(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果素子を利用した高周波フィルタ等の高周波デバイスを実現できる磁気抵抗効果デバイスを提供する。【解決手段】磁気抵抗効果デバイス１００は、第１の磁化固定層１ｃ、第１のスペーサ層１ｂおよび第１の磁化自由層１ａを有する第１の磁気抵抗効果素子１と、第２の磁化固定層２ｃ、第２のスペーサ層２ｂおよび第２の磁化自由層２ａを有する第２の磁気抵抗効果素子２と、高周波信号が入力される第１のポート３ａと、高周波信号が出力される第２のポート３ｂと、信号線路４と、第１の直流電流入力端子５ａと、を有し、第１のポート３ａ、第２の磁気抵抗効果素子２および第２のポート３ｂが信号線路４を介してこの順に直列接続され、第１の直流電流入力端子５ａは第１の磁気抵抗効果素子１に接続され、第２の磁気抵抗効果素子２は、第１の磁化自由層１ａから発生する磁場が第２の磁化自由層２ａに印加されるように配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の磁化固定層、第１のスペーサ層および磁化の方向が変化可能である第１の磁化自由層を有する第１の磁気抵抗効果素子と、
第２の磁化固定層、第２のスペーサ層および磁化の方向が変化可能である第２の磁化自由層を有する第２の磁気抵抗効果素子と、
高周波信号が入力される第１のポートと、
高周波信号が出力される第２のポートと、
信号線路と、
第１の直流電流入力端子と、を有し、
前記第１のポート、前記第２の磁気抵抗効果素子および前記第２のポートが前記信号線路を介してこの順に直列接続され、
前記第１の直流電流入力端子は前記第１の磁気抵抗効果素子に接続され、
前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁化自由層から発生する磁場が前記第２の磁化自由層に印加されるように配置されていることを特徴とする磁気抵抗効果デバイス。
【請求項２】
前記第１のスペーサ層は非磁性導電層であり、前記第２のスペーサ層は非磁性絶縁層であることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項３】
前記第２の磁気抵抗効果素子と前記第１のポートまたは前記第２のポートとの間の前記信号線路と、グラウンドとに接続されたインダクタまたは抵抗素子と、
前記第２の磁気抵抗効果素子を挟んで前記インダクタまたは前記抵抗素子とは反対側の前記信号線路に接続された第２の直流電流入力端子とをさらに有し、
前記第２の磁気抵抗効果素子、前記信号線路、前記インダクタ、前記グラウンドおよび前記第２の直流電流入力端子を含む閉回路、または、前記第２の磁気抵抗効果素子、前記信号線路、前記抵抗素子、前記グラウンドおよび前記第２の直流電流入力端子を含む閉回路が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項４】
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子に磁場を印加するための磁場印加機構を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項５】
前記磁場印加機構は、前記第１の磁気抵抗効果素子に磁場を印加する第１の磁場印加部と前記第２の磁気抵抗効果素子に磁場を印加する第２の磁場印加部とを有することを特徴とする請求項４に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項６】
前記磁場印加機構は、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子に印加する磁場を変化させて、前記第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク発振周波数と前記第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化可能であることを特徴とする請求項４または５に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項７】
第１の磁化固定層、第１のスペーサ層および磁化の方向が変化可能である第１の磁化自由層を有する第１の磁気抵抗効果素子と、
第２の磁化固定層、第２のスペーサ層および磁化の方向が変化可能である第２の磁化自由層を有する第２の磁気抵抗効果素子と、
高周波信号が入力される第１のポートと、
高周波信号が出力される第２のポートと、
信号線路と、
第１の直流電流入力端子と、を有し、
前記第１のポートおよび前記第２のポートが前記信号線路を介して接続され、
前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第２のポートに対して並列に、前記信号線路およびグラウンドに接続され、
前記第１の直流電流入力端子は前記第１の磁気抵抗効果素子に接続され、
前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁化自由層から発生する磁場が前記第２の磁化自由層に印加されるように配置されていることを特徴とする磁気抵抗効果デバイス。
【請求項８】
前記第１のスペーサ層は非磁性導電層であり、前記第２のスペーサ層は非磁性絶縁層であることを特徴とする請求項７に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項９】
前記信号線路に接続された第２の直流電流入力端子をさらに有し、
前記第２の磁気抵抗効果素子、前記信号線路、前記グラウンドおよび前記第２の直流電流入力端子を含む閉回路が形成されることを特徴とする請求項７または８に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項１０】
前記閉回路と前記第１のポートとの間および前記閉回路と前記第２のポートとの間の少なくとも一方に、前記信号線路を介して前記第１のポートおよび前記第２のポートと直列に接続されたコンデンサを有することを特徴とする請求項９に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項１１】
前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子に磁場を印加するための磁場印加機構を有することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項１２】
前記磁場印加機構は、前記第１の磁気抵抗効果素子に磁場を印加する第１の磁場印加部と前記第２の磁気抵抗効果素子に磁場を印加する第２の磁場印加部とを有することを特徴とする請求項１１に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【請求項１３】
前記磁場印加機構は、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子に印加する磁場を変化させて、前記第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク発振周波数と前記第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化可能であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の磁気抵抗効果デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子を利用した磁気抵抗効果デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の移動通信端末の高機能化に伴い、無線通信の高速化が進められている。通信速度は使用する周波数帯に比例するため、通信に必要な周波数帯は拡大し、それに伴って、移動通信端末に必要な高周波フィルタの搭載数も増加している。また、近年新しい高周波用部品に応用できる可能性のある分野として研究されているのがスピントロニクスであり、その中で注目されている特有の現象の一つが、スペーサ層を介して磁化固定層と磁化自由層を備えた磁気抵抗効果素子によるスピントルク共鳴現象である（非特許文献１参照）。この構造の磁気抵抗効果素子に交流電流を流すことで、磁気抵抗効果素子にスピントルク共鳴を起こすことができ、スピントルク共鳴周波数に対応した周波数で周期的に磁気抵抗効果素子の抵抗値が振動する。磁気抵抗効果素子に印加される磁場の強さによって、磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数は変化し、一般的にその共鳴周波数は数〜数十ＧＨｚの高周波帯域である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｎａｔｕｒｅ、Ｖｏｌ．４３８、Ｎｏ．７０６６、ｐｐ．３３９−３４２、１７  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ２００５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁気抵抗効果素子は、スピントルク共鳴効果を利用して高周波デバイスに応用することが考えられるが、高周波フィルタ等の高周波デバイスに応用するための具体的な構成は従来示されていない。本発明は、磁気抵抗効果素子を利用した高周波フィルタ等の高周波デバイスを実現できる磁気抵抗効果デバイス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】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、第１の磁化固定層、第１のスペーサ層および磁化の方向が変化可能である第１の磁化自由層を有する第１の磁気抵抗効果素子と、第２の磁化固定層、第２のスペーサ層および磁化の方向が変化可能である第２の磁化自由層を有する第２の磁気抵抗効果素子と、高周波信号が入力される第１のポートと、高周波信号が出力される第２のポートと、信号線路と、第１の直流電流入力端子と、を有し、前記第１のポート、前記第２の磁気抵抗効果素子および前記第２のポートが前記信号線路を介してこの順に直列接続され、前記第１の直流電流入力端子は前記第１の磁気抵抗効果素子に接続され、前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁化自由層から発生する磁場が前記第２の磁化自由層に印加されるように配置されていることを第１の特徴とする。
【０００６】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が通過帯域である、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。
【０００７】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記第１のスペーサ層は非磁性導電層であり、前記第２のスペーサ層は非磁性絶縁層であることを第２の特徴とする。
【０００８】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、第２の磁気抵抗効果素子の素子インピーダンスの大きな変化量が得られるため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、遮断特性と通過特性のレンジがさらに大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。
【０００９】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記第２の磁気抵抗効果素子と前記第１のポートまたは前記第２のポートとの間の前記信号線路と、グラウンドとに接続されたインダクタインダクタまたは抵抗素子と、前記第２の磁気抵抗効果素子を挟んで前記インダクタまたは前記抵抗素子とは反対側の前記信号線路に接続された第２の直流電流入力端子とをさらに有し、前記第２の磁気抵抗効果素子、前記信号線路、前記インダクタ、前記グラウンドおよび前記第２の直流電流入力端子を含む閉回路、または、前記第２の磁気抵抗効果素子、前記信号線路、前記抵抗素子、前記グラウンドおよび前記第２の直流電流入力端子を含む閉回路が形成されることを第３の特徴とする。
【００１０】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、第２の磁気抵抗効果素子に効率的に直流電流を印加することが出来、第２の磁気抵抗効果素子の素子インピーダンスの変化量が増加するため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、遮断特性と通過特性のレンジがさらに大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。
【００１１】
さらに、第２の直流電流入力端子から印加される直流電流を変化させることにより、第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を可変制御することができるため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、周波数可変フィルタとして機能することも可能となる。
【００１２】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子に磁場を印加するための磁場印加機構を有することを第４の特徴とする。
【００１３】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を任意の周波数にすることができるため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、任意の周波数帯の高周波フィルタとして機能することが可能となる。
【００１４】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記磁場印加機構は、前記第１の磁気抵抗効果素子に磁場を印加する第１の磁場印加部と前記第２の磁気抵抗効果素子に磁場を印加する第２の磁場印加部とを有することを第５の特徴とする。
【００１５】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を個別に制御することが可能となる。
【００１６】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記磁場印加機構は、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子に印加する磁場を変化させて、前記第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク発振周波数と前記第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化可能であることを第６の特徴とする。
【００１７】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を可変制御することができるため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
【００１８】
本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、第１の磁化固定層、第１のスペーサ層および磁化の方向が変化可能である第１の磁化自由層を有する第１の磁気抵抗効果素子と、第２の磁化固定層、第２のスペーサ層および磁化の方向が変化可能である第２の磁化自由層を有する第２の磁気抵抗効果素子と、高周波信号が入力される第１のポートと、高周波信号が出力される第２のポートと、信号線路と、第１の直流電流入力端子と、を有し、前記第１のポートおよび前記第２のポートが前記信号線路を介して接続され、前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第２のポートに対して並列に、前記信号線路およびグラウンドに接続され、前記第１の直流電流入力端子は前記第１の磁気抵抗効果素子に接続され、前記第２の磁気抵抗効果素子は、前記第１の磁化自由層から発生する磁場が前記第２の磁化自由層に印加されるように配置されていることを第７の特徴とする。
【００１９】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が遮断帯域である、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。
【００２０】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記第１のスペーサ層は非磁性導電層であり、前記第２のスペーサ層は非磁性絶縁層であることを第８の特徴とする。
【００２１】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、第２の磁気抵抗効果素子の素子インピーダンスの大きな変化量が得られるため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、遮断特性と通過特性のレンジがさらに大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。
【００２２】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記信号線路に接続された第２の直流電流入力端子をさらに有し、前記第２の磁気抵抗効果素子、前記信号線路、前記グラウンドおよび前記第２の直流電流入力端子を含む閉回路が形成されることを第９の特徴とする。
【００２３】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、第２の磁気抵抗効果素子に効率的に直流電流を印加することが出来、第２の磁気抵抗効果素子の素子インピーダンスの変化量が増加するため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。
【００２４】
さらに、第２の直流電流入力端子から印加される直流電流を変化させることにより、第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を可変制御することができるため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、周波数可変フィルタとして機能することも可能となる。
【００２５】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記閉回路と前記第１のポートとの間および前記閉回路と前記第２のポートとの間の少なくとも一方に、前記信号線路を介して前記第１のポートおよび前記第２のポートと直列に接続されたコンデンサを有することを第１０の特徴とする。
【００２６】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、信号線路を介して第１のポートおよび第２のポートと直列に接続されたコンデンサは、第２の直流電流入力端子から印加された直流電流の第１のポートまたは第２のポートへの流出を阻止することができるため、第１のポートまたは第２のポートに他の電子回路が接続された場合に、他の電子回路への直流電流の混入を防ぐことが可能となる。
【００２７】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子に磁場を印加するための磁場印加機構を有することを第１１の特徴とする。
【００２８】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を任意の周波数にすることができるため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、任意の周波数帯の高周波フィルタとして機能することが可能となる。
【００２９】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記磁場印加機構は、前記第１の磁気抵抗効果素子に磁場を印加する第１の磁場印加部と前記第２の磁気抵抗効果素子に磁場を印加する第２の磁場印加部とを有することを第１２の特徴とする。
【００３０】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を個別に制御することが可能となる。
【００３１】
さらに、本発明に係る磁気抵抗効果デバイスは、前記磁場印加機構は、前記第１の磁気抵抗効果素子と前記第２の磁気抵抗効果素子に印加する磁場を変化させて、前記第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク発振周波数と前記第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を変化可能であることを第１３の特徴とする。
【００３２】
上記特徴の磁気抵抗効果デバイスによれば、第１の磁気抵抗効果素子のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子のスピントルク共鳴周波数を可変制御することができるため、上記特徴の磁気抵抗効果デバイスは、周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、磁気抵抗効果素子を利用した高周波フィルタ等の高周波デバイスを実現できる磁気抵抗効果デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した模式図である。
【図２】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した概略斜視図である。
【図３】第２の実施形態または第５の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した概略斜視図である。
【図４】第３の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した模式図である。
【図５】第４の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した模式図である。
【図６】第６の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの構成を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明を実施するための好適な形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【００３６】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００の模式図である。磁気抵抗効果デバイス１００は、第１の磁気抵抗効果素子１、第１の上部電極１０ａ、第１の下部電極１０ｂ、第２の磁気抵抗効果素子２、第２の上部電極２０ａ、第２の下部電極２０ｂ、第１のポート３ａ、第２のポート３ｂ、信号線路４、第１の直流電流入力端子５ａおよび磁場印加機構６ａを有している。第１の磁気抵抗効果素子１は、第１の磁化自由層１ａ、第１のスペーサ層１ｂおよび第１の磁化固定層１ｃを有している。第２の磁気抵抗効果素子２は、第２の磁化自由層２ａ、第２のスペーサ層２ｂおよび第２の磁化固定層２ｃを有している。第１の磁気抵抗効果素子１はさらに第１の反強磁性層１ｄを有し、第２の磁気抵抗効果素子２はさらに第２の反強磁性層２ｄを有している。第１のポート３ａ、第２の磁気抵抗効果素子２および第２のポート３ｂは信号線路４を介してこの順に直列接続されている。第１の直流電流入力端子５ａは、第１の磁気抵抗効果素子１の上部電極１０ａ側に接続されており、第１の直流電流入力端子５ａに、グラウンド７に接続された第１の直流電流源８ａが接続されている。また、第１の磁気抵抗効果素子１の下部電極１０ｂ側はグラウンドに接続されている。また、磁場印加機構６ａは、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２に磁場を印加し、さらに、印加する磁場を変化させて、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を変化可能である。
【００３７】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス１００の構成例を示す概略斜視図である。第２の磁気抵抗効果素子２は、第１の磁化自由層１ａから発生する磁場が第２の磁化自由層２ａに印加されるように配置されている。具体的には、磁気抵抗効果デバイス１００では、図２に示すように、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２は、同一平面上に、絶縁体９を挟んで隣り合って配置されており、第１の磁気抵抗効果素子１の膜面内方向に、第２の磁気抵抗効果素子２が配置されている。さらに、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２は、それぞれ同じ順序で、下から反強磁性層、磁化固定層、スペーサ層、磁化自由層という配置で構成されている。このように、第１の磁化自由層１ａと第２の磁化固定層２ｃとの距離に対し、第１の磁化自由層１ａと第２の磁化自由層２ａとの距離の方が小さくなるように第１の磁気抵抗効果素子１および第２の磁気抵抗効果素子２が配置されている。
【００３８】
第１の上部電極１０ａおよび第１の下部電極１０ｂは、一対の電極としての役目を有し、第１の磁気抵抗効果素子１を挟むように配設されている。同様に、第２の上部電極２０ａおよび第２の下部電極２０ｂは、一対の電極としての役目を有し、第２の磁気抵抗効果素子２を挟むように配設されている。第１の上部電極１０ａ、第１の下部電極１０ｂ、第２の上部電極２０ａおよび第２の下部電極２０ｅは、それぞれ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｕ、ＡｕＣｕ、Ｒｕ、またはこれらの材料のいずれか２つ以上の膜で構成されることが好ましい。第２の磁気抵抗効果素子２は、一端（第２の磁化自由層２ａ側）が第２の上部電極２０ａを介して信号線路４に電気的に接続され、他端（第２の磁化固定層２ｃ側）が第２の下部電極２０ｂを介して信号線路４に電気的に接続されている。
【００３９】
第１の磁化自由層１ａおよび第２の磁化自由層２ａのそれぞれは、外部印加磁場またはスピン偏極電子によってその磁化の方向が変化可能であり、強磁性材料で構成されている。第１の磁化自由層１ａおよび第２の磁化自由層２ａのそれぞれは、膜面内方向に磁化容易軸を有する材料の場合、材料としてはＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢ、ＣｏＦｅＳｉ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＳｉまたはＣｏＭｎＡｌなどが挙げられ、厚さは１〜１０ｎｍ程度とすることが好ましい。第１の磁化自由層１ａおよび第２の磁化自由層２ａのそれぞれは、膜面法線方向に磁化容易軸を有する材料の場合、材料としてはＣｏ、ＣｏＣｒ系合金、Ｃｏ多層膜、ＣｏＣｒＰｔ系合金、ＦｅＰｔ系合金、希土類を含むＳｍＣｏ系合金またはＴｂＦｅＣｏ合金などが挙げられる。また、第１の磁化自由層１ａおよび第２の磁化自由層２ａのそれぞれは、ホイスラー合金で構成されても良い。また、第１の磁化自由層１ａと第１のスペーサ層１ｂとの間または、第２の磁化自由層２ａと第２のスペーサ層２ｂとの間に高スピン分極率材料を挿入しても良い。これによって、高い磁気抵抗変化率を得ることが可能となる。高スピン分極率材料としては、ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＢ合金などが挙げられる。ＣｏＦｅ合金またはＣｏＦｅＢ合金いずれの膜厚も０．２〜１．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００４０】
第１のスペーサ層１ｂは、第１の磁化固定層１ｃと第１の磁化自由層１ａの間に配置され、第１の磁化固定層１ｃの磁化と第１の磁化自由層１ａの磁化が相互作用して磁気抵抗効果が得られる。同様に、第２のスペーサ層２ｂは、第２の磁化固定層２ｃと第２の磁化自由層２ａの間に配置され、第２の磁化固定層２ｃの磁化と第２の磁化自由層２ａの磁化が相互作用して磁気抵抗効果が得られる。第１のスペーサ層１ｂおよび第２のスペーサ層２ｂのそれぞれは、非磁性絶縁体よって構成される。
【００４１】
第１のスペーサ層１ｂおよび第２のスペーサ層２ｂとして適用される非磁性絶縁材料は、例えばＡｌＯｘ（酸化アルミニウム）、ＭｇＯｘ（酸化マグネシウム）またはＳｉＯｘ（酸化シリコン）などが挙げられ、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２にはトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）効果が発現する。第１の磁化固定層１ｃと第１の磁化自由層１ａとの間または第２の磁化固定層２ｃと第２の磁化自由層２ａとの間にコヒーレントトンネル効果が発現するように、第１のスペーサ層１ｂまたは第２のスペーサ層２ｂの膜厚を調整することで高い磁気抵抗変化率が得られる。ＴＭＲ効果を利用する場合、第１のスペーサ層１ｂおよび第２のスペーサ層２ｂのそれぞれ膜厚は、０．５〜３．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００４２】
第１の磁化固定層１ｃおよび第２の磁化固定層２ｃのそれぞれは、強磁性体材料で構成されており、その磁化方向が実質的に一方向に固定されている。第１の磁化固定層１ｃおよび第２の磁化固定層２ｃのそれぞれは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＮｉとＦｅの合金、ＦｅとＣｏの合金、またはＦｅとＣｏとＢの合金などの高スピン分極率材料から構成されることが好ましい。これにより、高い磁気抵抗変化率を得ることができる。また、第１の磁化固定層１ｃおよび第２の磁化固定層２ｃのそれぞれは、ホイスラー合金で構成されても良い。また、第１の磁化固定層１ｃおよび第２の磁化固定層２ｃのそれぞれの膜厚は、１〜１０ｎｍとすることが好ましい。第１の反強磁性層１ｄは、第１の磁化固定層１ｃの磁化を固定するために第１の磁化固定層１ｃに接するように設けられている。同様に、第２の反強磁性層２ｄは、第２の磁化固定層２ｃの磁化を固定するために第２の磁化固定層２ｃに接するように設けられている。第１の反強磁性層１ｄおよび第２の反強磁性層２ｄのそれぞれの材料には、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＦｅＳ２、ＩｒＭｎ、ＦｅＭｎ、ＰｔＭｎ、ＣｒまたはＭｎなどを用いることが出来る。第１の反強磁性層１ｄまたは第２の反強磁性層２ｄを設けずに、第１の磁化固定層１ｃまたは第２の磁化固定層２ｃの結晶構造や形状などに起因する磁気異方性を利用して第１の磁化固定層１ｃまたは第２の磁化固定層２ｃの磁化を固定してもよい。
【００４３】
また、第１の上部電極１０ａと第１の磁気抵抗効果素子１との間、および第１の下部電極１０ｂと第１の磁気抵抗効果素子１との間にキャップ層、シード層またはバッファー層を配設しても良い。同様に、第２の上部電極２０ａと第２の磁気抵抗効果素子２との間、および第２の下部電極２０ｂと第２の磁気抵抗効果素子２との間にキャップ層、シード層またはバッファー層を配設しても良い。キャップ層、シード層またはバッファー層としては、Ｒｕ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｃｒまたはこれらの積層膜などが挙げられ、これらの層の膜厚は２〜１０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００４４】
尚、第１の磁気抵抗効果素子１または第２の磁気抵抗効果素子２の大きさは、第１の磁気抵抗効果素子１または第２の磁気抵抗効果素子２の長辺を１００ｎｍ程度、或いは１００ｎｍ以下にすることが望ましい。第１の磁気抵抗効果素子１または第２の磁気抵抗効果素子２の平面視形状が長方形（正方形を含む）ではない場合は、第１の磁気抵抗効果素子１または第２の磁気抵抗効果素子２の平面視形状に最小の面積で外接する長方形の長辺を、第１の磁気抵抗効果素子１または第２の磁気抵抗効果素子２の長辺と定義する。長辺が１００ｎｍ程度と小さい場合、第１の磁化自由層１ａまたは第２の磁化自由層２ａの磁区の単磁区化が可能となり、高効率なスピントルク発振現象またはスピントルク共鳴現象の実現が可能となる。ここで、「平面視形状」とは、磁気抵抗効果素子を構成する各層の積層方向に垂直な平面で見た形状のことである。
【００４５】
絶縁体９の材料は、例えばＡｌＯｘ（酸化アルミニウム）、ＭｇＯｘ（酸化マグネシウム）またはＳｉＯｘ（酸化シリコン）等の非磁性材料である。
【００４６】
第１のポート３ａは交流信号である高周波信号が入力される入力ポートであり、第２のポート３ｂは高周波信号が出力される出力ポートである。信号線路４は、第２の磁気抵抗効果素子２を挟むように、第２の上部電極２０ａおよび第２の下部電極２０ｂを介して第２の磁気抵抗効果素子２に電気的に接続され、第１のポート３ａから入力された高周波信号は第２の磁気抵抗効果素子２に流され、第２のポート３ｂに出力される。また、高周波信号が第１のポート３ａから第２のポート３ｂに通過する際の電力比（出力電力／入力電力）のｄＢ値である減衰量（Ｓ２１）は、ネットワークアナライザなどの高周波測定器により測定することが出来る。信号線路４の形状は、マイクロストリップライン（ＭＳＬ）型やコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）型に規定することが好ましい。マイクロストリップライン形状やコプレーナウェーブガイド形状を設計する際、信号線路４の特性インピーダンスと回路系のインピーダンスが等しくなるように信号線路４の信号線幅やグラウンド間距離を設計することにより、信号線路４を伝送損失の少ない伝送線路とすることが可能となる。
【００４７】
第１の直流電流入力端子５ａは、第１の磁気抵抗効果素子１に接続されている。第１の直流電流入力端子５ａに第１の直流電流源８ａが接続されることで、第１の磁気抵抗効果素子１に直流電流を印加することが可能になる。また、第１の直流電流入力端子５ａと第１の直流電流源８ａとの間に、高周波信号をカットするための、インダクタまたは抵抗素子が直列に接続されてもよい。
【００４８】
第１の直流電流源８ａは、グラウンド７及び第１の直流電流入力端子５ａに接続され、第１の直流電流入力端子５ａから、第１の磁気抵抗効果素子１に直流電流を印加する。グラウンド７は、基準電位として機能する。第１の直流電流源８ａは、例えば、可変抵抗と直流電圧源との組み合わせの回路により構成され、直流電流の電流値を変化可能に構成されている。第１の直流電流源８ａは、一定の直流電流を発生可能な、固定抵抗と直流電圧源との組み合わせの回路により構成されてもよい。
【００４９】
磁場印加機構６ａは、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２の近傍に配設され、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２に磁場（直流磁場）を印加する。例えば、磁場印加機構６ａは、電圧または電流のいずれかにより、印加磁場強度を可変制御できる電磁石型あるいはストリップライン型で構成される。また、磁場印加機構６ａは、電磁石型あるいはストリップライン型と一定の磁場のみを印加する永久磁石との組み合わせにより構成されていてもよい。また、磁場印加機構６ａは、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２に印加する磁場を変化させて第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を変化可能となっている。  
【００５０】
ここで、スピントルク共鳴現象について説明する。
【００５１】
第２の磁気抵抗効果素子２に、第２の磁気抵抗効果素子２の固有のスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、第２の磁化自由層２ａの磁化がスピントルク共鳴周波数で振動する。この現象をスピントルク共鳴現象と呼ぶ。第２の磁気抵抗効果素子２の素子抵抗値は、第２の磁化固定層２ｃと第２の磁化自由層２ａとの磁化の相対角で決まる。そのため、スピントルク共鳴時の第２の磁気抵抗効果素子２の抵抗値は、第２の磁化自由層２ａの磁化の振動に伴い、周期的に変化する。つまり、第２の磁気抵抗効果素子２は、スピントルク共鳴周波数で抵抗値が周期的に変化する抵抗振動素子として取り扱うことが出来る。さらに、抵抗振動素子にスピントルク共鳴周波数と同じ周波数の高周波信号を入力すると、それぞれの位相が同期し、この高周波信号に対するインピーダンスは減少する。つまり、第２の磁気抵抗効果素子２は、スピントルク共鳴現象により、スピントルク共鳴周波数で高周波信号のインピーダンスが低減する抵抗素子として取り扱うことが出来る。また、第２の磁気抵抗効果素子２に印加される磁場（直流磁場）が強くなるに従って、スピントルク共鳴周波数は高くなる。
【００５２】
また、第１の直流電流入力端子５ａから第１の磁気抵抗効果素子１に、発振閾値電流密度以上の電流密度を有する直流電流を流すことで、スピントルクにより第１の磁化自由層１ａの磁化を振動させることができる。この現象をスピントルク発振現象と呼ぶ。
【００５３】
ここで、スピントルク発振現象のメカニズムについて簡単に説明する。第１の磁化固定層１ｃから第１の磁化自由層１ａに伝導電子が流れる際に、伝導電子は第１の磁化固定層１ｃの磁化（局在スピン）によってスピン偏極される。第１の磁化固定層１ｃの磁化方向にスピン偏極された伝導電子のスピンは第１の磁化自由層１ａを通る際に、第１の磁化自由層１ａの局在スピンによって第１の磁化自由層１ａの磁化方向にスピン偏極され、そのときに角運動量の保存（局在スピンと伝導スピンの相互作用）により第１の磁化自由層１ａの磁化にトルクを与える。このときに生じる力がスピントランスファートルクとなる。一方、第１の磁化自由層１ａの磁化には、第１の磁化自由層１ａが受ける有効磁場に起因するダンピングトルクが働く。例えば、第１の磁化自由層１ａに第１の磁化固定層１ｃの磁化方向とは異なる向きの外部磁場を印加しておくことで、スピントランスファートルクの向きとダンピングトルクの向きが異なる向きとなり、このスピントランスファートルクとダンピングトルクがつりあうときに、第１の磁化自由層１ａの磁化（磁気モーメント）の持続的な歳差運動が生じる。つまり、第１の直流電流入力端子５ａから第１の磁気抵抗効果素子１に、発振閾値電流密度以上の電流密度を有する直流電流を流すことで、スピントルクにより第１の磁化自由層１ａの磁化を振動させることができる。このときの第１の磁化自由層１ａの磁化の振動の周波数をスピントルク発振周波数と呼ぶ。第１の磁気抵抗効果素子１に印加される磁場（直流磁場）が強くなるに従って、スピントルク発振周波数は高くなる。また、第１の磁気抵抗効果素子１に印加される直流電流の電流密度が変化すると、スピントルク発振周波数は変化する。
【００５４】
なお、第１の磁気抵抗効果素子１を流れる直流電流の方向は、第１の磁化自由層１ａから第１の磁化固定層１ｃへの方向に限定されるものではなく、直流電流を逆方向に流した場合でもスピントルク発振現象は生じる。この場合、第１の磁化自由層１ａから第１の磁化固定層１ｃに伝導電子が流れる際に、第１のスペーサ層１ｂと第１の磁化固定層１ｃの境界にて第１の磁化固定層１ｃの磁化方向に追従できない、すなわちスピン偏極されない伝導電子のスピンがスピン蓄積効果によって跳ねかえる。その際に、第１の磁化自由層１ａには第１のスペーサ層１ｂから第１の磁化固定層１ｃの磁化方向と逆方向のスピンが流れることになり、角運動量保存により第１の磁化自由層１ａの磁化にトルク（スピントランスファートルク）が与えられる。例えば、第１の磁化自由層１ａに第１の磁化固定層１ｃの磁化方向の反対方向とは異なる向きの外部磁場を印加しておくことで、スピントランスファートルクの向きとダンピングトルクの向きが異なる向きとなり、このスピントランスファートルクとダンピングトルクがつりあうときに、第１の磁化自由層１ａの磁化の持続的な歳差運動が生じることとなる。つまり、第１の直流電流入力端子５ａから第１の磁気抵抗効果素子１に、発振閾値電流密度以上の電流密度を有する直流電流を流すことで、スピントルクにより第１の磁化自由層１ａの磁化を振動させることができる。
【００５５】
次に、磁気抵抗効果デバイス１００の動作について説明する。第１の磁気抵抗効果素子１に磁場印加機構６ａから磁場を印加した状態で、第１の直流電流入力端子５ａから第１の磁気抵抗効果素子１に発振閾値電流密度以上の電流密度を有する直流電流を流す。これにより、第１の磁化自由層１ａの磁化が印加された磁場に応じたスピントルク発振周波数で振動する。また、第２の磁気抵抗効果素子２に磁場印加機構６ａから磁場を印加した状態で、第２の磁気抵抗効果素子２に第１のポート３ａから信号線路４を介して高周波信号が入力される。これにより、印加された磁場に応じたスピントルク共鳴周波数で第２の磁気抵抗効果素子２にスピントルク共鳴が誘起され、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数と同じ（または近傍の）周波数に対する素子インピーダンスが減少する。第１のポート３ａから入力された高周波信号の周波数成分の中で第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、低インピーダンス状態の第２の磁気抵抗効果素子２を通過して、第２のポート３ｂに出力される。第１のポート３ａから入力された高周波信号の周波数成分の中で第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の近傍でない周波数成分は、高インピーダンス状態の第２の磁気抵抗効果素子２により減衰する（遮断される）。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が通過帯域の高周波フィルタとして機能する。
【００５６】
このとき、第２の磁気抵抗効果素子２は、第１の磁化自由層１ａから発生する磁場が第２の磁化自由層２ａに印加されるように配置されているので、第２の磁化自由層２ａの磁化は、振動する第１の磁化自由層１ａの磁化に対応した振動磁場を受ける。このため、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数が、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の近傍の場合、第２の磁化自由層２ａのスピントルク共鳴による磁化の振動が、第１の磁化自由層１ａの磁化の振動によって、さらに大きくなり、第２の磁気抵抗効果素子２の振動する抵抗値の振幅が増加する。振動する抵抗値の振幅が増加することにより、第２の磁気抵抗効果素子２の素子インピーダンスの変化量が増加するため、磁気抵抗効果デバイス１００は、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能する。第２の磁化自由層２ａのスピントルク共鳴による磁化の振動を、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振現象による第１の磁化自由層１ａの磁化の振動によってさらに大きくする効果を高めるためには、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数の第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数に対する差異が、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の１０％以内であることが好ましく、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数が第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数と同じであることが最も好ましい。例えば、磁気抵抗効果デバイス１００において、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２に磁場印加機構６ａから同一の磁場が印加される場合、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２を同じ構成とし、第１の磁気抵抗効果素子１に印加する直流電流を調整することにより、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を比較的容易に同じにすることができる。
【００５７】
さらに、磁場印加機構６ａから第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２に印加される磁場を変化させることで、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を変化させて、通過帯域の周波数を変化させることができる。
【００５８】
さらに、通過帯域の周波数が変化する際、通過帯域の任意の周波数１点に注目すると、通過信号の位相が変化する。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、通過帯域の周波数の信号の位相を変化可能なフェイズシフターとして機能することも出来る。
【００５９】
このように、磁気抵抗効果デバイス１００は、第１の磁化固定層１ｃ、第１のスペーサ層１ｂおよび磁化の方向が変化可能である第１の磁化自由層１ａを有する第１の磁気抵抗効果素子１と、第２の磁化固定層２ｃ、第２のスペーサ層２ｂおよび磁化の方向が変化可能である第２の磁化自由層２ａを有する第２の磁気抵抗効果素子２と、高周波信号が入力される第１のポート３ａと、高周波信号が出力される第２のポート３ｂと、信号線路４と、第１の直流電流入力端子５ａとを有し、第１のポート３ａ、第２の磁気抵抗効果素子２および第２のポート３ｂが信号線路４を介してこの順に直列接続され、第１の直流電流入力端子５ａは第１の磁気抵抗効果素子１に接続され、第２の磁気抵抗効果素子２は、第１の磁化自由層１ａから発生する磁場が第２の磁化自由層２ａに印加されるように配置されている。
【００６０】
したがって、磁気抵抗効果デバイス１００によれば、第２の磁気抵抗効果素子２に第１のポート３ａから信号線路４を介して高周波信号が入力されることにより、第２の磁気抵抗効果素子２にスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。スピントルク共鳴により、第２の磁気抵抗効果素子２は、スピントルク共鳴周波数に対応した周波数で周期的に抵抗値が振動する素子として扱うことが出来る。この効果により、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数と同じ周波数に対する素子インピーダンスが減少する。第１のポート３ａ、第２の磁気抵抗効果素子２および高周波信号が出力される第２のポート３ｂがこの順に直列接続されることにより、高周波信号を高インピーダンスの非共鳴周波数では遮断し、低インピーダンスの共鳴周波数では通過させることが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス１００は、高周波フィルタとしての周波数特性をもつことが可能となる。
【００６１】
また、第１の直流電流入力端子５ａから第１の磁気抵抗効果素子１に、発振閾値電流密度以上の電流密度を有する直流電流を流すことで、スピントルクにより第１の磁化自由層１ａの磁化を振動させることができる。第２の磁化自由層２ａの磁化は、振動する第１の磁化自由層１ａの磁化に対応した振動磁場を受ける。このため、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数が、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の近傍の場合、第２の磁化自由層２ａのスピントルク共鳴による磁化の振動を第１の磁化自由層１ａの磁化の振動によって、さらに大きくすることができる。つまり、第１の磁気抵抗効果素子１に直流電流が印加されることにより、第２の磁気抵抗効果素子２の振動する抵抗値の振幅が増加する。振動する抵抗値の振幅が増加することにより、第２の磁気抵抗効果素子２の素子インピーダンスの変化量が増加するため、磁気抵抗効果デバイス１００は、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。
【００６２】
また、磁気抵抗効果デバイス１００は、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２に磁場を印加するための磁場印加機構６ａを有しているので、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を任意の周波数にすることができるため、任意の周波数帯の高周波フィルタとして機能することが可能となる。  
【００６３】
また、磁気抵抗効果デバイス１００は、磁場印加機構６ａが、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２に印加する磁場を変化させて、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を変化可能であるので、周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
【００６４】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について、第１の実施形態と異なる部分について説明し、第１の実施形態に対する同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス２００の概略斜視図である。磁気抵抗効果デバイス２００では、第１のスペーサ層１ｂが非磁性導電層であり、第２のスペーサ層２ｂは非磁性絶縁層となっている。すなわち、第１の磁気抵抗効果素子１はＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｅｆｆｅｃｔ）素子、第２の磁気抵抗効果素子２はＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｅｆｆｅｃｔ）素子である。
【００６５】
第１のスペーサ層１ｂとして適用される非磁性導電材料としては、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕまたはＲｕなどが挙げられ、第１の磁気抵抗効果素子１には巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果が発現する。ＧＭＲ効果を利用する場合、第１のスペーサ層１ｂの膜厚は、０．５〜３．０ｎｍ程度とすることが好ましい。
【００６６】
第２の磁気抵抗効果素子２は、第１の磁化自由層１ａから発生する磁場が第２の磁化自由層２ａに印加されるように配置されている。具体的には、磁気抵抗効果デバイス２００では、図３に示すように、第１の磁気抵抗効果素子１は、絶縁体９を挟んで、第２の磁気抵抗効果素子１の直上に配置されている。第２の磁気抵抗効果素子２は第２の下部電極２０ｂ側から、第２の反強磁性層２ｄ、第２の磁化固定層２ｃ、第２のスペーサ層２ｂ、第２の磁化自由層２ａの順序の配置で構成されている。一方、第１の磁気抵抗効果素子１は第１の下部電極１０ｂ側から、第１の磁化自由層１ａ、第１のスペーサ層１ｂ、第１の磁化固定層１ｃ、第１の反強磁性層１ｄの順序の配置で構成されている。つまり、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２とでは、反強磁性層、磁化固定層、スペーサ層および磁化自由層の、同じ方向から見た配置の順序が反対になっている。このように、第１の磁化自由層１ａと第２の磁化固定層２ｃとの距離に対し、第１の磁化自由層１ａと第２の磁化自由層２ａとの距離の方が小さくなるように、第２の磁気抵抗効果素子２の膜面直方向に、第１の磁気抵抗効果素子１が配置されている。
【００６７】
さらに、磁気抵抗効果デバイス２００は、磁場印加機構として、磁気抵抗効果デバイス１００の磁場印加機構６ａにかえて、第１の磁化自由層１ａに磁場（直流磁場）を印加する第１の磁場印加部６ｂと、第２の磁化自由層２ａに磁場（直流磁場）を印加する第２の磁場印加部６ｃを有している。第１の磁場印加部６ｂと第２の磁場印加部６ｃはそれぞれ、磁気抵抗効果デバイス１００の磁場印加機構６ａと同様の構成とすることができる。磁気抵抗効果デバイス２００のその他の構成は、磁気抵抗効果デバイス１００と同じである。
【００６８】
磁気抵抗効果デバイス２００は、磁気抵抗効果デバイス１００と同様に動作する。第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数の第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数に対する差異は、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の１０％以内であることが好ましく、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数が第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数と同じであることが最も好ましいので、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数がこのような関係になるように、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を調整することが好ましい。具体的には、第１の磁場印加部６ｂと第２の磁場印加部６ｃが印加する磁場を調整する、または、第１の磁気抵抗効果素子１に印加する直流電流を調整する。
【００６９】
このように、磁気抵抗効果デバイス２００は、第１のスペーサ層１ｂは非磁性導電層であり、第２のスペーサ層２ｂは非磁性絶縁層である。したがって、磁気抵抗効果デバイス２００は、ＧＭＲ素子である第１の磁気抵抗効果素子１に大きな電流密度を有する電流を流すことが可能であり、第１の磁気抵抗効果素子１に大きな電流を流すことで、スピントルクにより第１の磁化自由層１ａの磁化を大きく振動させることができる。第２の磁化自由層２ａの磁化は、振動する第１の磁化自由層１ａの磁化に対応した振動磁場を受ける。このため、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数が、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の近傍の場合、第２の磁化自由層２ａのスピントルク共鳴による磁化の振動もさらに大きくすることができる。第２の磁気抵抗効果素子２は、大きな磁気抵抗効果を有するＴＭＲ素子であるので、振動する抵抗値の大きな振幅が得られる。これにより、第２の磁気抵抗効果素子２の素子インピーダンスの大きな変化量が得られるため、磁気抵抗効果デバイス２００は、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。
【００７０】
さらに、磁気抵抗効果デバイス２００は、第１の磁化自由層１ａに磁場を印加する第１の磁場印加部６ｂと、第２の磁化自由層２ａに磁場を印加する第２の磁場印加部６ｃを有するので、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を個別に制御することが可能となる。
【００７１】
さらに、磁気抵抗効果デバイス２００は、第１の磁化自由層１ａと第２の磁化固定層２ｃとの距離に対し、第１の磁化自由層１ａと第２の磁化自由層２ａとの距離の方が小さくなるように、第２の磁気抵抗効果素子２の膜面直方向に、第１の磁気抵抗効果素子１が配置されている。そのため、第１の磁化自由層１ａから発生し、第２の磁化自由層２ａに印加される磁場を強くすることができる。さらに、第２の磁気抵抗効果素子２の膜面直方向に、第１の磁気抵抗効果素子１を配置することで、素子作製プロセスを容易にできる。
【００７２】
磁気抵抗効果デバイス２００は、図２に示す磁気抵抗効果デバイス１００のように、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２が、同一平面上に、絶縁体９を挟んで隣り合って配置され、第１の磁気抵抗効果素子１の膜面内方向に、第２の磁気抵抗効果素子２が配置されてもよい。このとき、磁気抵抗効果デバイス１００と同様に、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２は、それぞれ同じ順序で、下から反強磁性層、磁化固定層、スペーサ層、磁化自由層という配置で構成され、第１の磁化自由層１ａと第２の磁化固定層２ｃとの距離に対し、第１の磁化自由層１ａと第２の磁化自由層２ａとの距離の方が小さくなるように第１の磁気抵抗効果素子１および第２の磁気抵抗効果素子２が配置されることが好ましい。
【００７３】
また、第１実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００は、図３に示す磁気抵抗効果デバイス２００のように、第１の磁気抵抗効果素子１は、絶縁体９を挟んで、第２の磁気抵抗効果素子１の直上に配置されてもよい。このとき、磁気抵抗効果デバイス２００と同様に、第２の磁気抵抗効果素子２は第２の下部電極２０ｂ側から、第２の反強磁性層２ｄ、第２の磁化固定層２ｃ、第２のスペーサ層２ｂ、第２の磁化自由層２ａの順序の配置で構成され、第１の磁気抵抗効果素子１は第１の下部電極１０ｂ側から、第１の磁化自由層１ａ、第１のスペーサ層１ｂ、第１の磁化固定層１ｃ、第１の反強磁性層１ｄの順序の配置で構成されることが好ましい。
【００７４】
また、第１実施形態の磁気抵抗効果デバイス１００は、磁気抵抗効果デバイス２００と同様に、第１の磁化自由層１ａに磁場を印加する第１の磁場印加部６ｂと、第２の磁化自由層２ａに磁場を印加する第２の磁場印加部６ｃを有するようにしてもよい。
【００７５】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について、第１の実施形態と異なる部分について説明し、第１の実施形態に対する同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図４に、第３の実施形態の磁気抵抗効果デバイス３００の模式図を示す。図４に示すように、磁気抵抗効果デバイス３００は、第２の磁気抵抗効果素子２と第１のポート３ａまたは第２のポート３ｂとの間の信号線路４と、グラウンド７とに接続されたインダクタ１１を有している。また、磁気抵抗効果デバイス３００は、第２の磁気抵抗効果素子２を挟んでインダクタ１１とは反対側の信号線路４に接続された第２の直流電流入力端子５ｂを有している。第２の直流電流入力端子５ｂに、グラウンド７に接続された第２の直流電流源８ｂが接続されることにより、第２の磁気抵抗効果素子２、信号線路４、インダクタ１１、グラウンド７および第２の直流電流入力端子５ｂを含む閉回路が形成される。磁気抵抗効果デバイス３００のその他の構成は、磁気抵抗効果デバイス１００と同じである。
【００７６】
グラウンド７の形状は、信号線路４と同様に、マイクロストリップライン（ＭＳＬ）型やコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）型に規定することが好ましい。
【００７７】
第２の直流電流入力端子５ｂは、第２の磁気抵抗効果素子２を挟んでインダクタ１１とは反対側の信号線路４に接続されている。より具体的には、第２の直流電流入力端子５ｂは、第２の磁気抵抗効果素子２と第１のポート３ａとの間の信号線路４に接続されている。第２の直流電流入力端子５ｂに第２の直流電流源８ｂが接続されることで、第２の磁気抵抗効果素子２に直流電流を印加することが可能になる。図４に示す磁気抵抗効果デバイス３００では、第２の磁気抵抗効果素子２の中を第２の磁化自由層２ａから第２の磁化固定層２ｃの方向に流れる直流電流が、第２の磁気抵抗効果素子２に印加される。また、第２の直流電流入力端子５ｂと第２の直流電流源８ｂとの間に、高周波信号をカットするための、インダクタまたは抵抗素子が直列に接続されてもよい。
【００７８】
第２の直流電流源８ｂは、グラウンド７及び第２の直流電流入力端子５ｂに接続され、第２の直流電流入力端子５ｂから、第２の磁気抵抗効果素子２、信号線路４、インダクタ１１、グラウンド７および第２の直流電流入力端子５ｂを含む閉回路に、直流電流を印加する。第２の直流電流源８ｂは、例えば、可変抵抗と直流電圧源との組み合わせの回路により構成され、直流電流の電流値を変化可能に構成されている。第２の直流電流源８ｂは、一定の直流電流を発生可能な、固定抵抗と直流電圧源との組み合わせの回路により構成されてもよい。
【００７９】
インダクタ１１は、信号線路４とグラウンド７との間に接続され、インダクタ成分により高周波成分をカットすると同時に直流成分を通す機能を有する。インダクタ１１は、チップインダクタまたはパターン線路によるインダクタのどちらでもよい。また、インダクタ成分を有する抵抗素子でもよい。インダクタ１１のインダクタンス値は１０ｎＨ以上であることが好ましい。このインダクタ１１により、第２の磁気抵抗効果素子２を通過する高周波信号の特性を劣化させることなく、第２の磁気抵抗効果素子２、信号線路４、インダクタ１１、グラウンド７および第２の直流電流入力端子５ｂを含む閉回路に、第２の直流電流入力端子５ｂから印加された直流電流を流すことができる。
【００８０】
第２の磁気抵抗効果素子２に印加される直流電流の電流密度が変化するに従って、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数は変化する。
【００８１】
磁気抵抗効果デバイス３００は磁気抵抗効果デバイス１００と同様に動作するが、さらに磁気抵抗効果デバイス３００は、第２の磁気抵抗効果素子２と第１のポート３ａまたは第２のポート３ｂとの間の信号線路４と、グラウンド７とに接続されたインダクタ１１と、第２の磁気抵抗効果素子２を挟んでインダクタ１１とは反対側の信号線路４に接続された第２の直流電流入力端子５ｂとを有し、第２の磁気抵抗効果素子２、信号線路４、インダクタ１１、グラウンド７および第２の直流電流入力端子５ｂを含む閉回路が形成される構成となっている。信号線路４とグラウンド７とに接続されたインダクタ１１は、高周波信号は通さずに直流信号を選択的にグラウンドに流すことが出来る。このことにより、第２の直流電流入力端子５ｂから入力された直流電流は、第２の磁気抵抗効果素子２、信号線路４、インダクタ１１、グラウンド７および第２の直流電流入力端子５ｂを含んで形成される閉回路を流れる。この閉回路により、第２の磁気抵抗効果素子２に効率的に直流電流を印加することが出来る。第２の磁気抵抗効果素子２は、この直流電流が印加されることにより、スピントルクが増加して、振動する抵抗値の振幅が増加する。振動する抵抗値の振幅が増加することにより、第２の磁気抵抗効果素子２の素子インピーダンスの変化量が増加するため、磁気抵抗効果デバイス３００は、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。振動する抵抗値の振幅が増加する効果を高めるためには、第２の磁気抵抗効果素子２に、発振閾値電流密度以上の電流密度を有する直流電流を流すことが好ましい。
【００８２】
さらに、第２の直流電流入力端子５ｂから印加される直流電流を変化させることにより、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を可変制御することができるため、磁気抵抗効果デバイス３００は、周波数可変フィルタとして機能することも可能となる。この場合、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数の第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数に対する差異は、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の１０％以内であることが好ましく、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数が第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数と同じであることが最も好ましいので、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数がこのような関係になるように、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を調整することが好ましい。具体的には、第１の磁気抵抗効果素子１に印加する直流電流と第２の磁気抵抗効果素子２に印加する直流電流を調整する。
【００８３】
以上説明した第３の実施形態の磁気抵抗効果デバイス３００に対しては、様々な構成要素を追加することができる。例えば、第１のポート３ａに接続された高周波回路に直流信号が流れるのを防ぐために、第２の直流電流入力端子５ａの信号線路４への接続部と第１のポート３ａとの間の信号線路４に、直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続してもよい。また、第２のポート３ｂに接続された高周波回路に直流信号が流れるのを防ぐために、インダクタ１１の信号線路４への接続部と第２のポート３ｂとの間の信号線路４に、直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続してもよい。
【００８４】
また、第３の実施形態では、インダクタ１１が、第２の磁気抵抗効果素子２と第２のポート３ｂとの間の信号線路４と、グラウンド７とに接続され、第２の直流電流入力端子５ｂが第２の磁気抵抗効果素子２と第１のポート３ａとの間の信号線路４に接続されている例で説明したが、インダクタ１１が、第２の磁気抵抗効果素子２と第１のポート３ａとの間の信号線路４と、グラウンド７とに接続され、第２の直流電流入力端子５ｂが第２の磁気抵抗効果素子２と第２のポート３ｂとの間の信号線路４に接続されるようにしてもよい。
【００８５】
また、第３の実施形態におけるインダクタ１１にかえて、抵抗素子を用いても良い。この場合、抵抗素子は、信号線路４とグラウンド７との間に接続され、抵抗成分により電流の高周波成分をカットする機能を有する。この抵抗素子は、チップ抵抗またはパターン線路による抵抗のどちらでもよい。この抵抗素子の抵抗値は、信号線路４の特性インピーダンス以上であることが好ましい。例えば、信号線路４の特性インピーダンスが５０Ωの場合、抵抗素子の抵抗値が５０Ωの時は４５％の高周波電力を抵抗素子によりカットし、抵抗素子の抵抗値が５００Ωの時は９０％の高周波電力を抵抗素子によりカットすることが可能となる  。この抵抗素子により、第２の磁気抵抗効果素子２を通過する高周波信号の特性を劣化させることなく、第２の磁気抵抗効果素子２、信号線路４、抵抗素子、グラウンド７および第２の直流電流入力端子５ｂを含む閉回路に、第２の直流電流入力端子５ｂから印加された直流電流を流すことができる。
【００８６】
第３の実施形態におけるインダクタ１１にかえて抵抗素子を用いる場合は、第２の直流電流入力端子５ｂ（または抵抗素子）の信号線路４への接続部と第１のポート３ａとの間の信号線路４に直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続すること、および、抵抗素子（または第２の直流電流入力端子５ｂ）の信号線路４への接続部と第２のポート３ｂとの間の信号線路４に直流信号をカットするためのコンデンサを直列に接続することが、第２の磁気抵抗効果素子２、信号線路４、抵抗素子、グラウンド７および第２の直流電流入力端子５ｂを含む閉回路に、第２の直流電流入力端子５ｂから印加された直流電流を効率的に流すことができる点で好ましい。
【００８７】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について、第１の実施形態と異なる部分について説明し、第４の実施形態に対する同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図５は、本発明の第４の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス４００の模式図である。磁気抵抗効果デバイス４００では、第１のポート３ａおよび第２のポート３ｂが信号線路４を介して接続され、第２の磁気抵抗効果素子２は、第２のポート３ｂに対して並列に、信号線路４およびグラウンド７に接続されている。磁気抵抗効果デバイス４００のその他の構成は、磁気抵抗効果デバイス１００と同じである。
【００８８】
次に、磁気抵抗効果デバイス４００の動作について説明する。第１の磁気抵抗効果素子１に磁場印加機構６ａから磁場を印加した状態で、第１の直流電流入力端子５ａから第１の磁気抵抗効果素子１に発振閾値電流密度以上の電流密度を有する直流電流を流す。これにより、第１の磁化自由層１ａの磁化が印加された磁場に応じたスピントルク発振周波数で振動する。また、第２の磁気抵抗効果素子２に磁場印加機構６ａから磁場を印加した状態で、第１のポート３ａから高周波信号が入力される。第１のポート３ａから入力された高周波信号は、一部が第２の磁気抵抗効果素子２を通過してグラウンド７に流れ、残りが第２のポート３ｂから出力される。この時、スピントルク共鳴現象により、第１のポート３ａから入力された高周波信号の周波数成分の中で第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数成分は、低インピーダンス状態の第２の磁気抵抗効果素子２に流れやすくなるため、第２のポート３ｂに出力されにくくなる。つまり、磁気抵抗効果デバイス４００は、スピントルク共鳴周波数の近傍の周波数が遮断帯域の高周波フィルタとして機能する。ここで、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数と一致する、またはスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数（遮断帯域の周波数）において、第２の磁気抵抗効果素子２のインピーダンスは、第２のポート３ｂに接続される他の電子回路のインピーダンスより小さいことが望ましい。また、スピントルク共鳴周波数およびスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数を除く周波数（通過帯域の周波数）において、第２の磁気抵抗効果素子２のインピーダンスは、第２のポート３ｂに接続される他の電子回路のインピーダンスより大きいことが望ましい。
【００８９】
このとき、磁気抵抗効果デバイス１００と同様に、第２の磁気抵抗効果素子２は、第１の磁化自由層１ａから発生する磁場が第２の磁化自由層２ａに印加されるように配置されているので、第２の磁化自由層２ａの磁化は、振動する第１の磁化自由層１ａの磁化に対応した振動磁場を受ける。このため、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数が、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の近傍の場合、第２の磁化自由層２ａのスピントルク共鳴による磁化の振動が、第１の磁化自由層１ａの磁化の振動によって、さらに大きくなり、第２の磁気抵抗効果素子２の振動する抵抗値の振幅が増加する。振動する抵抗値の振幅が増加することにより、第２の磁気抵抗効果素子２の素子インピーダンスの変化量が増加するため、磁気抵抗効果デバイス４００は、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能する。
【００９０】
さらに、磁場印加機構６ａから第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２に印加される磁場を変化させることで、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を変化させて、遮断帯域の周波数を変化させることができる。
【００９１】
このように、磁気抵抗効果デバイス４００は、第１の磁化固定層１ｃ、第１のスペーサ層１ｂおよび磁化の方向が変化可能である第１の磁化自由層１ａを有する第１の磁気抵抗効果素子１と、第２の磁化固定層２ｃ、第２のスペーサ層２ｂおよび磁化の方向が変化可能である第２の磁化自由層２ａを有する第２の磁気抵抗効果素子２と、高周波信号が入力される第１のポート３ａと、高周波信号が出力される第２のポート３ｂと、信号線路４と、第１の直流電流入力端子５ａと、を有し、第１のポート３ａおよび第２のポート３ｂが信号線路４を介して接続され、第２の磁気抵抗効果素子２は、第２のポート３ｂに対して並列に、信号線路４およびグラウンド７に接続され、第１の直流電流入力端子５ａは第１の磁気抵抗効果素子１に接続され、第２の磁気抵抗効果素子２は、第１の磁化自由層１ａから発生する磁場が第２の磁化自由層２ａに印加されるように配置されている。
【００９２】
したがって、磁気抵抗効果デバイス４００によれば、第２の磁気抵抗効果素子２に第１のポート３ａから信号線路４を介して高周波信号が入力されることにより、第２の磁気抵抗効果素子２にスピントルク共鳴を誘起させることが出来る。スピントルク共鳴により、第２の磁気抵抗効果素子２は、スピントルク共鳴周波数に対応した周波数で周期的に抵抗値が振動する素子として扱うことが出来る。この効果により、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数に対する素子インピーダンスが減少する。第２の磁気抵抗効果素子２は、第２のポート３ｂに対して並列に、信号線路４およびグラウンド７に接続されているので、第１のポート３ａから入力された高周波信号のうち第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数の高周波信号は、第２の磁気抵抗効果素子２に流れやすくなり、第２のポート３ｂには流れにくくなる。このように、第１のポート３ａから入力された高周波信号を、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の近傍の周波数では、第２のポート３ｂに対して遮断することが出来る。つまり、磁気抵抗効果デバイス４００は、高周波フィルタとして機能することが可能となる。
【００９３】
また、第１の直流電流入力端子５ａから第１の磁気抵抗効果素子１に、発振閾値電流密度以上の電流密度を有する直流電流を流すことで、スピントルクにより第１の磁化自由層１ａの磁化を振動させることができる。第２の磁化自由層２ａの磁化は、振動する第１の磁化自由層１ａの磁化に対応した振動磁場を受ける。このため、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数が、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の近傍の場合、第２の磁化自由層２ａのスピントルク共鳴による磁化の振動を第１の磁化自由層１ａの磁化の振動によって、さらに大きくすることができる。つまり、第１の磁気抵抗効果素子１に直流電流が印加されることにより、第２の磁気抵抗効果素子２の振動する抵抗値の振幅が増加する。振動する抵抗値の振幅が増加することにより、第２の磁気抵抗効果素子２の素子インピーダンスの変化量が増加するため、磁気抵抗効果デバイス４００は、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。
【００９４】
また、磁気抵抗効果デバイス４００は、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２に磁場を印加するための磁場印加機構６ａを有しているので、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を任意の周波数にすることができるため、任意の周波数帯の高周波フィルタとして機能することが可能となる。  
【００９５】
また、磁気抵抗効果デバイス４００は、磁場印加機構６ａが、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２に印加する磁場を変化させて、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を変化可能であるので、周波数可変フィルタとして機能することが可能となる。
【００９６】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について、第４の実施形態と異なる部分について説明し、第４実施形態に対する同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。本発明の第５の実施形態に係る磁気抵抗効果デバイス５００を、図３を用いて説明する。磁気抵抗効果デバイス５００では、第１のスペーサ層１ｂが非磁性導電層であり、第２のスペーサ層２ｂは非磁性絶縁層となっている。すなわち、第１の磁気抵抗効果素子１はＧＭＲ素子、第２の磁気抵抗効果素子２はＴＭＲ素子である。第１のスペーサ層１ｂとしては、第２の実施形態の磁気抵抗効果デバイス２００と同様のものを用いることができる。
【００９７】
第２の磁気抵抗効果素子２は、第１の磁化自由層１ａから発生する磁場が第２の磁化自由層２ａに印加されるように配置されている。具体的には、磁気抵抗効果デバイス５００では、図３に示すように、第１の磁気抵抗効果素子１は、絶縁体９を挟んで、第２の磁気抵抗効果素子１の直上に配置されている。第２の磁気抵抗効果素子２は第２の下部電極２０ｂ側から、第２の反強磁性層２ｄ、第２の磁化固定層２ｃ、第２のスペーサ層２ｂ、第２の磁化自由層２ａの順序の配置で構成されている。一方、第１の磁気抵抗効果素子１は第１の下部電極１０ｂ側から、第１の磁化自由層１ａ、第１のスペーサ層１ｂ、第１の磁化固定層１ｃ、第１の反強磁性層１ｄの順序の配置で構成されている。つまり、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２とでは、反強磁性層、磁化固定層、スペーサ層および磁化自由層の、同じ方向から見た配置の順序が反対になっている。このように、第１の磁化自由層１ａと第２の磁化固定層２ｃとの距離に対し、第１の磁化自由層１ａと第２の磁化自由層２ａとの距離の方が小さくなるように、第２の磁気抵抗効果素子２の膜面直方向に、第１の磁気抵抗効果素子１が配置されている。
【００９８】
さらに、磁気抵抗効果デバイス５００は、磁場印加機構として、磁気抵抗効果デバイス４００の磁場印加機構６ａにかえて、第１の磁化自由層１ａに磁場（直流磁場）を印加する第１の磁場印加部６ｂと、第２の磁化自由層２ａに磁場（直流磁場）を印加する第２の磁場印加部６ｃを有している。第１の磁場印加部６ｂと第２の磁場印加部６ｃはそれぞれ、磁気抵抗効果デバイス４００の磁場印加機構６ａと同様の構成とすることができる。磁気抵抗効果デバイス５００のその他の構成は、磁気抵抗効果デバイス４００と同じである。
【００９９】
磁気抵抗効果デバイス５００は、磁気抵抗効果デバイス４００と同様に動作する。第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数の第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数に対する差異は、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の１０％以内であることが好ましく、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数が第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数と同じであることが最も好ましいので、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数がこのような関係になるように、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を調整することが好ましい。具体的には、第１の磁場印加部６ｂと第２の磁場印加部６ｃが印加する磁場を調整する、または、第１の磁気抵抗効果素子１に印加する直流電流を調整する。
【０１００】
このように、磁気抵抗効果デバイス５００は、第１のスペーサ層１ｂは非磁性導電層であり、第２のスペーサ層２ｂは非磁性絶縁層である。したがって、磁気抵抗効果デバイス５００は、ＧＭＲ素子である第１の磁気抵抗効果素子１に大きな電流密度を有する電流を流すことが可能であり、第１の磁気抵抗効果素子１に大きな電流を流すことで、スピントルクにより第１の磁化自由層１ａの磁化を大きく振動させることができる。第２の磁化自由層２ａの磁化は、振動する第１の磁化自由層１ａの磁化に対応した振動磁場を受ける。このため、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数が、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の近傍の場合、第２の磁化自由層２ａのスピントルク共鳴による磁化の振動もさらに大きくすることができる。第２の磁気抵抗効果素子２は、大きな磁気抵抗効果を有するＴＭＲ素子であるので、振動する抵抗値の大きな振幅が得られる。これにより、第２の磁気抵抗効果素子２の素子インピーダンスの大きな変化量が得られるため、磁気抵抗効果デバイス５００は、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。
【０１０１】
さらに、磁気抵抗効果デバイス５００は、第１の磁化自由層１ａに磁場を印加する第１の磁場印加部６ｂと、第２の磁化自由層２ａに磁場を印加する第２の磁場印加部６ｃを有するので、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を個別に制御することが可能となる。
【０１０２】
さらに、磁気抵抗効果デバイス５００は、第１の磁化自由層１ａと第２の磁化固定層２ｃとの距離に対し、第１の磁化自由層１ａと第２の磁化自由層２ａとの距離の方が小さくなるように、第２の磁気抵抗効果素子２の膜面直方向に、第１の磁気抵抗効果素子１が配置されている。そのため、第１の磁化自由層１ａから発生し、第２の磁化自由層２ａに印加される磁場を強くすることができる。さらに、第２の磁気抵抗効果素子２の膜面直方向に、第１の磁気抵抗効果素子１を配置することで、素子作製プロセスを容易にできる。
【０１０３】
磁気抵抗効果デバイス５００は、図２に示す磁気抵抗効果デバイス１００のように、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２が、同一平面上に、絶縁体９を挟んで隣り合って配置され、第１の磁気抵抗効果素子１の膜面内方向に、第２の磁気抵抗効果素子２が配置されてもよい。このとき、磁気抵抗効果デバイス１００と同様に、第１の磁気抵抗効果素子１と第２の磁気抵抗効果素子２は、それぞれ同じ順序で、下から反強磁性層、磁化固定層、スペーサ層、磁化自由層という配置で構成され、第１の磁化自由層１ａと第２の磁化固定層２ｃとの距離に対し、第１の磁化自由層１ａと第２の磁化自由層２ａとの距離の方が小さくなるように第１の磁気抵抗効果素子１および第２の磁気抵抗効果素子２が配置されることが好ましい。
【０１０４】
また、第４の実施形態の磁気抵抗効果デバイス４００は、図３に示す磁気抵抗効果デバイス２００のように、第１の磁気抵抗効果素子１は、絶縁体９を挟んで、第２の磁気抵抗効果素子１の直上に配置されてもよい。このとき、磁気抵抗効果デバイス２００と同様に、第２の磁気抵抗効果素子２は第２の下部電極２０ｂ側から、第２の反強磁性層２ｄ、第２の磁化固定層２ｃ、第２のスペーサ層２ｂ、第２の磁化自由層２ａの順序の配置で構成され、第１の磁気抵抗効果素子１は第１の下部電極１０ｂ側から、第１の磁化自由層１ａ、第１のスペーサ層１ｂ、第１の磁化固定層１ｃ、第１の反強磁性層１ｄの順序の配置で構成されることが好ましい。
【０１０５】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について、第４の実施形態と異なる部分について説明し、第４の実施形態に対する同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図６に、第６の実施形態の磁気抵抗効果デバイス６００の模式図を示す。図６に示すように、磁気抵抗効果デバイス６００は、信号線路４に接続された第２の直流電流入力端子５ｂを有している。第２の直流電流入力端子５ｂに、グラウンド７に接続された第２の直流電流源８ｂが接続されることにより、第２の磁気抵抗効果素子２、信号線路４、グラウンド７および第２の直流電流入力端子５ｂを含む閉回路が形成される。さらに、磁気抵抗効果デバイス６００はコンデンサ１２を有し、コンデンサ１２は、上記閉回路と第１のポート３ａとの間および上記閉回路と第２のポート３ｂとの間に、信号線路４を介して第１のポート３ａおよび第２のポート３ｂと直列に接続されている。磁気抵抗効果デバイス６００のその他の構成は、磁気抵抗効果デバイス４００と同じである。
【０１０６】
グラウンド７の形状は、信号線路４と同様に、マイクロストリップライン（ＭＳＬ）型やコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）型に規定することが好ましい。
【０１０７】
第２の直流電流入力端子５ｂは、信号線路４に接続されている。第２の直流電流入力端子５ｂに第２の直流電流源８ｂが接続されることで、第２の磁気抵抗効果素子２に直流電流を印加することが可能になる。図６に示す磁気抵抗効果デバイス６００では、第２の磁気抵抗効果素子２の中を第２の磁化自由層２ａから第２の磁化固定層２ｃの方向に流れる直流電流が、第２の磁気抵抗効果素子２に印加される。また、第２の直流電流入力端子５ｂと第２の直流電流源８ｂとの間に、高周波信号をカットするための、インダクタまたは抵抗素子が直列に接続されてもよい。
【０１０８】
第２の直流電流源８ｂは、グラウンド７及び第２の直流電流入力端子５ｂに接続され、第２の直流電流入力端子５ｂから、第２の磁気抵抗効果素子２、信号線路４、グラウンド７および第２の直流電流入力端子５ｂを含む閉回路に、直流電流を印加する。第２の直流電流源８ｂは、例えば、可変抵抗と直流電圧源との組み合わせの回路により構成され、直流電流の電流値を変化可能に構成されている。第２の直流電流源８ｂは、一定の直流電流を発生可能な、固定抵抗と直流電圧源との組み合わせの回路により構成されてもよい。
【０１０９】
コンデンサ１２は、直流電流をカットすると同時に、高周波電流を通す機能を有する。コンデンサ１２は、チップコンデンサまたはパターン線路によるコンデンサのどちらでもよい。コンデンサ１２の容量値は１μＦ以上であることが好ましい。このコンデンサ１２により、磁気抵抗効果デバイス６００に第１のポート３ａまたは第２のポート３ｂを介して接続されている他の電子回路に第２の直流電流源８ｂからの直流電流が漏洩することを防止し、第２の磁気抵抗効果素子２に効率的に直流電流を印加することができる。また、コンデンサ１２により、他の電子回路から漏洩した不要な直流電流から第２の磁気抵抗効果素子２を保護することもできる。
【０１１０】
第２の磁気抵抗効果素子２に印加される直流電流の電流密度が変化すると、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数は変化する。
【０１１１】
磁気抵抗効果デバイス６００は磁気抵抗効果デバイス４００と同様に動作するが、さらに磁気抵抗効果デバイス４００は、信号線路４に接続された第２の直流電流入力端子５ｂを有し、第２の磁気抵抗効果素子２、信号線路４、グラウンド７および第２の直流電流入力端子５ｂを含む閉回路が形成される構成となっている。第２の直流電流入力端子５ｂから入力された直流電流は、第２の磁気抵抗効果素子２、信号線路４、グラウンド７および第２の直流電流入力端子５ｂを含んで形成される閉回路を流れる。この閉回路により、第２の磁気抵抗効果素子２に効率的に直流電流を印加することが出来る。第２の磁気抵抗効果素子２はこの直流電流が印加されることにより、スピントルクが増加して、振動する抵抗値の振幅が増加する。振動する抵抗値の振幅が増加することにより、第２の磁気抵抗効果素子２の素子インピーダンスの変化量が増加するため、磁気抵抗効果デバイス６００は、遮断特性と通過特性のレンジが大きな高周波フィルタとして機能することが可能となる。
【０１１２】
さらに、第２の直流電流入力端子５ｂから印加される直流電流を変化させることにより、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を可変制御することができるため、磁気抵抗効果デバイス６００は、周波数可変フィルタとして機能することも可能となる。この場合、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数の第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数に対する差異は、第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数の１０％以内であることが好ましく、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数が第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数と同じであることが最も好ましいので、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数がこのような関係になるように、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数を調整することが好ましい。具体的には、第１の磁気抵抗効果素子１に印加する直流電流と第２の磁気抵抗効果素子２に印加する直流電流を調整する。
【０１１３】
さらに、磁気抵抗効果デバイス６００は、上記閉回路と第１のポート３ａとの間および上記閉回路と第２のポート３ｂとの間の少なくとも一方に、信号線路４を介して第１のポート３ａおよび第２のポート３ｂと直列に接続されたコンデンサ１２を有する。したがって、コンデンサ１２は、第２の直流電流入力端子５ｂから印加された直流電流の第１のポート３ａまたは第２のポート３ｂへの流出を阻止することができるため、第１のポート３ａまたは第２のポート３ｂに他の電子回路が接続された場合に、他の電子回路への直流電流の混入を防ぐことが可能となる。
【０１１４】
また、第６の実施形態では、コンデンサ１２が上記閉回路と第１のポート３ａとの間および上記閉回路と第２のポート３ｂとの間の両方に接続されている例で説明したが、どちらか一方のみにコンデンサ１２が接続されている形態でもよい。この場合でも、第２の直流電流入力端子５ｂから印加された直流電流の、第１のポート３ａまたは第２のポート３ｂのいずれか一方への流出を阻止することができる。また、第６の実施形態では、コンデンサ１２が上記閉回路と第１のポート３ａとの間および上記閉回路と第２のポート３ｂとの間に１個ずつ接続されている例で説明したが、コンデンサ１２はそれぞれの箇所において、複数個接続されていても良い。また、第２の直流電流入力端子５ｂから印加された直流電流の第１のポート３ａまたは第２のポート３ｂへの流出が問題にならない場合は、コンデンサ１２は無くてもよい。
【０１１５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上記で説明した実施形態以外にも実施形態を変更することが可能である。例えば、第２の実施形態において、第３の実施形態と同様に、磁気抵抗効果デバイス２００が、第２の磁気抵抗効果素子２と第１のポート３ａまたは第２のポート３ｂとの間の信号線路４と、グラウンド７とに接続されたインダクタ１１（または抵抗素子）と、第２の磁気抵抗効果素子２を挟んでインダクタ１１（または抵抗素子）とは反対側の信号線路４に接続された第２の直流電流入力端子５ｂとを有し、第２の磁気抵抗効果素子２、信号線路４、インダクタ１１（または抵抗素子）、グラウンド７および第２の直流電流入力端子５ｂを含む閉回路が形成される構成となるようにしてもよい。同様に、第５の実施形態において、第６の実施形態と同様に、磁気抵抗効果デバイス５００が、信号線路４に接続された第２の直流電流入力端子５ｂを有し、第２の磁気抵抗効果素子２、信号線路４、グラウンド７および第２の直流電流入力端子５ｂを含む閉回路が形成される構成となるようにしてもよい。
【０１１６】
また、第１〜第６の実施形態では、磁気抵抗効果デバイス１００（２００、３００、４００、５００、６００）が磁場印加機構６ａ（第１の磁場印加部６ｂ、第２の磁場印加部６ｃ）を有する例で説明しているが、磁場印加機構６ａ（第１の磁場印加部６ｂ、第２の磁場印加部６ｃ）からの磁場が印加されなくても、第１の磁気抵抗効果素子１のスピントルク発振周波数と第２の磁気抵抗効果素子２のスピントルク共鳴周波数が所望の周波数である場合には、磁場印加機構６ａ（第１の磁場印加部６ｂ、第２の磁場印加部６ｃ）は無くてもよい。
【符号の説明】
【０１１７】
１００、２００、３００、４００、５００、６００  磁気抵抗効果デバイス
１  第１の磁気抵抗効果素子
１ａ  第１の磁化自由層
１ｂ  第１のスペーサ層
１ｃ  第１の磁化固定層
１ｄ  第１の反強磁性層
２  第２の磁気抵抗効果素子
２ａ  第２の磁化自由層
２ｂ  第２のスペーサ層
２ｃ  第２の磁化固定層
２ｄ  第２の反強磁性層
３ａ  第１のポート
３ｂ  第２のポート
４  信号線路
５ａ  第１の直流電流入力端子
５ｂ  第２の直流電流入力端子
６ａ  磁場印加機構
６ｂ  第１の磁場印加部
６ｃ  第２の磁場印加部
７  グラウンド
８ａ  第１の直流電流源
８ｂ  第２の直流電流源
９  絶縁体
１０ａ  第１の上部電極
１０ｂ  第１の下部電極
１１  インダクタ
１２  コンデンサ
２０ａ  第２の上部電極
２０ｂ  第２の下部電極
【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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