JPH08510095A - 磁性体の磁化方向を部分的に変える方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 磁性体の磁化方向を制御自在に部分的に変更するに当たり、磁性体の表面上に配置した非金属材料の層上の固定磁化方向を有する磁性体を設け、これら磁性体を、非金属層を横切って磁性体と磁気的に結合させ、この磁気結合の性質を、非金属材料の層に制御自在の電界を部分的にさらすことにより部分的に変更する。

Description

【発明の詳細な説明】 磁性体の磁化方向を部分的に変える方法及び装置 本発明は、磁性体の磁化方向を部分的に制御自在に変更する方法に関するもの である。 また本発明は、このような方法を使用する装置特に磁気ヘッドに関するもので ある。 さらに本発明は、このような装置の２値情報を制御自在に表す方法に関するも のである。 冒頭で説明したような方法は一般に公知であり、この方法によれば、大きさが 磁性体の保磁力Ｈ_cを超える外部磁界を磁性体が受けて、磁性体の磁化を強制的 に外部磁界に並列となるように整列させる。この方法の同様に既知の変形では、 （周囲温度の）Ｈ_cより小さい大きさの外部磁界の存在下で磁性体を加熱する。 加熱により磁性体の保磁力が減少するが、磁性体の磁化方向を強制的に外部磁界 と並列にすることができる。このような外部磁界を、永久磁化材料又は電磁石か ら得ることができる。 以上説明した原理は、磁気記録情報の多くの既知の方法の基本である。例えば 、通常のテープレコーダの磁気ヘッドは、変化する電気信号を変動する磁界に変 換するのに使用され、この磁界はテープ内の小さい磁区の磁化方向を順に変え、 これによりテープに磁気的にパターン化された情報を与える。これについては、 例えば、１９８０年にペンシルバニア所在のTAB BOOKS Incの“The complete ha ndbook of magnetic recording”（F.Jorgensen著）を参照すればよい。また、 いわゆる磁界変調磁気光学記録方法ではレーザビームを使用して、磁気ディスク の限定された領域を部分的に加熱する。この領域では部分的な磁化方向は、コイ ルにより発生した変動外部磁界を用いて二方向のうちの一方になるように同時的 に操作される。これについては、例えば、米国特許明細書第4,466,004号を参照 すればよい。 このような既知の方法では、変動する外部磁界を用いる必要があるという不都 合がある。磁界を部分的に配置すること、すなわち特定の空間範囲の限定された 領域に良好に制限するのは一般に困難である。その結果、磁性体の磁化を良好に 部分的に配置する操作を外部磁界のみを用いて達成するのは困難である。したが ってこのような目的のために一般的には、レーザビームを明確に集中させて補助 的に加熱することにより信頼性を担保する必要があり、これにより、レーザビー ムによって加熱された領域の磁化のみを、加えられる外部磁界の空間範囲に関係 なく方向自在に変更することができる。しかしながら、他にも要求されるレーザ 電力が多数のバッテリー動作装置の電力供給と両立できなくなるので、このよう なレーザの補助的な方法を十分に制定するには実際、比較的低いキュリー温度を 有する磁性材料に限定される。さらに、レーザの補助的な方法の効果は実際には 、レーザが放射される本体の表面に限定される。 変動する外部磁界を用いる場合、外部磁界を発生させる手段は本来「巨視的」 なものであり、これは装置を小型化しようとする現在の傾向とは相反するもので あるという不都合もある。非超伝導コイルの場合、要求される磁界の大きさはコ イル巻線の最小断面区域及び巻数で決定され、これにより所定の磁界の強さに相 当するコイル寸法の下限が設定される。最近の記録装置に通常使用される変動磁 界に対しては、この制限により代表的なコイル寸法はミリメートルのオーダとな る。相当の費用をかけることにより、コイルを縮小して非常に小さい寸法とする ことができるが、このような小型コイルでは、意図する多数の実用的な用途に対 して不十分な強さの磁界しか発生しない。このような小型コイルにより発生する 磁界の強さを幾分増大するために、磁気ヨークをコアとして使用することができ る。しかしながらこのような方法は、相当の追加の製造工程を必要とし、利用に 要求される空間がさらに存在し、小型化の要求に反する。その結果、磁界は多数 の実際的な用途に対して不十分なままである。 本発明の目的は、外部変動磁界に依存しない冒頭で説明したような方法を提供 することである。本発明の他の目的は、このような方法を、小型化、移動性及び 低電力消費に対する現在の傾向に容易に適合させることである。本発明の他の目 的は、このような方法により、関連する磁性体の磁化方向の変更を比較的迅速に 行うことである。本発明の他の目的は、このような変更を、所望なら良好に配置 できるようにすることである。 これらの目的を、磁性体の磁化方向を制御自在に部分的に変更するに当たり、 前記磁性体の表面上に配置した非金属材料の層上の固定磁化方向を有する磁性体 を設け、これら磁性体を前記非金属層を横切って磁気結合させ、この磁気結合の 性質を、前記非金属材料の層が制御自在の電界を部分的に受けるようにするより 部分的に変更することを特徴とする磁性体の磁化方向を部分的に変える方法によ り達成することができる。 以上から導き出される術語は、以下の範囲を有するものとする。 − 用語「磁性体」を、例えば個々の肉薄の膜及び層、多層構造、肉厚の膜及び 層、材料の巨大プレート又はブロック、磁気ヨーク、磁気ヘッド等のような物を 称するものとして広く解釈する必要がある。これらの全ては少なくとも部分的に 磁気材料を含み、かつ、これらの全ては零でない正味の部分的な磁化方向を示す ことができる。このような磁性体を、適切な場合には、中空又は充実したものに し、平坦又は輪郭を有するようにし、平面状又は構造を与えるようにし、単一物 又は合成物とすることができる。磁性材料それ自体を、例えば、強磁性体又はフ ェリ磁性体、純粋なもの又は合金とし、結晶又は非結晶とすることができる。本 発明による方法で実施される複数の磁性体は当然、互いに異なる組成とするとこ ができる。 − 用語「非金属」を外面的な物理状態をいうものと解釈してはならないが、後 に詳細に説明するように電子バンド構造の特定の分類の代わりに用いることがで きる。ここで用いられる用語の範囲内にある非金属物質は、半導体材料、いわゆ る半金属材料及び絶縁材料を含む。 − 以上で用いた用語「固定」は相対的な意味を有するものとする。第１の磁性 体の磁化Ｍ₁を、強さＨの可変外部磁界のみの影響下で、Ｍ₁の方向反転を達成す るのに要求されるＨの値がＭ₂の方向反転を達成するのに要求されるＨの値より 大きい場合には、第２の磁性体の磁化Ｍ₂に対して「固定」する。磁性体中の磁 化方向を固定する方法の一例では、他の磁性体に対する磁化方向に交換バイアス をかける（交換バイアスの一般的な原理は、W.H.Meiklejohn及びC.P.Beanによる 文献Phys.Rev.102（１９５６年）の１４１３〜１４１４頁及びPhys.Rev.105 （１９５７年）の９０４〜９１３頁で議論されている。）。逆に、第１の磁性体 の保磁力が第２の磁性体の保磁力を超える場合、第１の磁性体の磁化が「固定」 されたと考えることができる。 − 磁気結合Ｊの「性質」は、専らではないが符号及び／又は強さを十分に言及 する。この定義の文脈において、以下の結合例を、互いに異なる「性質」である と考慮することができる。 −強磁性結合及び反強磁性結合 −符号に関係ない弱い結合及び強い結合 −双一次結合（強磁性又は反強磁性）及び４次結合（９０度結合） −性質の他の分類を考慮しない結合の不在及び存在 このリストを分類のためのみに与えるが、このリストは決して完全なものでは ない。 ここで、本発明による方法に基づく洞察を説明する。 強磁性材料の２層を、金属材料の介在層を横切って磁気的に結合しうることは 数年の間既知である。これについては、例えばPhys．Rev．57（１９８６年）のP .Gruenberg等による文献の２４４２〜２４４５頁を参照すればよい。介在層の厚 さに応じて、このような結合は、Phys.Rev.Lett.64（１９９０年）の２４４２〜 ２４４５頁でP.Parkin等により議論されたように、強磁性（Ｆ）又は反強磁性（ ＡＦ）の性質を示す。 この背景知識に基づいて、本発明者は、金属及び非金属の電子バンド構造間の 重要な区別を認識した。金属では、価電子帯と伝導帯との間にエネルギーギャッ プが存在せず、フェルミレベルは、伝導に加わるとともに磁気結合を導くことが できる電子によって占有される。しかしながら（半導体、半金属及び絶縁体のよ うな）非金属では、価電子帯は、フェルミレベルに跨がるエネルギーギャップに より伝導帯から分離されている。その結果、フェルミレベルでは十分な伝導電子 状態が存在しない。電子帯構造に関する他の情報は、以下の刊行物から得ること ができる。 − ロンドンに所在するMacmillan and Co.Ltdから１９６０年に刊行されたA.J. Dekkerによる“Solid State Physics”（特に１４章） − ニューヨークに所在するJohn Willey and Sonsから１９８１年に刊行された S.M.Szeによる“Physics of semiconductor device”の第２版（特に８章） この洞察に基づいて、本発明者は、フェルミエネルギーにほぼ等しいエネルギ ーを有する電子を非金属に注入することができる場合、このような非金属に所定 の金属特性を付与することができることを認識した。この場合、電子的に修正さ れたこのような非金属を、通常の金属の場合のようにある程度の磁気結合を示す ものと考えることができる。 本発明によれば、非金属材料が制御自在の電界を受ける、特に制御可能な直流 電圧差を非金属材料を横切るように加えることにより上記電子注入を達成するこ とができる。用いられる非金属のエネルギーギャップの大きさは比較的小さく、 この場合十分な電子注入を、対応する小さい電圧差（例えば０〜６Ｖの範囲）で 発生させることができる。この基本的な概念は、本発明による方法の中心となる 。 例えば、 − 非金属材料の介在層を挟む二つの強磁性体を考える場合、これら強磁性体は 非金属材料を横切って磁気的には結合しない。これら二つの強磁性体の正味の磁 化はほとんど互いに依存しない。 − しかしながら、非金属材料に部分的に金属特性を付与する場合、これにより 非金属材料を横切る磁気結合を発生させ、二つの強磁性体の正味の磁化は良好に 規定された相互形態（例えばＡＦ結合の場合逆並列）を選択する。強磁性体のう ちの一つの磁化方向が固定されているので、このように規定した形態の選択は一 般に、その方向を変更するために他の強磁性体の磁化方向を要求する。 − あるいはまた、非金属介在層を横切る最初の結合は、強磁性体間のいわゆる 「ピンホール形成」のため強磁性が弱くなる。例えば、存在するこの結合を強化 するために、そうでない場合にはその性質を変えるために本発明による方法を用 いることができる。 本発明者は、半導体と半金属の両方を横切る強い反強磁性結合を達成するのに 成功した。例えば、 − 約７００ｋＡ／ｍの室温飽和磁界を示す２０×（３ｎｍ Ｆｅ＋１．４ｎｍ Ｓｉ）を具える多層サンプル − 約６００ｋＡ／ｍの室温飽和磁界を示す２０×（３ｎｍ Ｆｅ＋２ｎｍ Ｆ ｅＳｉ）を具える多層サンプル 原理的には、（酸化珪素のような）絶縁材料を、本発明による方法において非金 属介在層として用いることもできる。 一般に、非金属材料を横切る磁気結合はできるだけ大きくなるのが好ましい。 Parkin等による上記文献から明らかなように、金属介在層を横切る磁気結合の大 きさは介在層の厚さの関数となり、一般に厚さが減少するにしたがって増大する 。本発明による方法において使用されるような非金属介在層に同様な従属関係が 適用されると仮定する場合、介在層の結合の最適な大きさは、前記非金属材料の 層の厚さが１０ｎｍを超えない場合に得られる。 本発明には基本的には要求されないが、本発明による方法を、静的外部磁界の 補助の下で行うこともできる。例えばこのような磁界を用いて、非金属介在層を 横切る結合の変更後又は変更中磁性体のうちの一つの磁化をより良好に取り扱う ことができる。 また本発明は、本発明による方法に使用するのに好適な装置に関するものであ る。本発明によれば、このような装置は、非金属材料の介在層を横切って磁気的 に結合しうる少なくとも二つの磁性体を具え、これら磁性体のうち一つは、固定 磁化方向を有し、前記装置は、前記磁気結合の性質を制御自在に部分的に変更す るように前記非金属材料に制御自在の電界を少なくとも部分的に受ける手段も具 えることを特徴とするものである。 このような装置において、要求される電界を、例えばこれら磁性体を制御自在 の直流電源の互いに逆の極に接続することにより付与することができる。両磁性 体が、非金属介在層との連続的な界面を有する場合、このような電源を横切る磁 性体の接続により、介在する非金属材料の全体を横切って加えるべき電界が発生 する。しかしながら、磁性体のうちの少なくとも一つを、（例えば選択的にエッ チング処理するために）複数の電気的に分離された部分に適切に構成した場合、 これら部分のそれぞれは非金属介在層との界面を有し、これら部分のそれぞれに 電力を供給することができ、したがって制御自在の電界を、選択的に配置するこ とにより介在層を横切って加えることができる。 本発明による装置の磁性体が適切な導電性を示すべき場合、これら磁性体間に 電界が発生しやすくするために、これら磁性体は好適には、非酸化Ｆｅのような 非酸化金属材料を含む必要がある。この種の他の好適な材料は例えばＣｏがある 。 当然、本発明による装置の磁性体のうちの少なくとも一つを磁気多層構造とし て実施することができる。ここで用いる用語「磁気多層」とは、少なくとも一つ が磁性を帯びた任意の複数の層を意味するものとする。磁気多層系の既知の例と して特に、Ｃｏ／Ｐｔ，Ｃｏ／Ｐｄ，Ｃｏ／Ｎｉ，Ｃｏ／Ｃｕ及びＦｅ／Ｃｒが ある。 先行する段落による本発明の好適例は、前記磁性多層構造はスピン−バルブ磁 気抵抗効果を示すことを特徴とするものである。このような磁気抵抗多層の電気 抵抗は、多層を構成する磁気層の関連する磁化の方位に依存する。少なくとも一 つのこのような層の磁化方向を本発明による方法を用いて変更させる場合、多層 構造の電気抵抗がそれに応じて変化する。このようにして、多層の抵抗の大きさ が任意の所定時間に磁性体の相互の磁化形態を指示する結合となるので、この大 きさを用いて、非金属多層を横切る磁気結合の性質を導き出すことができる。 本発明による装置の種々の材料特に非金属多層を、種々の適切な技術により得 ることができる。これら技術としては、例えば、スパッタ堆積、レーザ浸食堆積 、物理蒸着、化学蒸着及び電子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）がある。選定した 堆積法により、例えば、非金属介在層を横切る結合の強さに影響を及ぼすことが できる。特に、強い結合の強さをＭＢＥ又はスパッタ堆積で得ることができる。 非金属材料の層に加えて、本発明による装置は当然、追加の材料の（多）層を 具える。このような追加の層は、例えば磁性体のうちの少なくとも一つを他の磁 性材料に対して交換バイアスをかけるのに必須のものとすることができる。また 、このような層は特定の装置機能を実現し、絶縁層、防食性層、接着層、導電路 のパターン層等を含む。 既に説明したような本発明による方法及び装置の磁性体の磁気異方性は、非金 属介在層に対して種々の方向を示すことができる。例えば、磁性体の少なくとも 一つの磁化を、介在層に対してほぼ並列及び垂直とすることができる。 本発明による装置は多数の重要な用途を有する。特に際立った例は、録音用の 超薄型磁気ヘッドとしての使用である。例えば、このような例を以下のようにし て考察するとこができる。 − 通常の磁気ヘッドは必然的に、分割磁気ヨークの一部の回りに巻かれた電気 コイルを具える。コイル中の電流の変動は、ヨーク特に分割領域の磁束の変動に 変換される。したがってこの分割に近接する磁気媒体は、媒体の磁化方向を部分 的に変更しうる部分変動磁界を受けることができ、したがって磁気媒体に磁気的 にパターン化された情報を与えることができる。 − 本発明による装置では、磁性体のうちの一つの磁化方向を、電界を用いるこ とによって制御自在に変更して、非金属介在層を横切る磁気結合の性質を予測的 に変化させることができる。例えば、強磁性の性質と反強磁性の性質との間でこ の結合を変更する場合、磁性体のうちの一つの磁化方向が固定されているので、 他の磁性体の磁化方向を制御自在に前後に反転することができる。介在層を横切 る電界が、記録すべき所定の２値データに基づいて調整される場合、この反転磁 化に近接する磁気媒体に２値データを付与することができる。 磁性体を薄膜で実施する場合、本発明による磁気ヘッドを非常に薄くすることが でき、したがって通常の磁気ヘッドにくらべて著しく小さくすることができる。 さらに、このような本発明による磁気ヘッドはコイル巻装処理を含まないので、 非常に容易に製造することができる。 磁気回路の微調整を行う場合、本発明による装置及び方法は重要な役割を果た す。動作中、不所望な磁気領域構造が、例えば記録ヘッド、磁気抵抗性センサ及 び変換ヨークのような磁気回路に現れるおそれがある。しかしながら本発明によ る方法を用いることにより、回路の元の磁気領域構造を少なくとも部分的に回復 することができる。これを、磁気回路（の一部）と、「固定」磁気領域パターン を有する基準磁性体との間に非金属層を介在させることにより達成することがで きる。非金属介在層を横切る磁気結合が本質的にほとんど又は全く存在しない場 合、磁気回路は基準磁性体による影響を受けない。しかしながら、より強い磁気 結合が（本発明により介在層が電界を受けることにより）介在層を横切って一時 的に発生する場合、磁気回路の領域パターンが一時的に「現れて」、基準磁性体 の固定領域パターンに再構成される。 また本発明は、本発明による装置の２値情報を制御自在に表す典型的な方法に 関するものである。本発明によれば、このような方法は、第１の２値符号を、前 記非金属介在層を横切る強磁性結合を部分的に発生させて前記二つの磁性体の磁 化のほぼ相互に並列な配列を部分的に導き出すことにより表し、それに対して第 ２の２値符号を、前記非金属介在層を横切る反強磁性結合を部分的に発生させて 前記二つの磁性体の磁化のほぼ相互に逆並列な配列を部分的に導き出すことによ り表すことを特徴とするものである。 このような方法では、（例えば）スピン−バルブ磁気抵抗性多層構造を、以上 説明したようにして使用して、任意の所定時間に二つの磁性体の磁化の相互の方 位を監視する、すなわちいずれの２値符号（“１”又は“０”）が磁性体に現れ ているかを決定することができる。この同様な監視を、磁力測定又は磁気光学カ ー測定によって達成することもできる。 本発明による装置に関連するこのような方法を用いることにより、非常に短い アクセス時間で高記憶密度を有する磁気記憶装置を形成することができる。この 用途に適切な本発明による装置の特定の例では、２層の強磁性体を、（例えばピ ンホール形成の結果として）介在非金属層を横切って強磁性的に結合する。磁性 体層のうちの一方は連続的で、固定磁化方向を有し、それに対して磁性体層のう ちの他方は、（例えば選択的エッチング技術を用いる）複数の分離電極セグメン トに分割する。これら分離電極セグメントを制御自在の直流電源に個別に接続し 、その結果これらに個別に電力を供給することができる。それに対して、連続的 な磁性体層を一定電位に保持する。所定の電極セグメントに適切に電力を供給す ることにより、特定の電極セグメントと連続的な磁性体層の直接対向する部分と の間の介在非金属材料の区画を横切って部分的に電界が加えられ、これにより介 在材料の区画を横切るＡＦ結合が導き出される。その結果、前記電極セグメント の磁化方向はその方向に反転され、これをスピン−バルブ磁気抵抗測定を用いて 確認することができる。このタイプの装置を、磁気ランダムアクセスメモリ（Ｍ ＲＡＭ）を形成するのに用いることができる。 本発明及びこれに付随する利点を、実施例及び一様な目安でない添付図面を用 いて更に詳細に説明する。ここで、 図１は、本発明による装置の一部の断面図であり、 図２は、制御自在に磁化方向を変更する本発明による方法を行った後の図１の 様子を示し、 図３は、図１の状態に関連する線図的な電子バンド構造ダイヤグラムであり、 図４は、図２の状態に関連する線図的な電子バンド構造ダイヤグラムであり、 図５は、スピン−バルブ磁気抵抗性多重層構造を含む本発明による装置の一部 の断面図を付与し、 図６は、制御自在に磁化方向を変更する本発明による方法を行った後の図５の 様子を示し、 図７は、電気的に分離した電極セグメントのアレイとして両磁性体を実現する 本発明による装置の一部の断面図である。実施例１ 図１及び２は、例えば磁気記録ヘッドとして使用することができる本発明によ る装置の一部の断面図を示す。両図の対応する部材に同一参照番号を付す。 図１において、磁性体１を、非金属層３を横切って磁性体層５に磁気的に結合 する。磁性体１及び５は例えばＦｅを含む。層３は例えばＳｉを含む。層５の磁 化方向を固定する。 磁性体１及び５を、この場合まだ動作させていない制御自在の電源手段７を横 切って接続する。挿入層３を横切る磁気結合の性質は、（例えば、ピンホール形 態の結果）本質的に強磁性である。その結果、磁性体１の正味の磁化ベクトル１ １は層５の正味の磁化ベクトル９とほぼ並列である。 図２において、制御自在の電源手段７が動作されて、層３を横切る電界が加え られる。本発明によれば、この電界が存在するため、層３の非金属材料に所定の 金属特性が誘導される。その結果、層３を横切って結合する磁性体は、一時的に 反強磁性となる。その結果、磁化ベクトル９及び１１は、ほぼ逆並列形態を選択 する。ベクトル９は固定されているので、ベクトル１１は図１の方位に対して反 転される。したがって本発明による方法は、磁性体１の磁化方向を制御自在に変 更することにより達成することができる。 強力な保磁力が存在しない場合、層３を横切って加えられる電界を除去するこ とにより、磁化ベクトル９及び１１は図１に示すようなほぼ並列な形態に反転さ れる。 既に説明したように、このような装置を磁気記録ヘッドとして使用することが できる。 図３及び４は、図１及び２に示す形態にそれぞれ関連する非常に簡単化した線 図的な電子バンド構造ダイヤグラムである。両図は本質的には、層３と磁性体１ 及び５との間の界面の付近における層３の平面に垂直な位置ｘの関数としての電 子的なポテンシャルエネルギーＥのグラフとなる。両図の対応する部材に同一の 参照番号を付す。 図３において、符号２１ｆ及び２５ｆはそれぞれ、図１に示す金属体１及び５ のフェルミレベルを表す。定義により、これらレベルの下の全ての電子状態は充 填される。符号２３ｖ及び２３ｃはそれぞれ、図１の非金属層３の価電子帯及び 伝導帯の端を示す。定義により、レベル２３ｖの下（すなわち価電子帯内）の全 ての電子の状態は充填状態であり、それに対してレベル２３ｃより上（すなわち 伝導帯内）のほとんど全ての電子の状態は空状態である。レベル２３ｖと２３ｃ との間では、フェルミレベルに跨がるエネルギーギャップ（禁制帯）が存在する 。 伝導帯はほとんど空であるので、層３は自発的には電気的に導通しない。レベ ル２３ｃがレベル２１ｆ及び２５ｆの上に配置されているので、隣接する金属の レベル２１ｆ及び２５ｆからの電子は層３の伝導帯を突き抜けない。 図４は、図２に示すような層３を横切って加えられる電界の影響を示す。ここ でフェルミレベル２５ｆは、フェルミレベル２１ｆに対して、（手段７により発 生した電子ポテンシャルに相当する）量Ｅ₇上昇する。その結果、非金属挿入層 の端部２３ｖ及び２３ｃは傾斜しはじめる（例えばSzeによる上記文献の４９１ 頁参照）。このような傾斜の結果、層３の伝導帯の一部は新たなフェルミレベル ２５ｆより下に下降し、したがってこの場合電子が連続的に層５から層３の伝導 帯に突き抜ける。このように突き抜けた電子により層３の材料の金属特性が制約 を受ける。実施例２ 図５及び６は、例えば磁気記憶装置として使用することができる本発明による 装置の断面の一部を示す。両図面の対応する部材に同一番号を付す。 図５において、磁性材料の層３１を、非金属材料の層３３を横切って磁性材料 の層３５に磁気的に結合する。層３５は金属層３７を横切って磁性層３９にも磁 気的に結合する。層３５，３７及び３９は、スピン−バルブ磁気抵抗効果を示す Ｆｅ／Ｃｒ／Ｆｅの３層を具える。層３１は例えばＦｅを含み、層３３は例えば Ｓｉを含む。層３１の磁化方向を固定する。層３９の磁化方向も固定する。 層３１及び３５を、この場合動作されていない制御自在の電源手段３１１に接 続する。挿入層３３を横切る磁気結合の性質は、（例えばピンホール形態が原因 で）本質的には強磁性体である。その結果、層３１の正味の磁化ベクトル３１５ は、層３５の正味の磁化ベクトル３１７とほぼ並列である。 層３５及び３９を、電気抵抗測定手段３１３を横切って接続する。３層３５／ ３７／３９の磁気抵抗効果の性質を、磁化ベクトル３１７及び３１９の並列形態 に相当する測定電気抵抗が磁化ベクトル３１７及び３１９の逆並列形態に相当す る測定電気抵抗より低くなるようにする。ここでは記号的に示したように、手段 ３１３を、層３５，３９に垂直な抵抗を測定するように実現する（いわゆるＣＰ Ｐジオメトリ）。当然、いわゆるＣＩＰジオメトリを使用する３層構造を横切る 横方向電気抵抗を測定することもできる。 図６において、制御自在の電源手段３１１を動作させて、層３３を横切る電界 を加える。本発明によれば、この電界の存在により、層３３の非金属材料にある 程度の金属特性が誘導される。その結果、層３３を横切る磁気結合は一時的に反 強磁性となる。したがって、磁化ベクトル３１５及び３１７はほぼ逆並列形態を 選択する。ベクトル３１５を固定しているので、ベクトル３１７は図５の方位に 対して反転される。したがって本発明による方法は、層３５の磁化方向を制御自 在に変更することにより達成することができる。 層３３を横切るように加えられた電界が除去されると、磁化ベクトル３１５及 び３１７は、（比較的低い保磁力と仮定する）図５に示すようにほぼ並列形態に 反転する。 ３層構造３５／３７／３９の電気抵抗を測定する手段を使用することにより、 層３１及び３５の磁化形態を任意の時間に導き出すことができる。 既に説明したように、このような装置を磁気記録装置として使用することがで きる。実施例３ 図７は、本発明による装置の一部の断面を示す。第１磁性体４１を、非金属材 料の介在層４３を横切って第２磁性体４５に磁気的に結合する。両磁性体４１及 び４５は、対向対（４１ａ，４５ａ），（４１ｂ，４５ｂ），（４１ｃ，４５ｃ ），（４１ｄ，４５ｄ）等で配置した複数の分離電極セグメントを具える。個々 の電極セグメントに個別に電力を供給できる。 例えば、電極セグメント４１ｂ及び４５ｂを、制御自在な直流電源の極に接続 する場合、これらの間に密着して位置する層４３の介在部を電界にさらすことが できる。セグメント４１ｂの磁化方向を固定する場合、本発明による方法を用い て電界にさらして、セグメント４５ｂの磁化方向を変えることができる。 このような装置を磁気メモリアレイとして用いることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スミッツ イェルト ワイブ オランダ国 5621 ベーアー アインドー フェン フルーネヴァウツウェッハ １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．磁性体の磁化方向を制御自在に部分的に変更するに当たり、前記磁性体の表 面上に配置した非金属材料の層上の固定磁化方向を有する磁性体を設け、これら 磁性体を、前記非金属層を横切って磁気的に結合させ、この磁気結合の性質を、 前記非金属材料の層が制御自在の電界を部分的に受けるようにすることにより部 分的に変更することを特徴とする磁性体の磁化方向を部分的に変える方法。 ２．選択した前記非金属材料は半導体材料を含むことを特徴とする請求の範囲１ 記載の磁性体の磁化方向を部分的に変える方法。 ３．前記半導体材料としてＳｉを選択することを特徴とする請求の範囲２記載の 磁性体の磁化方向を部分的に変える方法。 ４．選択した前記非金属材料は、半金属材料を含むことを特徴とする請求の範囲 １記載の磁性体の磁化方向を部分的に変える方法。 ５．前記半金属材料としてＦｅＳｉ化合物を選択することを特徴とする請求の範 囲４記載の磁性体の磁化方向を部分的に変える方法。 ６．選択した前記非金属材料は絶縁材料を含むことを特徴とする請求の範囲１記 載の磁性体の磁化方向を部分的に変える方法。 ７．前記絶縁材料としてＳｉの酸化物を選択することを特徴とする請求の範囲６ 記載の磁性体の磁化方向を部分的に変える方法。 ８．前記非金属材料の層の厚さが１０ｎｍを超えないことを特徴とする請求の範 囲１から７のうちのいずれかに記載の磁性体の磁化方向を部分的に変える方法。 ９．請求の範囲１から８のうちのいずれかによる方法を用いるのに好適な装置で あって、この装置は、非金属材料の介在層を横切って磁気的に結合しうる少なく とも二つの磁性体を具え、これら磁性体のうち一つは固定磁化方向を有し、前記 装置は、前記磁気結合の性質を制御自在に部分的に変更するように前記非金属材 料が制御自在の電界を少なくとも部分的に受ける手段も具えることを特徴とする 磁性体の磁化方向を部分的に変える装置。 10．前記磁性体のうちの少なくとも一つは非酸化金属材料を含むことを特徴とす る請求の範囲９記載の磁性体の磁化方向を部分的に変える装置。 11．前記非酸化金属材料をＦｅとしたことを特徴とする請求の範囲１０記載の磁 性体の磁化方向を部分的に変える装置。 12．前記磁性体のうちの少なくとも一つを磁性多層構造としたことを特徴とする 請求の範囲９から１１のうちのいずれかに記載の磁性体の磁化方向を部分的に変 える装置。 13．前記磁性多層構造はスピン−バルブ磁気抵抗効果を示すことを特徴とする請 求の範囲１２記載の磁性体の磁化方向を部分的に変える装置。 14．請求の範囲９から１３のうちのいずれかによる装置を具える磁気ヘッド。 15．請求の範囲９から１３のうちのいずれかによる装置の限定された２値情報を 制御自在に表すに当たり、第１の２値符号を、前記非金属介在層を横切る強磁性 結合を部分的に発生させて前記二つの磁性体の磁化のほぼ相互に並列な配列を部 分的に導き出すことにより表し、それに対して第２の２値符号を、前記非金属介 在層を横切る反強磁性結合を部分的に発生させて前記二つの磁性体の磁化のほぼ 相互に逆並列な配列を部分的に導き出すことにより表すことを特徴とする制御表 示方法。