JP2017011135A - Electric field recording magnetic memory - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic memory capable of reducing more power consumption than the conventionally proposed race track memories.SOLUTION: An electric field recording magnetic memory comprises: a recording medium including a first ferromagnetic conductive layer and a ferromagnetic ferroelectric layer; a pair of electrodes for writing which applies an electric field to the ferromagnetic ferroelectric layer; a pair of electrodes for bit movement arranged in contact with the first ferromagnetic conductive layer; a non-magnetic layer arranged adjacent to a part of a surface of the first ferromagnetic conductive layer; a second ferromagnetic conductive layer arranged on a surface of the non-magnetic layer; a writing circuit which records magnetic information in the first ferromagnetic conductive layer by applying an electric field to the ferromagnetic ferroelectric layer via the pair of electrodes for writing; a bit moving circuit which moves a magnetic wall by passing current through the first ferromagnetic conductive layer via the pair of electrodes for bit movement; and a reading circuit which obtains a signal corresponding to the electric resistance between the first ferromagnetic conductive layer and the second ferromagnetic conductive layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電界記録型の磁気メモリに関する。   The present invention relates to an electric field recording type magnetic memory.

大容量の磁気記憶装置であるハードディスクドライブ(HDD)は、記録密度の向上が図られてきた。しかしながら近年における記録すべき情報量の増加は、HDDの記録密度向上よりも遥かに急速である。HDDの記録密度向上は、(1)記録の容易性、(2)記録した情報の安定的な維持、及び(3)低エラーレート読み出し、を同時に満足させることが困難であるという「トリレンマ」によって頭打ちになりつつある。   Hard disk drives (HDDs), which are large-capacity magnetic storage devices, have been improved in recording density. However, the increase in the amount of information to be recorded in recent years is far more rapid than the improvement in the recording density of HDDs. The improvement in HDD recording density is due to the “trilemma” that it is difficult to satisfy (1) ease of recording, (2) stable maintenance of recorded information, and (3) low error rate reading simultaneously. It is getting to the peak.

従来のHDDを超えたさらなる大容量化が可能な技術として、最近になって、磁性ナノワイヤを記録媒体に用い、スピン注入による磁壁移動現象、および、トンネル磁気抵抗効果(TMR効果)または巨大磁気抵抗効果(GMR効果)を利用した磁気記憶装置が提案されている(特許文献1)。このような磁気記憶装置は「レーストラックメモリ」と呼ばれている。レーストラックメモリによれば、磁性ナノワイヤを折り畳まれた形状にすることにより、三次元的な情報記録が可能になると考えられている。またレーストラックメモリによれば、スピン注入による磁壁移動現象を利用して磁性ナノワイヤ中の記録ビットを移動させるので、従来のHDDには必須であったモーターが不要になる。モーターを省略できることは、装置の消費電力を大幅に低減できることを意味する。   As a technology capable of further increasing the capacity beyond conventional HDDs, recently, magnetic nanowires are used as recording media, and domain wall motion phenomenon caused by spin injection, and tunnel magnetoresistance effect (TMR effect) or giant magnetoresistance. A magnetic storage device using the effect (GMR effect) has been proposed (Patent Document 1). Such a magnetic storage device is called a “race track memory”. According to the racetrack memory, it is considered that three-dimensional information recording can be performed by forming the magnetic nanowire into a folded shape. Also, according to the racetrack memory, the recording bit in the magnetic nanowire is moved using the domain wall movement phenomenon caused by spin injection, so that the motor that is essential for the conventional HDD becomes unnecessary. The ability to omit the motor means that the power consumption of the apparatus can be greatly reduced.

米国特許第6,834,005号明細書US Pat. No. 6,834,005 特開2010−176784号公報JP 2010-176784 A 国際公開2010/032574号パンフレットInternational Publication 2010/032574 Pamphlet 特開2004−179219号公報JP 2004-179219 A

しかしながら、従来提案されているレーストラックメモリにおいては、磁性ナノワイヤに情報を書き込むにあたり、従来のHDDと同様に、電流によって発生させた磁界(電流磁界)が用いられる。電流磁界による磁気記録はエネルギーロスが大きいため、装置の消費電力を低減する上で妨げとなる。   However, in the conventionally proposed racetrack memory, a magnetic field generated by an electric current (current magnetic field) is used to write information to the magnetic nanowire, as in a conventional HDD. Magnetic recording using a current magnetic field has a large energy loss, which hinders reduction in power consumption of the apparatus.

本発明は、従来提案されているレーストラックメモリよりもさらに消費電力を低減することが可能な磁気メモリを提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a magnetic memory capable of further reducing power consumption as compared with a conventionally proposed racetrack memory.

本発明の磁気メモリは、次の[1]〜[10]の形態を包含する。
[1]
1次元的に延在する第1の強磁性導電層、および、該第1の強磁性導電層の一方の面の少なくとも一部に積層された強磁性強誘電層を含む、記録媒体と、
強磁性強誘電層に電場を印加する、1対の書き込み用電極と、
記録媒体の長手方向に離隔して、第1の強磁性導電層に接して配設された、1対のビット移動用電極と、
第1の強磁性導電層の表面の一部に隣接して配設された非磁性層と、
該非磁性層の表面に配設され、該非磁性層を挟んで第1の強磁性導電層と向かい合う、第2の強磁性導電層と、
1対の書き込み用電極を介して強磁性強誘電層に電場を印加することにより、該電場の方向に対応して定まる方向の磁化を強磁性強誘電層に生じさせ、該強磁性強誘電層に生じた磁化によって第1の強磁性導電層に磁気情報を記録する、書き込み回路と、
1対のビット移動用電極を介して第1の強磁性導電層に電流を流すことにより、該第1の強磁性導電層中の磁壁を移動させる、ビット移動回路と、
第1の強磁性導電層と第2の強磁性導電層との間の電気抵抗に応じた信号を得る、読み取り回路とを有することを特徴とする、電界記録型磁気メモリ。
The magnetic memory of the present invention includes the following forms [1] to [10].
[1]
A recording medium comprising a first ferromagnetic conductive layer extending one-dimensionally, and a ferromagnetic ferroelectric layer stacked on at least a part of one surface of the first ferromagnetic conductive layer;
A pair of write electrodes for applying an electric field to the ferromagnetic ferroelectric layer;
A pair of bit moving electrodes disposed in contact with the first ferromagnetic conductive layer and spaced apart in the longitudinal direction of the recording medium;
A nonmagnetic layer disposed adjacent to a portion of the surface of the first ferromagnetic conductive layer;
A second ferromagnetic conductive layer disposed on the surface of the nonmagnetic layer and facing the first ferromagnetic conductive layer across the nonmagnetic layer;
By applying an electric field to the ferromagnetic ferroelectric layer through a pair of write electrodes, magnetization in a direction determined corresponding to the direction of the electric field is generated in the ferromagnetic ferroelectric layer, and the ferromagnetic ferroelectric layer A write circuit for recording magnetic information in the first ferromagnetic conductive layer by magnetization generated in
A bit moving circuit for moving a domain wall in the first ferromagnetic conductive layer by passing a current through the first ferromagnetic conductive layer via a pair of bit moving electrodes;
An electric field recording type magnetic memory comprising: a reading circuit that obtains a signal corresponding to an electric resistance between the first ferromagnetic conductive layer and the second ferromagnetic conductive layer.

本発明において、第1の強磁性導電層が「1次元的に延在する」とは、第1の強磁性導電層がその長さ方向に延在し、且つ、第1の強磁性導電層が延在する方向が、当該長さ方向に沿って視点を移動するに従って変化してもよいことを意味する。例えば、第1の強磁性導電層は、直線状に延在していてもよく、曲線状に延在していてもよく、三次元的に折り畳まれた形状を有していてもよい。
本発明において、「1対の書き込み用電極」の一方の電極は、「1対のビット移動用電極」の一方の電極と共通であってもよい。
In the present invention, the first ferromagnetic conductive layer “extends one-dimensionally” means that the first ferromagnetic conductive layer extends in the length direction and the first ferromagnetic conductive layer. This means that the direction in which the angle extends may change as the viewpoint moves along the length direction. For example, the first ferromagnetic conductive layer may extend linearly, may extend in a curved shape, or may have a three-dimensionally folded shape.
In the present invention, one electrode of the “one pair of write electrodes” may be the same as one electrode of the “one pair of bit moving electrodes”.

[2]
第1の強磁性導電層が、L2型強磁性合金層、L1型強磁性合金層、およびD0型強磁性合金層からなる群から選ばれる1又は2以上の組み合わせである、[1]に記載の電界記録型磁気メモリ。
[2]
The first ferromagnetic conductive layer is one or a combination of two or more selected from the group consisting of an L2 1 type ferromagnetic alloy layer, an L1 0 type ferromagnetic alloy layer, and a D0 3 type ferromagnetic alloy layer, [1 ] The electric field recording type magnetic memory according to [1]

本明細書において、「L2型強磁性合金」とは、L2型規則構造を有する強磁性合金を意味し、「L1型強磁性合金」とは、L1型規則構造を有する強磁性合金を意味し、「D0型強磁性合金」とは、D0型規則構造を有する強磁性合金を意味する。 As used herein, "L2 1 type ferromagnetic alloy" means a ferromagnetic alloy having a L2 1 ordered structure, the "L1 0 type ferromagnetic alloy" ferromagnetic having an L1 0 ordered structure The term “D0 3 type ferromagnetic alloy” means a ferromagnetic alloy having a D0 3 type ordered structure.

[3]
非磁性層が絶縁層である、[1]又は[2]に記載の電界記録型磁気メモリ。
[3]
The electric field recording magnetic memory according to [1] or [2], wherein the nonmagnetic layer is an insulating layer.

本明細書において、「絶縁層」とは電気絶縁層を意味する。   In this specification, “insulating layer” means an electrical insulating layer.

[4]
第2の強磁性導電層が、ルチル型導電性強磁性酸化物層、L1型強磁性合金層、およびL2型強磁性合金層からなる群から選ばれる1又は2以上の組み合わせである、[1]〜[3]のいずれかに記載の電界記録型磁気メモリ。
[4]
A second ferromagnetic conductive layer, rutile-type conductive ferromagnetic oxide layer is one or more combinations selected from the group consisting of L1 0 type ferromagnetic alloy layer, and L2 1 type ferromagnetic alloy layer, The electric field recording type magnetic memory according to any one of [1] to [3].

[5]
第2の強磁性導電層の表面に、固定磁性導電層が配設されており、
第2の強磁性導電層は、固定磁性導電層と非磁性層との間に挟まれており、
固定磁性導電層は、反強磁性導電層、もしくはL1型強磁性合金層、またはこれらの組み合わせである、[1]〜[4]のいずれかに記載の電界記録型磁気メモリ。
[5]
A pinned magnetic conductive layer is disposed on the surface of the second ferromagnetic conductive layer,
The second ferromagnetic conductive layer is sandwiched between the pinned magnetic conductive layer and the nonmagnetic layer,
Fixed magnetic conductive layer, the antiferromagnetic conductive layer or L1 0 type ferromagnetic alloy layer, or a combination thereof, [1] field recording magnetic memory according to any one of - [4].

[6]
書き込み回路が第1の強磁性導電層に磁気情報を記録する際に、第1の強磁性導電層の該磁気情報の書き込みが行われる領域を加熱する、熱アシスト手段をさらに有する、[1]〜[5]のいずれかに記載の電界記録型磁気メモリ。
[6]
When the writing circuit records magnetic information in the first ferromagnetic conductive layer, the writing circuit further includes a heat assisting means for heating a region where the magnetic information is written in the first ferromagnetic conductive layer. [1] The electric field recording type magnetic memory according to any one of to [5].

[7]
1対の書き込み用電極が、強磁性強誘電層および第1の強磁性導電層を、その積層方向に挟むように配置されている、[1]〜[6]のいずれかに記載の電界記録型磁気メモリ。
[7]
The electric field recording according to any one of [1] to [6], wherein the pair of write electrodes are arranged so as to sandwich the ferromagnetic ferroelectric layer and the first ferromagnetic conductive layer in the stacking direction. Type magnetic memory.

[8]
第1の強磁性導電層が、下記組成式(1)で表されるL2型強磁性合金の層、下記組成式(2)で表されるL1型強磁性合金の層、および、下記組成式(3)で表されるD0型強磁性合金の層からなる群から選ばれる1又は2以上の組み合わせである、[1]〜[7]のいずれかに記載の電界記録型磁気メモリ。
YZ (1)
(式(1)中、XはFe、Co、及びNiから選ばれる1種以上の元素であり;YはMn、Cr、V、及びTiから選ばれる1種以上の元素であり;ZはGe、Ga、Si、及びAlから選ばれる1種以上の元素である。)
Mn50GeGaAl50−x−y (2)
(式(2)中、xは0〜50の実数であり;yは0〜50の実数であり;x及びyはx+y≦50を満たす。)
Y (3)
(式(3)中、XはMn及びVから選ばれる1種以上の元素であり;YはGe、Ga、Si、及びAlから選ばれる1種以上の元素である。)
[8]
First ferromagnetic conductive layer, a layer of L2 1 type ferromagnetic alloy represented by the following composition formula (1), a layer of L1 0 type ferromagnetic alloy represented by the following formula (2), and, below The electric field recording magnetic memory according to any one of [1] to [7], which is one or a combination of two or more selected from the group consisting of layers of a D0 type 3 ferromagnetic alloy represented by the composition formula (3) .
X 2 YZ (1)
(In formula (1), X is one or more elements selected from Fe, Co, and Ni; Y is one or more elements selected from Mn, Cr, V, and Ti; Z is Ge , One or more elements selected from Ga, Si, and Al.)
Mn 50 Ge x Ga y Al 50-xy (2)
(In formula (2), x is a real number from 0 to 50; y is a real number from 0 to 50; x and y satisfy x + y ≦ 50.)
X 3 Y (3)
(In formula (3), X is one or more elements selected from Mn and V; Y is one or more elements selected from Ge, Ga, Si, and Al.)

[9]
前記強磁性強誘電層が、下記組成式(5)で表される強磁性強誘電材料を含む、[1]〜[8]のいずれかに記載の電界記録型磁気メモリ。
(Bi1−a)(Fe1−b)O (5)
(式(5)中、XはBa及びLaから選ばれる1種以上の元素であり;MはMn及びTiから選ばれる1種以上の元素であり;a及びbは、0≦a≦0.8、且つ0≦b≦0.5を満たす実数である。)
[9]
The electric field recording magnetic memory according to any one of [1] to [8], wherein the ferromagnetic ferroelectric layer includes a ferromagnetic ferroelectric material represented by the following composition formula (5).
(Bi 1-a X a) (Fe 1-b M b) O 3 (5)
(In Formula (5), X is one or more elements selected from Ba and La; M is one or more elements selected from Mn and Ti; a and b are 0 ≦ a ≦ 0. 8 and a real number satisfying 0 ≦ b ≦ 0.5.)

[10]
第2の強磁性導電層が、組成式CrOで表されるルチル型導電性強磁性酸化物の層、下記組成式(6)で表されるL1型強磁性合金の層、及び下記組成式(7)で表されるL2型強磁性合金の層からなる群から選ばれる1又は2以上の組み合わせである、[1]〜[9]のいずれかに記載の電界記録型磁気メモリ。
XY (6)
(式(6)中、XはFe及びCoから選ばれる1種以上の元素であり;YはPt、Pd、及びNiから選ばれる1種以上の元素である。)
YZ (7)
(式(7)中、XはFe、Co、及びNiから選ばれる1種以上の元素であり;YはMn、Cr、V、及びTiから選ばれる1種以上の元素であり;ZはGe、Ga、Si、及びAlから選ばれる1種以上の元素である。)
[10]
A second ferromagnetic conductive layer, a layer of rutile-type conductive ferromagnetic oxide represented by the composition formula CrO 2, a layer of L1 0 type ferromagnetic alloy represented by the following formula (6), and the following composition The electric field recording magnetic memory according to any one of [1] to [9], which is one or a combination of two or more selected from the group consisting of L2 type 1 ferromagnetic alloy layers represented by formula (7).
XY (6)
(In Formula (6), X is one or more elements selected from Fe and Co; Y is one or more elements selected from Pt, Pd, and Ni.)
X 2 YZ (7)
(In Formula (7), X is one or more elements selected from Fe, Co, and Ni; Y is one or more elements selected from Mn, Cr, V, and Ti; Z is Ge , One or more elements selected from Ga, Si, and Al.)

本発明の電界記録型磁気メモリによれば、電流磁界を用いることなく、電場によって記録媒体に情報を書き込むので、従来提案されているレーストラックメモリよりも更に消費電力を低減することが可能である。   According to the electric field recording type magnetic memory of the present invention, since information is written to the recording medium by an electric field without using a current magnetic field, the power consumption can be further reduced as compared with the conventionally proposed racetrack memory. .

本発明の一の実施形態に係る電界記録型磁気メモリの構成を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the composition of the electric field recording type magnetic memory concerning one embodiment of the present invention. 本発明の他の一の実施形態に係る電界記録型磁気メモリの構成を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the structure of the electric field recording type magnetic memory which concerns on other one Embodiment of this invention. 本発明の他の一の実施形態に係る電界記録型磁気メモリの構成を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the structure of the electric field recording type magnetic memory which concerns on other one Embodiment of this invention. 本発明の他の一の実施形態に係る電界記録型磁気メモリの構成を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the structure of the electric field recording type magnetic memory which concerns on other one Embodiment of this invention. 本発明の他の一の実施形態に係る電界記録型磁気メモリの構成を模式的に説明する図である。It is a figure which illustrates typically the structure of the electric field recording type magnetic memory which concerns on other one Embodiment of this invention. 第1の強磁性導電層11および強磁性強誘電層12における、飽和磁化Mと温度Tとの関係の一例を示すグラフである。5 is a graph showing an example of the relationship between saturation magnetization M s and temperature T in the first ferromagnetic conductive layer 11 and the ferromagnetic ferroelectric layer 12.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。図面は、必ずしも正確な寸法を反映したものではない。図では、符号を一部省略することがある。本明細書において、数値A及びBについて「A〜B」は、特に別途規定されない限り、「A以上B以下」を意味する。該表記において数値Aの単位を省略する場合には、数値Bに付された単位が数値Aの単位として適用されるものとする。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明がこれらの形態に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings do not necessarily reflect exact dimensions. In the drawing, some symbols may be omitted. In the present specification, “A to B” for the numerical values A and B means “A or more and B or less” unless otherwise specified. In the notation, when the unit of the numerical value A is omitted, the unit attached to the numerical value B is applied as the unit of the numerical value A. In addition, the form shown below is an illustration of this invention and this invention is not limited to these forms.

<電界記録型磁気メモリ(1)>
図1は、本発明の一の実施形態に係る電界記録型磁気メモリ100の構成を模式的に説明する図である。電界記録型磁気メモリ100は、1次元的に延在する第1の強磁性導電層11、および、第1の強磁性導電層11の一方の面に積層された強磁性強誘電層12を含む、記録媒体10と;強磁性強誘電層12に電場を印加する、1対の書き込み用電極21、22と;記録媒体10の長手方向に離隔して、第1の強磁性導電層11に接して配設された、1対のビット移動用電極31、32と;第1の強磁性導電層11の表面の一部に隣接して配設された非磁性層41と;非磁性層41の表面に配設され、非磁性層41を挟んで第1の強磁性導電層11と向かい合う、第2の強磁性導電層42と;1対の書き込み用電極21、22を介して強磁性強誘電層12に電場を印加することにより、該電場の方向に対応して定まる方向の磁化Mを強磁性強誘電層12に生じさせ、強磁性強誘電層12に生じた磁化Mによって第1の強磁性導電層11にMの磁気情報を記録する、書き込み回路50と;1対のビット移動用電極31、32を介して第1の強磁性導電層11に電流を流すことにより、第1の強磁性導電層11中の磁壁13、13、…を移動させる、ビット移動回路60と;第1の強磁性導電層11と第2の強磁性導電層42との間の電気抵抗に応じた信号を得る、読み取り回路70とを有している。電界記録型磁気メモリ100において、1対の書き込み用電極21、22は、強磁性強誘電層12および第1の強磁性導電層11を、その積層方向(図1における紙面上下方向)に挟むように配置されている。
<Electric field recording type magnetic memory (1)>
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an electric field recording magnetic memory 100 according to an embodiment of the present invention. The electric field recording type magnetic memory 100 includes a first ferromagnetic conductive layer 11 extending one-dimensionally and a ferromagnetic ferroelectric layer 12 stacked on one surface of the first ferromagnetic conductive layer 11. A pair of write electrodes 21 and 22 for applying an electric field to the ferromagnetic ferroelectric layer 12; and in contact with the first ferromagnetic conductive layer 11 apart from each other in the longitudinal direction of the recording medium 10; A pair of bit transfer electrodes 31 and 32; a nonmagnetic layer 41 disposed adjacent to a part of the surface of the first ferromagnetic conductive layer 11; A second ferromagnetic conductive layer 42 disposed on the surface and facing the first ferromagnetic conductive layer 11 with the nonmagnetic layer 41 interposed therebetween; ferromagnetic ferroelectricity via a pair of write electrodes 21, 22 By applying an electric field to the layer 12, the magnetization M 0 in a direction determined corresponding to the direction of the electric field is changed to ferromagnetic strength. A write circuit 50 for recording the magnetic information of M 1 on the first ferromagnetic conductive layer 11 by the magnetization M 0 generated in the dielectric layer 12 and the magnetization M 0 generated in the ferromagnetic ferroelectric layer 12; A bit moving circuit 60 that moves the domain walls 13, 13,... In the first ferromagnetic conductive layer 11 by passing a current through the first ferromagnetic conductive layer 11 through 31, 32; A reading circuit 70 is provided for obtaining a signal corresponding to the electric resistance between the ferromagnetic conductive layer 11 and the second ferromagnetic conductive layer 42. In the electric field recording magnetic memory 100, the pair of write electrodes 21 and 22 sandwich the ferromagnetic ferroelectric layer 12 and the first ferromagnetic conductive layer 11 in the stacking direction (up and down direction in the drawing of FIG. 1). Is arranged.

図1においては、第1の強磁性導電層11、強磁性強誘電層12、書き込み用電極21、22、ビット移動用電極31、32、非磁性層41、及び第2の強磁性導電層42を断面図で記載しており、書き込み回路50、ビット移動回路60、及び読み取り回路70をブロック図で記載している。図1の紙面左右方向が第1の強磁性導電層11の延在方向(長手方向)である。図1の紙面上下方向が、第1の強磁性導電層11、強磁性強誘電層12、書き込み用電極21、22、ビット移動用電極31、32、非磁性層41、及び第2の強磁性導電層42の厚さ方向である。また図1の紙面に垂直な方向が、第1の強磁性導電層11、強磁性強誘電層12、書き込み用電極21、22、ビット移動用電極31、32、非磁性層41、及び第2の強磁性導電層42の幅方向である。   In FIG. 1, a first ferromagnetic conductive layer 11, a ferromagnetic ferroelectric layer 12, write electrodes 21 and 22, bit moving electrodes 31 and 32, a nonmagnetic layer 41, and a second ferromagnetic conductive layer 42. Are shown in a cross-sectional view, and the writing circuit 50, the bit moving circuit 60, and the reading circuit 70 are shown in a block diagram. The horizontal direction in FIG. 1 is the extending direction (longitudinal direction) of the first ferromagnetic conductive layer 11. The vertical direction in FIG. 1 is the first ferromagnetic conductive layer 11, the ferromagnetic ferroelectric layer 12, the writing electrodes 21, 22, the bit moving electrodes 31, 32, the nonmagnetic layer 41, and the second ferromagnetic layer. This is the thickness direction of the conductive layer 42. 1 are the first ferromagnetic conductive layer 11, the ferromagnetic ferroelectric layer 12, the write electrodes 21 and 22, the bit moving electrodes 31 and 32, the nonmagnetic layer 41, and the second This is the width direction of the ferromagnetic conductive layer 42.

(第1の強磁性導電層11)
第1の強磁性導電層11は、導電性を有する強磁性体の層であり、磁気情報が記録される層である。第1の強磁性導電層11は垂直磁気異方性を有しており、磁気情報は第1の強磁性導電層11の面に垂直な方向の磁化、すなわち図1の紙面上下方向の磁化として記録される。第1の強磁性導電層11のその磁化の向きが変わる位置には、磁壁13、13、…が形成されている。後述するように、ビット移動回路60が第1の強磁性導電層11に流す電流を制御することにより、磁壁13、13、…を所望の距離だけ移動させることができる。電界記録型磁気メモリ100において、第1の強磁性導電層11中の磁壁13、13、…を移動させることは、第1の強磁性導電層11中の記録ビットを移動させることと等価である。
(First ferromagnetic conductive layer 11)
The first ferromagnetic conductive layer 11 is a ferromagnetic layer having conductivity, and is a layer in which magnetic information is recorded. The first ferromagnetic conductive layer 11 has perpendicular magnetic anisotropy, and magnetic information is expressed as magnetization in a direction perpendicular to the surface of the first ferromagnetic conductive layer 11, that is, magnetization in the vertical direction on the paper surface of FIG. To be recorded. .. Are formed at positions where the magnetization direction of the first ferromagnetic conductive layer 11 changes. As described later, by controlling the current that the bit moving circuit 60 passes through the first ferromagnetic conductive layer 11, the domain walls 13, 13,... Can be moved by a desired distance. In the electric field recording magnetic memory 100, moving the domain walls 13, 13,... In the first ferromagnetic conductive layer 11 is equivalent to moving the recording bits in the first ferromagnetic conductive layer 11. .

高速な書き込み及び読み出しを実現するためには、第1の強磁性導電層11における磁壁13、13、…の移動速度が高いことが好ましい。強磁性導電材料中の磁壁の移動速度は、材料のスピン分極率Pに比例し、飽和磁化M及び磁気飽和定数αに反比例する。したがって第1の強磁性導電層11には、飽和磁化M及び磁気飽和定数αが小さく、スピン分極率Pが大きい材料を用いることが好ましい。
また、第1の強磁性導電層11に記録された磁気情報を、第1の強磁性導電層11と第2の強磁性導電層42との間のトンネル磁気抵抗効果(TMR効果)または巨大磁気抵抗効果(GMR効果)を利用して読み出すにあたって、読み出しエラーを低減するためには、トンネル磁気抵抗比(TMR比)または巨大磁気抵抗効果(GMR効果)が大きいことが好ましい。第1の強磁性導電層11および第2の強磁性導電層42のスピン分極率が大きいほど、第1の強磁性導電層11と第2の強磁性導電層42との間のTMR比またはGMR比は大となる。よってこの点からも、第1の強磁性導電層11には、スピン分極率Pが大きい材料を用いることが好ましい。
これらの観点から、第1の強磁性導電層11は、L2型強磁性合金層、L1型強磁性合金層、およびD0型強磁性合金層からなる群から選ばれる1又は2以上の組み合わせであることが好ましい。より具体的には、第1の強磁性導電層11は、下記組成式(1)で表されるL2型強磁性合金の層、下記組成式(2)で表されるL1型強磁性合金の層、および、下記組成式(3)で表されるD0型強磁性合金の層からなる群から選ばれる1又は2以上の組み合わせであることが好ましい。
YZ (1)
(式(1)中、XはFe、Co、及びNiから選ばれる1種以上の元素であり;YはMn、Cr、V、及びTiから選ばれる1種以上の元素であり;ZはGe、Ga、Si、及びAlから選ばれる1種以上の元素である。)
Mn50GeGaAl50−x−y (2)
(式(2)中、xは0〜50の実数であり;yは0〜50の実数であり;x及びyはx+y≦50を満たす。)
Y (3)
(式(3)中、XはMn及びVから選ばれる1種以上の元素であり;YはGe、Ga、Si、及びAlから選ばれる1種以上の元素である。)
第1の強磁性導電層11のスピン分極率Pをより大きくする観点からは、第1の強磁性導電層11はL2型強磁性合金層を含むことがより好ましく、より具体的には上記組成式(1)で表されるL2型強磁性合金の層を含むことが好ましい。
In order to realize high-speed writing and reading, it is preferable that the moving speed of the domain walls 13, 13,... In the first ferromagnetic conductive layer 11 is high. The moving speed of the domain wall in the ferromagnetic conductive material is proportional to the spin polarizability P of the material and inversely proportional to the saturation magnetization M s and the magnetic saturation constant α. Therefore, it is preferable to use a material having a small saturation magnetization M s and a magnetic saturation constant α and a large spin polarizability P for the first ferromagnetic conductive layer 11.
Further, the magnetic information recorded in the first ferromagnetic conductive layer 11 is converted into a tunnel magnetoresistive effect (TMR effect) or giant magnetism between the first ferromagnetic conductive layer 11 and the second ferromagnetic conductive layer 42. In reading using the resistance effect (GMR effect), in order to reduce read errors, it is preferable that the tunnel magnetoresistance ratio (TMR ratio) or the giant magnetoresistance effect (GMR effect) is large. The TMR ratio or GMR between the first ferromagnetic conductive layer 11 and the second ferromagnetic conductive layer 42 increases as the spin polarizability of the first ferromagnetic conductive layer 11 and the second ferromagnetic conductive layer 42 increases. The ratio is large. Therefore, also from this point, it is preferable to use a material having a high spin polarizability P for the first ferromagnetic conductive layer 11.
From these viewpoints, a first ferromagnetic conductive layer 11, L2 1 type ferromagnetic alloy layer, L1 0 type ferromagnetic alloy layer, and one or more selected from the group consisting of D0 3 type ferromagnetic alloy layer A combination is preferred. More specifically, a first ferromagnetic conductive layer 11 is a layer of L2 1 type ferromagnetic alloy represented by the following composition formula (1), L1 0 type ferromagnetic represented by the following formula (2) It is preferably a combination of one or two or more selected from the group consisting of an alloy layer and a layer of a D0 type 3 ferromagnetic alloy represented by the following composition formula (3).
X 2 YZ (1)
(In formula (1), X is one or more elements selected from Fe, Co, and Ni; Y is one or more elements selected from Mn, Cr, V, and Ti; Z is Ge , One or more elements selected from Ga, Si, and Al.)
Mn 50 Ge x Ga y Al 50-xy (2)
(In formula (2), x is a real number from 0 to 50; y is a real number from 0 to 50; x and y satisfy x + y ≦ 50.)
X 3 Y (3)
(In formula (3), X is one or more elements selected from Mn and V; Y is one or more elements selected from Ge, Ga, Si, and Al.)
From the viewpoint of increasing the spin polarizability P of the first ferromagnetic conductive layer 11, it is more preferable that the first ferromagnetic conductive layer 11 includes an L2 type 1 ferromagnetic alloy layer, and more specifically, It is preferable to include a layer of L2 type 1 ferromagnetic alloy represented by the composition formula (1).

第1の強磁性導電層11の厚さは特に制限されるものではないが、1〜200nmであることが好ましく、5〜50nmであることがより好ましい。   The thickness of the first ferromagnetic conductive layer 11 is not particularly limited, but is preferably 1 to 200 nm, and more preferably 5 to 50 nm.

(強磁性強誘電層12)
強磁性強誘電層12は、外部電場によって分極が誘起され、分極によって磁化が誘起される性質を有する強磁性強誘電性材料の層である。一対の書き込み用電極21、22を介して強磁性強誘電層12に電場が印加されると、強磁性強誘電層12には電場に沿った分極(図1中の白抜き矢印P)が誘起されると同時に、電場の方向に対応して定まる方向の磁化(図1中の矢印M)が誘起される。第1の強磁性導電層11は強磁性強誘電層12と磁気的に結合しているので、強磁性強誘電層12に生じた磁化Mにより、該磁化Mに対応する向きの磁化Mが第1の強磁性導電層11に磁気情報として記録される。
(Ferromagnetic ferroelectric layer 12)
The ferromagnetic ferroelectric layer 12 is a layer of a ferromagnetic ferroelectric material having a property that polarization is induced by an external electric field and magnetization is induced by polarization. When an electric field is applied to the ferromagnetic ferroelectric layer 12 through the pair of write electrodes 21 and 22, the ferromagnetic ferroelectric layer 12 has polarization along the electric field (open arrow P 0 in FIG. 1). At the same time, magnetization in the direction determined in accordance with the direction of the electric field (arrow M 0 in FIG. 1) is induced. Since the first ferromagnetic conductive layer 11 is magnetically coupled to the ferromagnetic ferroelectric layer 12, the magnetization M 0 generated in the ferromagnetic ferroelectric layer 12 causes a magnetization M in a direction corresponding to the magnetization M 0. 1 is recorded as magnetic information in the first ferromagnetic conductive layer 11.

強磁性強誘電層12には、例えば下記の一般式(4)で表される強磁性強誘電性材料を採用できる。
(A1−x(M1−y (4)
(式(4)式中、A及びBは、それぞれ独立に、Bi、La、Tb、Pb、Y、Cr、Co、Ba、Lu、Yb又はEuを表し;M及びNは、それぞれ独立に、Fe、Mn、Ni、Ti、Cr、Co又はVを表し;xは0〜1の実数を表し;yは0〜1の実数を表し;lは1〜3の整数を表し;mは1〜3の整数を表し;nは3〜6の整数を表す。)
一般式(4)で表される公知の強磁性強誘電性材料としては、例えばBiMnO、TbMnO、TbMn、YMnO、EuTiO、CoCr、Cr、BiMn0.5Ni0.5、BiFe0.5Cr0.5、La0.1Bi0.9MnO、La1−xBiNi0.5Mn0.5、Bi1−xBaFeO等を挙げることができる。
For the ferromagnetic ferroelectric layer 12, for example, a ferromagnetic ferroelectric material represented by the following general formula (4) can be adopted.
(A x B 1-x) l (M y N 1-y) m O n (4)
(In the formula (4), A and B each independently represent Bi, La, Tb, Pb, Y, Cr, Co, Ba, Lu, Yb or Eu; and M and N each independently, Represents Fe, Mn, Ni, Ti, Cr, Co or V; x represents a real number of 0 to 1; y represents a real number of 0 to 1; l represents an integer of 1 to 3; 3 represents an integer of 3; n represents an integer of 3 to 6)
Examples of known ferromagnetic ferroelectric materials represented by the general formula (4) include BiMnO 3 , TbMnO 3 , TbMn 2 O 5 , YMnO 3 , EuTiO 3 , CoCr 2 O 4 , Cr 2 O 3 , BiMn 0. .5 Ni 0.5 O 3, BiFe 0.5 Cr 0.5 O 3, La 0.1 Bi 0.9 MnO 3, La 1-x Bi x Ni 0.5 Mn 0.5 O 3, Bi 1 -x Ba x FeO 3, and the like can be given.

強磁性強誘電層12は、下記組成式(5)で表される強磁性強誘電材料を含むことが好ましい。
(Bi1−a)(Fe1−b)O (5)
(式(5)中、XはBa及びLaから選ばれる1種以上の元素であり;MはMn及びTiから選ばれる1種以上の元素であり;a及びbは、0≦a≦0.8、且つ0≦b≦0.5を満たす実数である。)
式(5)において、a及びbは、0<a≦0.8、且つ0<b≦0.5を満たすことが好ましく、0<a≦0.8、0<b≦0.5、且つ0.01≦a+b≦1.3を満たすことがより好ましい。
誘電性材料として知られているBiFeO中のBiの一部を上記所定の元素Xで、Feの一部を上記所定の元素Mで置換することにより、好ましい強磁性および誘電性が発現する。このとき置換率a及びbが上記範囲内であることにより、電界記録型磁気メモリ100の動作に特に適した強磁性および強誘電性が同時に発現する。
このような材料としては、例えば、Bi(FeMn)O系の材料、(BiBa)FeO系の材料、(BiBaLa)(FeMn)O系の材料、(BiBaLa)(FeMnTi)O系の材料、(BiLa)FeO系の材料等を挙げることができる。より具体的には、Bi(Fe0.95Mn0.05)O、(Bi0.8Ba0.2)FeO、(Bi0.5Ba0.3La0.2)FeO、(Bi0.7La0.3)(Fe0.7Mn0.3)O、(Bi0.5Ba0.3La0.2)(Fe0.7Mn0.1Ti0.2)O等を挙げることができる。
The ferromagnetic ferroelectric layer 12 preferably contains a ferromagnetic ferroelectric material represented by the following composition formula (5).
(Bi 1-a X a) (Fe 1-b M b) O 3 (5)
(In Formula (5), X is one or more elements selected from Ba and La; M is one or more elements selected from Mn and Ti; a and b are 0 ≦ a ≦ 0. 8 and a real number satisfying 0 ≦ b ≦ 0.5.)
In the formula (5), a and b preferably satisfy 0 <a ≦ 0.8 and 0 <b ≦ 0.5, 0 <a ≦ 0.8, 0 <b ≦ 0.5, and More preferably, 0.01 ≦ a + b ≦ 1.3 is satisfied.
By replacing a part of Bi in BiFeO 3 known as a dielectric material with the predetermined element X and a part of Fe with the predetermined element M, preferable ferromagnetism and dielectric properties are exhibited. At this time, when the substitution ratios a and b are within the above ranges, ferromagnetic and ferroelectric properties particularly suitable for the operation of the electric field recording magnetic memory 100 are manifested simultaneously.
Examples of such materials include Bi (FeMn) O-based materials, (BiBa) FeO-based materials, (BiBaLa) (FeMn) O-based materials, (BiBaLa) (FeMnTi) O-based materials, and (BiLa). ) FeO-based materials. More specifically, Bi (Fe 0.95 Mn 0.05 ) O 3 , (Bi 0.8 Ba 0.2 ) FeO 3 , (Bi 0.5 Ba 0.3 La 0.2 ) FeO 3 , (Bi 0.7 La 0.3 ) (Fe 0.7 Mn 0.3 ) O 3 , (Bi 0.5 Ba 0.3 La 0.2 ) (Fe 0.7 Mn 0.1 Ti 0.2 ) O 3 and the like.

強磁性強誘電層12の厚さは特に制限されるものではないが、5〜200nmであることが好ましく、10〜50nmであることがより好ましい。書き込み回路50が一対の書き込み用電極21、22に電圧を印加した際に一対の書き込み用電極21、22の間により強力な電場を生成できる観点から、200nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましい。また、第1の強磁性導電層11に書き込まれる磁化Mを大きくできる点で、5nm以上であることが好ましく、10nm以上であることがより好ましい。 The thickness of the ferromagnetic ferroelectric layer 12 is not particularly limited, but is preferably 5 to 200 nm, and more preferably 10 to 50 nm. From the viewpoint of generating a stronger electric field between the pair of write electrodes 21 and 22 when the write circuit 50 applies a voltage to the pair of write electrodes 21 and 22, the write circuit 50 is preferably 200 nm or less, and preferably 50 nm or less. More preferably. Also, in that it can increase the magnetization M 1 to be written into the first ferromagnetic conductive layer 11, it is preferably 5nm or more, and more preferably 10nm or more.

(非磁性層41)
非磁性層41は、常磁性体または反磁性体の層である。磁気抵抗変化率を高める観点から、非磁性層41は電気絶縁層であることが好ましい。非磁性層41を構成する材料としては、例えば、MgO、Al、SiO、TiO、AlN、Si、Cr等を好ましく挙げることができる。尚、Cu、Ag、Cr等の導電性材料でもよい。
(Nonmagnetic layer 41)
The nonmagnetic layer 41 is a paramagnetic or diamagnetic layer. From the viewpoint of increasing the magnetoresistance change rate, the nonmagnetic layer 41 is preferably an electrically insulating layer. The material constituting the non-magnetic layer 41, for example, MgO, Al 2 O 3, SiO 2, TiO 2, AlN, Si 3 N 4, Cr 2 O 3 and the like preferably. A conductive material such as Cu, Ag, or Cr may be used.

非磁性層41の厚さは、0.5〜5nmであることが好ましく、1〜3nmであることがより好ましい。トンネル磁気抵抗効果を発現させる観点から、非磁性層41の厚さは5nm以下であることが好ましく、3nm以下であることがより好ましい。また、製造の容易性の観点からは、0.5nm以上であることが好ましく、1nm以上であることがより好ましい。   The thickness of the nonmagnetic layer 41 is preferably 0.5 to 5 nm, and more preferably 1 to 3 nm. From the viewpoint of developing the tunnel magnetoresistive effect, the thickness of the nonmagnetic layer 41 is preferably 5 nm or less, and more preferably 3 nm or less. Further, from the viewpoint of ease of production, the thickness is preferably 0.5 nm or more, and more preferably 1 nm or more.

(第2の強磁性導電層42)
第2の強磁性導電層42は、固定された磁化(図1中の矢印M)を有する強磁性導電層であり、第1の強磁性導電層11とともにトンネル又は巨大磁気抵抗素子の強磁性電極対を構成する。第2の強磁性導電層42は、該トンネル又は巨大磁気抵抗素子における固定磁性層として作用する。第2の強磁性導電層42が有する磁化は、第1の強磁性導電層11に記録される磁化の向きと平行または反平行な成分を有している。
(Second ferromagnetic conductive layer 42)
The second ferromagnetic conductive layer 42 is a ferromagnetic conductive layer having a fixed magnetization (arrow M 2 in FIG. 1), and the first ferromagnetic conductive layer 11 and the ferromagnetic of the tunnel or giant magnetoresistive element. An electrode pair is configured. The second ferromagnetic conductive layer 42 acts as a pinned magnetic layer in the tunnel or giant magnetoresistive element. The magnetization of the second ferromagnetic conductive layer 42 has a component parallel or antiparallel to the direction of magnetization recorded in the first ferromagnetic conductive layer 11.

第2の強磁性導電層42を構成する材料としては、磁気抵抗変化率を高める観点からスピン分極率Pの大きな材料が好ましい。また、磁化反転を防ぐ観点から、磁気異方性の高い材料が好ましい。このような観点から、第2の強磁性導電層42は、ルチル型導電性強磁性酸化物層、L1型強磁性合金層、およびL2型強磁性合金層からなる群から選ばれる1又は2以上の組み合わせであることが好ましく、より具体的には、組成式CrOで表されるルチル型導電性強磁性酸化物の層、下記組成式(6)で表されるL1型強磁性合金の層、及び下記組成式(7)で表されるL2型強磁性合金の層からなる群から選ばれる1又は2以上の組み合わせであることが好ましい。
XY (6)
(式(6)中、XはFe及びCoから選ばれる1種以上の元素であり;YはPt、Pd、及びNiから選ばれる1種以上の元素である。)
YZ (7)
(式(7)中、XはFe、Co、及びNiから選ばれる1種以上の元素であり;YはMn、Cr、V、及びTiから選ばれる1種以上の元素であり;ZはGe、Ga、Si、及びAlから選ばれる1種以上の元素である。)
これらの中でも、1層でスピン分極率と磁気異方性とを同時に大きくすることが可能である点で、組成式CrOで表されるルチル型導電性強磁性酸化物の層を第2の強磁性導電層42として特に好ましく採用できる。
As a material constituting the second ferromagnetic conductive layer 42, a material having a large spin polarizability P is preferable from the viewpoint of increasing the magnetoresistance change rate. From the viewpoint of preventing magnetization reversal, a material having high magnetic anisotropy is preferable. From this point of view, the second ferromagnetic conductive layer 42, the rutile type conductive ferromagnetic oxide layer, L1 0 type ferromagnetic alloy layer, and one or selected from the group consisting of L2 1 type ferromagnetic alloy layer preferably 2 or more combinations, and more specifically, a layer of rutile-type conductive ferromagnetic oxide represented by the composition formula CrO 2, L1 0 type ferromagnetic represented by the following formula (6) One or more combinations selected from the group consisting of an alloy layer and an L2 type 1 ferromagnetic alloy layer represented by the following composition formula (7) are preferable.
XY (6)
(In Formula (6), X is one or more elements selected from Fe and Co; Y is one or more elements selected from Pt, Pd, and Ni.)
X 2 YZ (7)
(In Formula (7), X is one or more elements selected from Fe, Co, and Ni; Y is one or more elements selected from Mn, Cr, V, and Ti; Z is Ge , One or more elements selected from Ga, Si, and Al.)
Among these, the rutile-type conductive ferromagnetic oxide layer represented by the composition formula CrO 2 is used as the second layer because the spin polarizability and the magnetic anisotropy can be simultaneously increased in one layer. The ferromagnetic conductive layer 42 can be particularly preferably employed.

第2の強磁性導電層42の厚さは特に制限されるものではないが、1〜200nmであることが好ましく、5〜50nmであることがより好ましい。   The thickness of the second ferromagnetic conductive layer 42 is not particularly limited, but is preferably 1 to 200 nm, and more preferably 5 to 50 nm.

(書き込み用電極21、22、ビット移動用電極31、32)
1対の書き込み用電極21、22及び1対のビット移動用電極31、32を構成する材料としては、電極材料として公知の導電性材料を特に制限なく用いることができる。ただし非磁性の導電性材料であることが好ましい。
(Writing electrodes 21 and 22, bit moving electrodes 31 and 32)
As a material constituting the pair of write electrodes 21 and 22 and the pair of bit moving electrodes 31 and 32, a known conductive material can be used as an electrode material without any particular limitation. However, a nonmagnetic conductive material is preferable.

(書き込み回路50)
書き込み回路50は、1対の書き込み用電極21、22に接続されており、1対の書き込み用電極21、22を介して強磁性強誘電層12に電場を印加する。強磁性強誘電層12には、印加された電場の方向に対応して定まる方向(図1においては電場と平行な方向)の磁化が生じる。強磁性強誘電層12に生じた磁化によって第1の強磁性導電層11に磁気情報が記録される。強磁性強誘電層12に生じる磁化の方向は強磁性強誘電層12に印加される電場の極性によって定まる。書き込み回路50は、所望の方向の磁化が第1の強磁性導電層11に記録されるように、1対の書き込み用電極21、22に印加する電位差の極性を制御する。
(Write circuit 50)
The write circuit 50 is connected to the pair of write electrodes 21 and 22 and applies an electric field to the ferromagnetic ferroelectric layer 12 through the pair of write electrodes 21 and 22. Magnetization occurs in the ferromagnetic ferroelectric layer 12 in a direction (corresponding to the electric field in FIG. 1) determined in accordance with the direction of the applied electric field. Magnetic information is recorded in the first ferromagnetic conductive layer 11 by the magnetization generated in the ferromagnetic ferroelectric layer 12. The direction of magnetization generated in the ferromagnetic ferroelectric layer 12 is determined by the polarity of the electric field applied to the ferromagnetic ferroelectric layer 12. The write circuit 50 controls the polarity of the potential difference applied to the pair of write electrodes 21 and 22 so that the magnetization in a desired direction is recorded in the first ferromagnetic conductive layer 11.

(ビット移動回路60)
ビット移動回路60は、1対のビット移動用電極31、32に接続されている。ビット移動回路60は、1対のビット移動用電極31、32を介して第1の強磁性導電層11に電流を流すことにより、スピン注入磁化反転によって第1の強磁性導電層11中の磁壁13、13、…を移動させる。ビット移動回路60が第1の強磁性導電層11に流す電流は、第1の強磁性導電層11中の電流密度が、第1の強磁性導電層11においてスピン注入磁化反転が起きる臨界電流密度を超えるように制御される。磁壁13、13…が移動する距離は、第1の強磁性導電層11中を流れた電荷の量に比例する。ビット移動回路60は、移動させるべきビット数に対応する距離を第1の強磁性導電層11中の磁壁13、13、…が移動するように、第1の強磁性導電層11に注入する電荷の量を制御する。
(Bit moving circuit 60)
The bit moving circuit 60 is connected to a pair of bit moving electrodes 31 and 32. The bit transfer circuit 60 causes a current to flow through the first ferromagnetic conductive layer 11 through the pair of bit transfer electrodes 31 and 32, thereby causing domain walls in the first ferromagnetic conductive layer 11 by spin injection magnetization reversal. 13, 13, ... are moved. The current that the bit transfer circuit 60 passes through the first ferromagnetic conductive layer 11 is such that the current density in the first ferromagnetic conductive layer 11 is the critical current density at which spin injection magnetization reversal occurs in the first ferromagnetic conductive layer 11. It is controlled to exceed. The distance traveled by the domain walls 13, 13... Is proportional to the amount of charge that has flowed through the first ferromagnetic conductive layer 11. The bit moving circuit 60 charges to be injected into the first ferromagnetic conductive layer 11 so that the domain walls 13, 13,... In the first ferromagnetic conductive layer 11 move by a distance corresponding to the number of bits to be moved. The amount of control.

(読み取り回路70)
読み取り回路70は、第1の強磁性導電層11と第2の強磁性導電層42との間の電気抵抗に応じた信号を得る回路である。読み取り回路70は、第2の強磁性導電層42と、第1の強磁性導電層11に接して配設された他の電極(ここでは書き込み用電極21)とに接続されている。トンネル又は巨大磁気抵抗効果により、第1の強磁性導電層11と第2の強磁性導電層42との間の電気抵抗は、第1の強磁性導電層11のうち第2の強磁性導電層42が非磁性層41を介して向かい合う磁区の磁化Mの向きと、第2の強磁性導電層42の磁化Mの向きとの関係に依存して変化する。すなわち、第1の強磁性導電層11と第2の強磁性導電層42との間の電気抵抗は、磁化Mと磁化Mとが平行であるときに最小となり、磁化Mが磁化Mと反平行であるときに最大となる。第2の強磁性導電層42の磁化Mは、第1の強磁性導電層11に記録される磁化と平行または反平行な成分を必ず有しているので、第1の強磁性導電層11と第2の強磁性導電層42との間の電気抵抗は、磁化Mの方向に依存して変化することになる。したがって第1の強磁性導電層11と第2の強磁性導電層42との間の電気抵抗に応じた信号を得ることにより、第1の強磁性導電層11のうち第2の強磁性導電層42が非磁性層41を挟んで向かい合う磁区に磁化Mとして記録された情報を読み出すことができる。読み取り回路70が第1の強磁性導電層11と第2の強磁性導電層42との間の電気抵抗に応じた信号を得るために第2の強磁性導電層42と他の電極(書き込み用電極21)との間に流す電流(センス電流)は、第1の強磁性導電層11中の電流密度が、第1の強磁性導電層11においてスピン注入磁化反転が起きる臨界電流密度未満となるように制御される。
(Reading circuit 70)
The reading circuit 70 is a circuit that obtains a signal corresponding to the electrical resistance between the first ferromagnetic conductive layer 11 and the second ferromagnetic conductive layer 42. The read circuit 70 is connected to the second ferromagnetic conductive layer 42 and another electrode (here, the writing electrode 21) disposed in contact with the first ferromagnetic conductive layer 11. Due to the tunnel or giant magnetoresistance effect, the electrical resistance between the first ferromagnetic conductive layer 11 and the second ferromagnetic conductive layer 42 is the second ferromagnetic conductive layer of the first ferromagnetic conductive layer 11. 42 changes depending on the relationship between the direction of the magnetization M r of the magnetic domain which face each other through the nonmagnetic layer 41, the magnetization M 2 of the orientation of the second ferromagnetic conductive layer 42. That is, a first ferromagnetic conductive layer 11 electrical resistance between the second ferromagnetic conductive layer 42 becomes minimal when the magnetization M r and magnetization M 2 are parallel, the magnetization, M r magnetization M Maximum when antiparallel to 2 . Since the magnetization M 2 of the second ferromagnetic conductive layer 42 necessarily has a component parallel or antiparallel to the magnetization recorded in the first ferromagnetic conductive layer 11, the first ferromagnetic conductive layer 11. When the electrical resistance between the second ferromagnetic conductive layer 42 will vary depending on the direction of magnetization M r. Therefore, by obtaining a signal corresponding to the electrical resistance between the first ferromagnetic conductive layer 11 and the second ferromagnetic conductive layer 42, the second ferromagnetic conductive layer of the first ferromagnetic conductive layer 11 is obtained. 42 can read the information recorded as the magnetization M r in domains facing across the non-magnetic layer 41. In order for the reading circuit 70 to obtain a signal corresponding to the electrical resistance between the first ferromagnetic conductive layer 11 and the second ferromagnetic conductive layer 42, the second ferromagnetic conductive layer 42 and other electrodes (for writing) The current (sense current) that flows between the electrode 21) and the current density in the first ferromagnetic conductive layer 11 is less than the critical current density at which spin injection magnetization reversal occurs in the first ferromagnetic conductive layer 11. To be controlled.

<電界記録型磁気メモリ(2)>
本発明に関する上記説明では、非磁性層41および第2の強磁性導電層42を有する形態の電界記録型磁気メモリ100を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。非磁性層および第2の強磁性導電層に加えて、第2の強磁性導電層の表面に配設された固定磁性導電層をさらに有する形態の電界記録型磁気メモリとすることも可能である。図2は、そのような他の一の実施形態に係る電界記録型磁気メモリ1100を模式的に説明する図であって、図1に対応する図である。図2において、図1に既に表れた要素と同一の要素には図1における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
<Electric field recording type magnetic memory (2)>
In the above description regarding the present invention, the electric field recording type magnetic memory 100 having the nonmagnetic layer 41 and the second ferromagnetic conductive layer 42 has been exemplified, but the present invention is not limited to this form. In addition to the nonmagnetic layer and the second ferromagnetic conductive layer, an electric field recording type magnetic memory having a fixed magnetic conductive layer disposed on the surface of the second ferromagnetic conductive layer may be provided. . FIG. 2 is a diagram schematically illustrating an electric field recording type magnetic memory 1100 according to another embodiment, and corresponds to FIG. 2, the same elements as those already shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 1, and the description thereof is omitted.

(固定磁性導電層43)
電界記録型磁気メモリ1100は、非磁性層41および第2の強磁性導電層42に加えて固定磁性導電層43をさらに有する点において、電界記録型磁気メモリ100と異なっている。固定磁性導電層43は、第2の強磁性導電層42の表面に配設されており、第2の強磁性導電層42を挟んで非磁性層41と向かい合っている。電界記録型磁気メモリ1100において、読み取り回路70は、固定磁性導電層43と、第1の強磁性導電層11に接して配設された他の電極(ここでは書き込み用電極21)とに接続されている。
(Pinned magnetic conductive layer 43)
The electric field recording type magnetic memory 1100 is different from the electric field recording type magnetic memory 100 in that it further includes a fixed magnetic conductive layer 43 in addition to the nonmagnetic layer 41 and the second ferromagnetic conductive layer 42. The pinned magnetic conductive layer 43 is disposed on the surface of the second ferromagnetic conductive layer 42 and faces the nonmagnetic layer 41 with the second ferromagnetic conductive layer 42 interposed therebetween. In the electric field recording magnetic memory 1100, the reading circuit 70 is connected to the fixed magnetic conductive layer 43 and another electrode (here, the writing electrode 21) disposed in contact with the first ferromagnetic conductive layer 11. ing.

固定磁性導電層43は、反強磁性導電層、もしくはL1型強磁性合金層、またはこれらの組み合わせであり、第2の強磁性導電層42と磁気的に結合している。固定磁性導電層43により第2の強磁性導電層42の見かけの磁気異方性が高められるので、第2の強磁性導電層42に磁気異方性の低い材料を採用した場合であっても、第2の強磁性導電層42の磁化反転を抑制することが容易になる。したがって固定磁性導電層43を有する形態の電界記録型磁気メモリ1100においては、第2の強磁性導電層42にスピン分極率は大であるが磁気異方性はあまり高くない材料、例えばL2型強磁性合金を好ましく用いることができる。 Fixed magnetic conductive layer 43, the antiferromagnetic conductive layer or L1 0 type ferromagnetic alloy layer, or a combination thereof, and a second ferromagnetic conductive layer 42 and magnetically coupled to. Since the apparent magnetic anisotropy of the second ferromagnetic conductive layer 42 is enhanced by the pinned magnetic conductive layer 43, even when a material having a low magnetic anisotropy is used for the second ferromagnetic conductive layer 42. It becomes easy to suppress the magnetization reversal of the second ferromagnetic conductive layer 42. Therefore, in the electric field recording type magnetic memory 1100 having the fixed magnetic conductive layer 43, the second ferromagnetic conductive layer 42 is a material having a large spin polarizability but not so high magnetic anisotropy, for example, L2 type 1. A ferromagnetic alloy can be preferably used.

固定磁性導電層43における反強磁性導電層には、公知の反強磁性合金を特に制限なく採用できる。固定磁性導電層43における好ましい反強磁性合金としては、例えば、Mn系合金(例えばMn−Pt合金、Mn−Ir合金、Mn−Ni合金等。)を挙げることができる。   As the antiferromagnetic conductive layer in the fixed magnetic conductive layer 43, a known antiferromagnetic alloy can be used without any particular limitation. As a preferable antiferromagnetic alloy in the fixed magnetic conductive layer 43, for example, a Mn-based alloy (for example, a Mn—Pt alloy, a Mn—Ir alloy, a Mn—Ni alloy, etc.) can be cited.

固定磁性導電層43におけるL1型強磁性合金層には、例えば上記組成式(6)で表されるL1型強磁性合金を好ましく用いることができ、より具体的には例えば、組成式FePt、FePd、CoPt、CoPd、又はFeNiで表されるL1型強磁性合金を好ましく用いることができる。 The L1 0 type ferromagnetic alloy layer in the fixed magnetic conductive layer 43, for example, the above composition formula can be preferably used an L1 0 type ferromagnetic alloy represented by (6), and more specifically, for example, a composition formula FePt can FePd, CoPt, CoPd, or are preferably used L1 0 type ferromagnetic alloy represented by FeNi.

固定磁性導電層43の厚さは特に制限されるものではないが、1〜200nmであることが好ましく、5〜50nmであることがより好ましい。第2の強磁性導電層の磁化反転を起こしにくくする観点からは、1nm以上であることが好ましく、5nm以上であることがより好ましい。   The thickness of the pinned magnetic conductive layer 43 is not particularly limited, but is preferably 1 to 200 nm, and more preferably 5 to 50 nm. From the viewpoint of making the magnetization inversion of the second ferromagnetic conductive layer difficult to occur, the thickness is preferably 1 nm or more, and more preferably 5 nm or more.

<電界記録型磁気メモリ(3)>
本発明に関する上記説明では、第1の強磁性導電層11の一方の面の全部に強磁性強誘電層12が積層された形態の電界記録型磁気メモリ100、1100を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第1の強磁性導電層の一方の面の一部のみに強磁性強誘電層が積層された形態の電界記録型磁気メモリとすることも可能である。また本発明に関する上記説明では、読み取り回路70が、第2の強磁性導電層42(又は固定磁性導電層43)と、書き込み用電極21とに接続されている形態の電界記録型磁気メモリ100、1100を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第1の強磁性導電層に接して配設された他の電極を別途有し、当該他の電極と第2の強磁性導電層(または固定磁性導電層)とに読み取り回路が接続されている形態の電界記録型磁気メモリとすることも可能である。図3は、そのような他の一の実施形態に係る電界記録型磁気メモリ2100を模式的に説明する図であって、図1に対応する図である。図3において、図1〜2に既に表れた要素と同一の要素には図1〜2における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
<Electric field recording type magnetic memory (3)>
In the above description of the present invention, the electric field recording type magnetic memories 100 and 1100 in which the ferromagnetic ferroelectric layer 12 is laminated on the entire one surface of the first ferromagnetic conductive layer 11 are exemplified. It is not limited to the said form. For example, an electric field recording type magnetic memory in which a ferromagnetic ferroelectric layer is laminated only on a part of one surface of the first ferromagnetic conductive layer may be used. In the above description of the present invention, the read circuit 70 is connected to the second ferromagnetic conductive layer 42 (or the fixed magnetic conductive layer 43) and the write electrode 21. Although 1100 is illustrated, the present invention is not limited to this form. For example, another electrode provided separately in contact with the first ferromagnetic conductive layer is separately provided, and a reading circuit is connected to the other electrode and the second ferromagnetic conductive layer (or the fixed magnetic conductive layer). The electric field recording type magnetic memory can be also used. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an electric field recording type magnetic memory 2100 according to another embodiment, and corresponds to FIG. In FIG. 3, the same elements as those already shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS.

(記録媒体2010:強磁性強誘電層12’)
電界記録型磁気メモリ2100は、記録媒体10に代えて記録媒体2010を有している。記録媒体2010は、第1の強磁性導電層11の一方の面の全部に積層された強磁性強誘電層12に代えて、第1の強磁性導電層11の一方の面の一部のみに積層された強磁性強誘電層12’を有する点において、記録媒体10と異なっている。強磁性強誘電層12’を構成する材料は、強磁性強誘電層12と同様である。電界記録型磁気メモリ2100において、1対の書き込み用電極21、22は、強磁性強誘電層12’および第1の強磁性導電層11を、その積層方向(図3における紙面上下方向)に挟むように配置されている。
(Recording medium 2010: ferromagnetic ferroelectric layer 12 ′)
The electric field recording type magnetic memory 2100 has a recording medium 2010 instead of the recording medium 10. The recording medium 2010 is formed only on a part of one surface of the first ferromagnetic conductive layer 11 instead of the ferromagnetic ferroelectric layer 12 stacked on the entire one surface of the first ferromagnetic conductive layer 11. It differs from the recording medium 10 in that it has a laminated ferromagnetic ferroelectric layer 12 ′. The material constituting the ferromagnetic ferroelectric layer 12 ′ is the same as that of the ferromagnetic ferroelectric layer 12. In the electric field recording type magnetic memory 2100, the pair of write electrodes 21 and 22 sandwich the ferromagnetic ferroelectric layer 12 ′ and the first ferromagnetic conductive layer 11 in the stacking direction (up and down direction in FIG. 3). Are arranged as follows.

(読み取り用カウンター電極45)
電界記録型磁気メモリ2100において、読み取り回路70は、第2の強磁性導電層42と、読み取り用カウンター電極45とに接続されている。読み取り用カウンター電極45は、第1の強磁性導電層11に接して配設されており、非磁性層41及び第1の強磁性導電層11を挟んで第2の強磁性導電層42と向かい合っている。読み取り用カウンター電極45を構成する材料としては、電極材料として公知の導電性材料を特に制限なく用いることができる。ただし非磁性の導電性材料であることが好ましい。
(Counter electrode 45 for reading)
In the electric field recording magnetic memory 2100, the reading circuit 70 is connected to the second ferromagnetic conductive layer 42 and the reading counter electrode 45. The reading counter electrode 45 is disposed in contact with the first ferromagnetic conductive layer 11 and faces the second ferromagnetic conductive layer 42 across the nonmagnetic layer 41 and the first ferromagnetic conductive layer 11. ing. As a material constituting the counter electrode 45 for reading, a known conductive material can be used as an electrode material without any particular limitation. However, a nonmagnetic conductive material is preferable.

本発明に関する上記説明では、第1の強磁性導電層11の一方の面の一部のみに積層された強磁性強誘電層12’と、非磁性層41及び第1の強磁性導電層11を挟んで第2の強磁性導電層42と向かい合うように第1の強磁性導電層11に接して配設された読み取り用カウンター電極45とを有し、読み取り回路70が、第2の強磁性導電層42と読み取り用カウンター電極45とに接続されている形態の電界記録型磁気メモリ2100を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第1の強磁性導電層の一方の面の一部のみに積層された強磁性強誘電層を有し、読み取り回路と書き込み回路および/またはビット移動回路とが一の電極(例えば、第1の強磁性導電層に接して配設された書き込み用電極。)を共有している形態の電界記録型磁気メモリとすることも可能である。   In the above description of the present invention, the ferromagnetic ferroelectric layer 12 ′ laminated only on a part of one surface of the first ferromagnetic conductive layer 11, the nonmagnetic layer 41 and the first ferromagnetic conductive layer 11 are formed. A reading counter electrode 45 disposed in contact with the first ferromagnetic conductive layer 11 so as to face the second ferromagnetic conductive layer 42, and the reading circuit 70 has a second ferromagnetic conductive layer. The electric field recording type magnetic memory 2100 connected to the layer 42 and the reading counter electrode 45 is exemplified, but the present invention is not limited to this form. For example, the first ferromagnetic conductive layer includes a ferromagnetic ferroelectric layer that is stacked only on a part of one surface, and the reading circuit, the writing circuit, and / or the bit moving circuit have one electrode (for example, the first ferromagnetic conductive layer). It is also possible to provide an electric field recording type magnetic memory that shares a writing electrode disposed in contact with one ferromagnetic conductive layer.

<電界記録型磁気メモリ(4)>
本発明に関する上記説明では、書き込み回路50が第1の強磁性導電層11に書き込むべき磁化が、書き込みが行われる領域に既に存在する磁化と逆向きである場合に、電場によって強磁性強誘電層12に誘起される磁化のみによって第1の強磁性導電層11の磁化を反転させる形態の電界記録型磁気メモリ100、1100、2100を例示したが、磁化の書き込みに電流磁界を用いない限り、本発明は当該形態に限定されない。例えば、書き込み回路が第1の強磁性導電層に磁気情報を記録する際に、第1の強磁性導電層の該磁気情報の書き込みが行われる領域を加熱する、熱アシスト手段をさらに有する形態の電界記録型磁気メモリとすることも可能である。図4は、そのような他の一の実施形態に係る電界記録型磁気メモリ3100を模式的に説明する図であって、図1に対応する図である。図4において、図1〜3に既に表れた要素と同一の要素には図1〜3における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
<Electric field recording type magnetic memory (4)>
In the above description of the present invention, when the magnetization to be written to the first ferromagnetic conductive layer 11 by the write circuit 50 is opposite to the magnetization already present in the area where writing is performed, the ferromagnetic ferroelectric layer is applied by the electric field. Although the electric field recording type magnetic memories 100, 1100, and 2100 in which the magnetization of the first ferromagnetic conductive layer 11 is reversed only by the magnetization induced by the magnetic field 12 are illustrated, the current recording magnetic memories 100, 1100, and 2100 are used as long as a current magnetic field is not used for writing magnetization. The invention is not limited to this form. For example, when the writing circuit records the magnetic information on the first ferromagnetic conductive layer, it further includes a heat assist means for heating a region of the first ferromagnetic conductive layer where the magnetic information is written. An electric field recording type magnetic memory can also be used. FIG. 4 is a diagram schematically illustrating an electric field recording type magnetic memory 3100 according to another embodiment, and corresponds to FIG. In FIG. 4, the same elements as those already shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS.

(熱アシスト手段81)
電界記録型磁気メモリ3100は、熱アシスト手段81をさらに有し、且つ、書き込み用電極21に代えて書き込み用電極21’を有する点において、電界記録型磁気メモリ100と異なっている。熱アシスト手段81は書き込み回路50に接続されており、書き込み動作に同期してレーザーを第1の強磁性導電層11の書き込みが行われる領域に照射することにより、当該領域を加熱する。書き込み用電極21’は、熱アシスト手段81から照射されるレーザーを第1の強磁性導電層11の表面に通すための貫通孔21’aが設けられている点において、書き込み用電極21と異なっている。
(Thermal assist means 81)
The electric field recording type magnetic memory 3100 is different from the electric field recording type magnetic memory 100 in that the electric field recording type magnetic memory 3100 further includes a heat assist means 81 and has a writing electrode 21 ′ instead of the writing electrode 21. The heat assisting means 81 is connected to the writing circuit 50, and heats the region by irradiating the region where the writing of the first ferromagnetic conductive layer 11 is performed in synchronization with the writing operation. The writing electrode 21 ′ is different from the writing electrode 21 in that a through hole 21 ′ for passing the laser irradiated from the heat assist means 81 through the surface of the first ferromagnetic conductive layer 11 is provided. ing.

図6は、第1の強磁性導電層11および強磁性強誘電層12における、飽和磁化Mと温度Tとの関係の一例を示すグラフである。図6のグラフにおいて、MS,11(T)は第1の強磁性導電層11の飽和磁化を表し、MS,12(T)は強磁性強誘電層12の飽和磁化を表す。なお保磁力Hと温度Tとの関係も、図6のグラフに示した飽和磁化Mと温度Tとの関係と同様の傾向を示す。初期温度Tにおいては、MS,11(T)>MS,12(T)である。熱アシスト手段81から第1の強磁性導電層11にレーザーが照射されると、第1の強磁性導電層11の温度はT(>T)に上昇し、強磁性強誘電層12の温度は第1の強磁性導電層11からの熱移動によりT2(>T)に上昇する。第1の強磁性導電層11および強磁性強誘電層12のいずれにおいても、飽和磁化および保磁力は温度の上昇に伴って低下する。しかし強磁性強誘電層12の熱伝導率は第1の強磁性導電層11の熱伝導率より低いので、強磁性強誘電層12における温度上昇T−Tは第1の強磁性導電層11における温度上昇T−Tに対して十分に小さい。その結果、MS,11(T)<MS,12(T)となり、第1の強磁性導電層11の飽和磁化と強磁性強誘電層12の飽和磁化との大小関係が逆転する。このように第1の強磁性導電層11の飽和磁化が強磁性強誘電層12の飽和磁化よりも小さくなったときに、書き込み回路50が1対の書き込み用電極21’、22を介して強磁性強誘電層12に電場を印加すると、強磁性強誘電層12に誘起される磁化によって第1の強磁性導電層11の磁化が容易に反転する。第1の強磁性導電層11の磁化を反転させた後、熱アシスト手段81からのレーザーの照射を止めると、第1の強磁性導電層11および強磁性強誘電層12の温度は再び初期温度Tまで低下し、第1の強磁性導電層11および強磁性強誘電層12の飽和磁化もそれぞれMS,11(T)及びMS,12(T)に復帰する。 FIG. 6 is a graph showing an example of the relationship between the saturation magnetization M s and the temperature T in the first ferromagnetic conductive layer 11 and the ferromagnetic ferroelectric layer 12. In the graph of FIG. 6, M S, 11 (T) represents the saturation magnetization of the first ferromagnetic conductive layer 11, and M S, 12 (T) represents the saturation magnetization of the ferromagnetic ferroelectric layer 12. Note the relationship between the coercive force H C and the temperature T also shows the same tendency as the relationship between the saturation magnetization M s and the temperature T shown in the graph of FIG. At the initial temperature T 0 , M S, 11 (T 0 )> M S, 12 (T 0 ). When the first ferromagnetic conductive layer 11 is irradiated with laser from the heat assist means 81, the temperature of the first ferromagnetic conductive layer 11 rises to T 1 (> T 0 ), and the ferromagnetic ferroelectric layer 12 The temperature rises to T2 (> T 0 ) due to heat transfer from the first ferromagnetic conductive layer 11. In any of the first ferromagnetic conductive layer 11 and the ferromagnetic ferroelectric layer 12, the saturation magnetization and the coercive force decrease as the temperature increases. However, since the thermal conductivity of the ferromagnetic ferroelectric layer 12 is lower than the thermal conductivity of the first ferromagnetic conductive layer 11, the temperature rise T 2 -T 0 in the ferromagnetic ferroelectric layer 12 is the first ferromagnetic conductive layer. 11 is sufficiently small with respect to the temperature rise T 1 -T 0 . As a result, M S, 11 (T 1 ) <M S, 12 (T 2 ), and the magnitude relationship between the saturation magnetization of the first ferromagnetic conductive layer 11 and the saturation magnetization of the ferromagnetic ferroelectric layer 12 is reversed. . As described above, when the saturation magnetization of the first ferromagnetic conductive layer 11 becomes smaller than the saturation magnetization of the ferromagnetic ferroelectric layer 12, the writing circuit 50 is strong via the pair of writing electrodes 21 'and 22. When an electric field is applied to the magnetic ferroelectric layer 12, the magnetization of the first ferromagnetic conductive layer 11 is easily reversed by the magnetization induced in the ferromagnetic ferroelectric layer 12. After the magnetization of the first ferromagnetic conductive layer 11 is reversed, when the laser irradiation from the heat assist means 81 is stopped, the temperatures of the first ferromagnetic conductive layer 11 and the ferromagnetic ferroelectric layer 12 are again changed to the initial temperatures. It drops to T 0, return to the saturation magnetization of the first ferromagnetic conductive layer 11 and the ferromagnetic and ferroelectric layer 12 also each M S, 11 (T 0) and M S, 12 (T 0) .

このように、熱アシスト手段81を有する電界記録型磁気メモリ3100によれば、電場によって強磁性強誘電層12に誘起される磁化のみによっては第1の強磁性導電層11の磁化を反転させることが困難であるほど第1の強磁性導電層11の保磁力が高い場合であっても、電流磁界を用いることなく第1の強磁性導電層11の磁化を反転させることが可能である。   As described above, according to the electric field recording magnetic memory 3100 having the thermal assist means 81, the magnetization of the first ferromagnetic conductive layer 11 is reversed only by the magnetization induced in the ferromagnetic ferroelectric layer 12 by the electric field. Even if the coercive force of the first ferromagnetic conductive layer 11 is so high that the magnetic field is difficult, it is possible to reverse the magnetization of the first ferromagnetic conductive layer 11 without using a current magnetic field.

<電界記録型磁気メモリ(5)>
本発明に関する上記説明では、熱アシスト手段81が記録媒体10の第1の強磁性導電層11の側から第1の強磁性導電層11にレーザーを照射する形態の電界記録型磁気メモリ3100を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、熱アシスト手段81が記録媒体10の強磁性強誘電層12の側から第1の強磁性導電層11にレーザーを照射する形態の電界記録型磁気メモリとすることも可能である。図5は、そのような他の一の実施形態に係る電界記録型磁気メモリ4100を模式的に説明する図であって、図4に対応する図である。図5において、図1〜4に既に表れた要素と同一の要素には図1〜4における符号と同一の符号を付し、説明を省略する。
<Electric field recording type magnetic memory (5)>
In the above description regarding the present invention, the electric field recording type magnetic memory 3100 in which the heat assist means 81 irradiates the first ferromagnetic conductive layer 11 with laser from the first ferromagnetic conductive layer 11 side of the recording medium 10 is exemplified. However, the present invention is not limited to this form. For example, an electric field recording type magnetic memory in which the heat assist means 81 irradiates the first ferromagnetic conductive layer 11 with laser from the ferromagnetic ferroelectric layer 12 side of the recording medium 10 can be used. FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an electric field recording type magnetic memory 4100 according to another embodiment, and corresponds to FIG. In FIG. 5, the same elements as those already shown in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS.

電界記録型磁気メモリ4100は、書き込み用電極21’に代えて書き込み用電極21を有し、書き込み用電極22に代えて書き込み用電極22’を有し、熱アシスト手段81が記録媒体10の強磁性強誘電層12の側からレーザーを照射するように設けられている点において、電界記録型磁気メモリ3100と異なっている。書き込み用電極22’は、熱アシスト手段81から照射されるレーザーを強磁性強誘電層12の表面に通すための貫通孔22’aが設けられている点において、書き込み用電極22と異なっている。   The electric field recording type magnetic memory 4100 has a writing electrode 21 in place of the writing electrode 21 ′, has a writing electrode 22 ′ in place of the writing electrode 22, and the heat assist means 81 has a strength of the recording medium 10. It differs from the electric field recording magnetic memory 3100 in that it is provided so as to irradiate a laser from the magnetic ferroelectric layer 12 side. The writing electrode 22 ′ is different from the writing electrode 22 in that a through hole 22 ′ for passing the laser irradiated from the heat assist means 81 through the surface of the ferromagnetic ferroelectric layer 12 is provided. .

電界記録型磁気メモリ4100において、強磁性強誘電層12には、熱アシスト手段81から照射されるレーザーを透過する強磁性強誘電性材料が用いられている。熱アシスト手段81から照射されたレーザーは、書き込み用電極22’に設けられた貫通孔22’aを通って強磁性強誘電層12に入射した後、強磁性強誘電層12を透過して第1の強磁性導電層11に入射する。このとき、レーザーのエネルギーのほとんどは第1の強磁性導電層11において熱に変換される。そして強磁性強誘電層12の熱伝導率は第1の強磁性導電層11の熱伝導率より低いので、レーザー照射時の強磁性強誘電層12の温度上昇は第1の強磁性導電層11の温度上昇に対して十分に低く抑えられる。したがって、このような電界記録型磁気メモリ4100によっても、上記説明した電界記録型磁気メモリ3100と同様に、電場によって強磁性強誘電層12に誘起される磁化のみによっては第1の強磁性導電層11の磁化を反転させることが困難であるほど第1の強磁性導電層11の保磁力が高い場合であっても、電流磁界を用いることなく第1の強磁性導電層11の磁化を反転させることが可能である。   In the electric field recording magnetic memory 4100, the ferromagnetic ferroelectric layer 12 is made of a ferromagnetic ferroelectric material that transmits a laser emitted from the thermal assist means 81. The laser irradiated from the heat assist means 81 enters the ferromagnetic ferroelectric layer 12 through the through-hole 22′a provided in the writing electrode 22 ′, and then passes through the ferromagnetic ferroelectric layer 12 and passes through the ferromagnetic ferroelectric layer 12. 1 is incident on one ferromagnetic conductive layer 11. At this time, most of the energy of the laser is converted into heat in the first ferromagnetic conductive layer 11. Since the thermal conductivity of the ferromagnetic ferroelectric layer 12 is lower than the thermal conductivity of the first ferromagnetic conductive layer 11, the temperature rise of the ferromagnetic ferroelectric layer 12 during the laser irradiation increases the first ferromagnetic conductive layer 11. It can be kept low enough against the temperature rise. Therefore, even with such an electric field recording type magnetic memory 4100, the first ferromagnetic conductive layer depends only on the magnetization induced in the ferromagnetic ferroelectric layer 12 by the electric field, as in the electric field recording type magnetic memory 3100 described above. Even if the coercive force of the first ferromagnetic conductive layer 11 is so high that it is difficult to reverse the magnetization of the first ferromagnetic conductive layer 11, the magnetization of the first ferromagnetic conductive layer 11 is reversed without using a current magnetic field. It is possible.

本発明に関する上記説明では、レーザー照射によって第1の強磁性導電層11を加熱する熱アシスト手段81を有する形態の電界記録型磁気メモリ3100、4100を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、マイクロ波照射や表面プラズモン共鳴等の他の加熱手段によって第1の強磁性導電層を加熱する熱アシスト手段を有する形態の電界記録型磁気メモリとすることも可能である。   In the above description of the present invention, the electric field recording type magnetic memories 3100 and 4100 having the heat assist means 81 for heating the first ferromagnetic conductive layer 11 by laser irradiation are exemplified, but the present invention is not limited to this form. . For example, an electric field recording type magnetic memory having a heat assisting means for heating the first ferromagnetic conductive layer by other heating means such as microwave irradiation or surface plasmon resonance may be used.

本発明に関する上記説明では、強磁性強誘電層12に分極Pと同一方向の磁化Mが誘起される形態の電界記録型磁気メモリ100、1100、2100、3100、4100を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明の電界記録型磁気メモリにおいては、例えば、分極と逆方向の磁化が誘起される強磁性強誘電材料を強磁性強誘電層に採用してもよい。また例えば、分極に対して傾いた方向の磁化が誘起される強磁性強誘電材料を強磁性強誘電層に採用してもよい。 In the above description of the present invention has been described by way of the field recording magnetic memory 100,1100,2100,3100,4100 form polarization P 0 in the same direction of magnetization M 0 is induced in the ferromagnetic and ferroelectric layer 12, the The invention is not limited to this form. In the electric field recording magnetic memory of the present invention, for example, a ferromagnetic ferroelectric material in which magnetization in the direction opposite to the polarization is induced may be employed for the ferromagnetic ferroelectric layer. Further, for example, a ferromagnetic ferroelectric material in which magnetization in a direction inclined with respect to polarization is induced may be employed for the ferromagnetic ferroelectric layer.

本発明に関する上記説明では、第1の強磁性導電層11が垂直磁気異方性を有しており、磁気情報が第1の強磁性導電層11の面に垂直な方向の磁化、すなわち図1の紙面上下方向の磁化として記録される形態の電界記録型磁気メモリ100を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、第1の強磁性導電層が面内磁気異方性を有し、磁気情報が第1の強磁性導電層の面内方向の磁化として記録される形態の電界記録型磁気メモリとすることも可能である。   In the above description of the present invention, the first ferromagnetic conductive layer 11 has perpendicular magnetic anisotropy, and the magnetic information is magnetized in the direction perpendicular to the surface of the first ferromagnetic conductive layer 11, that is, FIG. However, the present invention is not limited to this mode. For example, an electric field recording type magnetic memory in which the first ferromagnetic conductive layer has in-plane magnetic anisotropy and magnetic information is recorded as magnetization in the in-plane direction of the first ferromagnetic conductive layer. Is also possible.

本発明に関する上記説明では、1対の書き込み用電極21、22が、強磁性強誘電層12および第1の強磁性導電層11を、強磁性強誘電層12および第1の強磁性導電層11の積層方向に挟むように配置される形態の電界記録型磁気メモリ100を例示したが、本発明は当該形態に限定されない。本発明の電界記録型磁気メモリにおいて、1対の書き込み用電極は、例えば、強磁性強誘電層を、強磁性強誘電層および第1の強磁性導電層の積層方向に対して交差する方向に挟むように配置されていてもよい。また例えば、1対の書き込み用電極は、強磁性強誘電層に面内方向の電場を印加するように、記録媒体の長手方向に離隔して、強磁性強誘電層に接して配設されていてもよい。   In the above description of the present invention, the pair of write electrodes 21 and 22 includes the ferromagnetic ferroelectric layer 12 and the first ferromagnetic conductive layer 11, and the ferromagnetic ferroelectric layer 12 and the first ferromagnetic conductive layer 11. Although the electric field recording type magnetic memory 100 is arranged so as to be sandwiched in the stacking direction, the present invention is not limited to this form. In the electric field recording type magnetic memory according to the present invention, the pair of write electrodes includes, for example, a ferromagnetic ferroelectric layer in a direction crossing the lamination direction of the ferromagnetic ferroelectric layer and the first ferromagnetic conductive layer. You may arrange | position so that it may pinch | interpose. Further, for example, the pair of write electrodes are arranged in contact with the ferromagnetic ferroelectric layer so as to be separated from each other in the longitudinal direction of the recording medium so as to apply an in-plane electric field to the ferromagnetic ferroelectric layer. May be.

本発明に関する上記説明では、書き込み回路50と、ビット移動回路60と、読み取り回路70とが、どの電極も共有していない形態の電界記録型磁気メモリ2100、並びに、書き込み回路50と読み取り回路70とが一つの電極を共有している(すなわち、読み取り回路70が、第2の強磁性導電層42(又は固定磁性導電層43)と、第1の強磁性導電層に接して配設された書き込み用電極21とに接続されている)形態の電界記録型磁気メモリ100、1100、3100、及び4100を例示したが、本発明はこれらの形態に限定されない。例えば、書き込み回路とビット移動回路とが一つの電極を共有している形態(すなわち、一対のビット移動用電極のうち一方の電極と、一対の書き込み用電極のうち一方の電極とが共通である形態)の電界記録型磁気メモリや、ビット移動回路と読み取り回路とが一つの電極を共有している形態(すなわち、読み取り回路が、第2の強磁性導電層(または固定磁性導電層)と、第1の強磁性導電層に接して配設されたビット移動用電極とに接続されている形態)の電界記録型磁気メモリ、あるいは、書き込み回路とビット移動回路と読み取り回路とが一つの電極を共有している形態(すなわち、読み取り回路が、第2の強磁性導電層(又は固定磁性導電層)と、第1の強磁性導電層に接して配設された書き込み用電極とに接続されており、且つ、一対のビット移動用電極のうち一方の電極が一対の書き込み用電極の一方と共通である形態)の電界記録型磁気メモリとすることも可能である。   In the above description regarding the present invention, the writing circuit 50, the bit moving circuit 60, and the reading circuit 70 do not share any electrodes, and the electric field recording type magnetic memory 2100, and the writing circuit 50 and the reading circuit 70. Share a single electrode (that is, the read circuit 70 is disposed in contact with the second ferromagnetic conductive layer 42 (or the pinned magnetic conductive layer 43) and the first ferromagnetic conductive layer. The electric field recording type magnetic memories 100, 1100, 3100, and 4100, which are connected to the electrode 21, are illustrated, but the present invention is not limited to these forms. For example, the writing circuit and the bit moving circuit share one electrode (that is, one electrode of the pair of bit moving electrodes and one electrode of the pair of writing electrodes are common) And a mode in which the bit movement circuit and the reading circuit share one electrode (that is, the reading circuit has a second ferromagnetic conductive layer (or a fixed magnetic conductive layer), and An electric field recording type magnetic memory or a writing circuit, a bit moving circuit, and a reading circuit, which are connected to a bit moving electrode disposed in contact with the first ferromagnetic conductive layer. A shared configuration (that is, the reading circuit is connected to the second ferromagnetic conductive layer (or pinned magnetic conductive layer) and the writing electrode disposed in contact with the first ferromagnetic conductive layer. And It is also possible that one electrode of the pair of bit moving electrode is a field recording magnetic memory of one that is common form with) a pair of write electrodes.

100、1100、2100、3100、4100 電界記録型磁気メモリ
10、2010 記録媒体
11 第1の強磁性導電層
12 強磁性強誘電層
13 磁壁
21、22、21’、22’ 書き込み用電極
21’a、22’a 貫通孔
31、32 ビット移動用電極
41 非磁性層
42 第2の強磁性導電層
43 固定磁性導電層
45 読み取り用カウンター電極
50 書き込み回路
60 ビット移動回路
70 読み取り回路
100, 1100, 2100, 3100, 4100 Electric field recording type magnetic memory 10, 2010 Recording medium 11 First ferromagnetic conductive layer 12 Ferromagnetic ferroelectric layer 13 Domain walls 21, 22, 21 ′, 22 ′ Writing electrode 21′a 22'a Through-hole 31, 32 Bit moving electrode 41 Nonmagnetic layer 42 Second ferromagnetic conductive layer 43 Fixed magnetic conductive layer 45 Reading counter electrode 50 Writing circuit 60 Bit moving circuit 70 Reading circuit

Claims (10)

1次元的に延在する第1の強磁性導電層、および、該第1の強磁性導電層の一方の面の少なくとも一部に積層された強磁性強誘電層を含む、記録媒体と、
前記強磁性強誘電層に電場を印加する、1対の書き込み用電極と、
前記記録媒体の長手方向に離隔して、前記第1の強磁性導電層に接して配設された、1対のビット移動用電極と、
前記第1の強磁性導電層の表面の一部に隣接して配設された非磁性層と、
該非磁性層の表面に配設され、該非磁性層を挟んで前記第1の強磁性導電層と向かい合う、第2の強磁性導電層と、
前記1対の書き込み用電極を介して前記強磁性強誘電層に電場を印加することにより、該電場の方向に対応して定まる方向の磁化を前記強磁性強誘電層に生じさせ、該強磁性強誘電層に生じた磁化によって前記第1の強磁性導電層に磁気情報を記録する、書き込み回路と、
前記1対のビット移動用電極を介して前記第1の強磁性導電層に電流を流すことにより、該第1の強磁性導電層中の磁壁を移動させる、ビット移動回路と、
前記第1の強磁性導電層と前記第2の強磁性導電層との間の電気抵抗に応じた信号を得る、読み取り回路と
を有することを特徴とする、電界記録型磁気メモリ。
A recording medium comprising a first ferromagnetic conductive layer extending one-dimensionally, and a ferromagnetic ferroelectric layer stacked on at least a part of one surface of the first ferromagnetic conductive layer;
A pair of write electrodes for applying an electric field to the ferromagnetic ferroelectric layer;
A pair of bit moving electrodes disposed in contact with the first ferromagnetic conductive layer and spaced apart in the longitudinal direction of the recording medium;
A nonmagnetic layer disposed adjacent to a portion of the surface of the first ferromagnetic conductive layer;
A second ferromagnetic conductive layer disposed on the surface of the nonmagnetic layer and facing the first ferromagnetic conductive layer across the nonmagnetic layer;
By applying an electric field to the ferromagnetic ferroelectric layer through the pair of write electrodes, magnetization in a direction determined corresponding to the direction of the electric field is generated in the ferromagnetic ferroelectric layer, and the ferromagnetic A writing circuit for recording magnetic information in the first ferromagnetic conductive layer by magnetization generated in the ferroelectric layer;
A bit moving circuit that moves a domain wall in the first ferromagnetic conductive layer by passing a current through the first ferromagnetic conductive layer through the pair of bit moving electrodes;
An electric field recording type magnetic memory comprising: a reading circuit that obtains a signal corresponding to an electric resistance between the first ferromagnetic conductive layer and the second ferromagnetic conductive layer.
前記第1の強磁性導電層が、L2型強磁性合金層、L1型強磁性合金層、およびD0型強磁性合金層からなる群から選ばれる1又は2以上の組み合わせである、請求項1に記載の電界記録型磁気メモリ。 The first ferromagnetic conductive layer is one or a combination of two or more selected from the group consisting of an L2 1 type ferromagnetic alloy layer, an L1 0 type ferromagnetic alloy layer, and a D0 3 type ferromagnetic alloy layer. Item 2. The electric field recording magnetic memory according to Item 1. 前記非磁性層が絶縁層である、請求項1又は2に記載の電界記録型磁気メモリ。   The electric field recording magnetic memory according to claim 1, wherein the nonmagnetic layer is an insulating layer. 前記第2の強磁性導電層が、ルチル型導電性強磁性酸化物層、L1型強磁性合金層、およびL2型強磁性合金層からなる群から選ばれる1又は2以上の組み合わせである、請求項1〜3のいずれかに記載の電界記録型磁気メモリ。 It said second ferromagnetic conductive layer, rutile-type conductive ferromagnetic oxide layer, is 1 or 2 or more combinations selected from the group consisting of L1 0 type ferromagnetic alloy layer, and L2 1 type ferromagnetic alloy layer The electric field recording type magnetic memory according to claim 1. 前記第2の強磁性導電層の表面に、固定磁性導電層が配設されており、
前記第2の強磁性導電層は、前記固定磁性導電層と前記非磁性層との間に挟まれており、
前記固定磁性導電層は、反強磁性導電層、もしくはL1型強磁性合金層、またはこれらの組み合わせである、
請求項1〜4のいずれかに記載の電界記録型磁気メモリ。
A pinned magnetic conductive layer is disposed on the surface of the second ferromagnetic conductive layer,
The second ferromagnetic conductive layer is sandwiched between the pinned magnetic conductive layer and the nonmagnetic layer,
The fixed magnetic conductive layer, the antiferromagnetic conductive layer or L1 0 type ferromagnetic alloy layer, or a combination thereof,
The electric field recording type magnetic memory according to claim 1.
前記書き込み回路が前記第1の強磁性導電層に磁気情報を記録する際に、前記第1の強磁性導電層の該磁気情報の書き込みが行われる領域を加熱する、熱アシスト手段をさらに有する、
請求項1〜5のいずれかに記載の電界記録型磁気メモリ。
When the write circuit records magnetic information on the first ferromagnetic conductive layer, the write circuit further includes a heat assist means for heating a region where the magnetic information is written in the first ferromagnetic conductive layer.
The electric field recording type magnetic memory according to claim 1.
前記1対の書き込み用電極が、前記強磁性強誘電層および前記第1の強磁性導電層を、前記強磁性強誘電層および前記第1の強磁性導電層の積層方向に挟むように配置されている、請求項1〜6のいずれかに記載の電界記録型磁気メモリ。   The pair of write electrodes are arranged so as to sandwich the ferromagnetic ferroelectric layer and the first ferromagnetic conductive layer in the stacking direction of the ferromagnetic ferroelectric layer and the first ferromagnetic conductive layer. The electric field recording type magnetic memory according to claim 1. 前記第1の強磁性導電層が、下記組成式(1)で表されるL2型強磁性合金の層、下記組成式(2)で表されるL1型強磁性合金の層、および、下記組成式(3)で表されるD0型強磁性合金の層からなる群から選ばれる1又は2以上の組み合わせである、請求項1〜7のいずれかに記載の電界記録型磁気メモリ。
YZ (1)
(式(1)中、XはFe、Co、及びNiから選ばれる1種以上の元素であり;YはMn、Cr、V、及びTiから選ばれる1種以上の元素であり;ZはGe、Ga、Si、及びAlから選ばれる1種以上の元素である。)
Mn50GeGaAl50−x−y (2)
(式(2)中、xは0〜50の実数であり;yは0〜50の実数であり;x及びyはx+y≦50を満たす。)
Y (3)
(式(3)中、XはMn及びVから選ばれる1種以上の元素であり;YはGe、Ga、Si、及びAlから選ばれる1種以上の元素である。)
Said first ferromagnetic conducting layer, a layer of L2 1 type ferromagnetic alloy represented by the following composition formula (1), a layer of L1 0 type ferromagnetic alloy represented by the following formula (2) and, The electric field recording type magnetic memory according to any one of claims 1 to 7, which is one or a combination of two or more selected from the group consisting of layers of a D0 type 3 ferromagnetic alloy represented by the following composition formula (3).
X 2 YZ (1)
(In formula (1), X is one or more elements selected from Fe, Co, and Ni; Y is one or more elements selected from Mn, Cr, V, and Ti; Z is Ge , One or more elements selected from Ga, Si, and Al.)
Mn 50 Ge x Ga y Al 50-xy (2)
(In formula (2), x is a real number from 0 to 50; y is a real number from 0 to 50; x and y satisfy x + y ≦ 50.)
X 3 Y (3)
(In formula (3), X is one or more elements selected from Mn and V; Y is one or more elements selected from Ge, Ga, Si, and Al.)
前記強磁性強誘電層が、下記組成式(5)で表される強磁性強誘電材料を含む、請求項1〜8のいずれかに記載の電界記録型磁気メモリ。
(Bi1−a)(Fe1−b)O (5)
(式(5)中、XはBa及びLaから選ばれる1種以上の元素であり;MはMn及びTiから選ばれる1種以上の元素であり;a及びbは、0≦a≦0.8、且つ0≦b≦0.5を満たす実数である。)
The electric field recording magnetic memory according to claim 1, wherein the ferromagnetic ferroelectric layer includes a ferromagnetic ferroelectric material represented by the following composition formula (5).
(Bi 1-a X a) (Fe 1-b M b) O 3 (5)
(In Formula (5), X is one or more elements selected from Ba and La; M is one or more elements selected from Mn and Ti; a and b are 0 ≦ a ≦ 0. 8 and a real number satisfying 0 ≦ b ≦ 0.5.)
前記第2の強磁性導電層が、組成式CrOで表されるルチル型導電性強磁性酸化物の層、下記組成式(6)で表されるL1型強磁性合金の層、及び下記組成式(7)で表されるL2型強磁性合金の層からなる群から選ばれる1又は2以上の組み合わせである、請求項1〜9のいずれかに記載の電界記録型磁気メモリ。
XY (6)
(式(6)中、XはFe及びCoから選ばれる1種以上の元素であり;YはPt、Pd、及びNiから選ばれる1種以上の元素である。)
YZ (7)
(式(7)中、XはFe、Co、及びNiから選ばれる1種以上の元素であり;YはMn、Cr、V、及びTiから選ばれる1種以上の元素であり;ZはGe、Ga、Si、及びAlから選ばれる1種以上の元素である。)
It said second ferromagnetic conductive layer, a layer of rutile-type conductive ferromagnetic oxide represented by the composition formula CrO 2, a layer of L1 0 type ferromagnetic alloy represented by the following formula (6), and the following The electric field recording type magnetic memory according to any one of claims 1 to 9, which is one or a combination of two or more selected from the group consisting of L2 type 1 ferromagnetic alloy layers represented by the composition formula (7).
XY (6)
(In Formula (6), X is one or more elements selected from Fe and Co; Y is one or more elements selected from Pt, Pd, and Ni.)
X 2 YZ (7)
(In Formula (7), X is one or more elements selected from Fe, Co, and Ni; Y is one or more elements selected from Mn, Cr, V, and Ti; Z is Ge , One or more elements selected from Ga, Si, and Al.)
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