[发明专利]自旋流磁化反转元件及自旋轨道转矩型磁阻效应元件

说明书

本发明的目的在于提供一种有效地使纯自旋流发生并且使反转电流密度降低为可能的自旋流磁化反转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件、磁存储器以及高频磁元件。本发明所涉及的自旋流磁化反转元件具备在第一方向上延伸的自旋轨道转矩配线、在与第一方向相交叉的第二方向上层叠的第一铁磁性层，所述自旋轨道转矩配线包含Ar、Kr、Xe当中至少1种稀有气体元素。

技术领域

本发明涉及自旋流磁化反转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件、磁存储器以及高频磁元件。

背景技术

作为磁阻效应元件，已知的有：由铁磁性层和非磁性层的多层膜构成的巨磁阻(GMR：Giant Magneto Resistance)元件、以及将绝缘层[隧道势垒层(tunnel barrierlayer)、势垒层(barrier layer)]用于非磁性层的隧道磁阻(TMR：tunnelmagnetoresistance)元件。一般来说，与GMR元件相比，TMR元件的元件阻抗高且磁阻(MR)比大。因此，作为磁传感器、高频部件、磁头以及非易失性随机存取存储器(MRAM：MagneticRandom Access Memory)用元件，TMR元件备受关注。

MRAM利用夹持绝缘层的2层铁磁性层的彼此的磁化的朝向发生变化时TMR元件的元件阻抗发生变化的特性，来读写数据。作为MRAM的写入方式，众所周的有利用电流所制作的磁场来进行写入(磁化反转)的方式、或利用在磁阻效应元件的层叠方向上流过电流而产生的自旋转移转矩(STT：spin transfer torque)来进行写入(磁化反转)的方式。

如果从能量效率的观点进行考虑的话，则使用STT的TMR元件的磁化反转是有效的，但是，用于使磁化反转的反转电流密度高。从TMR元件长寿命的观点考虑，优选该反转电流密度较低。这一点对于GMR元件来说也是同样的。

因此，近年来人们把注意力都集中到了以与STT不同的机理来进行行磁化反转的、利用了由自旋轨道相互作用而产生的纯自旋流的磁化反转(例如非专利文献1)。该机理还未被充分阐明，但是认为：由自旋轨道相互作用而产生的纯自旋流或者在不同种类材料的界面上的拉什巴效应(Rashba effect)诱发自旋轨道转矩(SOT：spin orbital torque)，并且由SOT而发生磁化反转。纯自旋流是通过朝上自旋的电子和朝下自旋的电子以相同数量朝向互相反的方向流动而产生的，电荷的流动被抵消。因此，流到磁阻效应元件的电流为零，可期待磁阻效应元件的长寿命化。

[现有技术文献]

非专利文献

非专利文献1：I.M.Miron,K.Garello,G.Gaudin,P.–J.Zermatten,M.V.Costache,S.Auffret,S.Bandiera,B.Rodmacq,A.Schuhl,和P.Gambardella,《自然》(Nature),476,189(2011).

发明内容

[发明所要解决的技术问题]

然而，非专利文献1中报道了：在现有的在元件结构中，由SOT产生的反转电流密度为与由STT产生的反转电流密度相同的程度。产生纯自旋流的电流流动不会对磁阻效应元件造成损害，但从驱动效率的观点考虑，要求降低反转电流密度。为了降低反转电流密度，有必要更加有效地产生纯自旋流。

本发明是鉴于上述技术问题而做出的，其目的在于提供一种能够有效地产生纯自旋流并且使反转电流密度降低的自旋流磁化反转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件、磁存储器以及高频磁元件。

[解决技术问题的手段]

本发明为了解决上述技术问题而提供以下手段。

(1)第一方式所涉及的自旋流磁化反转元件具备：在第一方向上延伸的自旋轨道转矩配线、和在与所述第一方向相交叉的第二方向上层叠的第一铁磁性层，所述自旋轨道转矩配线包含Ar、Kr、Xe中的至少1种稀有气体元素。