(57)【要約】【課題】純スピン流生成効率を改善すること。【解決手段】上向きスピンおよび下向きスピンのいずれか一方のスピンの電子のゼーベック係数が正の値、前記スピンと逆向きのスピンの電子のゼーベック係数が負の値である強磁性体を有し、前記強磁性体にエネルギーを付与することによりスピン流を生成することを特徴とするスピントロニクス素子【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
上向きスピンおよび下向きスピンのいずれか一方のスピンの電子のゼーベック係数が正の値、前記スピンと逆向きのスピンの電子のゼーベック係数が負の値である強磁性体を有し、
前記強磁性体にエネルギーを付与することによりスピン流を生成することを特徴とするスピントロニクス素子。
【請求項２】
上向きスピンの電子のゼーベック係数が正の値、下向きスピンの電子のゼーベック係数が負の値であることを特徴とする請求項１に記載のスピントロニクス素子。
【請求項３】
前記強磁性体に温度勾配を生じさせることによりスピン流を生成することを特徴とする請求項１または２に記載のスピントロニクス素子。
【請求項４】
前記強磁性体に強磁性共鳴を生じさせることにより温度勾配を形成し、スピン流を生成することを特徴とする請求項１または２に記載のスピントロニクス素子。
【請求項５】
前記強磁性体は、不純物を含むＣｏ−Ｆｅ系合金である請求項１に記載のスピントロニクス素子。
【請求項６】
前記不純物は、アルミニウム、ボロンおよび銅の少なくとも１種である請求項５に記載のスピントロニクス素子。
【請求項７】
前記強磁性体は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ａｌ系合金およびＣｏ−Ｆｅ−Ｃｕ系合金の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載のスピントロニクス素子。
【請求項８】
さらに、前記強磁性体に接するように設けられた非磁性体を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
【請求項９】
前記非磁性体は、熱を外部に放散する機能を有する請求項８に記載のスピントロニクス素子。
【請求項１０】
さらに、前記強磁性体に接するように設けられた非磁性体を有し、前記強磁性体と前記非磁性体との接合界面に温度勾配を生じさせることにより、前記強磁性体から前記非磁性体にスピンを注入して前記非磁性体にスピン流を生成することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
【請求項１１】
前記非磁性体に生成するスピン流は、純スピン流であることを特徴とする請求項１０に記載のスピントロニクス素子。
【請求項１２】
前記非磁性体は、非磁性導電体または非磁性半導体であることを特徴とする請求項１０または１１に記載のスピントロニクス素子。
【請求項１３】
前記非磁性体は、銅または銅の合金を含むことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
【請求項１４】
前記非磁性体は、生成するスピン流と直交する方向に流れる電流を出力する出力端子を有することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
【請求項１５】
さらに、前記非磁性体に生成するスピン流と直交する方向の電圧を測定する電圧測定手段を有することを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
【請求項１６】
さらに、前記強磁性体を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
【請求項１７】
前記加熱手段は、前記強磁性体に電磁波を照射して強磁性共鳴を生じさせることにより前記強磁性体を加熱するものである請求項１６に記載のスピントロニクス素子。
【請求項１８】
前記強磁性体の加熱により、前記強磁性体と前記非磁性体との間に温度勾配が生じることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
【請求項１９】
さらに、溝部を有する絶縁体を有し、前記非磁性体は、その表面が前記絶縁体の表面と面一となるように前記溝部に埋設され、前記強磁性体は、帯状をなし、その長手方向が前記非磁性体の長手方向と直交するように前記絶縁体および前記非磁性体の上に積層されていることを特徴とする請求項１０〜１８のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
【請求項２０】
前記強磁性体は、長手方向の長さが０．１〜１μｍであることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
【請求項２１】
前記非磁性体は、長手方向の長さが０．１〜１μｍであることを特徴とする請求項１０〜２０のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
【請求項２２】
並列して設けられた２つの前記強磁性体と、前記各強磁性体に接するように設けられた前記非磁性体を有し、前記各強磁性体の一方と前記非磁性体との接合界面に温度勾配が生じることによって前記非磁性体に生成したスピン流が他方の前記強磁性体に吸収され、前記他方の強磁性体に吸収されたスピン流と磁化方向との相対角度に応じて前記他方の強磁性体の電気抵抗が変化することを特徴とする請求項１０〜２１のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
【請求項２３】
請求項１〜２１のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子を有することを特徴とするワイヤレス給電装置。
【請求項２４】
請求項１７〜２１のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子を複数有し、前記各スピントロニクス素子は、前記強磁性体の強磁性共鳴周波数が互いに異なり、前記加熱手段は、周波数可変の電磁波発生装置を有し、前記電磁波発生装置が発生する電磁波の周波数に応じて、前記各スピントロニクス素子の前記強磁性体が選択的に加熱されることを特徴とする請求項２３に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項２５】
前記各スピントロニクス素子は、前記強磁性体の寸法および形状の少なくともいずれかが互いに異なることを特徴とする請求項２４に記載のワイヤレス給電装置。
【請求項２６】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子を有することを特徴とする磁気センサー。
【請求項２７】
請求項１〜９、１３のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子と磁気記録層を有することを特徴とする磁気記録媒体。
【請求項２８】
請求項９に記載のスピントロニクス素子を有し、
前記磁気記録層と、前記スピントロニクス素子の非磁性体と強磁性体とがこの順に積層された積層構造を有することを特徴とする請求項２７に記載の磁気記録媒体。
【請求項２９】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子を有することを特徴とする磁気メモリ。
【請求項３０】
請求項２８に記載の磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体の前記強磁性体側の面に熱を印加する加熱手段を有することを特徴とする請求項２９に記載の磁気メモリ。
【請求項３１】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子を有することを特徴とする高周波フィルタ。
【請求項３２】
請求項１〜２２のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子を有することを特徴とするスピン発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピントロニクス素子、ワイヤレス給電装置、磁気センサー、磁気記録媒体、磁気メモリ、高周波フィルタおよびスピン発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子のもつ電荷のみならず、スピンの情報も積極的に利用することで省エネルギーなエレクトロニクスデバイスの実現を目指す分野はスピントロニクスと呼ばれ、近年、盛んに研究されている分野である。スピントロニクスにおいては、電流にかわる概念として、スピン角運動量の流れに相当するスピン流が用いられる。スピントロニクス素子を実現するためには、まず、このスピン流を生成する方法を確立する必要がある。スピン流を生成する方法に関しては、これまでに幾つかの提案がなされている。
【０００３】
例えば、従来のスピントロニクス素子では、「強磁性体では上向きスピンの電子と下向きスピンの電子の電気伝導率が異なる」という性質を利用し、強磁性体に電位差（電圧）を与えることでスピン流を生成するのが一般的である。すなわち、図１（ａ）に示すように、強磁性体に電位差を与えると、各スピンの電子が電気伝導率に応じて正極に向かって流れる。ここで、スピン流Ｊｓは上向きスピンの電子の流れＪ↑と下向きスピンの電子の流れＪ↓の差Ｊ↑−Ｊ↓として表されるため、上向きスピンの電子と下向きスピンの電子で電気伝導率が異なればスピン流Ｊｓは０の値をとらず、スピン流が生成されることになる。
また、特許文献１には、スピンホール効果を用いて生成した純スピン流により強磁性体でマイクロ波発振を生じさせるマイクロ波発振素子が提案されている。ここで、「スピンホール効果」とは、電流が流れることで、スピン軌道相互作用により上向きスピンと下向きスピンが左右に分離され、電流と垂直方向にスピン流が生じる現象である。特許文献１では、こうしたスピンホール効果により金属層で純スピン流を生成し強磁性体に注入することが記載されている。
しかしながら、これらの文献に開示されているスピン流の生成方法は、いずれも電圧や電流を用いる方法であり、スピン流を生成するために電力が消費されることや、電圧を印加するための配線が追加されて配線パターンが複雑になるなどの欠点がある。さらに、電流が流れることでジュール熱が発生し、それによるエネルギー損失も問題になる。
更に、上記とは全く異なり、スピンの歳差運動から誘引されるスピンポンピングやスピン波スピン流などを用いて、スピン流が生成可能であることも示されており、これらは、スピンデバイスに新潮流を生み出す現象として注目されている。しかし、このような動的なスピン流生成手段は、生成効率が小さく、原理実証を主眼とした実験報告がほとんどである。加えて、これまで上記の原理実証実験では、レア・アース（イットリウム）を含む希少価値の高いYIG（イットリウム・鉄・ガーネット）が主に用いられており、薄膜化や微細加工が困難なため、工学的応用の観点から好ましくなく、また、スピン波モードが複雑になり解析が困難になるなど、様々な問題を有していた。
【０００４】
一方、図１（ｂ）に示すように、最近、強磁性体の上向きスピンの電子と下向きスピンの電子で、ゼーベック係数が異なることが判明し、電位差の代わりに温度差を与えることでもスピン流が生成できることが明らかになっている。ここで、「ゼーベック係数」とは、物質の両端間に温度差が存在するとき、その温度勾配に応じて電子が拡散し、物質の高温端と低温端の間に電位差（熱起電力）が生じるゼーベック効果において、単位温度差当たりの熱起電力として定義される値である。ゼーベック係数が大きいもの程、温度差による拡散力（流れ）が大きいことを意味する。よって、上向きスピンの電子と下向きスピンの電子でゼーベック係数が異なれば、それぞれの流れの大きさも異なることになり、Ｊ↑−Ｊ↓で表されるスピン流が得られることになる。この温度差によるスピン流生成方法では、温度差を生じさせる熱源があればよく、スピン流生成のための配線が不要であるため、高密度な集積回路にも適用し易いという利点がある。
また、強磁性体中のスピンが回転することで、強磁性体自身が発熱することも知られており、真空中を伝搬するマイクロ波などにより強磁性共鳴を励起するなどして、大きなスピン回転を誘起すれば、直接接触することなく、ワイヤレスで強磁性体を加熱させることが可能になり、その結果、熱勾配が発生し、スピン流が生成すると期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４５４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、通常よく用いられているニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金やコバルト（Ｃｏ）等の強磁性体では、上向きスピンの電子と下向きスピンの電子のゼーベック係数の差が極めて小さい。このため、これらの強磁性体に温度差を与えても僅かなスピン流が検出されるに過ぎない。また、この場合、スピン流が生成されるのと同時に、Ｊ↑＋Ｊ↓で表される大きさの電流Ｊｅも流れるため、ジュール熱によるエネルギー損失の問題も生じる。これらのことから、温度差を用いるスピン流生成方法は実用化に至っていないのが実情である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討を行った結果、図２に示すように、ＣｏＦｅなどのスピン分極が大きな強磁性体では上向きスピンの電子と下向きスピンの電子でゼーベック係数の符号が異なることを見出した。そして、こうした強磁性体に温度勾配を形成すると、電流は小さく抑えつつ、大きなスピン流が得られるため、効率よくスピン流を生成できるとの知見を得るに至った。
さらに、強磁性共鳴時に強磁性体が加熱されることに着目し、マイクロ波印加による強磁性共鳴の励起により温度差を形成することで、ワイヤレスなスピン流の生成を可能にできると着想した。ここで強磁性共鳴が生じる周波数は、強磁性体のサイズや磁気モーメントの大きさで変化するため、サイズや物質を変えた強磁性体を配列させた構造において、特定の周波数のマイクロ波を照射すれば、ワイヤレスで且つ選択的に強磁性体を加熱することができる。このことは、ワイヤレスで選択的なスピン流生成を実現する技術への進展が期待される。
本発明は、このような知見に基づいて提案されたものであり、具体的に、以下の構成を有する。
【０００８】
［１］  上向きスピンおよび下向きスピンのいずれか一方のスピンの電子のゼーベック係数が正の値、前記スピンと逆向きのスピンの電子のゼーベック係数が負の値である強磁性体を有し、
前記強磁性体にエネルギーを付与することによりスピン流を生成することを特徴とするスピントロニクス素子。
［２］  上向きスピンの電子のゼーベック係数が正の値、下向きスピンの電子のゼーベック係数が負の値であることを特徴とする［１］に記載のスピントロニクス素子。
［３］  前記強磁性体に温度勾配を生じさせることによりスピン流を生成することを特徴とする［１］または［２］に記載のスピントロニクス素子。
［４］  前記強磁性体に強磁性共鳴を生じさせることにより温度勾配を形成し、スピン流を生成することを特徴とする［１］または［２］に記載のスピントロニクス素子。
［５］  前記強磁性体は、不純物を含むＣｏ−Ｆｅ系合金である［１］に記載のスピントロニクス素子。
［６］  前記不純物は、アルミニウム、ボロンおよび銅の少なくとも１種である［５］に記載のスピントロニクス素子。
［７］  前記強磁性体は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ａｌ系合金およびＣｏ−Ｆｅ−Ｃｕ系合金の少なくとも一方を含むことを特徴とする［１］に記載のスピントロニクス素子。
［８］  さらに、前記強磁性体に接するように設けられた非磁性体を有することを特徴とする［１］〜［７］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
［９］  前記非磁性体は、熱を放散する機能を有する［８］に記載のスピントロニクス素子。
［１０］  さらに、前記強磁性体に接するように設けられた非磁性体を有し、前記強磁性体と前記非磁性体との接合界面に温度勾配を生じさせることにより、前記強磁性体から前記非磁性体にスピンを注入して前記非磁性体にスピン流を生成することを特徴とする［１］〜［９］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
［１１］  前記非磁性体に生成するスピン流は、純スピン流であることを特徴とする［１０］に記載のスピントロニクス素子。
［１２］  前記非磁性体は、非磁性導電体または非磁性半導体であることを特徴とする［１０］または［１１］に記載のスピントロニクス素子。
［１３］  前記非磁性体は、銅または銅の合金を含むことを特徴とする［８］〜［１２］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
［１４］  前記非磁性体は、生成するスピン流と直交する方向に流れる電流を出力する出力端子を有することを特徴とする［１０］〜［１３］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
［１５］  さらに、前記非磁性体に生成するスピン流と直交する方向の電圧を測定する電圧測定手段を有することを特徴とする［１０］〜［１４］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
［１６］  さらに、前記強磁性体を加熱する加熱手段を有することを特徴とする［１］〜［１５］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
［１７］  前記加熱手段は、前記強磁性体に電磁波を照射して強磁性共鳴を生じさせることにより前記強磁性体を加熱するものである［１６］に記載のスピントロニクス素子。
［１８］  前記強磁性体の加熱により、前記強磁性体と前記非磁性体との間に温度勾配が生じることを特徴とする［１０］〜［１７］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
［１９］  さらに、溝部を有する絶縁体を有し、前記非磁性体は、その表面が前記絶縁体の表面と面一となるように前記溝部に埋設され、前記強磁性体は、帯状をなし、その長手方向が前記非磁性体の長手方向と直交するように前記絶縁体および前記非磁性体の上に積層されていることを特徴とする［１０］〜［１８］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
［２０］  前記強磁性体は、長手方向の長さが０．１〜１μｍであることを特徴とする［１］〜［１９］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
［２１］  前記非磁性体は、長手方向の長さが０．１〜１μｍであることを特徴とする［１０］〜［２０］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
［２２］  並列して設けられた２つの前記強磁性体と、前記各強磁性体に接するように設けられた前記非磁性体を有し、前記各強磁性体の一方と前記非磁性体との接合界面に温度勾配が生じることによって前記非磁性体に生成したスピン流が他方の前記強磁性体に吸収され、前記他方の強磁性体に吸収されたスピン流と磁化方向との相対角度に応じて前記他方の強磁性体の電気抵抗が変化することを特徴とする［１０］〜［２１］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子。
［２３］  ［１］〜［２１］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子を有することを特徴とするワイヤレス給電装置。
［２４］  ［１７］〜［２１］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子を複数有し、前記各スピントロニクス素子は、前記強磁性体の強磁性共鳴周波数が互いに異なり、前記加熱手段は、周波数可変の電磁波発生装置を有し、前記電磁波発生装置が発生する電磁波の周波数に応じて、前記各スピントロニクス素子の前記強磁性体が選択的に加熱されることを特徴とする［１８］に記載のワイヤレス給電装置。
［２５］  前記各スピントロニクス素子は、前記強磁性体の寸法および形状の少なくともいずれかが互いに異なることを特徴とする［２４］に記載のワイヤレス給電装置。
［２６］  ［１］〜［２２］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子を有することを特徴とする磁気センサー。
［２７］  ［１］〜［９］、［１３］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子と磁気記録層を有することを特徴とする磁気記録媒体。
［２８］［９］に記載のスピントロニクス素子を有し、前記磁気記録層と、前記スピントロニクス素子の非磁性体と強磁性体とがこの順に積層された積層構造を有することを特徴とする［２７］に記載の磁気記録媒体。
［２９］  ［１］〜［２２］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子を有することを特徴とする磁気メモリ。
［３０］  ［２８］に記載の磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体の前記強磁性体側の面に熱を印加する加熱手段を有することを特徴とする請求項２９に記載の磁気メモリ。
［３１］  ［１］〜［２２］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子を有することを特徴とする高周波フィルタ。
［３２］  ［１］〜［２２］のいずれか１項に記載のスピントロニクス素子を有することを特徴とするスピン発振器。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電圧や電流の印加によらずにスピン流を効率よく生成しうるスピントロニクス素子が得られる。また、本発明のスピントロニクス素子を用いれば、優れた性能を発揮するワイヤレス給電装置、磁気センサー、磁気メモリ、高周波フィルタおよびスピン発振器を実現することができ、さらに、これら装置の配線パターンの単純化および消費エネルギーの削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電位差及び温度差によるスピン流生成のメカニズムを示す模式図である。
【図２】バンド構造とスピン流生成の関係を示す概念図である。
【図３】２つの典型的なスピンエレクトロ素子の構成を示す図である。
【図４】スピン流を用いた磁気記録方式を示す図である。
【図５】横型スピンバルブ素子の構成図である。
【図６】強磁性共鳴により純スピン波生成を示す図である。
【図７】ＦＭＲ周波数のサイズ、物質依存性を示す図である。
【図８】ワイヤレススピンエレクトロニクスデバイスの概念図である。
【図９】マイクロ波パワーと温度上昇の関係を示す図である。
【図１０】スピンホール効果によるスピン流の電圧への変換を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は「〜」前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
【００１２】
＜スピントロニクス素子＞
本発明のスピントロニクス素子は、上向きスピンおよび下向きスピンのいずれか一方のスピンの電子のゼーベック係数が正の値、このスピンと逆向きのスピンの電子のゼーベック係数が負の値である強磁性体を有し、強磁性体にエネルギーを付与することによりスピン流を生成することを特徴とするものである。
本発明において「ゼーベック係数」とは、物質の両端間に温度差が存在するとき、その温度勾配に応じて電子が拡散し、物質の高温端と低温端の間に電位差（電圧）が生じるゼーベック効果において、下記関係式の比例定数Ｓ[Ｖ／Ｋ]を意味する。
ΔＶ＝−ＳΔＴ
［上式において、ΔＴは物質の高温端の温度ＴHと低温端の温度ＴLの差（ＴH−ＴL）を表し、ΔＶは物質の高温端の電位ＶHと低温端の電位ＶLの差（ＶH−ＶL）を表し、Ｓはゼーベック係数を表す。］
上向きスピン電子および下向きスピン電子の各ゼーベック係数は、電子の状態密度エネルギー微分に比例することが知られている。
本発明のスピントロニクス素子は、強磁性体の上向きスピンの電子と下向きスピンの電子で、ゼーベック係数の符号が異なる点に特徴がある。これにより、強磁性体にエネルギーを付与して温度勾配を形成したとき、ジュール熱発生によるエネルギー損失を抑えて効率よくスピン流を生成することができる。以下に、そのメカニズムを説明する。
図１（ｂ）に示すように、本発明で用いる強磁性体に温度勾配を形成すると、上向きスピンの電子および下向きスピンの電子のうち、ゼーベック係数が正の値のものは高温側から低温側に流れ、ゼーベック係数が負の値のものは低温側から高温側に流れるため、上向きスピンの電子と下向きのスピンの電子が互いに逆方向に流れることになる。ここで、スピン流Ｊｓは、上向きスピンの電子の流れＪ↑と下向きスピンの電子の流れＪ↓の差Ｊ↑−Ｊ↓として表されるため、上向きスピンの電子と下向きスピンの電子で流れの方向が互いに逆方向である場合、スピン流Ｊｓは上向きスピンの電子の流れの大きさ（絶対値）に下向きスピンの電子の流れの大きさ（絶対値）を加えた値になる。一方、電流Ｊｅは、上向きスピンの電子の流れＪ↑と下向きスピンの電子の流れＪ↓の和Ｊ↑＋Ｊ↓として表されるため、上向きスピンの電子と下向きスピンの電子で流れの方向が逆方向である場合には、上向きスピンの電子の流れの大きさから下向きスピンの電子の流れの大きさを引いた値になる。よって、上向きスピンの電子と下向きスピンの電子でゼーベック係数の符号が異なると、電流Ｊｅに比べてスピン流Ｊｓの方が大きな値になる。
これに対して、本発明と異なり、上向きスピンの電子と下向きスピンの電子でゼーベック係数の符号が等しい場合（図２（ｂ）参照）、強磁性体に温度勾配を形成したとき、上向きスピンの電子と下向きのスピンの電子がともに同じ方向に流れることになる。この場合、スピン流Ｊｓは上向きスピンの電子の流れの大きさから下向きスピンの電子の流れの大きさを引いた値になり、電流Ｊｅは上向きスピンの電子の流れの大きさに下向きスピンの電子の流れの大きさを加えた値になるため、電流Ｊｅに比べてスピン流Ｊｓが小さい値になる。
このように、本発明のスピントロニクス素子は、上向きスピンの電子と下向きのスピンの電子でゼーベック係数の符号が互いに逆であることにより、電流Ｊｅに比べてスピン流Ｊｓが大きな値になる。このため、電流によるジュール熱の発生を抑えつつ、スピン流を効率よく生成することが可能である。
【００１３】
強磁性体にエネルギーを付与することによって生成するスピン流は純スピン流であることが好ましい。純スピン流とは、上向きスピンの流れと下向きスピンの流れが、互いに逆方向であって各流れの大きさが等しいスピン流であり、電流を伴わないスピン流である。これにより、ジュール熱の発生を回避してスピン流をより効率よく生成することができる。
以下において、本発明のスピントロニクス素子を構成する強磁性体、必要に応じて用いる非磁性体、エネルギーを付与する条件について詳細に説明する。なお、以下の説明では、強磁性体および非磁性体が層状に形成されている場合、強磁性体からなる層を「強磁性体層」、非磁性体からなる層を「非磁性体層」ということがある。
【００１４】
［強磁性体］
本発明のスピントロニクス素子に用いられる、「上向きスピンおよび下向きスピンのいずれか一方のスピンの電子のゼーベック係数が正の値、このスピンと逆向きのスピンの電子のゼーベック係数が負の値である強磁性体」としては、「不純物を含むＣｏ−Ｆｅ系合金」を用いることができる。「不純物を含むＣｏ−Ｆｅ系合金」は、Ｃｏ−Ｆｅ合金が不純物を含むことによりアモルファス化したものである。Ｃｏ−Ｆｅ合金に添加する不純物としては、Ｃｏ−Ｆｅ合金と混ざらないものを用いることができ、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ボロン（Ｂ）、銅（Ｃｕ）等を挙げることができる。不純物の添加量は、強磁性体の全原子数に対して５原子％以下であることが好ましく、２〜３原子％であることがより好ましい。
また、不純物を含むＣｏ−Ｆｅ系合金のＣｏとＦｅの比率を変えることによって、上向きスピンの電子と下向きスピンの電子の各ゼーベック係数を調整することができる。上記の好ましいゼーベック係数を得る観点から、ＣｏとＦｅの原子数比（Ｃｏ：Ｆｅ）は、１：０．５〜１：３であることが好ましく、１：０．７〜１：２．７であることがより好ましく、１：１〜１：２．５であることがさらに好ましく、１：１．３〜１：２．３であることが特に好ましく、１：２であることが最も好ましい。
強磁性体は、例えば層状に形成され、スピントロニクス素子の全部または一部を構成する。その寸法、形状、個数、配置は用途に応じて適宜選択することができる。
【００１５】
［非磁性体］
本発明のスピントロニクス素子は、必要に応じて非磁性体を有することが好ましい。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、非磁性体層２は、強磁性体層１の上または下に積層されていてもよいし、強磁性体層１に隣接するように接合されていてもよい。これにより、強磁性体層と非磁性体層との界面に純スピン流を生成したり、強磁性体層で生成したスピン流を非磁性体層に注入してスピン蓄積を生じさせたりすることができ、これらを素子の機能に利用することができる。また、非磁性体層は、強磁性体に付与した熱を放散させるヒートシンク層として機能させることができる。これにより、素子自体が高温になることや、耐熱性の低い機能層を必要に応じて設けた場合に、その機能層が高温になることを抑制することができ、駆動が安定化し、素子の小型化を図る上でも有利になる。
非磁性体層をヒートシンク層として用いる場合、非磁性体層は、熱伝導係数１００Ｗｍ-1Ｋ-1以上の材料からなる層であることが好ましい。非磁性体層の材料としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ａｕ、Ａｇ等の金属、またはこれら金属を組み合わせた合金であることが好ましく、Ｃｕであることが最も好ましい。
【００１６】
強磁性体層に非磁性体層を積層または接合する場合、層と層の間の界面が平滑で互いに密着性よく接触していることが好ましい。これにより、強磁性体で生成したスピン流を非磁性体層に効率良く注入することができる。こうした界面を有する積層構造は、例えば強磁性体層と非磁性体層とを連続的に成膜することにより形成することができる。
非磁性体は、上記のように例えば層状に形成される。その寸法、形状、個数、配置は用途に応じて適宜選択することができる。
【００１７】
［エネルギーの付与、温度勾配］
強磁性体へエネルギーを付与する方法としては、特に限定されないが、強磁性体にマイクロ波（電磁場）を照射するマイクロ波加熱法やレーザー光を照射するレーザー加熱法、強磁性体に熱源を直接接触させる加熱方法等を挙げることができ、中でも、マイクロ波加熱法を用いることが好ましい。マイクロ波加熱法において、特にスピンの歳差運動と同周期のマイクロ波を照射することにより強磁性共鳴が誘起され、強磁性体を効率よく加熱することができる。また、強磁性体層と非磁性体層との積層構造を有する場合に、マイクロ波加熱法を用いて磁性体層と非磁性体層の界面に温度勾配を形成すると、その界面において純スピン流が生成して非磁性体層側に取り出すことができる。
【００１８】
エネルギー付与により、強磁性体に生じる温度勾配は５Ｋ／μｍ以上であることが好ましく、１０〜１００Ｋ／μｍであることがより好ましく、５０〜１００Ｋ／μｍであることがさらに好ましい。本明細書中において「温度勾配」とは、温度差を距離で除した値のことをいう。
強磁性体における温度勾配を上記範囲に設定することにより、材料や条件の選択範囲を過度に制限することなく、スピン流を効率よく生成することができる。強磁性体に生じる温度勾配は、エネルギーを付与する条件（付与するエネルギーの密度や時間等）、エネルギーを付与する方法、強磁性体や強磁性体に接する層（例えば、非磁性体層）の熱伝導率、強磁性体の外形や内部構造、および外部環境の温度等を選択することにより制御することができる。
【００１９】
＜磁気メモリ＞
次に、本発明のスピントロニクス素子を適用した装置として磁気メモリ（本発明の磁気メモリ）について説明する。
図４は、本発明の磁気メモリの一例を示す模式的な断面図である。
図４に示す磁気メモリは、記録部（磁気記録媒体）１０と熱源（加熱手段）１１を有している。
記録部１０は、磁気記録層１２と非磁性体層１３と強磁性体層１４とがこの順に積層されてなり、非磁性体層１３と強磁性体層１４の積層構造が本発明のスピントロニクス素子により構成されている。また、磁気記録層１２は、垂直磁気異方性を有する磁性膜により構成されている。
熱源１１は、強磁性体層１４の上方に配されており、強磁性体層１４の上面の微小領域に局所的に熱を印加するように構成されている。これにより、その微小領域において、強磁性体層１４の厚さ方向に温度勾配が形成され、強磁性体層１４内にスピン流Ｊｓが生成される。熱源１１は、強磁性体層１４の上面に沿うように移動駆動され、それとともに、記録すべき情報に応じてオン・オフが制御されるように構成されていてもよい。これにより、強磁性体の面内方向に、情報に応じたパターンで熱を印加することができ、以下に示す機構により、そのパターンを反映したパターンで磁気記録を行うことができる。
【００２０】
この磁気メモリに情報記録を行うには、熱源１１により強磁性体層１４の微小領域に熱Ｔを印加する。これにより、その微小領域において、強磁性体層１４の厚さ方向に温度勾配が形成され、強磁性体層１４内にスピン流が生成される。強磁性体層１４で生成されたスピン流は非磁性体層１３を介して磁気記録層１２に注入され、磁気記録層１２の微小領域に対応する箇所が、注入されたスピン流Ｊｓのスピンの向きに応じて磁化されてデータが書き込まれる。さらに熱源１１を強磁性体層１４の上面に沿うように移動駆動しつつ、記録情報に応じて熱の印加をオン・オフすることにより、磁気記録層１２が記録情報に応じたパターンで磁化され、情報記録がされる。
このとき、この磁気メモリでは、強磁性体層１４に印加された熱Ｔが磁気記録部内部に拡散するが、強磁性体層１４と記録層１２との間に非磁性体層１３が介在していることにより、非磁性体層１３を介して熱Ｔが効果的に外部に放散され、磁気記録層１２への熱の伝達が抑えられる。このため、例えば磁気記録層１２が高温になって保磁力が小さくなり、不要な箇所で磁化が反転するといった不具合が生じ難く、記録情報を確実に書き込むことが可能である。
【００２１】
本発明の磁気メモリにおいて、記録部を構成する強磁性体層および非磁性体層についての説明は、上記の＜スピントロニクス素子＞の対応する説明を参照することができる。ただし、非磁性体層については、ヒートシンク層としての機能が最も重要になるため、以下に示すように構成することが好ましい。
すなわち、非磁性体層は、熱伝導係数１００Ｗｍ-1Ｋ-1以上の材料からなる層であることが好ましい。これにより、ヒートシンク層としての機能を効果的に得ることができる。非磁性体層の材料としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ａｕ、Ａｇ等の金属、またはこれら金属を組み合わせた合金であることが好ましく、Ｃｕであることが最も好ましい。
ただし、非磁性体層の熱伝導率が高い場合、十分な温度勾配が形成される前に熱が拡散してしまう場合がある。このような場合には、強磁性体や非磁性体層を熱が逃げにくい構造にしたり、非磁性体層を冷却したりする等の温度勾配の形成を促す手法を併用することが好ましい。
非磁性体層の厚みは数十ナノメートルであることが好ましい。非磁性体層が厚すぎると、強磁性体層から拡散するスピン流が記録層に届かなかったり、広がったりして、書き込み精度が落ちる可能性がある。なお、非磁性体層におけるスピン拡散距離は、材料によっても異なるが、Ｃｕでは５００ｎｍである。
【００２２】
磁気記録層の材料としては、特に限定されず、磁気記録媒体で通常用いられている磁性材料を用いることができる。例えば、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる群より選択される磁性元素と、白金（Ｐｔ）、サマリウム（Ｓｍ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選択される金属との合金を好適に用いることができる。
【００２３】
熱源としては、微小領域をピンポイントで加熱できるものを採用することが好ましく、例えば磁気記録の分野で熱アシスト記録に用いられる局所加熱法を適宜選択して使用することができる。熱源による熱印加時間は、磁気記録部を構成する各層の熱伝導率や厚さによっても異なるが、１箇所につき１０ナノ秒程度で十分である。本発明では、強磁性体層と記録層の間に非磁性体層を設けていることにより、磁気記録部内に拡散した熱が効率よく放散される。このため、この磁気メモリは、熱の蓄積の問題がなく、熱印加の後空冷することにより、瞬時に外部温度と同程度の温度に冷却される。
【００２４】
強磁性体層で生成するスピン流の密度は、１０8アンペア／ｍのオーダー以上であることが好ましく、５×１０8〜９×１０8アンペア／ｍであることがより好ましく、７×１０8アンペア／ｍ程度であることがさらに好ましい。これにより、熱源での消費エネルギーを低く抑えて、記録層に確実に情報を書き込むことができる。本明細書中において「スピン流の密度」とは、単位面積当たりのスピン流のことをいう。
【００２５】
[技術背景と問題点]
従来、スピントロニクス素子では、「強磁性体では上向きスピンの電子と下向きスピンの電子の電気伝導率が異なる」という性質を利用してスピン流を生成するのが一般的で、この場合、強磁性体に電位差（電圧）を与えることで電流とともにスピン流が生成される（図１（ａ））。一方で、ごく最近の研究から、強磁性体では、熱電効果にかかわるゼーベック係数もスピンの向きに依存することが判明し、電位差の代わりに温度差を与えることでもスピン流が生成できることが分かってきた（図１（ｂ））。しかし、通常良く用いられる強磁性体であるニッケル鉄（ＮｉＦｅ）合金やコバルト（Ｃｏ）などでは、スピン上向きと下向きのゼーベック係数の差は極めて小さく、これまで熱によって生成されたスピン流をわずかに検出できたとの報告がある程度であった。
【００２６】
[本発明の成果]
発明者は、ゼーベック係数が負の値も取り得ることに着目した。電気伝導率は常に正の値となり負になることはないが、ある特殊な合金ではゼーベック係数が正の値だけではなく負の値も取り得る。たとえば、上向きスピンの電子のゼーベック係数が正、下向きスピンのゼーベック係数が負の合金を考えると、その合金に温度差を与えた場合、電子はスピンの向きに応じて互いに逆方向に流れることになり、スピン流が効率的に生成されると期待できる（図２（ｂ））。
発明者は、期待したとおりＣｏＦｅＡｌ合金が上記のような特性を持つことを実験的に明らかにした。図５（ａ）に示すような横型スピンバルブ素子を作製し、片方のＣｏＦｅＡｌ合金を加熱して純スピン流を生成し、もう１つのＣｏＦｅＡｌ合金で純スピン流の強度を検出したところ、室温で約８７０ナノボルトのスピン信号を得ることができた（図５（ｂ））。同様の実験を、ＮｉＦｅ合金を用いて行ったところ、スピン信号の大きさは、７ナノボルトとなり、ＣｏＦｅＡｌ合金を用いることで、２桁以上大きなスピン信号を取り出せることが分かった。
図５（ａ）は、実験に用いた横型スピンバルブ素子の模式図と実際に使用された素子の電子顕微鏡写真である。図５（ｂ）は、ＣｏＦｅＡｌ合金を用いて、室温で得られた熱励起スピン信号である。
左側のＣｏＦｅＡｌ合金（強磁性体）を加熱して、ＣｏＦｅＡｌ合金と銅（Ｃｕ）の界面に温度勾配を発生させることで、Ｃｕ内に純スピン流が生成される。実験では、２０ナノメートルあたり１．３度の温度勾配が生じていると考えられる。Ｃｕ中に生成された純スピン流は拡散し、隣接している別のＣｏＦｅＡｌ細線（スピン検出端子）に吸収され、電圧が発生する。この電圧の強度は注入された純スピン流の量に比例し、また、磁化と注入スピン流の相対角度に応じて変化する。（ｂ）では、注入スピン流と検出端子の磁化が平行な時と反平行な時で、電圧が８７３ナノボルト（ｎＶ）変化しているのが確認できる。これは、４．３マイクロアンペア（μＡ）の純スピン流が検出端子に注入されていることに対応している。
上記実験においては、強磁性体の加熱機構として通電法を採用したが、発明者は、強磁性共鳴時に生じる発熱効果に着目した。実際にどの程度の温度上昇が発生するのかを、図９左に示すように、きＣｏＦｅＡｌ細線がＣｕで覆われた構造の電気抵抗測定を測定することで評価した。図９右に示すように、強磁性共鳴時の温度上昇による明瞭な抵抗の増大を観測することに成功した。
更に、マイクロ波加熱により生成したスピン流を、スピンホール効果により電気信号に変換する図１０のような素子を試作し、２００マイクロボルトの電圧を創出することに成功した。
【００２７】
[着眼点]
スピン流の概念の確立、及びスピン注入磁化反転技術の確立により、強磁性体は、これまでの磁気記録デバイスだけでは無い新しい側面を持つデバイス応用を見出しつつある。その代表的デバイスが、不揮発メモリの最有力候補であるスピンRAMであり、更にスピンの高速性を用いた高周波フィルタやスピン発振器などマイクロ波デバイスなどの応用も期待されている。しかし、それらは、デバイスやその延長をスピンで置き換えようとするものであり、競合技術に打ち勝つ極めて高い性能が要求される。一方で、既存デバイスの開発も熾烈を極めており、上記スピンデバイスの広範な普及には、材料等によるイノベーションが必要不可欠である。
そのような観点から、発明者は「スピンだけが可能」となる革新的スピンデバイスの創出が重要であると考えており、これまで発明者がスピンダイナミクスの研究で培った技術と発明者が有する純スピン流の制御技術の融合した革新技術の創成を検討している。
純スピン流とは、電気の流れを伴わないスピンのみの流れであり、エネルギー効率の良い情報伝送が可能である。また、純スピン流は、電流と異なり閉回路を形成必要がないため、デバイス構造の大幅な単純化が期待できる。しかし、これまで純スピン流の生成効率が極めて小さかった為、新現象観測など基礎実験に用いるのが通常で、デバイス応用などは殆ど検討されていなかった。
【００２８】
強磁性体/非磁性体界面に熱流が存在すると、純スピン流の取り出しが可能である。発明者は、熱により純スピン流を高効率で生成できる物質を発見した。一方で、共鳴などのスピンダイナミクスにより、強磁性体の温度が上昇することが分かってきた。発明者は、ナノ磁性体では、共鳴周波数が形状やサイズで制御できることを実験的に確認している（図７）。そこで、マイクロ波の周波数をチューニングしてナノ磁性体の共鳴を選択的に励起すれば、熱流が発生し、所望の位置にワイヤレスで純スピン流を生成できると着想した。更に、得られた純スピン流を高効率で伝搬・検出・変換することで、スピンならではの万能スマートデバイスの創製が期待できる。
【００２９】
[発展性]
発明者は、強磁性共鳴の選択的励起法により、所望の位置にワイヤレスで高効率に純スピン流を形成する技術を開発すること、また、得られた純スピン流の伝搬特性を評価し、高効率な制御法を開発すること、更に、最終目標として、供給されたマイクロ波だけで動作するスピンデバイスを試作することを目指している。
強磁性共鳴によりスピン流を取り出す機構には、スピン緩和を用いたスピンポンピングと温度上昇した強磁性体による熱スピン注入の２つがある（図６参照）。スピンポンピングによるスピン流の生成効率は極めて小さいため、強い強度のマイクロ波が必要であった。一方で、熱スピン注入に関しては、接合界面近傍での温度勾配が重要であり、数℃程度の温度上昇でも、十分効率的な熱スピン注入が期待できる。
これまでの研究では、熱を発生させるために、専ら電流によるジュール熱を用いてきたが、接合近傍において、電気伝導率の小さい非磁性体への電流の流れ込みによる熱の流出が生じるため、効率的な温度勾配の形成が困難であった。一方で、今回の強磁性共鳴による手法は、強磁性体のみを選択性良く且つ均一に加熱できるため、界面近傍で大きな熱流が生成できると期待できる。
発明者が有する熱スピン注入効率の良い物質にマイクロ波を印加して純スピン流を非磁性体中に生成し、伝搬した後のスピン流を別の強磁性体を用いたスピンバルブ法により検出する。これにより、信頼性の高い純スピン流の評価が可能になる。次に、同技術を拡張するために、図７のように、同一基板内に、サイズが異なるナノ磁性体で構成される複数の素子を配置した試料を作製し、周波数チューニングにより所望の素子から選択的に純スピン流が生成できるかを確認する。
さらに、構造・界面状態の最適化等により、得られたスピンバルブ信号を向上させ、生成効率の向上に努める。更に、スピンバルブ効果、及びスピンホール効果を用いて、得られたスピン信号を電気信号へと変換し（白金やタンタルなどの遷移金属におけるスピンホール効果と組み合わせた熱電変換素子）、ワイヤレス給電技術へと高度化することが可能である（図８）。強磁性体/非磁性体のシンプルな複合ナノ構造で実現するワイヤレス給電技術は、様々な分野への応用が期待できる。
【００３０】
熱スピン注入は、2010年に発見された現象であり、それにより生成される純スピン流は極めて小さい量であったため、デバイス応用などは一切検討されていない。また、マイクロ波励起により強磁性体が発熱することも、ごく最近知られた実験事実であるが、その温度変化は数℃程度であるため、重要視されていない。しかしながら、「２桁以上大きな純スピン流生成が可能な物質が発見されたこと」、また、「熱スピン注入は接合界面での温度勾配が重要であるため数℃の温度上昇でも極めて大きな温度勾配を形成できること」、に着目すれば、本発明は、極めて高効率な純スピン流生成手段と成り得る。
発明者のこれまでのスピンダイナミクスに関する知見を用いて、マイクロ波印加手法や磁界印加方向などワイヤレス・スピン流生成技術の高度化を行うと共に、純スピン流制御に関する技術を用いて、素子の高性能化を行い、微弱なマイクロ波で動作する革新的ワイヤレス・スピンデバイスの実現を目指すことができる（図８参照）。
【００３１】
［本発明の成果］
強磁性体にマイクロ波を照射し、強磁性共鳴を励起することで、強磁性体の温度が上昇することを見出した。更に、そのマイクロ波加熱機構をCoFe 系の強磁性体に適用することで、熱スピン注入法により、高効率にスピン流を生成できることを見出した。
【００３２】
本発明の最大の特徴は、ナノ磁性体のスピンダイナミクスに熱スピン注入を融合したワイヤレス・スピン流生成である。本手法は、これまでの電流通電加熱法と異なり、均一に強磁性体を加熱できるため、強磁性/非磁性接合界面に大きな熱勾配が発生し、スピン流生成量の飛躍的向上が期待できる。更に、共振周波数の異なるナノ磁性体を配置して、マイクロ波周波数に合わせて所望の磁性体からのみスピン流を選択的に生成でき、また、磁化反転や磁界強度を変えることで動作の再構成が可能にもなり、他のワイヤレス素子には無い魅力的で独創的な技術である。
【００３３】
強磁性共鳴によるスピン流生成は、スピンポンピングが良く知られた手法であるが、効率良いスピンの取り出しには、スピン緩和が強い物質を接続する必要があり、そのようにして取り出されたスピン流の用途は限られており、これまで専ら基礎的実験に用いられていた。一方で、それらの現象においては、熱スピン注入の影響を考慮しておらず、界面での相互作用が十分解明されていない現象も存在している。本発明は、それらの解明に大いに貢献すると期待される。
【００３４】
超小型で選択性があるワイヤレス給電は、これまでにない革新的技術であり、加えてスピンデバイスの再構成動作や低電力駆動を活用することで、微弱なマイクロ波により様々な応用が可能であり、エナジーハーベスティングの観点からも大変意義深い研究に発展すると期待される。
【００３５】
［用語の説明］
注１）スピン
電子が持つ量子力学的な性質の１つであり、上向きと下向きの２つの状態が存在する。その起源が、電子の自転運動として説明できるため、スピンと呼ばれる。
注２）純スピン流
上向きスピンの電子と下向きスピンの電子が互いに逆方向に流れると、電荷の流れが相殺され電流がゼロとなるが、スピンに関しては、下向きスピンが左から右に流れることと上向きスピンが右から左に流れることと等価であるため、各電子のスピン流は強めあい、電子２個分のスピン流が流れることになる。このように電気を運ばずスピンのみを運ぶ電子の流れを純スピン流という。
注３）ジュール損失
金属などの導体中がもつ電気抵抗のために、電流を流した際に電力が消費される。電流を流すために必要なエネルギー量は電流？電流？電気抵抗で計算でき、それらは熱に変わって消費されるのでジュール損失と呼ばれている。
注４）ＣｏＦｅＡｌ合金
ＣｏとＦｅとＡｌをある組成で混ぜ合わせて作製した合金。今回の試料では、質量比で、４８％（Ｃｏ）：４８％（Ｆｅ）：４％（Ａｌ）で混合している。この組成に応じて、電気伝導率やゼーベック係数、およびそのスピン依存性などの電気的・磁気的・熱的な性質も大きく変わると考えられるため、シミュレーション計算などを用いた理論的研究も重要となる。
注５）エナジーハーベスティング技術
周辺の環境に存在しているエネルギーを収穫（ハーベスト）して、そのエネルギーを活用して新しいデバイスを動作させる技術。熱、光、振動など形態で存在するエネルギーを効率よく変換する機構が重要になる。
注６）ゼーベック係数
物質に温度差が存在すると、温度勾配に応じて電子が流れ、両端に電位差（電圧）が発生する。このような現象はさまざまな金属や半導体で観測され、ゼーベック効果と呼ばれている。発生する電圧は温度差に比例し、その比例定数はゼーベック係数と呼ばれる。熱勾配による電子の運動は常に一方向ではなく、たとえばｎ型半導体ではゼーベック係数が正（温度勾配の向きに電圧が生じる）で、ｐ型半導体ではゼーベック係数が負（温度勾配と逆向きに電圧が生じる）になる。強磁性体は、スピンの向きにより、ゼーベック係数の符号が異なる場合があり、実際に、本発明で使用したＣｏＦｅＡｌ合金のように、上向きスピンのゼーベック係数が正で下向きスピンのゼーベック係数が負となる物質が存在する。
注７）横型スピンバルブ素子
面内に配列した２つの強磁性体を非磁性体で接続して構成される素子で、２つの強磁性体の磁化の相対角に対応して電気抵抗が変化する素子。従来の磁性多層膜で形成させる積層型と区別するために、横型スピンバルブ素子、あるいは面内スピンバルブ素子と呼ばれる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、電圧および電流の印加によらずに、スピン流を効率よく生成することができるスピントロニクス素子が得られる。このため、本発明のスピントロニクス素子を用いれば、優れた性能を発揮する磁気メモリや磁気記録媒体、スピン発振器等の各種装置を実現することができ、さらに、これら装置の配線パターンの単純化および消費エネルギーの削減を図ることができる。このため、本発明によれば、スピントロニクス素子を効果的に用いることができ、産業上の利用可能性が高い。更に、ワイヤレスで選択的なスピン流、及び電気エネルギーの生成などは、や通常ではアクセスが困難な体内へのワイヤレス給電など、様々な可能性をもたらすと期待される。
【符号の説明】
【００３７】
１、１４  強磁性体層
２、１３  非磁性体層
１０  記録部
１１  熱源（加熱手段）
１２  磁気記録層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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