，ＴＰ）を磁気抵抗効果素子１１２に印加すれば、磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間をＴＮＯＲＭに対して５０％以下に短縮することができる。
【数３２】
0006455806.tif 000034
【００８６】
また、式（２５）のＡに０．２５を代入した式（７）の範囲となるようにパルス電流（ＪＰ，ＴＰ）を磁気抵抗効果素子１１２に印加すれば、磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間をＴＮＯＲＭに対して２５％以下に短縮することができる。
【数３３】
0006455806.tif 000035
【００８７】
また、図１２において、式（２０）でＡ＝０．５とした曲線と、磁気抵抗効果素子１１２が磁化反転する領域との間の領域を詳細に調べると、式（２０）から予測されるよりも発振の立ち上がり時間の短縮率が大きくなる領域が存在することを発明者は見出した。図１４においてＡ（ｅｑｕａｔｉｏｎ）＝Ａ（ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）の直線よりも上側にプロットされた複数の点がこの領域に相当している。図１５はＪＰをＪＰ＝１．１６×１０１１［Ａ／ｍ２］に固定し、ＴＰを変化させて比率Ａをシミュレーションした結果であり、ＴＰが９０ナノ秒から１１６ナノ秒の範囲において、Ａが特に小さくなった。また、図１６はＪＰ＝１．１８×１０１１［Ａ／ｍ２］の場合を示す図であり、Ａが特に小さくなるのは、ＴＰが７０ナノ秒から８８ナノ秒の範囲であった。図１７はＪＰ＝１．２０×１０１１［Ａ／ｍ２］の場合を示す図であり、Ａが特に小さくなるのは、ＴＰが６０ナノ秒から７０ナノ秒の範囲であった。図１８はＪＰ＝１．２２×１０１１［Ａ／ｍ２］の場合を示す図であり、Ａが特に小さくなるのは、ＴＰが５２ナノ秒から６０ナノ秒の範囲であった。図１９はＪＰ＝１．２４×１０１１［Ａ／ｍ２］の場合を示す図であり、Ａが特に小さくなるのは、ＴＰが４４ナノ秒から５１ナノ秒の範囲であった。図２０はＪＰ＝１．２６×１０１１［Ａ／ｍ２］の場合を示す図であり、Ａが特に小さくなるのは、ＴＰが４０ナノ秒から４５ナノ秒の範囲であった。図２１はＪＰ＝１．２８×１０１１［Ａ／ｍ２］の場合を示す図であり、Ａが特に小さくなるのは、ＴＰが３６ナノ秒から４０ナノ秒の範囲であった。上記ＴＰの範囲に対して、フィッティングを行い、比率Ａが特に小さくなるＴＰの条件式は式（８）で示されることがわかった。図２２は式（８）のＴＰ、ＪＰの範囲をグラフ化したものに上記シミュレーション結果のＴＰの範囲の上限および下限をプロットしたものである。
【数３４】
0006455806.tif 000036
【００８８】
このように、式（８）を満たすパルス電流（ＪＰ，ＴＰ）を磁気抵抗効果素子１１２に印加すれば、磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間を特に短縮することができる。
（シミュレーション例２）
【００８９】
本シミュレーション例２において、シミュレーション例１の磁気抵抗効果素子１１２の第２の磁性層１０２の材料をＮｉ９０Ｆｅ１０に変更し、飽和磁化ＭＳ＝６．５７×１０５［Ａ／ｍ］、ＨＫ＝３５．４×１０３［Ａ／ｍ］とした。また、第２のステップでは電流密度ＪＳ＝７．８×１０１０［Ａ／ｍ２］を有する正の方向の電流を印加した。その他はシミュレーション例１と同様にしてシミュレーションを行った。
【００９０】
シミュレーション例２における磁気抵抗効果素子１１２の発振閾値電流密度ＪＯ、磁化反転閾値電流密度ＪＲ、磁化反転時間ＴＲ、および、第１のステップを省略し、第２のステップのみを実行した時の磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間ＴＮＯＲＭをシミュレーション例１と同様の方法で求めた。その結果を表２に示す。
【表２】
0006455806.tif 000037
【００９１】
ＪＰおよびＴＰを変化させて、発振の立ち上がり時間を計算し、第２のステップの開始時点を起点とした立ち上がり時間Ｔ’ＲＩＳＥのＴＮＯＲＭに対する比率Ａ’を求めた。図２３に、９種類のＡ’の値（Ａ’＝０．１〜０．９）について、Ａ’が一定となるＪＰおよびＴＰの関係をプロットしたグラフを示す。図２３のグラフに対しフィッティングを行った結果、シミュレーション例２においても式（１６）が成り立つことがわかった。
【００９２】
図２４は式（１６）をグラフ化したものである。破線ＴＰ＝ＴＲ（ＪＲ−ＪＯ）／（ＪＰ−ＪＯ）よりも左側の式（２）を満たす領域２４０１において、図２３と図２４はほぼ一致している。さらに図２５は、シミュレーションにより求めたＡ’と式（１６）より求めたＡ’との相関を示す図であり、相関係数はほぼ１であることがわかる。
【００９３】
また、第１のステップを省略し、さらに電流密度ＪＳを変化させ、シミュレーションを行った。図２６は磁気抵抗効果素子１１２に電流密度ＪＳを印加し、磁気抵抗効果素子１１２が発振するために必要なエネルギーに対応する量ＴＮＯＲＭ（ＪＳ−ＪＯ）をプロットしたものである。図２６に対してフィッティングを行うことによって、シミュレーション例２においても式（１７）が成り立つことがわかった。図２６の破線はＴＲ（ＪＲ−ＪＯ）を示している。
【００９４】
また、磁気抵抗効果素子１１２に印加するパルス電流（ＪＰ，ＴＰ）の条件を変化させ、比率Ａをシミュレーションした。図２７は５種類のＡの値（Ａ＝０．５〜０．９）について、Ａが一定となるＪＰおよびＴＰの関係をプロットしたグラフである。破線Ｒの右の領域はパルス電流によって磁気抵抗効果素子１１２が磁化反転した領域である。また、図２８は式（２０）および式（２１）をグラフ化したものである。図２７と図２８を比較するとほぼ一致している。さらに図２９、はシミュレーションにより求めたＡと式（２０）および式（２１）より求めたＡとの相関を示す図であり、相関係数はほぼ１であることがわかる。
【００９５】
また、シミュレーション例２においても、図２７において、式（２０）でＡ＝０．５とした曲線と、磁気抵抗効果素子１１２が磁化反転する領域との間の領域を詳細に調べると、式（２０）から予測されるよりも発振の立ち上がり時間の短縮率が大きくなる領域が存在した。図２９においてＡ（ｅｑｕａｔｉｏｎ）＝Ａ（ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）の直線よりも上側にプロットされた複数の点がこの領域に相当している。シミュレーション例１と同様に、比率Ａが特に小さくなるＴＰの範囲を求め、この結果に対してフィッティングを行うと、比率Ａが特に小さくなるＴＰの条件式はシミュレーション例２においても式（８）で示されることがわかった。図３０は、式（８）のＴＰ、ＪＰの範囲をグラフ化したものに、比率Ａが特に小さくなるＴＰの範囲の上限および下限のシミュレーション結果をプロットしたものである。
（シミュレーション例３）
【００９６】
本シミュレーション例３は、第２の磁性層１０２における有効磁場の方向と、磁気抵抗効果素子１１２に印加する電流の方向および電流密度の大きさ以外はシミュレーション例１と同様とした。第２の磁性層１０２における有効磁場の方向は第１の磁性層１０１の磁化の方向と同一方向とした。また、磁気抵抗効果素子１１２の膜面に垂直な方向に負の方向の電流Ｉを印加した。
【００９７】
第２のステップでは電流密度ＪＳ＝２４．０×１０１０［Ａ／ｍ２］を有する負の方向の電流を印加した。
【００９８】
シミュレーション例３における磁気抵抗効果素子１１２の発振閾値電流密度ＪＯ、磁化反転閾値電流密度ＪＲ、磁化反転時間ＴＲ、および、第１のステップを省略し、第２のステップのみを実行した時の磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間ＴＮＯＲＭをシミュレーション例１と同様の方法で求めた。その結果を表３に示す。
【表３】
0006455806.tif 000038
【００９９】
ＪＰおよびＴＰを変化させて、発振の立ち上がり時間を計算し、第２のステップの開始時点を起点とした立ち上がり時間Ｔ’ＲＩＳＥのＴＮＯＲＭに対する比率Ａ’を求めた。図３１に、９種類のＡ’の値（Ａ’＝０．１〜０．９）について、Ａ’が一定となるＪＰおよびＴＰの関係をプロットしたグラフを示す。図３１のグラフに対しフィッティングを行った結果、シミュレーション例３においても式（１６）が成り立つことがわかった。
【０１００】
図３２は式（１６）をグラフ化したものである。破線ＴＰ＝ＴＲ（ＪＲ−ＪＯ）／（ＪＰ−ＪＯ）よりも左側の式（２）を満たす領域３２０１において、図３１と図３２はほぼ一致している。さらに図３３は、シミュレーションにより求めたＡ’と式（１６）より求めたＡ’との相関を示す図であり、相関係数はほぼ１であることがわかる。
【０１０１】
また、第１のステップを省略し、さらに電流密度ＪＳを変化させ、シミュレーションを行った。図３４は磁気抵抗効果素子１１２に電流密度ＪＳを印加し、磁気抵抗効果素子１１２が発振するために必要なエネルギーに対応する量ＴＮＯＲＭ（ＪＳ−ＪＯ）をプロットしたものである。図３４に対してフィッティングを行うことによって、シミュレーション例３においても式（１７）が成り立つことがわかった。図３４の破線はＴＲ（ＪＲ−ＪＯ）を示している。
【０１０２】
また、磁気抵抗効果素子１１２に印加するパルス電流（ＪＰ，ＴＰ）の条件を変化させ、比率Ａをシミュレーションした。図３５は５種類のＡの値（Ａ＝０．５〜０．９）について、Ａが一定となるＪＰおよびＴＰの関係をプロットしたグラフである。破線Ｒの右の領域はパルス電流によって磁気抵抗効果素子１１２が磁化反転した領域である。また、図３６は式（２０）および式（２１）をグラフ化したものである。図３５と図３６を比較するとほぼ一致している。さらに図３７は、シミュレーションにより求めたＡと式（２０）および式（２１）より求めたＡとの相関を示す図であり、相関係数はほぼ１であることがわかる。
【０１０３】
また、シミュレーション例３においても、図３５において、式（２０）でＡ＝０．５とした曲線と、磁気抵抗効果素子１１２が磁化反転する領域との間の領域を詳細に調べると、式（２０）から予測されるよりも発振の立ち上がり時間の短縮率が大きくなる領域が存在した。図３７においてＡ（ｅｑｕａｔｉｏｎ）＝Ａ（ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）の直線よりも上側にプロットされた複数の点がこの領域に相当している。シミュレーション例１と同様に、比率Ａが特に小さくなるＴＰの範囲を求め、この結果に対してフィッティングを行うと、比率Ａが特に小さくなるＴＰの条件式はシミュレーション例３においても式（８）で示されることがわかった。図３８は、式（８）のＴＰ、ＪＰの範囲をグラフ化したものに、比率Ａが特に小さくなるＴＰの範囲の上限および下限のシミュレーション結果をプロットしたものである。
【０１０４】
（シミュレーション例４）
本シミュレーション例４において、第２の磁性層１０２の形状は直径１００ｎｍの円形で厚さ２．０ｎｍとした。第１の磁性層１０１、第２の磁性層１０２の材料はＣｏＦｅＢとした。第１の磁性層１０１の磁化は負のｚ軸方向に固定されている。スペーサ層１０３の材料は非磁性絶縁体のＭｇＯとした。第２の磁性層１０２はｚ軸方向に磁気異方性を持ち、そのｚ軸方向の異方性磁場ＨＫを１．２×１０６Ａ／ｍとした。
磁気抵抗効果素子１１２に電流を印加する前の初期状態において、第２の磁性層１０２の磁化の向きは正のｚ軸方向（第１の磁性層１０１の磁化の向きと反平行の向き）とした。また、第２のステップでは電流密度ＪＳ＝６．２×１０９［Ａ／ｍ２］を有する正の方向の電流を印加した。以上の点を除いて、シミュレーション例１と同様にしてシミュレーションを行った。
【０１０５】
本シミュレーション例４で使用したパラメタを表４に示す。
【表４】
0006455806.tif 000039
【０１０６】
シミュレーション例４における磁気抵抗効果素子１１２の発振閾値電流密度ＪＯ、磁化反転閾値電流密度ＪＲ、磁化反転時間ＴＲ、および、第１のステップを省略し、第２のステップのみを実行した時の磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間ＴＮＯＲＭをシミュレーション例１と同様の方法で求めた。その結果を表５に示す。
【表５】
0006455806.tif 000040
【０１０７】
ＪＰおよびＴＰを変化させて、発振の立ち上がり時間を計算し、第２のステップの開始時点を起点とした立ち上がり時間Ｔ’ＲＩＳＥのＴＮＯＲＭに対する比率Ａ’を求めた。図３９に、９種類のＡ’の値（Ａ’＝０．１〜０．９）について、Ａ’が一定となるＪＰおよびＴＰの関係をプロットしたグラフを示す。図３９のグラフに対しフィッティングを行った結果、シミュレーション例４においても式（１６）が成り立つことがわかった。
【０１０８】
図４０は式（１６）をグラフ化したものである。破線ＴＰ＝ＴＲ（ＪＲ−ＪＯ）／（ＪＰ−ＪＯ）よりも左側の式（２）を満たす領域４００１において、図３９と図４０はほぼ一致している。さらに図４１は、シミュレーションにより求めたＡ’と式（１６）より求めたＡ’との相関を示す図であり、相関係数はほぼ１であることがわかる。
【０１０９】
また、第１のステップを省略し、さらに電流密度ＪＳを変化させ、シミュレーションを行った。図４２は磁気抵抗効果素子１１２に電流密度ＪＳを印加し、磁気抵抗効果素子１１２が発振するために必要なエネルギーに対応する量ＴＮＯＲＭ（ＪＳ−ＪＯ）をプロットしたものである。図４２に対してフィッティングを行うことによって、シミュレーション例４においても式（１７）が成り立つことがわかった。図４２の破線はＴＲ（ＪＲ−ＪＯ）を示している。
【０１１０】
また、磁気抵抗効果素子１１２に印加するパルス電流（ＪＰ，ＴＰ）の条件を変化させ、比率Ａをシミュレーションした。図４３は５種類のＡの値（Ａ＝０．５〜０．９）について、Ａが一定となるＪＰおよびＴＰの関係をプロットしたグラフである。破線Ｒの右の領域はパルス電流によって磁気抵抗効果素子１１２が磁化反転した領域である。また、図４４は式（２０）および式（２１）をグラフ化したものである。図４３と図４４を比較するとほぼ一致している。さらに図４５は、シミュレーションにより求めたＡと式（２０）、式（２１）より求めたＡとの相関を示す図であり、相関係数はほぼ１であることがわかる。
【０１１１】
また、シミュレーション例４においても、図４３において、式（２０）でＡ＝０．５とした曲線と、磁気抵抗効果素子１１２が磁化反転する領域との間の領域を詳細に調べると、式（２０）から予測されるよりも発振の立ち上がり時間の短縮率が大きくなる領域が存在した。図４５においてＡ（ｅｑｕａｔｉｏｎ）＝Ａ（ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）の直線よりも上側にプロットされた複数の点がこの領域に相当している。シミュレーション例１と同様に、比率Ａが特に小さくなるＴＰの範囲を求め、この結果に対してフィッティングを行うと、比率Ａが特に小さくなるＴＰの条件式はシミュレーション例４においても式（８）で示されることがわかった。図４６は、式（８）のＴＰ、ＪＰの範囲をグラフ化したものに、比率Ａが特に小さくなるＴＰの範囲の上限および下限のシミュレーション結果をプロットしたものである。
【実施例】
【０１１２】
図２に示す磁気抵抗効果素子１１２を以下のように作製した。まず、Ｓｉ基板上に下記の膜を順次、スパッタリング法によって成膜した。
【０１１３】
電極１１０：Ｃｕ［１００ｎｍ］
下地層（図示せず）：Ｔａ［５ｎｍ］／Ｒｕ［２ｎｍ］
反強磁性層（図示せず）：ＩｒＭｎ［１０ｎｍ］
第１の磁性層１０１：ＦｅＣｏ［３ｎｍ］
スペーサ層１０３：Ｃｕ［３ｎｍ］
第２の磁性層１０２：Ｎｉ８０Ｆｅ２０［２．５ｎｍ］
キャップ層（図示せず）：Ｔａ［５ｎｍ］
電極１１１：Ｃｕ［１００ｎｍ］
【０１１４】
上記成膜後の基板を３００度、１０ＫＯｅの磁場を印加した状態で２時間、熱処理を行い、第１の磁性層１０１の磁化の方向を固定した。その後、フォトリソグラフィ法によって長径１４０×短径７０ｎｍ２の楕円形状の素子に微細加工した。
【０１１５】
その後、作製した磁気抵抗効果素子１１２の電極１１０、電極１１１に制御部１１５によって制御される電流源１１３を接続した。
【０１１６】
このように作製した磁気抵抗効果発振器１００を用いて、発振閾値電流密度ＪＯを以下のように測定した。電流源１１３を制御して磁気抵抗効果素子１１２に印加する電流密度を変化させながら磁気抵抗効果素子１１２の発振出力ＰＯＵＴをスペクトラムアナライザで測定した。横軸を磁気抵抗効果素子１１２に印加した電流密度、縦軸をその時の発振出力の逆数１／ＰＯＵＴとしてグラフにプロットし、１／ＰＯＵＴが０となる電流密度を外挿により見積もったところ、発振閾値電流密度ＪＯは９．８×１０１０Ａ／ｍ２であった。
【０１１７】
さらに、磁化反転閾値電流密度ＪＲを以下のように求めた。まず、磁気抵抗効果素子１１２に電流を印加していない状態における磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値を測定したところ、１０．５Ωであった。その後、磁気抵抗効果素子１１２に電流を印加していない状態から、電流源１１３を制御して電流密度Ｊ１を有する電流を１ミリ秒間印加し続け、その後、磁気抵抗効果素子１１２に印加した電流を止め、電流を止めてから磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値を測定した。電流密度Ｊ１＝１．２４×１０１１［Ａ／ｍ２］の時、磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値は１０．５Ωから大きく変化しなかったが、Ｊ１＝１．２５×１０１１［Ａ／ｍ２］の時、磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値は９．３Ωと大きく変化し、磁気抵抗効果素子１１２は磁化反転した。従って、磁化反転閾値電流密度ＪＲは１．２５×１０１１Ａ／ｍ２であった。
【０１１８】
次に、磁化反転時間ＴＲを以下のように測定した。電流源１１３を制御して磁化反転閾値電流密度ＪＲを有する電流を時間Ｔ１の間、磁気抵抗効果素子１１２に印加し、その後電流の印加を止め、電流を止めてから１ミリ秒後の磁気抵抗効果素子１１２の抵抗値を測定した。Ｔ１＝２０［ナノ秒］の時、抵抗値は１０．５Ωであった。一方、Ｔ１＝２１［ナノ秒］の時、抵抗値は９．３Ωであり、磁気抵抗効果素子１１２は磁化反転した。従って、磁化反転時間ＴＲは２１ナノ秒であった。
【０１１９】
第１のステップでは、電流源１１３を制御して、磁気抵抗効果素子１１２に一定の第１の電流密度（＝ＪＰ）を有する電流を時間ＴＰ間、印加し、その後、第２のステップでは電流密度ＪＳ＝１．００×１０１１［Ａ／ｍ２］を有する正の方向の電流を印加した。
【０１２０】
第１のステップを省略し、第２のステップのみを実行した時の磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間ＴＮＯＲＭを測定した。磁気抵抗効果素子１１２に１．００×１０１１Ａ／ｍ２を有する正の方向の電流を磁気抵抗効果素子１１２に印加し、オシロスコープで発振の立ち上がり時間を測定したところ、ＴＮＯＲＭは２８５ナノ秒であった。
【０１２１】
いくつかの第１の電流密度と時間ＴＰの条件において、磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間を実測した。表６は磁気抵抗効果素子１１２に印加した第１の電流密度と時間ＴＰ、その時の磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間と比率Ａの実験結果、および、式（２０）または式（２１）より計算した比率Ａをまとめたものである。実施例１から実施例６までは、比率Ａの実測結果は式（２０）または式（２１）より計算したＡの値とよく一致している。
【表６】
0006455806.tif 000041
【０１２２】
実施例７において、比率Ａの実測結果は式（２０）より計算した比率Ａよりも小さい。実施例７において、式（８）の下限値は１０．１ナノ秒であり、式（８）の上限値は１０．７ナノ秒である。実施例７の時間ＴＰは１０．２ナノ秒であり式（８）を満たしている。このように、式（８）を満たすパルス電流（ＪＰ，ＴＰ）を磁気抵抗効果素子１１２に印加すれば、磁気抵抗効果素子１１２の発振の立ち上がり時間を特に短縮することができることがわかる。
【０１２３】
このように本発明の磁気抵抗効果発振器は、磁気抵抗効果素子の発振の立ち上がりを高速で行うことができ、例えば、高速無線通信やマイクロ波アシスト磁気記録に利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明に係る磁気抵抗効果発振器は、高速無線通信やマイクロ波アシスト磁気記録などに利用可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
１００、２００・・・磁気抵抗効果発振器、１０１、１０２・・・磁性層、１０３・・・スペーサ層、１１２・・・磁気抵抗効果素子、１０６・・・伝導電子、１１０、１１１・・・電極、１１４、２０５・・・電流印加部、１１５・・・制御部、１１３・・・電流源、２０１・・・インダクタ、２０２・・・抵抗
【図１】
0006455806.tif 000050
【図２】
0006455806.tif 000051
【図３】
0006455806.tif 000052
【図４】
0006455806.tif 000053
【図５】
0006455806.tif 000054
【図６】
0006455806.tif 000055
【図７】
0006455806.tif 000056
【図８】
0006455806.tif 000057
【図９】
0006455806.tif 000058
【図１０】
0006455806.tif 000059
【図１１】
0006455806.tif 000060
【図１２】
0006455806.tif 000061
【図１３】
0006455806.tif 000062
【図１４】
0006455806.tif 000063
【図１５】
0006455806.tif 000064
【図１６】
0006455806.tif 000065
【図１７】
0006455806.tif 000066
【図１８】
0006455806.tif 000067
【図１９】
0006455806.tif 000068
【図２０】
0006455806.tif 000069
【図２１】
0006455806.tif 000070
【図２２】
0006455806.tif 000071
【図２３】
0006455806.tif 000072
【図２４】
0006455806.tif 000073
【図２５】
0006455806.tif 000074
【図２６】
0006455806.tif 000075
【図２７】
0006455806.tif 000076
【図２８】
0006455806.tif 000077
【図２９】
0006455806.tif 000078
【図３０】
0006455806.tif 000079
【図３１】
0006455806.tif 000080
【図３２】
0006455806.tif 000081
【図３３】
0006455806.tif 000082
【図３４】
0006455806.tif 000083
【図３５】
0006455806.tif 000084
【図３６】
0006455806.tif 000085
【図３７】
0006455806.tif 000086
【図３８】
0006455806.tif 000087
【図３９】
0006455806.tif 000088
【図４０】
0006455806.tif 000089
【図４１】
0006455806.tif 000090
【図４２】
0006455806.tif 000091
【図４３】
0006455806.tif 000092
【図４４】
0006455806.tif 000093
【図４５】
0006455806.tif 000094
【図４６】
0006455806.tif 000095