(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
層面に対して垂直方向に磁化された二つの層と、該磁化された層の間に配置されている中間層とを有しているスピンバルブであって、
一方の層は、前記磁化の向きの優先配向を設定するためのリファレンス層として構成されており、フェリ磁性材料から形成されており、且つ、強磁性材料又はフェリ磁性材料から形成されている他方の層であるフリー層よりも高い保磁力を有している、スピンバルブにおいて、
前記中間層は導電性又は非導電性に構成されており、
前記リファレンス層及び前記フリー層は単一磁区性の磁化を有しており、
前記リファレンス層は、少なくとも稀土類元素及び遷移金属から成る合金から形成されており、
前記リファレンス層の保磁力は、該リファレンス層の組成を介して設定可能であり、且つ、０．８ｋＡ／ｍ以上であり、
複数のパラメータ、即ち前記リファレンス層の異方性ＫRS及び層厚ｄRSと、前記中間層の層厚ｄZSの関数である結合定数Ｊとは、前記リファレンス層と前記フリー層との間の交換バイアスを生じさせるための条件（ＫRS・ｄRS）／Ｊ（ｄZS）＞１を満たすように設定されており、
交換バイアス磁場は０．８ｋＡ／ｍから８０ｋＡ／ｍの間の値を有している、ことを特徴とするスピンバルブ。
【請求項２】
前記リファレンス層はＤｙzＣｏ(1-z)から形成されている、但し、ｚは５ａｔｏｍ％から３５ａｔｏｍ％の間である、請求項１に記載のスピンバルブ。
【請求項３】
前記フリー層はＦｅzＧｄ(1-z)から形成されている、但し、ｚは０．０５から０．９５の間である、請求項１に記載のスピンバルブ。
【請求項４】
前記フリー層は、Ｃｏ−Ｐｄ合金若しくはＣｏ−Ｐｔ合金から形成されているか、又は、Ｃｏ／Ｐｔ多層若しくはＣｏ／Ｐｄ多層から形成されている、請求項１に記載のスピンバルブ。
【請求項５】
前記中間層は、複数の元素、即ちバナジウム、クロム、銅、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、タンタル、タングステン、レニウム又はイリジウムの内の一つから形成されている、請求項１に記載のスピンバルブ。
【請求項６】
前記中間層は、複数の酸化物、即ちＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＴｉＯ3又はＢａＦｅＯ3の内の一つから形成されている、請求項１に記載のスピンバルブ。
【請求項７】
前記リファレンス層は０．１ｎｍから１，０００ｎｍの厚さを有している、請求項１に記載のスピンバルブ。
【請求項８】
前記フリー層は０．１ｎｍから１，０００ｎｍの厚さを有している、請求項１に記載のスピンバルブ。
【請求項９】
前記中間層は０．１ｎｍから２ｎｍの間の厚さを有している、請求項１に記載のスピンバルブ。
【請求項１０】
前記リファレンス層はＤｙＣｏ5から成り、且つ、２５ｎｍの厚さを有しており、
前記中間層はタンタルから成り、且つ、０．５ｎｍの厚さを有しており、
前記フリー層はＦｅ76Ｇｄ24から成り、且つ、５０ｎｍの厚さを有している、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のスピンバルブ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のスピンバルブを複数有しているＭＲＡＭにおいて、
各スピンバルブは半揮発性の特性を有しており、
前記特性は、読み出しアクセス及び書き込みアクセスを実現しながら、それと同時に室温における時間的な安定性を有していること、並びに、トレーニング効果を生じさせることなく、磁場を用いて、記憶されている情報をリセットできることを特徴としている、ＭＲＡＭ。
【請求項１２】
ＭＲＡＭの動作方法において、
前記ＭＲＡＭは、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のスピンバルブを複数有しており、
各スピンバルブは半揮発性の特性を有しており、
前記特性は、読み出しアクセス及び書き込みアクセスを実現しながら、それと同時に室温における時間的な安定性を有していること、並びに、トレーニング効果を生じさせることなく、磁場を用いて、記憶されている情報をリセットできることを特徴としている、ＭＲＡＭの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直方向に磁化されたフェリ磁性のリファレンス層と、垂直方向に磁化されたフェリ磁性又は強磁性のフリー層とを有しており、それらのリファレンス層とフリー層が中間層によって離隔されている、スピンバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタルメモリ技術では、メモリに記憶される情報の安定性に関して、メモリは二つのグループに分類される。
【０００３】
一方のグループはいわゆる揮発性の特性を備えているメモリであり、それらのメモリには、ISO 2382-12 [0]に準拠してＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ：Random Access Memory）と称される、読み出しアクセス及び書き込みアクセスが行われるメモリが属する。但し、ランダムアクセスメモリ（直接アクセスメモリ）という語義は不揮発性メモリについても当てはまり、従って一部では不揮発性メモリにＲＡＭが使用されている。
【０００４】
揮発性メモリは、エネルギ供給が行われなければ、記憶されているデータも消失するという記憶特性を有している。
【０００５】
ＲＡＭは通常の場合、記憶される情報を空間電荷の形態で複数のトランジスタユニットに記憶する半導体メモリである。
【０００６】
いわゆるダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）は、記憶及び消去の動作が高速である点で優れている。しかしながら揮発性であることから、記憶されているデータを（１秒間に何回も）リフレッシュしなければならない。
【０００７】
いわゆるスタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）はＤＲＡＭのようにリフレッシュは必要ないが、しかしながらエネルギ供給が行われなければ、やはりメモリ内容は消失する（揮発性の特性）。ＳＲＡＭの製造はコストが掛かるので、従って小型のメモリユニットにしか使用されない。
【０００８】
他方のグループはいわゆる不揮発性の特性を備えているメモリであり、それらのメモリには、読み出しアクセスのみが行われるメモリが属し（ＲＯＭ：Read Only Memory）、機械的にアドレッシングされる記憶媒体、例えば磁気テープ、ハードディスク、光学ディスクが含まれる。
【０００９】
ＲＯＭの製造はコストが掛かるが、しかしながら読み出しを高速に行うことができる。これに対して、機械的にアドレッシングされるメモリは簡単に製造できるが、しかしながら読み出しには時間が掛かる。
【００１０】
磁気抵抗ＲＡＭ（ＭＲＡＭ）は、その発展に関して多くの可能性を有していることから、重要なポストを占めている。ＭＲＡＭはその名称にＲＡＭという語句が含まれているにもかかわらず不揮発性のメモリ素子であるが、直接アクセスメモリユニットとしての特性を備えていることから（上記を参照されたい）、名称にＲＡＭが含まれている。
【００１１】
ＭＲＡＭは最も簡単なケースではいわゆるスピンバルブから形成される。スピンバルブは一つのＭＲＡＭメモリユニットに１ビットを形成する。
【００１２】
スピンバルブはやはり、磁性配向を有し、且つ、大抵の場合は強磁性の性質を備えている、少なくとも二つの層から成る装置である。但し、フェリ磁性の層を備えている装置も公知である。それら二つの層の内の一方は、層構造の磁気的な優先配向の向きに関してリファレンス層として使用される。リファレンス層の磁化は、大抵の場合、反強磁性層と強磁性層の組み合わせによって設定される。反強磁性層と強磁性層との間には交換相互作用が存在し、これによって、強磁性層の磁化の優先配向に作用するバイアス交換（交換異方性、また単向性の異方性）がもたらされる。
【００１３】
交換相互作用は、材料が直接的に接触している場合に、また間接的には、例えば中間層によって材料が離隔されている場合に存在すると考えられる。交換バイアスは、磁化の優先配向が転用される、交換相互作用の特殊ケースである。
【００１４】
交換バイアスは、磁化の優先配向の他に、磁気ヒステリシス曲線がいわゆる交換バイアス磁場ＨEB分だけシフトされるという特徴も有している。その場合ヒステリシス曲線は、優先配向が設定されていることに基づき、印加される外部磁場ともはや対称的な経過を有していない。保磁力ＨCの上昇、即ち、材料の磁化が０に戻る磁場の強度の上昇には、付加的に交換バイアスを伴うことも多い。
【００１５】
交換バイアスにおいて磁化の配向は層面内にあるか、又はその層面に対して垂直であるか、又は層面に対して傾斜されている。
【００１６】
層面に対して垂直に存在する磁気モーメントは、交換バイアス及びスピンバルブの磁気的な特性を安定させるという利点を有している。これに対して、公知の多くの装置では、磁性配向は層面に対して平行に方向付けられている。
【００１７】
交換異方性を設定するために、強磁性材料と反強磁性材料の通常使用される組み合わせでは、いわゆる磁場中冷却処理（Field-Cooling-Procedure）が必要になる。その処理に際して、反強磁性体が常磁性となる温度であるいわゆるネール温度以上に材料が加熱され、磁場中で冷却される。これによって、反強磁性材料内で磁性配向の方向付けが行われ、またそれに伴い、層の間で交換バイアスが生じる。
【００１８】
磁場中冷却処理に代わるものとして、いわゆる磁場中成長処理（Field-Growing-Procedure）が挙げられる。この処理では、磁場の配向が非常に大きい外部磁場を介して方向付けられる。
【００１９】
磁場中冷却処理及び磁場中成長処理では、場合によっては非常に高くなる所要の磁場によって非常に強いエネルギが生じ、また磁場中冷却処理が行われる場合には、層の加熱も付加的に必要になる。動作時にそれらの層を更に加熱することによって不安定性が生じるので、そのような加熱は不所望である。
【００２０】
リファレンス層にフェリ磁性材料を使用することによって、磁場中冷却処理又は磁場中成長処理は不要になり、また付加的な反強磁性層も不要になる。
【００２１】
グラファイト、鋼玉又は反強磁性酸化コバルトに埋め込まれている、強磁性コバルトナノ粒子から成る系に関しては、交換バイアスが優先方向の維持に対して安定した作用を有することを証明することができた。これに関しては、例えば、Skumryev等の論文「Beating the superparamagnetic limit with Exchange Bias」（Nature, Vol 423, Issue (19), 850ff）を参照されたい。
【００２２】
更に、（上記において既に説明したように）交換バイアスを有する、強磁性層と反強磁性層の組み合わせから構成されているリファレンス層は、配向された磁化に関して時間的に不安定である。通常の場合、保磁力は数千ｋＡ／ｍ（数十ｋＯｅ〜数百ｋＯｅ）と非常に高いので、にメモリ内容のリセット又は新規の書き込みを実施できないことから、そのような時間的な不安定性によって、ＭＲＡＭでは時間の経過と共にメモリ内容が消失する。このことはＭＲＡＭの欠点を意味している。
【００２３】
交換バイアスを有する、二つの磁性層から成る層系の別の特性は、いわゆるトレーニング効果である。このトレーニング効果では、特に強磁性層の磁化を最初に反転させた際に、交換バイアス磁場ＨEB及び保磁力ＨCが低下する。その原因は、特に、材料内の磁区の変化に帰する。一つの磁区は、均一な磁化が存在する空間単位である。完全に均一な磁化を有している材料は単一磁区性である。
【００２４】
スピンバルブにおけるリファレンス層は、他のいわゆるフリー層よりも高い保磁力を有している。
【００２５】
磁性配向の向きが複数の層、即ちリファレンス層及びフリー層において平行又は反平行に生じているか否かに依存して、導電率又は抵抗はスピンバルブのそれらの層間に配置されている中間層によって変化する。それによって特に、スピンバルブの巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magneto Resistance）を有する装置が得られる。磁化によって抵抗が変化する特性に基づき、ここではスピンバルブと称するユニットは磁気抵抗素子とも称され、このことがＭＲＡＭという名称の由来にもなっている。
【００２６】
DE 38 20 475 C1には、P. Gruenbergによって開発された、強磁性薄膜を備えた磁気センサが開示されており、この磁気センサが今日ではスピンバルブ又は磁気抵抗素子と称されている。
【００２７】
平行又は反平行に方向付けられた磁化を有しているスピンバルブの状態は、層面間に適切な厚さの絶縁性中間層が配置されている場合には、それらの層面に対して垂直な方向に流れる可能性があるトンネル電流にも影響を及ぼす。トンネル電流の変化を用いて動作する素子を、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子と称する。
【００２８】
スピンバルブの状態の読み出しは、最も簡単な場合は、抵抗の測定を介して行われる（絶対値検出方法）。情報はフリー層に記憶されている。この場合、複数の層の磁化、即ち、リファレンス層及びフリー層の磁化は結合されていない。即ち、リファレンス層とフリー層との間に交換異方性は存在しない。これは一般的に行われている読み出しメカニズムであり、また通常生じる交換相互作用でもある。
【００２９】
記憶は、局所的に非常に強い磁場を介して行われるか、又は、フリー層の磁化の極性を反転させるには十分である程の大きさで電流を流すことによって行われる。従って、記憶処理に必要とされるエネルギは、従来技術から公知の他の記憶媒体と比較してかなり大きく、このことはＭＲＡＭの欠点を表している。そのようなエネルギは、該当する層の保磁力の大きさに依存し、これはフリー層のスイッチングのために少なくとも数ｋＡ／ｍ〜数十ｋＡ／ｍ（数百〜数千Ｏｅ）でなければならないと見込まれる。
【００３０】
ＭＲＡＭは複数のスピンバルブの格子（アレイ）から形成される。記憶のために、最も簡単なケースでは、スピンバルブの上方にある線路と、スピンバルブの下方にあり、且つ、上方にある線路に対して垂直に配置されている線路に電流が流されることによって、局所的に高い磁場が形成される。読み出し過程は、直接的に値を検出する方法が実施される最も簡単なケースでは、抵抗の測定によって行われる。ＴＭＲ素子の場合には、層に対して垂直なスピンバルブにおける二つのコンタクト、即ち上方のコンタクト及び下方のコンタクトに流れる電流の測定値が使用される。複数のスピンバルブから成る格子は、読み出し過程及び書き込み過程を実現するために相応に接触接続されている。
US 2006/0132990 A1には、積層構造の配向がスピン偏極電流によって制御される（スピントランスファトルク）、特別なスピンバルブが開示されている。このスピンバルブは二つの強磁性層から成るサブ積層構造を含むことができ、それら二つの強磁性層は中間層によって離隔されており、且つ、強磁性交換相互作用を介して結合されている。このサブ積層構造において、強磁性構造の偏極方向は平行又は反平行であり、また層面に対して垂直である。
【００３１】
本発明が基礎とする従来技術はEP 1 244 118 B1に記載されている。この刊行物に記載されているスピンバルブは層面に対して垂直に磁化された二つの層を有しており、それら二つの層をフェリ磁性材料から形成することができ、またそれら二つの層は絶縁性の中間層によって離隔されている。比較的高い保磁力を有している一方の層がリファレンス層として使用される。そのような装置はここでは磁気抵抗素子と称され、ＴＭＲ素子としての使用に最適化されている。リファレンス層及びフリー層は十分に分離されている。それらの層の分離に関して、条件として、Ｍ・２５０・ｈ／（π・（Ｌ＋２．６））＜Ｈｓが挙げられる。ここで、Ｍは残留磁気であり、Ｌは長さであり、ｈはリファレンス層の層厚であり、またＨｓはフリー層の飽和磁場を表す。この条件下では交換バイアスは生じない。即ち、交換バイアスによるフリー層の優先配向の安定化は生じない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３２】
従来技術から公知の欠点を背景とした本発明の課題は、磁場中冷却処理又は磁場中成長処理を要することなく、フリー層及びリファレンス層の磁性配向の再設定（リセット）を僅かなエネルギで実現するスピンバルブを提供することである。またスピンバルブは、数日から数年にわたる、記憶されている情報の制御された時間的な安定性を有し、またトレーニング効果を有していないことが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明によれば、この課題は請求項１の特徴部分に記載されている構成によって解決される。
【００３４】
層面に対して垂直方向に磁化された二つの層（フェリ磁性のリファレンス層及びフェリ磁性又は強磁性のフリー層）間の直接的な交換相互作用は交換バイアスが生じるように設定される。リファレンス層の保磁力はフリー層の保磁力よりも大きく、またそれら二つの層は中間層によって離隔されている。交換異方性を設定するための条件は、（ＫRS・ｄRS）／Ｊ（ｄZS）＞１である。ここで、ＫRSはリファレンス層の異方性であり、ｄRSはリファレンス層の厚さである。Ｊ（ｄZS）は、中間層ｄZSの層厚の関数である結合定数を表す。交換バイアス磁場ＨEBは、数百Ａ／ｍ〜数万Ａ／ｍ（数十Ｏｅ〜数千Ｏｅ）の大きさを有している。この磁場ＨEBの大きさは、上述の結合定数Ｊ（ｄZS）の他に、真空の透磁率μ0と、別のパラメータ、即ちフリー層の磁化ＭFS及びフリー層の層厚ｄFSとによって、ＨEB〜Ｊ（ｄZS）／μ0・ＭFS・ｄFSに従い設定される。交換バイアス磁場ＨEBが上述の範囲内の値に設定されると、室温での相応の外部磁場のもとで、フリー層の磁性配向の向きが変更される。交換バイアスはフリー層の優先方向を安定化させる。
【００３５】
リファレンス層及びフリー層は、磁化に関して単一磁区性の状態を有しており、且つ、層面に関して垂直方向の異方性を有している材料から形成されている。このことは、トレーニング効果を生じさせないための前提条件である。更に、磁化を垂直方向に方向付けることは、スピンバルブの熱安定性に寄与する。上述のように、リファレンス層は前述の条件を満たすフェリ磁性材料から形成されており、またフリー層は前述の条件を満たす強磁性材料又はフェリ磁性材料から形成することができる。フリー層がフェリ磁性材料から形成されている場合には、このことは、達成可能なメモリ速度に有利に作用する。フェリ磁性のフリー層における記憶は、レーザの支持のもとで、従来の素子において必要とされたナノ秒よりも高速にピコ秒の範囲で行うことができる。
【００３６】
リファレンス層は、少なくとも稀土類元素及び遷移金属から成る合金から形成されている。
【００３７】
上述のような特徴を備えているスピンバルブを利用するメモリユニットは、リファレンス層の保磁力によって、また交換バイアス磁場によって、メモリユニットが、材料の選択及び設定されたパラメータに応じて、室温で数日から数年にわたり安定しているように安定化される。数百Ａ／ｍ〜数万Ａ／ｍ（数十Ｏｅ〜数百Ｏｅ）の磁場によって、トレーニング効果が生じることなく、記憶されている全ての情報のリセットを実現することができる。読み出しアクセス及び書き込みアクセス、また必要に応じてリセットを実現しながら、それと同時に時間的な安定性も実現されることから、その種のメモリユニットは半揮発性と称される。
【００３８】
情報の時間的な安定性は、リファレンス層の保磁力の大きさに依存する。その大きさは、リファレンス層の組成を介して設定され、０．８ｋＡ／ｍ（１００Ｏｅ）以上の値を取る。保磁力が大きくなるほど、系における熱変動をより良好に抑制できる。
【００３９】
スピンバルブの安定化は、スピンバルブの考えられるスケーリングにも作用する。本発明によるスピンバルブを３０×３０ｎｍ2の大きさで実現することができる。これによって非常に高いメモリ密度が実現される。
【００４０】
一つの実施の形態においては、リファレンス層がＤｙzＣｏ(1-z)から形成されており、ここでｚは５ａｔｏｍ％〜３５ａｔｏｍ％の間である。ＤｙzＣｏ(1-z)はフェリ磁性であって、単一磁区性の磁化と、非常に大きい軌道モーメントによって表されている単軸の大きい異方性Ｋとを特徴としている。ＤｙzＣｏ(1-z)のスピンバルブにおける磁化の向きは、層面に対して垂直に配向されている。
【００４１】
一つの別の実施の形態においては、フリー層がＦｅzＧｄ(1-z)から形成されており、ここでｚは５ａｔｏｍ％〜９５ａｔｏｍ％の間である。ＦｅzＧｄ(1-z)はフェリ磁性であり、その磁化又は保磁力をｚの変化によって０．８ｋＡ／ｍ〜８００ｋＡ／ｍ（１０Ｏｅ〜１０，０００Ｏｅ）の範囲で設定できることを特徴としている。この材料も単一磁区性の磁化を有している。スピンバルブにおけるＦｅzＧｄ(1-z)の磁化の向きは、層面に対して垂直に配向されている。しかしながらフリー層をＣｏ−Ｐｄ合金又はＣｏ−Ｐｔ合金から、若しくはＣｏ／Ｐｄ多層又はＣｏ／Ｐｔ多層から形成することもできる。
【００４２】
一つの別の実施の形態においては、中間層が、ＧＭＲ素子としての使用に関して、複数の元素、即ちバナジウム、クロム、銅、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、タンタル、タングステン、レニウム又はイリジウムの内の一つの元素から形成されている。
【００４３】
一つの別の実施の形態においては、中間層が、ＴＭＲ素子としての使用に関して、複数の酸化物、即ちＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、ＢａＴｉＯ3又はＢａＦｅ3の内の一つの酸化物から形成されている。
【００４４】
以下の実施の形態は個々の層の厚さに関する。つまり、リファレンス層及びフリー層に関する層の厚さは０．１ｎｍ〜１，０００ｎｍの間であり、中間層に関する層の厚さは０．１ｎｍ〜２ｎｍの間である。
【００４５】
中間層に関する材料の選択に応じて、即ち、導電性又は絶縁性に応じて、上述のスピンバルブを、ＴＭＲ素子として又は磁気抵抗ユニットとして使用することができる。
【００４６】
以下では、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】スピンバルブにおける層の概略的な配置構成を示す（従来技術）。
【図２】Ｘ線磁気円二色性を用いて測定された、Ｄｙ及びＧｄの磁化のヒステリシスを示す。
【図３】Ｘ線磁気円二色性を用いて測定された、外部磁場における磁気モーメントの飽和後のＦｅの磁化のヒステリシスを示す。
【図４】外部磁場によるフリー層の磁化の配向のスイッチングを１回から３回行った後のＨC及びＨEBの大きさを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１には、従来技術によるスピンバルブの層構造が示されている。この層構造はリファレンス層ＲＳと、フリー層ＦＳと、中間層ＺＳとを含んでいる。本発明の一つの実施例によれば、リファレンス層ＲＳはＤｙＣｏ5から形成されており、２５ｎｍの厚さを有している。フリー層ＦＳはＦｅ76Ｇｄ24から形成されており、５０ｎｍの厚さを有している。中間層ＺＳはタンタルから形成されており、０．５ｎｍの厚さを有している。リファレンス層及びフリー層は、それらの磁化の優先配向が層面に対して垂直であるように配置されている。
【００４９】
図２に示されているヒステリシスは、上述のスピンバルブにおけるジスプロシウム（Ｄｙ）及びガドリニウム（Ｇｄ）のヒステリシスである。ヒステリシス曲線は、Ｘ線磁気円二色性（ＸＭＣＤ，X-Ray Magnetic Circular dichroism）を用いた測量によって検出された。この方法においては、左円偏光Ｘ線と右円偏光Ｘ線とで異なる吸収が測定される。円偏光Ｘ線は、試料、ここではスピンバルブにおける磁気モーメントと相互作用する。磁気モーメントが優先配向を示す場合、円偏光Ｘ線の吸収は、磁性配向とＸ線光の分極が成す角度に依存する。左円偏光の吸収スペクトルと右円偏光の吸収スペクトルの差は磁化に直接的に比例する。これはＫ端、Ｌ端又はＭ端において測定される。外部磁場が印加される場合、試料における磁化の変化を、磁場の変化によってシミュレートすることができる。ここで紹介しているＸＭＣＤ測定は全て、ＢＥＳＳＹ  ＩＩ  （Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ−Ｚｅｎｔｒｕｍ−Ｂｅｒｌｉｎ社のＢｅｒｌｉｎｅｒ  Ｅｌｅｋｔｒｏｎｅｎ  Ｓｐｅｉｃｈｅｒｒｉｎｇ）の透過幾何学において、実験場ＰＭ３におけるＡＬＩＣＥ回折計及び実験場ＵＥ４６−ＰＧＭ１における高磁場チャンバを利用して行われた。縦軸には、ジスプロシウム及びガドリニウムのＭ5端において、左円偏光を用いて測定された吸収スペクトルと右円偏光を用いて測定された吸収スペクトルとの差がＸＭＣＤの任意の単位でプロットされている。横軸には、印加された外部磁場Ｈがアンペア毎メートル［Ａ／ｍ］の単位でプロットされている。いずれのヒステリシスも、ほぼ正方形の形状を特徴としている。これは、トレーニング効果を生じさせないための前提条件である、図１に示した本発明によるスピンバルブにおけるＤｙＣｏ5並びにＦｅ76Ｇｄ24の垂直方向の磁化を有する単一磁区性の状態の特徴である。更に、１３．６ｋＡ／ｍ（１７０Ｏｅ）を有する、Ｆｅ76Ｇｄ24の保磁力は、２８ｋＡ／ｍ（３５０Ｏｅ）を有する、ＤｙＣｏ5の保磁力よりも小さいことが見て取れる。ここでＦｅ76Ｇｄ24の保磁力は交換異方性のもとで、分離された状態のものよりも高く、その状態で保磁力は４．８ｋＡ／ｍ（６０Ｏｅ）の値を有する。
【００５０】
図３に示されている、上述のスピンバルブにおける鉄（Ｆｅ）のヒステリシスは、図２において説明したようにＸＭＣＤを用いて検出された。縦軸には、鉄ＦｅのＬ3端において、左円偏光を用いて測定された吸収スペクトルと右円偏光を用いて測定された吸収スペクトルとの差がＸＭＣＤの任意の単位でプロットされている。横軸には、印加された外部磁場Ｈがアンペア毎メートル［Ａ／ｍ］の単位でプロットされている。スピンバルブは、測定の前に２４０ｋＡ／ｍ（３ｋＯｅ）の磁場において飽和した。ここでもまた、ヒステリシスはほぼ正方形の形状を特徴としており、このことはやはり、トレーニング効果を生じさせないための前提条件である、本発明による装置における、Ｆｅ76Ｇｄ24の垂直方向の磁化を有する単一磁区性の状態を証明している。ヒステリシスは、印加された磁場に対称的に延びているのではなく、横軸についてずらされている。これは交換異方性が存在していることの証拠である。交換バイアス磁場ＨEBは６．４ｋＡ／ｍ（８０Ｏｅ）であり、鉄の保磁力ＨCは８．９６ｋＡ／ｍ（１１２Ｏｅ）である。
【００５１】
図４には、縦軸に保磁力ＨC及び交換バイアス磁場ＨEBの値がアンペア毎メートル［Ａ／ｍ］の単位でプロットされている。横軸には、±２４ｋＡ／ｍ（３００Ｏｅ）の磁場による、フリー層の磁化の配向のスイッチングの回数が示されている。装置全体が、２４０ｋＡ／ｍ（３ｋＯｅ）の磁場において一度、ここでは正と表す方向に配向され、続いてＨEB及びＨCが決定され、これはフリー層が二回スイッチングされる度に繰り返された。続いて、装置全体が、２４０ｋＡ／ｍ（３ｋＯｅ）の磁場において逆方向に、即ち負の方向に配向され、続いてＨEB及びＨCが決定され、これはフリー層が二回スイッチングされる度に繰り返された。ここでＨEB及びＨCは一定の値にとどまっている。このことはやはりトレーニング効果が存在しないことを示している。
【００５２】
従って、上述の特徴を備えているスピンバルブは、室温で１６ｋＡ／ｍ（２００Ｏｅ）未満の磁場強度において読み出し及び書き込みを行うことができる。所定の配向へのリセットも同様に、室温で２８ｋＡ／ｍ（３５０Ｏｅ）を超える磁場において実現される。情報の時間的な安定性は、ＤｙＣｏ5の保磁力の大きさに依存する。中間層はタンタルから形成されているので、スピンバルブを磁気抵抗ユニットとして使用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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