(57)【要約】  スピン制御機構は、スピン部及び第１チャネル部を備える。スピン部は、反転可能又は回転可能な磁気モーメントを有する。第１チャネル部は、スピン部に接触して設けられ、強磁性かつ絶縁体で構成される。そして、第１チャネル部に与えられた温度勾配によって発生するスピン流を用いて、スピン部の磁気モーメントの向きを制御する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気モーメントの向きを制御するスピン制御機構であって、
磁気モーメントを有するスピン部と、
前記スピン部と接触して設けられ、強磁性かつ絶縁体で構成された第１チャネル部と、
を備え、
前記第１チャネル部に与えられた温度勾配によって発生するスピン流を用いて、前記スピン部の磁気モーメントの向きを制御する、
スピン制御機構。
【請求項２】
前記第１チャネル部には、前記第１チャネル部と前記スピン部との接触位置へ向かうに従って温度が低くなる温度勾配が与えられる、請求項１に記載のスピン制御機構。
【請求項３】
前記第１チャネル部には、前記第１チャネル部の所定位置から前記第１チャネル部と前記スピン部との接触位置へ向かうに従って厚みが薄くなるように、厚さの勾配が形成されている、請求項１又は２に記載のスピン制御機構。
【請求項４】
前記第１チャネル部の所定位置と前記第１チャネル部及び前記スピン部が互いに接触する接触位置との間に温度勾配を与えるために、前記第１チャネル部の所定位置と熱発生源部とが熱的に接続された請求項１〜３の何れか一項に記載のスピン制御機構。
【請求項５】
前記熱発生源部は、ジュール熱を発生する請求項４に記載のスピン制御機構。
【請求項６】
前記熱発生源部は、他の電子機器に接続されたヒートシンクである請求項４に記載のスピン制御機構。
【請求項７】
スピン流によって動作するスピンデバイスであって、
磁気モーメントを有するスピン部と、
前記スピン部と離間して設けられ、磁性体からなるスピン注入子と、
前記スピン部に接触して設けられ、強磁性かつ絶縁体で構成された第１チャネル部と、
前記スピン注入子と前記スピン部との間に配置され、前記スピン注入子及び前記スピン部と直接又は絶縁層を介して接合された非磁性体からなる第２チャネル部と、
を備え、
前記第１チャネル部に与えられた温度勾配によって前記第１チャネル部に発生するスピン流、及び、前記スピン注入子及び前記第２チャネル部に電流又は電圧が印加されることによって前記第２チャネル部に発生するスピン流の少なくとも一方を用いて、前記スピン部の磁気モーメントの向きを制御する、
スピンデバイス。
【請求項８】
前記第１チャネル部には、前記第１チャネル部と前記スピン部との接触位置へ向かうに従って温度が低くなる温度勾配が与えられる、請求項７に記載のスピンデバイス。
【請求項９】
前記第１チャネル部には、前記第１チャネル部の所定位置から前記第１チャネル部と前記スピン部との接触位置へ向かうに従って厚みが薄くなるように厚さの勾配が形成されている、請求項７又は８に記載のスピンデバイス。
【請求項１０】
前記第１チャネル部の所定位置と前記第１チャネル部及び前記スピン部が互いに接触する接触位置との間に温度勾配を与えるために、前記所定位置と熱発生源部とが熱的に接続された、請求項７〜９の何れか一項に記載のスピンデバイス。
【請求項１１】
前記熱発生源部は、ジュール熱によって熱を発生する請求項１０に記載のスピンデバイス。
【請求項１２】
前記熱発生源部は、他の電子機器に接続されたヒートシンクである請求項１０に記載のスピンデバイス。
【請求項１３】
基板をさらに備え、
前記スピン部は、基板上に設けられた強磁性体からなる円板状の部材であり、
前記スピン注入子は、前記基板上に前記スピン部と離間して設けられ、基板面内方向に磁化された強磁性体からなる請求項７〜１２の何れか一項に記載のスピンデバイス。
【請求項１４】
磁気モーメントの向きが固定されたピンド層と、前記ピンド層に対向して配置され、磁気モーメントの向きを変更可能なフリー層と、前記ピンド層及び前記フリー層との間に配置され、トンネルバリア層又は非磁性層からなる中間層とを含むスピンバルブ構造を有するスピンデバイスであって、
前記ピンド層と前記フリー層との間に電位差を与える電位差生成部と、
強磁性体かつ絶縁体からなり、前記ピンド層、前記中間層及び前記フリー層の側方に接触して配置された第１チャネル部と、
を備えるスピンデバイス。
【請求項１５】
前記第１チャネル部には、前記第１チャネル部と前記フリー層との接触位置へ向かうに従って温度が低くなる温度勾配が与えられる、請求項１４に記載のスピン制御機構。
【請求項１６】
前記第１チャネル部には、前記ピンド層側から前記第１チャネル部と前記フリー層との接触位置へ向かうに従って厚みが薄くなるように、厚さの勾配が形成されている、請求項１４又は１５に記載のスピンデバイス。
【請求項１７】
前記電位差生成部は、前記スピンバルブ構造にジュール熱を発生させ、
前記第１チャネル部は、前記スピンバルブ構造で発生したジュール熱によって、前記ピンド層側から前記第１チャネル部と前記フリー層との接触位置へ向けて温度勾配が与えられる請求項１４〜１６の何れか一項に記載のスピンデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピン制御機構及びスピンデバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子機器において電子部品から発生する熱は、電子機器の正常な動作を妨げる要因となるおそれがある。このため、従来から、電子部品の温度を調整する機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。下記の特許文献１には、電子部品の温度を調整する機構として、ヒートシンク及びファンが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０７５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、発明者は、電子部品の温度を調整する機構を備えるラップトップ型のコンピュータにおける主要部品の体積、重量及び電力消費量比を計算した。このコンピュータで用いられているメモリデバイスはＤＲＡＭである。図１１に示されるように、ラップトップ型のコンピュータにおいて、ファン及びヒートシンクの重量は、コンピュータ全体の重量の約２割を占めており、ファンの電力消費量は、コンピュータ全体の電力消費量の約１割を占めている。【０００５】
このように、電子部品の温度を調整する機構の存在は、コンピュータの小型化又は省電力化に大きな影響を与えている。そこで、ＤＲＡＭに比べて小型かつ小さい発熱量となるスピンエレクトロニクス素子を採用することで、電子部品の温度を調整する機構の体積、重量又は電力消費量を抑えることが考えられる。しかしながら、上記対策ではＤＲＡＭに比べて小さくなった重量分又は発熱量分だけしか、電子部品の温度を調整する機構の排熱能力を小さくすることはできない。本技術分野では、電子部品の温度を調整する機構をより小型化又は省電力化することが可能な新規なデバイスが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者は、熱を利用して動作するデバイスを発明することができれば、電子部品で発生する熱を電子部品の動作に利用することができると考えた。すなわち、発明者は、熱で動作可能なデバイスを発明することにより、排熱の対象となる熱そのものを低減することができ、結果として、電子部品の温度を調整する機構をより小型化又は省電力化することが可能となると考え、本発明に至った。【０００７】
本発明の一側面に係るスピン制御機構は、スピン部及び第１チャネル部を備える。スピン部は、磁気モーメントを有する。第１チャネル部は、スピン部に接触して設けられ、強磁性かつ絶縁体で構成される。そして、スピン制御機構は、第１チャネル部に与えられた温度勾配によって発生するスピン流を用いて、スピン部の磁気モーメントの向きを制御する。【０００８】
このスピン制御機構では、第１チャネル部に温度勾配が与えられる。強磁性絶縁体に温度勾配が存在する場合、スピンゼーベック効果により、スピンが強磁性絶縁体中に励起してスピン流が発生する。すなわち、第１チャネル部の温度勾配により、スピン部へ向けてスピン流が発生することにより、スピン部の磁気モーメントを制御することができる。よって、例えば、他の電子部品で発生する熱を熱発生源部として利用することで、他の電子部品の温度を調整する機構をより小型化又は省電力化することが可能となる。【０００９】
一実施形態に係るスピン制御機構では、第１チャネル部には、第１チャネル部とスピン部との接触位置へ向かうに従って温度が低くなる温度勾配が与えられてもよい。このような温度勾配により、スピン部へ向けて第１チャネル部にスピン流が発生するため、発生したスピン流がスピン部の磁気モーメントの向きを変更することができる。【００１０】
一実施形態に係るスピン制御機構では、第１チャネル部には、第１チャネル部の所定位置から第１チャネル部とスピン部との接触位置へ向かうに従って厚みが薄くなるように、厚さの勾配が形成されていてもよい。このように構成することで、第１チャネル部の所定位置から接触位置に向けて効率的に温度勾配を形成することができる。このため、スピン部の磁気モーメントを効率的に制御することが可能となる。【００１１】
一実施形態に係るスピン制御機構では、第１チャネル部の所定位置と第１チャネル部及びスピン部が互いに接触する接触位置との間に温度勾配を与えるために、第１チャネル部の所定位置と熱発生源部とが熱的に接続されていてもよい。このように構成することで、熱発生源部から第１チャネル部の所定位置へ熱が伝導し、強磁性かつ絶縁体で構成された第１チャネル部の所定位置と第１チャネル部におけるスピン部との接触位置と間に温度勾配が生成される。【００１２】
一実施形態に係るスピン制御機構では、熱発生源部は、ジュール熱を発生してもよい。また、一実施形態では、熱発生源部は、他の電子機器に接続されたヒートシンクであってもよい。この場合、他の電子部品で発生する熱を利用することで他の電子部品の温度を調整する機構をより小型化又は省電力化することが可能となる。【００１３】
本発明の一側面に係るスピンデバイスは、スピン流によって動作するスピンデバイスである。該スピンデバイスは、スピン部、スピン注入子、第１チャネル部及び第２チャネル部を備える。スピン部は、磁気モーメントを有する。スピン注入子は、スピン部と離間して設けられ、磁性体からなる。第１チャネル部は、スピン部に接触して設けられ、強磁性かつ絶縁体で構成される。第２チャネル部は、スピン注入子とスピン部との間に配置され、スピン注入子及びスピン部と直接又は絶縁層を介して接合された非磁性体からなる。そして、スピンデバイスは、第１チャネル部に与えられた温度勾配によって第１チャネル部に発生するスピン流、及び、スピン注入子及び第２チャネル部に電流又は電圧が印加されることによって第２チャネル部に発生するスピン流の少なくとも一方を用いて、スピン部の磁気モーメントの向きを制御する。【００１４】
該スピンデバイスでは、例えば強磁性体からなるスピン注入子と非磁性体からなる第２チャネル部とに電流又は電圧が印加されると、第２チャネル部に強磁性体からなるスピン部へ向けてスピン流が発生する。第２チャネル部に流れるスピンは、スピン部の磁気モーメントに対してスピントランスファートルク（Ｓｐｉｎ−Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｔｏｒｑｕｅ）として作用する。ここで、第１チャネル部に与えられた温度勾配により、スピンゼーベック効果により第１チャネル部にスピン流が発生する。当該スピン流は、スピン部の磁気モーメントに対して、スピントランスファートルクとして作用する。これにより、第１チャネル部のスピン流の分だけ、スピン部の磁気モーメントを回転しやすくすることができる。すなわち、熱を利用して磁気モーメントを回転しやすくさせるスピンデバイスを実現することが可能となる。よって、例えば、他の電子部品で発生する熱を利用することで他の電子部品の温度を調整する機構をより小型化又は省電力化することができる。【００１５】
一実施形態に係るスピンデバイスでは、第１チャネル部には、第１チャネル部とスピン部との接触位置へ向かうに従って温度が低くなる温度勾配が与えられてもよい。このような温度勾配により、スピン部へ向けて第１チャネル部にスピン流が発生するため、発生したスピン流がスピン部の磁気モーメントの向きを変更することができる。【００１６】
一実施形態に係るスピンデバイスでは、第１チャネル部には、第１チャネル部の所定位置から第１チャネル部とスピン部との接触位置へ向かうに従って厚みが薄くなるように、厚さの勾配が形成されていてもよい。このように構成することで、第１チャネル部の所定位置から接触位置に向けて効率的に温度勾配を形成することができる。このため、スピン部の磁気モーメントを効率的に制御することが可能となる。【００１７】
一実施形態に係るスピンデバイスでは、第１チャネル部の所定位置と第１チャネル部及びスピン部が互いに接触する接触位置との間に温度勾配を与えるために、第１チャネル部の所定位置と熱発生源部とが熱的に接続されていてもよい。このように構成することで、熱発生源部から第１チャネル部の所定位置へ熱が伝導し、強磁性かつ絶縁体で構成された第１チャネル部の所定位置と第１チャネル部におけるスピン部との接触位置と間に温度勾配が生成される。【００１８】
一実施形態に係るスピンデバイスでは、熱発生源部は、ジュール熱を発生してもよい。また、一実施形態では、熱発生源部は、他の電子機器に接続されたヒートシンクであってもよい。この場合、他の電子部品で発生する熱を利用することで他の電子部品の温度を調整する機構をより小型化又は省電力化することが可能となる。【００１９】
一実施形態に係るスピンデバイスでは、スピンデバイスが基板をさらに備え、スピン部は、基板上に設けられた強磁性体からなる円板状の部材であり、スピン注入子は、基板上にスピン部と離間して設けられ、基板面内方向に磁化された強磁性体であってもよい。【００２０】
このように構成することで、スピン部が円板状の場合、基板面内方向におけるスピン部の磁気異方性を均一にすることができるため、スピン部の磁気モーメントの基板面内方向における磁気モーメントの制御を容易に行うことが可能となる。【００２１】
本発明の他の側面に係るスピンデバイスは、スピンバルブ構造を備える。スピンバルブ構造は、ピンド層、フリー層及び中間層を備える。ピンド層は、磁気モーメントの向きが固定されている。フリー層は、ピンド層に対向して配置され、磁気モーメントの向きを変更可能とされている。中間層は、ピンド層及びフリー層との間に配置され、トンネルバリア層又は非磁性層からなる。そして、該スピンデバイスは、電位差生成部及び第１チャネル部を備える。電位差生成部は、ピンド層とフリー層との間に電位差を与える。第１チャネル部は、強磁性体かつ絶縁体からなり、ピンド層、中間層及びフリー層の側方に接触して配置されている。【００２２】
スピンバルブ構造体は、ピンド層とフリー層とに挟まれた中間層に対して、電位差生成部により電位差を与えることにより、フリー層の磁気モーメントの向きによって検出信号が異なるスイッチ素子又はメモリ素子として機能する。ここで、中間層は、トンネルバリア層又は非磁性層からなる。また、電位差生成部により電圧が印加された場合、ジュール熱が発生し、ピンド層とフリー層との間に温度差が生じる。この温度差によって、ピンド層とフリー層とに接触された第１チャネル部には温度勾配が発生する。当該温度勾配により、第１チャネル部にスピン流が発生する。このスピン流はフリー層の磁気モーメントに対して、スピントランスファートルクとして作用する。このため、第１チャネル部のスピン流の分だけ、フリー層の磁気モーメントを制御しやすくすることができる。すなわち、信号検出のための電圧によって発生した熱を利用して、フリー層の磁気モーメントを回転しやすくさせるスピンデバイスを実現することができる。このように、第１チャネル部が電子部品で発生する熱を利用することができるので、電子部品の温度を調整する機構をより小型化又は省電力化することが可能となる。【００２３】
一実施形態に係るスピンデバイスでは、第１チャネル部には、第１チャネル部とフリー層との接触位置へ向かうに従って温度が低くなる温度勾配が与えられてもよい。このような温度勾配により、フリー層へ向けて第１チャネル部にスピン流が発生するため、発生したスピン流がフリー層の磁気モーメントの向きを変更することができる。【００２４】
一実施形態に係るスピンデバイスでは、第１チャネル部には、ピンド層側から第１チャネル部とフリー層との接触位置へ向かうに従って厚みが薄くなるように、厚さの勾配が形成されていてもよい。このように構成することで、第１チャネル部の所定位置から接触位置に向けて効率的に温度勾配を形成することができる。このため、スピン部の磁気モーメントを効率的に制御することが可能となる。【００２５】
一実施形態に係るスピンデバイスでは、電位差生成部は、スピンバルブ構成にジュール熱を発生させ、第１チャネル部は、スピンバルブ構成で発生したジュール熱によって、ピンド層側から第１チャネル部とフリー層との接触位置へ向けて温度勾配が与えられてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明の種々の側面及び種々の実施形態によれば、熱を利用してスピンを制御するスピン制御機構及びスピンデバイスが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態に係るスピンデバイスの構成を示す概要図である。
【図２】温度勾配を説明するグラフである。
【図３】第１チャネル部の厚さを説明する図である。
【図４】第２実施形態に係るスピンデバイスの斜視図である。
【図５】図４のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図６】第２実施形態に係るスピンデバイスの拡大図である。
【図７】スピンデバイスの動作原理を説明する概要図である。
【図８】第２実施形態に係るスピンデバイスの変形例を示す拡大図である。
【図９】第３実施形態に係るスピンデバイスの斜視図である。
【図１０】第３実施形態に係るスピンデバイスの変形例を示す斜視図である。
【図１１】ラップトップ型のコンピュータにおけるファン及びヒートシンクの体積比、重量比及び消費電力比を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照して実施形態について具体的に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２９】
（第１実施形態）
図１を参照して、本実施形態に係るスピンデバイスについて説明する。図１は、一実施形態に係るスピンデバイスの構成を示す概要図である。図１の（Ａ）は斜視図、図１の（Ｂ）は側断面図である。
【００３０】
スピンデバイスは、スピン流を利用して磁気モーメントを反転させるナノスケールのデバイスである。ここでは、スピンデバイスの一例として、いわゆるスピンゼーベック効果を応用して、磁気モーメントの反転を行うスピンデバイスについて説明する。スピンゼーベック効果は、磁性体に温度差をつけるとスピン流が発生する現象である。
【００３１】
図１に示すように、スピンデバイス１０は、スピン制御機構１を備えている。スピン制御機構１は、スピン部２及び第１チャネル部４を備える。
【００３２】
スピン部２は、反転可能又は回転可能な磁気モーメント３を備えている。すなわち、スピン部２は、磁性体を含んで構成されている。スピン部２は、例えば強磁性体で構成されている。なお、ここでは、スピンデバイス１０は、スピン部２の磁気モーメント３の磁化方向に応じて、検出信号が変化する構成を備えているものとする。すなわち、スピンデバイス１０は、スピン部２の磁化方向に応じて、少なくとも第１の状態（例えばＯＮ状態）と第２の状態（例えばＯＦＦ状態）とを区別した信号を検出可能な構成を備えているものとする。
【００３３】
スピン部２は、第１チャネル部４と他の部材を介することなく直接に接している。スピン部２と第１チャネル部４とが接触することで、接触面Ｓ１が形成されている。なお、この接触面Ｓ１の大きさは限定されるものではなく、例えば１点で接していてもよい。以下では、接触面Ｓ１に含まれる点を接触位置Ｐ２という。
【００３４】
第１チャネル部４は、強磁性体を含んで構成された絶縁体である。第１チャネル部４は、例えば長手方向を有する線形部材である。第１チャネル部４は、長手方向がｘ方向に沿うように配置されている。第１チャネル部４の一端部にスピン部２が配置されている。
【００３５】
第１チャネル部４には温度勾配が与えられる。温度勾配とは、位置に応じて温度差が存在することをいう。例えば、第１チャネル部４の他端部（所定位置Ｐ１）には、熱発生源部１５が熱的に接続されている。所定位置Ｐ１は、熱発生源部１５が熱的に接続される位置である。所定位置Ｐ１は、第１チャネル部４上に存在し、接触位置Ｐ２と離間している。熱的に接続とは、２つの物体間で熱が伝導可能な状態となっていることを意味する。これによって、熱発生源部１５から第１チャネル部４へ熱が伝導し、温度勾配が与えられる。
【００３６】
熱発生源部１５は、ジュール熱によって発熱する部材、他の因子で発熱する部材、又は、既に熱が伝導された部材そのものであってもよい。熱発生源部１５は、例えば他の電子機器に接続され、当該電子機器の熱を放熱するヒートシンクであってもよい。本実施形態では、熱発生源部１５として、電源１５ａ及び抵抗部材１５ｂを採用している。電源１５ａは、抵抗部材１５ｂに電圧を印加可能に構成されている。電源１５ａが制御部に接続され、電圧印加をＯＮ・ＯＦＦできるように構成されていてもよい。抵抗部材１５ｂに電圧が印加されると、抵抗部材１５ｂがジュール熱を発生する。発生した熱は、所定位置Ｐ１の第１チャネル部４の温度を上昇させる。図２は、第１チャネル部４の位置と温度との関係を示すグラフである。熱発生源部１５から熱が所定位置Ｐ１に与えられると、図２に示すように所定位置Ｐ１における温度がΔＴだけ上昇する。すなわち、接触位置Ｐ２の温度をＴ１とすると、所定位置Ｐ１の温度はＴ１＋ΔＴとなる。これにより、所定位置Ｐ１と接触位置Ｐ２との間に温度差ΔＴが生じ、所定位置Ｐ１と接触位置Ｐ２との間に温度勾配が生じる。この温度勾配は、所定位置Ｐ１から接触位置Ｐ２へ向かうに従って温度が低くなる温度勾配である。すなわち、所定位置Ｐ１が熱発生源部１５と接続されることにより、所定位置Ｐ１と接触位置Ｐ２との間に温度勾配が生じる。
【００３７】
一実施形態では、第１チャネル部４が所定位置Ｐ１から接触位置Ｐ２に向かうに従って厚みが薄くなるように、第１チャネル部４の厚さの勾配が形成されてもよい。図３は、第１チャネル部４の厚さの一例を説明する図である。図３に示すように、熱発生源部１５が接続された所定位置Ｐ１における第１チャネル部４の厚さｔ１は、スピン部２と接触している接触位置Ｐ２の厚さｔ２よりも厚くてもよい。そして、第１チャネル部４の厚さは、スピン部２と接触している接触位置Ｐ２へ向かうに連れて除々に薄くなってもよい。このように構成することで、所定位置Ｐ１から接触位置Ｐ２へ向かうにつれて位置ごとの熱容量が変化することから、第１チャネル部４の所定位置Ｐ１から接触位置Ｐ２に向けて効率的に温度勾配を形成することができる。これにより、例えば、接触位置Ｐ２の温度よりも所定位置Ｐ１の温度の方が高くすることを容易に実現することができる。よって、スピン部２の磁気モーメント３を効率的に制御することが可能となる。
【００３８】
次に、スピンデバイス１０の動作を説明する。まず、スピン部２の磁気モーメント３の向きを制御する場合には、熱発生源部１５から第１チャネル部４の所定位置Ｐ１へ熱が供給される。これにより、所定位置Ｐ１と接触位置Ｐ２との間に温度勾配が発生する。第１チャネル部４は、強磁性絶縁体で構成されているため、スピンゼーベック効果により、スピンが強磁性絶縁体中に励起してスピン流が発生する。スピン流は、所定位置Ｐ１から所定位置Ｐ１よりも低温となっている接触位置Ｐ２へ向かって流れる。このスピン流が、スピン部２の磁気モーメント３にスピントランスファートルクとして作用する。これにより、スピン部２の磁気モーメント３の向きが制御される。
【００３９】
以上、第１実施形態に係るスピン制御機構１によれば、熱を利用してスピン部２の磁気モーメント３を制御することができる。このため、電子部品の温度を調整する機構をより小型化又は省電力化するために利用可能である。例えば、熱発生源部１５として、他の電子部品から発生する熱を利用することにより、電子部品の温度を調整する機構をより小型化又は省電力化することが可能となる。
【００４０】
また、第１実施形態に係るスピン制御機構１によれば、第１チャネル部４は、所定位置Ｐ１から接触位置Ｐ２に向かうに従って厚みが薄くなるように形成されていてもよい。このように構成することで、第１チャネル部の所定位置Ｐ１から接触位置Ｐ２に向けて効率的に温度勾配を形成することができる。このため、スピン部２の磁気モーメント３を効率的に制御することが可能となる。
【００４１】
（第２実施形態）
第２実施形態に係るスピンデバイス１０は、第１実施形態に係るスピンデバイスと同様のスピン制御機構１を備えている。第２実施形態に係るスピンデバイス１０は、いわゆるスピンバルブ構造を応用したスピンモータである点が、第１実施形態に係るスピンデバイスと相違する。このため、第１実施形態の説明と重複する点は省略し、相違点を中心に説明する。
【００４２】
図４から図７を参照して、本実施形態に係るスピンデバイス１０について説明する。図４は、一実施形態に係るスピンデバイス１０の斜視図である。図５は、図４のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図６は、一実施形態に係るスピンデバイス１０の拡大図である。図７は、スピンデバイス１０の動作原理を説明する概要図である。
【００４３】
図４に示すように、スピンデバイス１０は、例えば、第２チャネル部１２、スピン注入子１４、スピン回転制御部１９及びスピン部２を備えている。ここでは、強磁性体からなるスピン注入子１４及び強磁性体からなるスピン部２を非磁性体からなる第２チャネル部１２によって橋渡しした面内スピンバルブ構造が形成されている。スピン注入子１４及びスピン部２は、例えばＦｅ、ＮｉＦｅ等により形成され得る。第２チャネル部１２は、例えばＳｉもしくはヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）などの半導体材料、又は、ＡｇもしくはＣｕ等の非磁性金属により形成され得る。以下では、第２チャネル部１２が半導体材料で形成された場合を説明する。
【００４４】
図４，５に示すように、第２チャネル部１２は基板２４上に配置されている。基板２４として例えば半導体基板が用いられる。第２チャネル部１２は、線形部材であって、その軸線方向が基板２４の面内方向に向くように配置されている。第２チャネル部１２は、例えば基板２４上に積層させた半導体層２０をメサ状に加工することによって形成される。第２チャネル部１２の線幅は、例えば１０μｍ以下とされる。なお、基板２４と半導体層２０との間に二次元電子ガス層２２を形成した場合には、二次元電子ガス層２２及び半導体層２０をメサ状に加工することによって第２チャネル部１２を形成してもよい。例えば、基板２４としてＧａＡｓ基板を用い、半導体層２０を基板２４に電子をドーピングして形成した場合には、半導体層２０と基板２４との間に二次元電子ガス層２２が形成される。
【００４５】
スピン注入子１４は、基板２４上に設けられる。スピン注入子１４は、線形部材であって、その軸線方向が基板２４の面内方向に向くように配置され、面内方向に磁化されている。なお、ここではスピン注入子１４は、第２チャネル部１２上に配置されている。スピン注入子１４は、第２チャネル部１２と交差するように配置される。このため、スピン注入子１４及び第２チャネル部１２は、互いに接触（直接的に接合）している。スピン注入子１４と第２チャネル部１２とが交差する領域はスピン注入領域（スピン注入位置）である。スピン注入子１４の線幅は、例えば１０μｍ以下とされる。
【００４６】
スピン部２は、基板２４上にスピン注入子１４と離間して設けられる。スピン部２は、円板部材であって、基板面内方向に磁気モーメントが向くように形成されている。なお、円板部材とは、その水平断面が鋭角部を有さない形状の部材を意味する。円板部材は、例えば、その水平断面が円形の板状部材のみならず、水平断面が楕円形状である部材、水平断面が多角形であって角の角度が例えば１８０度に近い非常に大きな多角形である部材、ドット形状の部材、及び、円錐状の部材をも含む。ここではスピン部２は、第２チャネル部１２上に配置されている。スピン部２は、第２チャネル部１２と接触（直接的に接合）されている。スピン部２の直径は、例えば１０μｍ以下とされる。ここでは、スピン部２は、その直径が第２チャネル部１２の線幅より小さくなるように形成されている。
【００４７】
このように、スピンデバイス１０は、スピン注入子１４とスピン部２との間に第２チャネル部１２が配置された面内スピンバルブ構造とされている。スピン注入子１４の一端部には、電流又は電圧印加用の端子部１４ａが形成され、第２チャネル部１２の一端部（両端部のうちスピン注入子１４に近い端部）には、電流又は電圧印加用の端子部１２ａが形成されている。
【００４８】
スピン回転制御部１９は、例えば図示しない電圧制御部及び電圧印加用端子を備えている。スピン回転制御部１９は、第２チャネル部１２に接続されている。例えば、スピン回転制御部１９は、第２チャネル部１２上の領域であって、スピン注入子１４とスピン部２との間に位置する領域と直接接合されている。スピン回転制御部１９は、第２チャネル部１２のスピンの回転方向を制御するために、第２チャネル部１２へ電場又は磁場を印加可能に構成されている。スピン回転制御部１９は、例えば略直方体を呈し、第２チャネル部１２の長手方向に直交する方向の幅が例えば１０μｍ以下とされる。なお、ここでは、スピン部２は、第２チャネル部１２の長手方向に直交する方向の幅が第２チャネル部１２の線幅以下になるように形成されている。
【００４９】
ここで、スピンデバイス１０は、スピン制御機構１を備えている。スピン制御機構１は、第１実施形態と同様であり、スピン部２及び第１チャネル部４を備える。第１チャネル部４は、例えば、第２チャネル部１２と略平行に延在してもよい。また、第１チャネル部４の他端部がスピン注入子１４上に配置されていてもよい。なお、この場合、第１チャネル部４とスピン注入子１４との間に断熱材が設けられていてもよい。その他の第１チャネル部４の構成及び変形例は、第１実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００５０】
図６は、スピンモータとして機能するスピンデバイス１０を示した図である。図６に示すように、スピンデバイス１０は、モータ回転子３０を備える。モータ回転子３０は、強磁性体材料により形成され、スピン部２の上方にスピン部２と離間し対向して配置されている。モータ回転子３０は、スピン部２の漏洩磁場が伝達される範囲に配置されればよく、スピン部２から例えば数１０ｎｍ以下の範囲に配置される。すなわち、モータ回転子３０は、スピン部２の磁気モーメントに追従して回転可能な位置に配置されている。モータ回転子３０は、例えば略円板状を呈し、その回転軸が基板２４に直交するように配置されている。なお、モータ回転子３０の形状は略円板状に限られるものではなく、例えば棒状部材等であってもよい。モータ回転子３０には、モータ回転子３０の回転運動を伝達させる棒状部材等が接続されている。モータ回転子３０の直径は、例えば１０μｍ以下とされる。
【００５１】
上記構成を有するスピンデバイス１０の動作を説明する。図６に示すように、スピン部２の磁気モーメントは、第１チャネル部４に流れるスピン流Ｒ１及び第２チャネル部１２に流れるスピン流Ｒ２によって制御される。なお、第２チャネル部１２に流れるスピン流Ｒ２が主にスピン部２の磁気モーメントを制御し、第１チャネル部４に流れるスピン流Ｒ１が、スピン流Ｒ２によってスピン部２の磁気モーメントを制御し易くなるように補助する。すなわち、スピン制御機構１は、面内スピンバルブ素子の磁化反転のアシスト機構として機能する。
【００５２】
最初に、主制御に関連する第２チャネル部１２に流れるスピン流Ｒ２について概説する。
【００５３】
図７は、第２チャネル部１２に流れるスピン流Ｒ２を説明するための概略図である。図７では、説明理解の容易性を考慮して、第１チャネル部４は省略している。まず、スピン注入子１４の端子部１４ａと第２チャネル部１２の端子部１２ａとの間に電流が印加される。これにより、図７に示すように、スピン注入子１４の磁化方向と反平行となるスピンが第２チャネル部１２へ注入される。第２チャネル部１２に注入されたスピンは、第２チャネル部１２の両端部へ拡散する。このとき、拡散するスピンとは反平行のスピンがスピン部２側からスピン注入子１４側に向けて流れる。このため、電荷を伴わないスピン流が、スピン注入子１４側からスピン部２側へ向けて発生する。第２チャネル部１２に流れるスピンは、スピン軌道相互作用によって歳差運動しており、このスピン軌道相互作用がスピン回転制御部１９によって印加された電圧による電界によって制御される。すなわち、第２チャネル部１２に流れるスピンの向きは、スピン回転制御部１９の印加電圧によって変更される。ここでは、スピンの向きが、時間に応じて基板面内方向に除々にΔθずつ回転するように変更される。すなわち、スピン部２へ到来するスピン流は、時系列でスピンの向きが基板面内方向にΔθずつ回転されている。第２チャネル部１２のスピンは、スピン部２の磁気モーメントにスピントランスファートルクを与える。このため、スピン流のスピンの向きが時系列で回転させられていることで、スピン部２の磁気モーメントが回転する。このとき、図６に示すように、モータ回転子３０はスピン部２の磁気モーメントに追従して回転する。このように、磁気モーメントの回転を運動エネルギーに変換することでスピンモータとして駆動させることができる。また、例えば、スピン部２の水平断面を楕円形など軸の長さに差がある形状を採用した場合には、長軸方向に磁気モーメントが向きやすくなるため、初期の磁気モーメントの向きを制御することができる。
【００５４】
次に、アシスト機構に関連する第１チャネル部４に流れるスピン流Ｒ１について概説する。スピン部２の磁気モーメントの向きを制御する場合には、熱発生源部１５から第１チャネル部４の所定位置Ｐ１へ熱が供給される。これにより、所定位置Ｐ１と接触位置Ｐ２との間に温度勾配が発生する。第１チャネル部４は、強磁性絶縁体で構成されているため、スピンゼーベック効果により、スピンが強磁性絶縁体中に励起してスピン流Ｒ１が発生する。スピン流Ｒ１は、所定位置Ｐ１から所定位置Ｐ１よりも低温となっている接触位置Ｐ２へ向かって発生する。このスピン流Ｒ１が、スピン部２の磁気モーメントにスピントランスファートルクとして作用する。これにより、スピン流Ｒ２によってスピン部２の磁気モーメントを制御する際に、スピン流Ｒ１もスピン部２の磁気モーメントに対して、スピントランスファートルクとして作用させることができる。これにより、第１チャネル部４のスピン流Ｒ１の分だけ、スピン部２の磁気モーメントを回転しやすくすることができる。
【００５５】
また、本実施形態において、図８に示すように、第１チャネル部４が所定位置Ｐ１から接触位置Ｐ２に向かうに従って厚みが薄くなるように形成されてもよい。例えば、所定位置Ｐ１における第１チャネル部４の厚さは、スピン部２と接触している接触位置Ｐ２の厚さよりも厚くてもよい。そして、第１チャネル部４の厚さは、スピン部２と接触している接触位置Ｐ２へ向かうに連れて除々に薄くなってもよい。このように構成することで、所定位置Ｐ１から接触位置Ｐ２へ向かうにつれて位置ごとの熱容量が変化することから、第１チャネル部４の所定位置Ｐ１から接触位置Ｐ２に向けて効率的に温度勾配を形成することができる。これにより、例えば、接触位置Ｐ２の温度よりも所定位置Ｐ１の温度の方が高くすることを容易に実現することができる。よって、スピン部２の磁気モーメント３を効率的に制御することが可能となる。
【００５６】
以上、第２実施形態に係るスピンデバイス１０によれば、熱を利用してスピン部２の磁気モーメント３を制御することができる。このため、電子部品の温度を調整する機構をより小型化又は省電力化するために利用可能である。例えば、熱発生源部１５として、他の電子部品から発生する熱を利用することにより、電子部品の温度を調整する機構をより小型化又は省電力化することが可能となる。
【００５７】
（第３実施形態）
第３実施形態に係るスピンデバイス１０は、第１実施形態に係るスピンデバイスと同様のスピン制御機構１を備えている。第３実施形態に係るスピンデバイス１０は、いわゆる面直スピンバルブ構造を有する点が、第１実施形態及び第２実施形態に係るスピンデバイスと相違する。このため、第１実施形態及び第２実施形態の説明と重複する点は省略し、相違点を中心に説明する。
【００５８】
図９に示されるように、スピンデバイス１０は、例えば、基板６０，６１、反強磁性層６２、ピンド層６３、中間層６４、フリー層６５、第１チャネル部４及び電位差生成部５０を備えている。ピンド層６３、中間層６４及びフリー層６５によってスピンバルブ構造が形成される。
【００５９】
基板６０は、例えばＳｉもしくはヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）などの半導体材料、又は、ＭｇＯ、ＡｇもしくはＣｕ等の非磁性金属により形成され得る。基板６０上には、反強磁性体からなる反強磁性層６２が積層されている。反強磁性層６２上には、ピンド層６３が積層されている。ピンド層６３は磁性体からなる。ピンド層６３の磁気モーメントと反強磁性層６２との交換結合により、ピンド層６３の磁気モーメントの向きが一方向へ固定されている。ピンド層６３は、強磁性体材料により形成されている。強磁性体材料として、例えばＦｅ、Ｃｏ又はＮｉ等が用いられる。ピンド層６３は、任意の第１方向に磁化が固定され得る。第１方向は、例えば、基板面直方向（基板面に垂直な方向）である。
【００６０】
中間層６４は、ピンド層６３上に設けられている。中間層６４は、例えば、スピンバルブ構造のトンネル結合のためのトンネルバリア層であってもよい。この場合、中間層６４は、例えば絶縁体材料により形成される。絶縁体材料として、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＣｏＦｅＯ等が用いられる。また、中間層６４は、例えば、非磁性層であってもよい。非磁性層は、例えば、ＭｇＯ、ＡｇもしくはＣｕ等の非磁性金属により形成され得る。
【００６１】
フリー層６５は、中間層６４上に設けられている。フリー層６５は、強磁性体材料により形成されている。強磁性体材料として、例えばＦｅ、Ｃｏ又はＮｉ等が用いられる。フリー層６５は、磁気モーメントの向きが変更可能である。フリー層６５の磁気異方性は、例えば、基板面直方向（基板面に垂直な方向）である。すなわち、フリー層６５は、基板面直方向に磁化反転可能に構成されている。フリー層６５上には、キャップ層として機能する基板６１が配置されている。基板６１は、例えばＳｉもしくはヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）などの半導体材料、又は、ＭｇＯ、ＡｇもしくはＣｕ等の非磁性金属により形成され得る。また、基板６１の少なくとも一部に電極が形成されてもよい。この電極は、例えば、ＭｇＯ、ＡｇもしくはＣｕ等の非磁性金属により形成され得る。
【００６２】
スピンデバイス１０は、このように中間層６４を挟んでピンド層６３とフリー層６５とが積層され、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗）またはＧＭＲ（巨大磁気抵抗）効果を奏する積層構造となる。基板６０，６１には、電圧印加用の端子がそれぞれ設けられており、各端子に電位差生成部５０が接続されている。電位差生成部２５は、ピンド層６３とフリー層６５との間に電位差を与える。フリー層６５の磁気モーメントの向きに応じて、基板６０，６１間の抵抗値が変化する。中間層６４が主に絶縁体から構成された場合、スピンデバイス１０にはＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）によりフリー層６５の磁気モーメントの向きに応じて抵抗値が変化する。一方、中間層６４が主に非磁性体から構成された場合、スピンデバイス１０にはＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）によりフリー層６５の磁気モーメントの向きに応じて抵抗値が変化する。フリー層６５の磁気モーメントの向きは、例えばピンド層に注入された電子により励起されたスピンによって制御され得る。また、スピンバルブ構造へ電流が注入されることによりジュール熱が発生する。例えば、基板６０側から基板６１へ電流が流れる場合には、ジュール熱が発生し、電流の流れる方向と同方向にスピン流が発生する。
【００６３】
ここで、積層されたピンド層６３、中間層６４及びフリー層６５の側方に接触して第１チャネル部４が配置されている。フリー層６５及び第１チャネル部４を含んでスピン制御機構１が構成されている。このスピン制御機構１については、第１実施形態に係るスピン制御機構と同一であるため、説明を省略する。
【００６４】
第１チャネル部４の垂直方向の端部は、基板６０及び基板６１にそれぞれ接続されている。このため、スピンバルブ構造を含む積層構造へ電圧を印加した場合、積層構造にジュール熱が発生する。発生したジュール熱は、積層構造の側方に配置された第１チャネル部４へ伝導する。このとき、基板６０側すなわちピンド層６３側の温度は、基板６１側すなわちフリー層６５側の温度よりも高くなる。これにより、第１チャネル部４には、第１チャネル部４とピンド層６３との接触位置から、第１チャネル部４とフリー層６５との接触位置へ向けて温度勾配が生じ得る。このため、第１チャネル部４にはスピンが励起されてスピン流が発生する。当該スピン流はフリー層６５の磁気モーメントに対して、スピントランスファートルクとして作用する。このとき、第１チャネル部４のスピン流の分だけ、フリー層６５の磁気モーメントを制御しやすくすることができる。すなわち、本実施形態に係るスピン制御機構１は、第２実施形態に係るスピン制御機構と同様に、アシスト機構として機能する。このように、第１チャネル部４が電子部品で発生する熱を利用し、フリー層６５の磁気モーメントの向きを容易に制御することができる。
【００６５】
また、本実施形態において、図１０に示すように、ピンド層６３側から第１チャネル部４とフリー層６５との接触位置Ｐ２へ向かうに従って厚みが薄くなるように、第１チャネル部４の厚さの勾配が形成されてもよい。ピンド層６３側における第１チャネル部４の厚さは、フリー層６５と接触している接触位置Ｐ２の厚さよりも厚くてもよい。この場合、例えば、第１チャネル部４とフリー層６５とが接触した接触面に含まれる点を接触位置Ｐ２としてよい。この接触面の大きさは限定されるものではなく、例えば１点で接していてもよい。
【００６６】
このように構成することで、フリー層６５へ向かうにつれて第１チャネル部４の位置ごとの熱容量が変化することから、第１チャネル部４のピンド層６３側から接触位置に向けて効率的に温度勾配を形成することができる。よって、フリー層６５の磁気モーメントを効率的に制御することが可能となる。
【００６７】
厚さの勾配が形成された第１チャネル部４は、スパッタ装置で適宜製造可能である。第１チャネル部４は、例えば成膜サンプル及びターゲットの何れか一方を水平面と平行に配置し、他方を水平面から傾斜させて配置する。この状態でスパッタすることで、厚さに変化を与えて成膜することができる。
【００６８】
以上、第３実施形態に係るスピンデバイス１０によれば、スピンバルブ素子が発生する熱を利用して、フリー層６５の磁気モーメントを制御しやすくすることができる。このため、スピンバルブ素子を採用した電子部品の温度を調整する機構をより小型化又は省電力化することが可能となる。
【００６９】
上述した各実施形態は、種々の変形が可能である。
【００７０】
例えば、上述した各実施形態では、スピンデバイス１０の各構成部材の大きさがマイクロオーダーの部材である場合も含むように説明しているが、各構成部材の大きさをナノオーダーで形成し、ナノスケールのスピンデバイス１０としてもよい。
【００７１】
また、上述した第２実施形態では、スピン注入子１４、スピン回転制御部１９及びスピン部２は、第２チャネル部１２と直接接合されている例を説明したが、スピン注入子１４、スピン回転制御部１９及びスピン部２の少なくとも１つが、第２チャネル部１２と絶縁層を介して接合されていてもよい。このように構成した場合であっても、スピンデバイス１０として機能させることができる。
【００７２】
また、上述した第２実施形態では、スピン注入子１４及びスピン部２が第２チャネル部１２よりも上方に配置される例を説明したが、スピン注入子１４及びスピン部２は、第２チャネル部１２と少なくとも一部が接触した状態となっていれば、どのように配置されていてもよい。すなわち、スピン注入子１４及びスピン部２は、第２チャネル部１２の側方に配置されてもよい。また、スピン部２は第２チャネル部１２の線幅以上であってもよい。
【００７３】
また、上述した第２実施形態では、第１チャネル部４がスピン部２の上方に配置される例を説明したが、スピン注入子１４及びスピン部２は、第１チャネル部４と少なくとも一部が接触した状態となっていれば、どのように配置されていてもよい。すなわち、スピン注入子１４及びスピン部２は、第１チャネル部４の側方に配置されてもよい。
【００７４】
また、上述した第２実施形態では、スピン回転制御部１９として第２チャネル部１２に電流を印加する例を説明したが、他のスピン回転制御部を採用してもよい。例えば、第２チャネル部１２へ円偏光を照射する照射部をスピン回転制御部１９として採用してもよい。なお、この場合、第２チャネル部１２は半導体材料により形成される。このように形成することで、円偏光を用いてスピンの向きを制御することが可能となるため、第２チャネル部１２に接触させる部品点数を少なくすることができる。
【００７５】
さらに、スピン注入子１４へ印加する電圧値を変更する制御部を、スピン回転制御部１９として採用してもよい。強磁性体金属と半導体との界面にはショットキー障壁が形成されており、電子のエネルギーと共鳴準位とが一致したときに電流が大きく流れる。スピン注入子１４へ印加する電圧値を変更することで、強磁性体金属／半導体界面内に生成された共鳴準位を変更することができるため、第２チャネル部１２のスピンの向きをスピン注入子への印加電圧で制御することができる。このように形成することで、第２チャネル部１２に接触させる部品点数を少なくすることができる。
【００７６】
また、上述した第２実施形態では、いわゆる非局所手法によって電荷の流れを伴わないスピン流を発生させてスピン部２を回転させる例を説明したが、スピン部２に近い第２チャネル部１２の端部に電流印加用の端子部１２ａを形成し、いわゆる局所手法によって電荷の流れを伴うスピン流を発生させてスピン部２の磁気モーメントを回転させてもよい。この場合、非局所手法の場合に比べて電流密度を大きくすることができるため、スピントルクを大きくすることが可能となる。よって、効率良くスピン部２の磁気モーメントを回転させることができる。
【００７７】
また、上述した第２実施形態では、モータ回転子３０は、スピン部２と離間し対向して配置される例を説明したが、スピン部２とモータ回転子３０は離間している場合に限定されない。例えば、スピン部２とモータ回転子３０とがベアリング等を介して接続されていてもよい。このように構成した場合であっても、スピンモータとして機能させることができる。
【００７８】
さらに、上述した第３実施形態において、第１チャネル部４が、熱発生源部１５に別途接続されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
スピンデバイス１０は、産業上、以下のような利用可能性を有している。スピンデバイス１０は、例えば、上述した実施形態に係るスピンデバイス１０のように、微小モータを駆動するモータ用の動力源として、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）又は、ＮＥＭＳ（Ｎａｎｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）などの分野で利用することができる。またスピンデバイス１０は、電子・電気分野、医療関係分野等の機器部品、モータとして使用できる。また、スピンデバイス１０は、例えば、各産業分野における電気電子部品として使用することができる。例えば、メモリ素子又は縦型ナノピラー等の強磁性体／半導体ハイブリッド構造におけるゲート制御としても適用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１…スピン制御機構、１０…スピンデバイス、２…スピン部、４…第１チャネル部、１２…第２チャネル部、１４…スピン注入子、１５…熱発生源部、２４…基板、５０…電位差生成部、６３…ピンド層、６４…中間層、６５…フリー層、Ｐ１…所定位置、Ｐ２…接触位置。
【図１】
2015064663.tif 000003
【図２】
2015064663.tif 000004
【図３】
2015064663.tif 000005
【図４】
2015064663.tif 000006
【図５】
2015064663.tif 000007
【図６】
2015064663.tif 000008
【図７】
2015064663.tif 000009
【図８】
2015064663.tif 000010
【図９】
2015064663.tif 000011
【図１０】
2015064663.tif 000012
【図１１】
2015064663.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成28年5月13日(2016.5.13)
【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】
磁気モーメントの向きを制御するスピン制御機構であって、
磁気モーメントを有するスピン部と、
前記スピン部と接触して設けられ、強磁性かつ絶縁体で構成された第１チャネル部と、
を備え、
前記第１チャネル部に与えられた温度勾配によって発生するスピン流を用いて、前記スピン部の磁気モーメントの向きを制御し、
前記第１チャネル部は、前記第１チャネル部の所定位置から前記第１チャネル部と前記スピン部との接触位置へ向かうに従って厚みが薄くなる厚さの勾配を有する、
スピン制御機構。
【請求項２】
前記第１チャネル部には、前記第１チャネル部と前記スピン部との接触位置へ向かうに従って温度が低くなる温度勾配が与えられる、請求項１に記載のスピン制御機構。
【請求項３】
前記第１チャネル部の所定位置と前記第１チャネル部及び前記スピン部が互いに接触する接触位置との間に温度勾配を与えるために、前記第１チャネル部の所定位置と熱発生源部とが熱的に接続された請求項１又は２に記載のスピン制御機構。
【請求項４】
前記熱発生源部は、ジュール熱を発生する請求項３に記載のスピン制御機構。
【請求項５】
前記熱発生源部は、他の電子機器に接続されたヒートシンクである請求項３に記載のスピン制御機構。
【請求項６】
スピン流によって動作するスピンデバイスであって、
磁気モーメントを有するスピン部と、
前記スピン部と離間して設けられ、磁性体からなるスピン注入子と、
前記スピン部に接触して設けられ、強磁性かつ絶縁体で構成された第１チャネル部と、
前記スピン注入子と前記スピン部との間に配置され、前記スピン注入子及び前記スピン部と直接又は絶縁層を介して接合された非磁性体からなる第２チャネル部と、
を備え、
前記第１チャネル部に与えられた温度勾配によって前記第１チャネル部に発生するスピン流、及び、前記スピン注入子及び前記第２チャネル部に電流又は電圧が印加されることによって前記第２チャネル部に発生するスピン流の少なくとも一方を用いて、前記スピン部の磁気モーメントの向きを制御する、
スピンデバイス。
【請求項７】
前記第１チャネル部には、前記第１チャネル部と前記スピン部との接触位置へ向かうに従って温度が低くなる温度勾配が与えられる、請求項６に記載のスピンデバイス。
【請求項８】
前記第１チャネル部は、前記第１チャネル部の所定位置から前記第１チャネル部と前記スピン部との接触位置へ向かうに従って厚みが薄くなる厚さの勾配を有する、請求項６又は７に記載のスピンデバイス。
【請求項９】
前記第１チャネル部の所定位置と前記第１チャネル部及び前記スピン部が互いに接触する接触位置との間に温度勾配を与えるために、前記所定位置と熱発生源部とが熱的に接続された、請求項６〜８の何れか一項に記載のスピンデバイス。
【請求項１０】
前記熱発生源部は、ジュール熱によって熱を発生する請求項９に記載のスピンデバイス。
【請求項１１】
前記熱発生源部は、他の電子機器に接続されたヒートシンクである請求項９に記載のスピンデバイス。
【請求項１２】
基板をさらに備え、
前記スピン部は、基板上に設けられた強磁性体からなる円板状の部材であり、
前記スピン注入子は、前記基板上に前記スピン部と離間して設けられ、基板面内方向に磁化された強磁性体からなる請求項６〜１１の何れか一項に記載のスピンデバイス。
【請求項１３】
磁気モーメントの向きが固定されたピンド層と、前記ピンド層に対向して配置され、磁気モーメントの向きを変更可能なフリー層と、前記ピンド層及び前記フリー層との間に配置され、トンネルバリア層又は非磁性層からなる中間層とを含むスピンバルブ構造を有するスピンデバイスであって、
前記ピンド層と前記フリー層との間に電位差を与える電位差生成部と、
強磁性体かつ絶縁体からなり、前記ピンド層、前記中間層及び前記フリー層の側方に接触して配置された第１チャネル部と、
を備えるスピンデバイス。
【請求項１４】
前記第１チャネル部には、前記第１チャネル部と前記フリー層との接触位置へ向かうに従って温度が低くなる温度勾配が与えられる、請求項１３に記載のスピンデバイス。
【請求項１５】
前記第１チャネル部は、前記ピンド層側から前記第１チャネル部と前記フリー層との接触位置へ向かうに従って厚みが薄くなる厚さの勾配を有する、請求項１３又は１４に記載のスピンデバイス。
【請求項１６】
前記電位差生成部は、前記スピンバルブ構造にジュール熱を発生させ、
前記第１チャネル部は、前記スピンバルブ構造で発生したジュール熱によって、前記ピンド層側から前記第１チャネル部と前記フリー層との接触位置へ向けて温度勾配が与えられる請求項１３〜１５の何れか一項に記載のスピンデバイス。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の一側面に係るスピン制御機構は、スピン部及び第１チャネル部を備える。スピン部は、磁気モーメントを有する。第１チャネル部は、スピン部に接触して設けられ、強磁性かつ絶縁体で構成される。そして、スピン制御機構は、第１チャネル部に与えられた温度勾配によって発生するスピン流を用いて、スピン部の磁気モーメントの向きを制御する。第１チャネル部は、第１チャネル部の所定位置から第１チャネル部と前記スピン部との接触位置へ向かうに従って厚みが薄くなる厚さの勾配を有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2015064663.tif 000014
2015064663.tif 000015
2015064663.tif 000016
2015064663.tif 000017