CN103081109B - 自旋器件、其驱动方法及其制造方法 - Google Patents

自旋器件、其驱动方法及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103081109B
CN103081109B CN201280002641.XA CN201280002641A CN103081109B CN 103081109 B CN103081109 B CN 103081109B CN 201280002641 A CN201280002641 A CN 201280002641A CN 103081109 B CN103081109 B CN 103081109B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
ferromagnetic
graphene
self
spin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201280002641.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103081109A (zh
Inventor
小田川明弘
松川望
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN103081109A publication Critical patent/CN103081109A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103081109B publication Critical patent/CN103081109B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1673—Reading or sensing circuits or methods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/20—Resistors
    • H01L28/22—Resistors with an active material comprising carbon, e.g. diamond or diamond-like carbon [DLC]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L29/1606—Graphene
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66984—Devices using spin polarized carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H10N50/85—Magnetic active materials
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C2213/00—Indexing scheme relating to G11C13/00 for features not covered by this group
    • G11C2213/30—Resistive cell, memory material aspects
    • G11C2213/35—Material including carbon, e.g. graphite, grapheme

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)

Abstract

本发明提供一种自旋器件，其包括：石墨烯；以在与石墨烯电连接的状态下夹持该石墨烯的方式配置的第一铁磁性电极和第二电极；在离开第一铁磁性电极和第二电极的位置，配置有以在与石墨烯电连接的状态下夹持该石墨烯的方式配置的第三铁磁性电极和第四电极；对夹持石墨烯的第一铁磁性电极与第二电极间施加电流的电流施加机构；和电压信号检测机构，其将通过施加电流而在石墨烯中的被夹持于第三铁磁性电极和第四电极的部分产生的自旋累积信息，经由该第三铁磁性电极和该第四电极作为电压信号检测出，其中第一铁磁性电极和第三铁磁性电极配置于石墨烯的相同面上，第二电极和第四电极为非磁性电极或铁磁性电极。

Description

自旋器件、其驱动方法及其制造方法
技术领域
本发明涉及通过向石墨烯传递自旋来实现功能的自旋器件。另外，本发明涉及该自旋器件的驱动方法及其制造方法。
背景技术
由碳（C）构成的物质的结构中，不仅有金刚石，而且还包括片材、纳米管以及从碳纳米角（horn）到C60富勒烯（fullerene）这样的球体，非常的丰富多彩。进而其物性比形状更加丰富多彩。这样丰富的物性的多彩程度，推进了该物质的应用相关的精进的研究开发。碳薄膜是由碳构成的物质中的一种。其中，由一层或多层的，在层内以sp2结合的碳原子层构成的碳薄膜被称为石墨烯。石墨烯是正在2004年实现了分离的物质，作为二维系半金属的特殊的物性逐渐得以明确（Science,vol.306,pp.666-669(2004)）。
石墨烯具有特殊的能带，其具有直线的能带色散的π能带在费米能级上交叉。因此，石墨烯被给予期待能够具有硅（Si）的10倍以上的高的载体（电子和空穴）移动度。通过使用石墨烯，能够实现高速且低消耗的电子器件。并且，石墨烯中，关于其导电性具有基于形状的效果。在日本特开2009-182173号公报的公开中，发现了通过使与载体的行进方向垂直的方向的石墨烯的宽度为几纳米至几十纳米，能够在具有该宽度的区间的石墨烯关进一维的量子的效应，基于该效应，该区间的石墨烯能够作为具有子eV（sub-eV）到几eV程度的能隙的半导体利用。
石墨烯作为自旋器件的使用也受到期待。在电子的自旋用于载体的自旋器件中，期待传送自旋（自旋流是流动的）的介质（沟道）中的自旋散射小。自旋散射的主要原因的自旋轨道相互作用，依赖于原子序数的大小。石墨烯中产生的自旋散射，与Si和砷化镓这样的材料中产生的自旋散射相比是极小的。在Advanced Functional Materials,vol.19,pp.3711-3716(2009)中，公开有使用石墨烯的自旋器件的一例。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-182173号公报
非专利文献
非专利文献1Science,vol.306,pp.666-669(2004)
非专利文献2Advanced Functional Materials,vol.19,pp.3711-3716(2009)
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的为提供一种使用石墨烯的自旋器件，其与现有技术相比自旋流的传送效率和检测灵敏度高，且高密度化。
用于解决课题的方法
本发明的自旋器件包括：石墨烯；以在与上述石墨烯电连接的状态下夹持该石墨烯的方式配置的第一铁磁性（强磁性）电极和第二电极；在离开上述第一铁磁性电极和上述第二电极的位置，配置有以在与上述石墨烯电连接的状态下且夹持该石墨烯的方式配置的第三铁磁性电极和第四电极；对夹持上述石墨烯的上述第一铁磁性电极和上述第二电极间施加电流的电流施加机构；和电压信号检测机构，其将通过施加上述电流而在上述石墨烯中的被夹持于上述第三铁磁性电极和上述第四电极的部分产生的自旋累积信息，经由该第三铁磁性电极和该第四电极而作为电压信号检测出。上述第一铁磁性电极和上述第三铁磁性电极配置于上述石墨烯的相同面上。上述第二电极和上述第四电极为非磁性电极或铁磁性电极。
发明效果
根据本发明，能够得到一种使用石墨烯的自旋器件，其与现有技术相比自旋流的传送效率和检测灵敏度高且高密度化。
附图说明
图1是表示本发明的自旋器件的一例的示意性的立体图。
图2A是表示图1所示的自旋器件的截面的示意性的图。
图2B是表示如图2A所示的截面中的电流的分布和自旋流的分布的示意图。
图3是表示图1所示的自旋器件的上表面的示意性的俯视图。
图4是表示本发明的自旋器件的另外一例的示意性的俯视图。
图5是表示本发明的自旋器件的再另外一例的示意性的俯视图。
图6是表示本发明的自旋器件的另外的又一例的示意性的俯视图。
图7是表示从石墨烯的相反一侧的面观察图6所示的自旋器件的示意性的俯视图。
图8是表示本发明的自旋器件的与上述不同的另外一例的示意性的俯视图。
图9是表示图6所示的自旋器件的截面的示意性的图。
图10是表示图6所示的自旋器件的驱动方法的一例对应的流程的图。
图11是表示图8所示的自旋器件的驱动方法的一例对应的流程的图。
图12是表示本发明的自旋器件的与上述不同的另外一例的示意性的俯视图。
图13是表示图12所示的自旋器件的驱动方法的一例对应的流程的图。
图14是表示本发明的自旋器件的与上述不同的另外一例的示意性的俯视图。
图15是表示本发明的自旋器件的与上述不同的另外一例的示意性的俯视图。
图16是表示本发明的自旋器件的与上述不同的另外一例的示意性的俯视图。
图17是表示应用了图16所示的自旋器件的磁传感器的一个例子的示意性的图。
图18是表示本发明的自旋器件的与上述不同的另外一例的示意性的图。
图19A是表示本发明的自旋器件的制造方法的一例的示意性的截面图。
图19B是表示本发明的自旋器件的制造方法的一例的示意性的截面图。
图19C是表示本发明的自旋器件的制造方法的一例的示意性的截面图。
图20A是表示本发明的自旋器件的制造方法的一例的示意性的截面图。
图20B是表示本发明的自旋器件的制造方法的一例的示意性的截面图。
图20C是表示本发明的自旋器件的制造方法的一例的示意性的截面图。
图21是表示本发明的自旋器件的与上述不同的另外一例的示意性的截面图。
图22是表示现有技术的自旋器件的一例及其动作的示意性的俯视图。
图23A是表示现有技术的图22所示的自旋器件的截面的示意性的图。
图23B是表示如图23A所示的截面中的电流的分布和自旋流的分布的示意图。
具体实施方式
本发明的第一方面提供一种自旋器件，其包括：石墨烯；以在与上述石墨烯电连接的状态下夹持该石墨烯的方式配置的第一铁磁性电极和第二电极；在离开上述第一铁磁性电极和上述第二电极的位置，配置有以在与上述石墨烯电连接的状态下夹持该石墨烯的方式配置的第三铁磁性电极和第四电极；对夹持上述石墨烯的上述第一铁磁性电极与上述第二电极间施加电流的电流施加机构；和电压信号检测机构，其将通过施加上述电流而在上述石墨烯中的被夹持于上述第三铁磁性电极和上述第四电极的部分产生的自旋累积信息，经由该第三铁磁性电极和该第四电极作为电压信号检测出，其中上述第一铁磁性电极和上述第三铁磁性电极配置于上述石墨烯的相同面上，上述第二电极和上述第四电极为非磁性电极或铁磁性电极。
第二方面在第一方面的基础上，提供一种自旋器件，其中上述第二电极和上述第四电极为非磁性电极。
第二方面在第一方面或第二方面的基础上，提供一种自旋器件，其中上述石墨烯从与该石墨烯的主面垂直的方向观察具有网的形状，在上述网的网格点，配置有上述第一铁磁性电极和上述第二电极，在通过向该第一铁磁性电极与该第二电极之间施加上述电流而产生的自旋累积的范围内存在的其他的2个以上的网格点，分别配置有上述第三铁磁性电极和上述第四电极。
第四方面在第一方面至第三方面中任一方面的基础上，提供一种自旋器件，其中具有配置有上述第一铁磁性电极、上述第二电极、上述第三铁磁性电极和上述第四电极的、2个以上的上述石墨烯层叠的结构，上述电流施加机构具有对于配置于不同的、上述石墨烯的上述第一铁磁性电极和上述第二电极的2个以上的电极对，一并施加上述电流的电路。
第五方面在第一方面至第四方面中任一方面的基础上，提供一种自旋器件，其中具有配置有上述第一铁磁性电极、上述第二电极、上述第三铁磁性电极和上述第四电极的、2个以上的上述石墨烯层叠的结构，上述电压信号检测机构具有经由配置于不同的上述石墨烯的、上述第三铁磁性电极和上述第四电极的2个以上的电极对，一并检测在被上述石墨烯中的上述电极对夹持的部分产生的上述自旋累积信息的电路。
第六方面在第一方面至第五方面中任一方面的基础上，提供一种自旋器件，其中上述第一铁磁性电极具有隧道绝缘层和铁磁性层，上述隧道绝缘层与上述石墨烯接触。
第七方面在第一方面至第五方面中任一方面的基础上，提供一种自旋器件，其中上述第一铁磁性电极具有巨磁阻效应（GMR）结构。
第八方面在第一方面至第五方面中任一方面的基础上，提供一种自旋器件，其中上述第一铁磁性电极具有隧道磁阻效应（TMR）结构。
第九方面提供一种自旋器件的驱动方法，其为第一方面至第八方面中任一方面所提供的自旋器件的驱动方法，其中通过上述电流施加机构，对夹持上述石墨烯的上述第一铁磁性电极与上述第二电极之间施加电流，将通过施加上述电流而在上述石墨烯中的被夹持于上述第三铁磁性电极和上述第四电极的部分产生的自旋累积信息，通过上述电压信号检测机构，经由该第三铁磁性电极和该第四电极作为电压信号检测出。
第十方面在第九方面的基础上，提供一种自旋器件的驱动方法，其中在上述石墨烯，配置有上述第三铁磁性电极和上述第四电极的2个以上的电极对，将通过上述电流的施加而在上述石墨烯中的被夹持于上述2个以上的电极对的部分产生的各个自旋累积信息，通过上述电压信号检测机构，按顺序或一并检测出。
第十一方面在第九方面或第十方面的基础上，提供一种自旋器件的驱动方法，在上述石墨烯，配置有上述第三铁磁性电极和上述第四电极的2个以上的电极对，将通过上述电流的施加而在上述石墨烯中的被夹持于至少一个上述电极对的部分产生的自旋累积信息，通过上述电压信号检测机构，作为上述电压信号检测出，根据上述检测出的电压信号，对以后的信号处理进行切换。
第十二方面在第九方面至第十一方面中任一方面的基础上，提供一种自旋器件的驱动方法，其中上述第一铁磁性电极具有巨磁阻效应结构（GMR结构）或隧道磁阻效应结构（TMR结构），在上述石墨烯，配置有上述第三铁磁性电极和上述第四电极的2个以上的电极对，将上述第一铁磁性电极的磁化状态，通过基于上述GMR结构或上述TMR结构的磁阻效应读出，根据上述读出的上述第一铁磁性电极的磁化状态，保持该第一铁磁性电极的磁化状态，或通过对该第一铁磁性电极与上述第二电极之间施加切换电流而使该第一铁磁性电极的磁化状态改变，通过上述电流施加机构，对夹持上述石墨烯的上述第一铁磁性电极与上述第二电极之间施加电流，将通过上述电流的施加而在上述石墨烯中的被夹持于上述2个以上的电极对的部分产生的各个自旋累积信息，通过上述电压信号检测机构，按顺序或一并检测出。
第十三方面提供一种自旋器件的制造方法，其为第一方面至第八方面中任一方面所提供的自旋器件的制造方法，其中在相互分离配置的上述第一铁磁性电极和上述第三铁磁性电极之上，以与上述铁磁性电极双方电连接的方式配置上述石墨烯，在上述配置的石墨烯之上，以上述第二电极与上述第一铁磁性电极一起夹持上述石墨烯的方式，且以上述第四电极与上述第三铁磁性电极一起夹持上述石墨烯的方式，形成与上述石墨烯电连接的上述第二电极和上述第四电极。
第十四方面在第十三方面的基础上，提供一种自旋器件的制造方法，其中上述第二电极和上述第四电极为铁磁性电极，在配置于上述第一铁磁性电极和上述第三铁磁性电极之上的上述石墨烯中的、上述第一铁磁性电极和上述第三铁磁性电极一侧的面的相反侧的面，预先形成有铁磁性体层，通过上述铁磁性体层的微细加工形成上述第二电极和上述第四电极。
第十五方面提供一种自旋器件的制造方法，其为第一方面至第八方面中任一方面所提供的自旋器件的制造方法，其中在相互分离配置的上述第二电极和上述第四电极之上，以与上述电极双方电连接的方式配置上述石墨烯，在上述配置的石墨烯之上，以上述第一铁磁性电极与上述第二电极一起夹持上述石墨烯的方式，且以上述第三铁磁性电极与上述第四电极一起夹持上述石墨烯的方式，形成与上述石墨烯电连接的上述第一铁磁性电极和上述第三铁磁性电极。
第十六方面在第十五方面的基础上，提供一种自旋器件的制造方法，其中在配置于上述第二电极和上述第四电极之上的上述石墨烯中的、上述第二电极和上述第四电极一侧的面的相反侧的面，预先形成有铁磁性体层，通过上述铁磁性体层的微细加工形成上述第一铁磁性电极和上述第三铁磁性电极。
以下，针对具体的实施方式进行说明。本发明不限定于下面的具体的实施方式。
使由铁磁性体构成的电极（铁磁性电极）与石墨烯接触，将电流经由该铁磁性电极施加至石墨烯，由此能够在石墨烯产生自旋累积。铁磁性体中包含的自旋的数量，因该自旋的方向（向上/上或下/向下）而不同。即，铁磁性体是极化的。在以这样的铁磁性体作为电极而对石墨烯施加电流时，反映铁磁性体内的自旋的方向的偏向的自旋（以下简称为“自旋”）注入石墨烯，该自旋的流（自旋流）在石墨烯面内扩散。因该自旋流的扩散而产生的、石墨烯中的该自旋的累积（蓄积）被称为“自旋累积（自旋存储）”。自旋被累积的程度，在自旋被注入石墨烯的部分高，随着离开该部分而变低。即，在该部分自旋浓度高，随着离开该部分而自旋浓度降低。自旋流也是由被累积的自旋浓度的倾斜程度而被驱动的自旋的流动。通过检测石墨烯中的这样的自旋累积的信息（自旋累积信息），作为传送自旋的载体的自旋器件得以实现。在此基础上，在石墨烯产生的自旋散射极小，石墨烯的自旋弛豫长是几微米级的较长的长度，所以通过使用石墨烯作为自旋的传送介质，能够实现广泛围的自旋累积，且能够实现传送效率高并在室温工作的自旋器件。另一方面，在现有技术中的电子器件中使用的Si和砷化镓这样的材料的自旋弛豫长，因该材料所示的大的自旋轨道相互作用而较短。因此，即使使用这些构建自旋器件，自旋的传递效率低，只能期待在低温下的动作。使用石墨烯的自旋器件首先在这一点上就是有利的。
进而，自旋流是表示角运动量的自旋的流动，所以是包含二阶的时间微分的量，在原理上不存在能量散逸。因此，作为传送载体，仅利用不伴随电流的自旋流（纯自旋流）的能动器件，其非常低的消耗电力下的动作受到期待。
在Advanced Functional Materials,vol.19,pp.3711-3716(2009)中公开的、使用石墨烯的自旋器件的结构和该器件中的自旋累积的状态如图22所示。图22所示的自旋器件300具有：石墨烯51、铁磁性电极52、铁磁性电极53、非磁性电极54和非磁性电极55。各电极52～55均为矩形，以其长边方向相互平行的方式，在石墨烯51的相同面上配置。在铁磁性电极52和非磁性电极54，作为电流施加机构的一部分，连接有电流源58。在铁磁性电极53和非磁性电极55，作为电压检测机构的一部分，连接有电压检测装置59。在图22中，石墨烯51的面（主面）为X-Y平面。与纸面垂直的方向为Z轴方向。
这样2个铁磁性电极和2个非磁性电极配置于相同面上的结构，也采用于使用石墨烯之外的Si或砷化镓的现有技术中的自旋器件。
对自旋器件300的动作进行说明。使用电流源58，在铁磁性电极52与非磁性电极54之间施加电流61。电流61，在铁磁性电极52与非磁性电极54之间的石墨烯51面内流动。从石墨烯51与铁磁性电极52的接合部注入至石墨烯51的自旋（反映构成铁磁性电极52的铁磁性体的极化的自旋），从该接合部向石墨烯51面内扩散，在自旋累积区域62产生自旋累积。从另一个观点来看，通过向石墨烯51面内的电流61的施加，在石墨烯51的自旋累积区域62流过自旋流。
以位于铁磁性电极52与非磁性电极54之间的部分为代表，在石墨烯51中的铁磁性电极52和非磁性电极54的附近的区域（电流分布区域63），通过电流61的施加，除自旋流以外也流过电流。自旋累积区域62与电流分布区域63较大地重复。在该石墨烯51面内流动的电流，对于仅针对流过电流分布区域63的自旋流的检测（电流分布区域63的自旋累积信息的检测）是阻碍的。这是因为通过电流产生的种种电磁效应与自旋流的分离是困难的。
在自旋器件300，在自旋累积区域62中的电流分布区域63之外的区域内，设置有检测自旋流（自旋累积信息）的自旋检测部。自旋检测部包括铁磁性电极53和非磁性电极55。石墨烯51中的铁磁性电极53附近的自旋流，通过电压检测装置59，作为与反映该自旋流的铁磁性电极53的磁化状态对应的铁磁性电极53和非磁性电极55之间的电压的信号被检测出。该电压信号也是自旋流（自旋累积）与铁磁性电极53内的自旋之间作用的磁阻变化的信号。这样，在与通过电流的施加注入自旋的区域分离的区域，检测产生的自旋流的方法称作非局部检测方法。
但是，在自旋器件300中，为了自旋的注入而在石墨烯51的面内方向施加电流61，所以高灵敏度的自旋流的检测是困难的。
在图23A表示自旋器件300中的Y-Z平面的截面。在图23B示意性地表示该截面中的电流（Je）的分布和自旋流（Js）的分布的示意图。自旋器件300中，通过向石墨烯51的面内方向的电流的施加，铁磁性电极52与非磁性电极54之间的大的电流分布得以扩展。另一方面，如图23B所示，自旋流（Js）的分布（自旋累积的程度）以铁磁性电极52为中心（以图23B的横轴0的位置为中心），随着距离该电极的距离L的增加而缓和减少。因此，为了提高自旋流的检测灵敏度，期望将构成自旋检测部的铁磁性电极53和非磁性电极55尽可能地与铁磁性电极52接近地配置。但是，自旋器件300中，电流61流动的区域（图23A中为铁磁性电极52的右侧的区域）中不能够仅对自旋流进行检测。这是由于因电流61的施加而使电化学势产生倾斜，向铁磁性体52的电流施加引起各向异性磁阻效应这样的信号产生。不仅如此，在自旋器件300，通过在石墨烯51的面内施加电流61，对于石墨烯51中的未流动电流的区域，也因电流61而泄漏出电场分布。因此，只能进行受到上述泄露出的电场分布的影响的检测，或者避免这样的检测，需要在电场分布泄漏的范围外，即需要在自旋流降低（自旋累积的程度低）的、离开铁磁性电极52的区域配置自旋检测部。这样的事实，使得自旋器件300中的高灵敏度的自旋流检测变得困难。
这样的困难随着自旋器件的微细化而成为更深刻的问题。这是因为，随着微细化，铁磁性电极52、53间的距离变小，石墨烯51中的电流施加区域与自旋流检测区域的分离在物理上将变得困难。
进而，在自旋器件300中，在石墨烯51的相同面上至少配置4个电极，作为自旋器件的最小单位所需的面积扩大。因此高密度化（高集成化）是困难的。
本发明的自旋器件的一例如图1所示。在图1中表示的自旋器件10中，具有石墨烯1、第一铁磁性电极2、第二电极4、第三铁磁性电极3、第四电极5、电流施加机构和电压信号检测机构。
石墨烯1可以是由在层内以sp2结合的1层的碳原子层构成的单层石墨烯，也可以是由多层的该碳原子层构成的多层石墨烯。在图1中，石墨烯1的面（主面）为X-Y平面。与该面垂直的方向为Z轴方向。
在石墨烯1的下表面，第一铁磁性电极2和第三铁磁性电极3相互分离配置。在石墨烯1的上表面，第二电极4和第四电极5相互分离配置。
第一铁磁性电极2和第二电极4，配置成分别与石墨烯1电连接的状态夹持石墨烯1。在第一铁磁性电极2和第二电极4，连接有作为电流施加机构的一部分的电流源8。通过电流源8，夹持石墨烯1的第一铁磁性电极2与第二电极4之间施加电流11，由此在石墨烯1注入自旋（反映构成第一铁磁性电极2的铁磁性体的极化的自旋）。第一铁磁性电极2和第二电极4的电极对（pair）作为对石墨烯1的自旋注入源6起作用。
第三铁磁性电极3和第四电极5，配置成分别与石墨烯1电连接的状态夹持石墨烯1。在第三铁磁性电极3和第四电极5，连接有作为电压信号检测机构的一部分的电压检测装置9。第三铁磁性电极3和第四电极5的电极对，与作为第一铁磁性电极2和第二电极4的电极对的自旋注入源6分离配置。第三铁磁性电极3和第四电极5的电极对，作为对石墨烯1中的配置有该电极对的部分的自旋流进行检测（对该部分产生的自旋累积信息进行检测）的自旋检测部7起作用。
在自旋器件10中，将用于自旋注入的电流11施加至石墨烯1的Z轴方向（厚度方向）。如图1所示的例子中，可以是从第一铁磁性电极2至第二电极4的方向的电流，也可以是反方向的、即从第二电极4至第一铁磁性电极2的方向的电流。不管在哪种情况下，都对石墨烯1注入自旋。
从石墨烯1与第一铁磁性电极2的接合部注入至石墨烯1的自旋，从该接合部向石墨烯1面内扩散，以该接合部为中心产生自旋累积。从其他观点来看，通过电流11的施加，以上述接合部为中心在石墨烯1面内，由自旋浓度的倾斜程度驱动的自旋流流动。由于电流11为Z轴方向（石墨烯1的厚度方向）的电流，所以此时流动的自旋流是不伴随电流的纯自旋流。即，自旋器件10中，使之成为传输纯自旋流的载体的信号传输是可能的，以非常低的消耗电力进行的驱动受到期待。
在图2A表示自旋器件10中的Y-Z平面的截面。在图2B示意性地表示该截面中的电流（Je）的分布和自旋流（Js）的分布。如图2B所示，在自旋器件10中，以第一铁磁性电极2和第二电极4的电极对为中心，不伴随电流的纯自旋流在石墨烯1内扩散。因此，如从Z轴方向观察自旋器件10的图3中所示，通过电流11的施加，即使通过在以离子注入源6为中心在石墨烯1面内扩展的自旋累积区域12的任一个中配置的第三铁磁性电极3和第四电极5的电极对（自旋检测部7），也能够检测出因电流11的施加而产生的自旋流（检测出自旋累积信息）。
在自旋器件10中，关于电流在石墨烯面内流动的自旋器件300中被要求的自旋检测部7的配置的限制不再存在，能够进行高灵敏度的自旋流检测。另外，在自旋器件10中，与石墨烯1面垂直的电流流过，所以能够进行石墨烯1中的电流施加区域与纯自旋流检测区域的分离，对于低噪声化、检测灵敏度的提高及自旋器件的微细化和高密度化都是非常有利的。
不仅如此，在自旋器件10中，构成自旋注入源6和自旋检测部7的电极，以夹持石墨烯1的方式分散于石墨烯1的两个面配置。因此，作为自旋器件的最小单位所需的面积变小，也能够进行依从所采用的微细标准的最小面积的最小单位的形成。这一事实对于器件的高密度化（高集成化）是有利的。另外，如后面所叙述的，对于器件的层叠化（高集成化）也是有利的。利用了该优点的自旋器件，例如为利用了铁磁性体的非易失记录性的高密度且高集成的非易失性存储器和开关元件。
通过电流11的施加而在石墨烯1面内生成的自旋累积的信息，经由配置在自旋累积区域12内的自旋检测部7，由电压信号检测机构作为电压信号被检测出。检测出的电压信号，是与在石墨烯1中的自旋检测部7产生的（在被夹持于第三铁磁性电极3和第四电极5的部分产生）的自旋累积信息对应的电压信号。具体而言，通过电压检测装置9，对与反映石墨烯1面内的自旋流（自旋累积）的第三铁磁性电极3的磁化状态对应的第三铁磁性电极3和第四电极5之间的电压进行检测。该电压信号也是作用于自旋流与第三铁磁性电极3内的自旋之间的磁阻变化的信号。通过自旋检测部7检测出的电压信号，根据石墨烯1中的自旋检测部7所接触的部分的自旋累积量而变化。
自旋器件10中，第一铁磁性电极2、第二电极4、第三电极的铁磁性电极3和第四电极5都至少以与石墨烯1电连接的状态配置即可。在图1所示的例子中，这些各个电极都与石墨烯1的表面接触地配置。
第一铁磁性电极2和第二电极4的电极对的结构，只要能够在石墨烯1的厚度方向施加电流11、能够对石墨烯1内注入自旋即可，没有其他的限定。例如，第二电极4，可以是由非磁性体构成的非磁性电极，也可以是由铁磁性体构成的铁磁性电极。
第一铁磁性电极1和第二电极4，如图1和图2A的例子所示，优选在从与石墨烯1的表面垂直的方向观察时，与石墨烯1接触的部分为相同的形状，进一步优选为以该部分尽可能重复的方式进行配置。只要对石墨烯1的厚度方向施加电流11，就能够避免在自旋器件300观察到的自旋累积区域62与电流分布区域63的较大的重复，所以虽然电流11的一部分在石墨烯1面内泄漏的情况是允许的，但通过这样的第一铁磁性电极2和第二电极4的结构能够抑制该泄漏。从另一个角度而言，能够根据作为自旋器件10能够允许的该泄漏的程度，对第一铁磁性电极2和第二电极4的形状和配置进行调整、选择。
第三铁磁性电极3和第四电极5的电极对的结构，只要能够检测出与石墨烯1的自旋累积信息对应的电压信号即可，没有其他的限定。例如，第四电极5，可以是由非磁性体构成的非磁性电极，也可以是由铁磁性体构成的铁磁性电极。
第三铁磁性电极3和第四电极5，如图1和图2A的例子所示，优选在从与石墨烯1的表面垂直的方向观察时，与石墨烯1接触的部分为相同的形状，进一步优选为以该部分尽可能重复的方式进行配置。由此，作为自旋检测部7的效率能够得以提高。
第二电极4和第四电极5，例如均为非磁性电极。也可以一个是非磁性电极而另一个是铁磁性电极。
电流施加机构的结构，只要能够对第一铁磁性电极2与第二电极4之间施加电流11即可，没有其他的限定。电流施加机构，例如具有将电流源8及电流源8与第一铁磁性电极2和第二电极4连接的电路。
电压信号检测机构的结构，只要能够经由第三铁磁性电极3和电极5而检测出上述电压信号即可，没有其他的限定。电压信号检测机构，例如具有将电压检测装置9及该装置9与第三铁磁性电极3和第四电极5连接的电路。
如图1所示的例子中，第一铁磁性电极2和第三铁磁性电极3配置在石墨烯1中的相同面上，第二电极4和第四电极5配置在与该面相反的一侧的相同面上。与此不同，在第一铁磁性电极2和第四电极5配置在石墨烯1中的相同面上，第三铁磁性电极3和第二电极4配置在与该面相反的一侧的相同面上的情况下，也能够得到同样的自旋器件。
自旋器件10的自旋累积区域12以自旋注入源6为中心在石墨烯1面内各向同性地扩展。该扩展不受用于自旋注入的电流11的影响。因此，对该器件10中的自旋检测部7的配置没有限制。利用该几何学上的高自由度，可以对1个自旋注入源6配置2个以上的自旋检测部7。在这种情况下，能够构建更高灵敏度的自旋器件。另外，自旋器件的应用的自由度增加。例如，能够构建将在空间上调制后的外部磁场的分布作为石墨烯面内的自旋流的调制检测出的磁传感器。
自旋检测部7的形状不同的本发明自旋器件的一例如图4所示。在图4所示的自旋器件中，在离开自旋注入源6的位置，设置有环状的自旋检测部7以包围自旋注入源6。自旋检测部7的环，整整一周配置在距自旋注入源6等距离的位置且在来自自旋注入源6的自旋累积区域12内。虽然图4中并未图示，但以夹着石墨烯1与第二电极4相对的方式配置第一铁磁性电极2，以夹着石墨烯1与第四电极5相对的方式配置第三铁磁性电极3。这样的自旋检测部7的采用和配置，是将电极分散在石墨烯的两个面才能够实现的。
在图4所示的实施方式中，检测自旋累积区域12的自旋累积信息的电极面积较大。因此，作为自旋器件的灵敏度进一步提高。
石墨烯1的形状不同的本发明自旋器件的一例如图5所示。在图1所示的例子中，石墨烯1的形状为在X-Y平面扩展的片状。另一方面，在图5所示的例子中，石墨烯1在从与其主面垂直的方向观察时具有网的形状。在图5中能够确认其一部分。在该网中，在图5的纸面上在横方向（水平方向）延伸的石墨烯1的带状体22、在纵方向（垂直方向）延伸的石墨烯的带状体21交叉。在本说明书中，对这样的多个带状体交叉的形状，称为带状矩阵（matrices of band）形状。在图5中，在网的网格点，即在带状体21与带状体22的交点，配置有由第一铁磁性电极2（配置于石墨烯1的远端侧的面所以看不到）和第二电极4构成的自旋注入源6。第一铁磁性电极2和第二电极4电极夹着石墨烯1的网格点。在该网格点的附近的网格点，在如图5所示的例子中为在相邻的网格点，配置有由第三铁磁性电极3（配置于石墨烯1的远端侧的面因此看不到）和第四电极5构成的自旋检测部7。第三铁磁性电极3和第四电极5电极夹着石墨烯1的该网格点。自旋检测部7位于因向自旋注入源6的电流11的施加而以自旋注入源6为中心扩展的自旋累积区域12内。
对于石墨烯1所具有的网的形状没有限定。例如，如图5所示，在与石墨烯1的主面垂直的方向观察带状体21与带状体22正交，但两个带状体交叉的角度只要能够构建自旋器件能够自由设定。即，网的形状，例如为在一个方向延伸的2个以上的带状体（带状部）和与此不同的方向延伸的2个以上的带状体交叉的形状。从抑制向配置有自旋检测部7的网格点以外的自旋的非必要的扩散、防止自旋流的减损的观点出发，既可以为带状体21和带状体22中至少一个带状体的宽度为数nm以上100nm以下，也可以为数nm以上10nm以下。
具有网形状的石墨烯1能够通过对石墨烯进行微细加工而得到。在带状体21与带状体22之间的空间，可以配置不使自旋扩散（自旋流不流动）的材料，例如层间绝缘膜。另外，由于氧化石墨烯不使自旋扩散，所以通过采用设置有由氧化石墨烯构成的氧化部分和具有与带状体21、22对应的形状的非氧化部分的石墨烯1，也能够得到同样的自旋器件。在下面表示这样的情况，对于具有网形状的石墨烯1的自旋器件也是同样的。
本发明的自旋器件的另外的一例用图6、7表示。图6是从配置有第二电极4和第四电极5的一侧观察该自旋器件的示意图，图7是从配置有第一铁磁性电极2和第三铁磁性电极3的一侧观察的示意图。在图6所示的例子中，石墨烯1在从与其主面垂直的方向观察时具有网的形状。在该网中，与图5所示的例子同样地，石墨烯的带状体21与带状体22交叉。在图6中，在网的网格点，即带状体21与带状体22的交点，配置有自旋注入源6。在该网格点的附近的2个以上的网格点，在图6所示的例子中，在纸面的上下左右相邻的4个网格点，分别配置有自旋检测部7。各自旋检测部7位于因向自旋注入源6的电流11的施加而以自旋注入源6为中心扩展的自旋累积区域12内。
在该例子中，在各个自旋检测部7检测出的电压信号（自旋信号）产生与各自旋检测部7的第三铁磁性电极3的磁化状态相应的输出差。因此，能够将与自旋注入源6中的第一铁磁性电极2的磁化状态对应的第三铁磁性电极3的磁化状态，非破坏地一并读出。
本发明的自旋器件的另外的一例如图8所示。在图8所示的例子中，石墨烯1在从与其主面垂直的方向观察时具有网的形状。在该网中，与图6、7所示的例子同样地，石墨烯的2个以上的带状体21与2个以上的带状体22交叉。在图8中，在网的网格点，即带状体21与带状体22的交点，配置有自旋注入源6。在该网格点的附近的2个以上的网格点，在图8所示的例子中，在纸面的上下左右相邻的4个网格点，分别配置有自旋检测部7。自旋检测部7位于因向自旋注入源6的电流11的施加而以自旋注入源6为中心扩展的自旋累积区域12内。带状体21与带状体22的交点被扩张，该交点的石墨烯1的宽度比该交点以外的带状体21、22的宽度大。
在图8中，石墨烯1中的自旋注入源6和自旋检测部7附近的部分（网格点附近的部分）B的宽度，比将自旋注入源6与自旋检测部7之间连接的部分A的宽度大。在这样的形状中，石墨烯1中的自旋流的传送部分的宽度相对较小。因此，在自旋注入源6产生的自旋流扩散到网格点以外的区域减小，自旋信号的减损受到抑制。因此，即使以距自旋注入源6较远的网格点配置的自旋检测部7也能够进行自旋流的检测等，这对自旋器件的高灵敏度化作出贡献。部分A的宽度例如可以为数nm以上100nm以下，也可以为数nm以上10nm以下。
对于图6所示的自旋器件的驱动方法的一例，参照图9和图10进行说明。在图6所示的自旋器件中，能够将具有网形状的石墨烯1的网格点，以M列N行、即（M,N）这样的矩阵表示。图9是图6所示的自旋器件中的、通过（M,N-1）的自旋检测部7、（M,N）的自旋注入源6和（M,N+1）的自旋检测部7且以与石墨烯1的主面垂直的平面截断的截面。位于（M,N）的地址的自旋注入源6与电流源8连接。在位于（M,N-1）和（M,N+1）的各个地址的自旋检测部7，分别连接有电压检测装置9。以下将自旋注入源6和自旋检测部7简称为“元件”。
如图10所示，选择位于（M,N）的自旋注入源6（（M,N）元件），将电流11从与该元件连接的电流源8施加至该元件（S1）。由此，在石墨烯1的面内，反映（M,N）元件的第一铁磁性电极2的自旋极化的自旋的流扩散，形成自旋累积区域12。
接着，选择位于（M,N-1）的自旋检测部7（（M,N-1）元件），通过与该元件连接的电压检测装置9，经由（M,N-1）元件中的第三铁磁性电极3和第四电极5，将石墨烯1中配置有（M,N-1）元件的部分的自旋累积信息作为电压信号检测出（S2）。电压信号例如为依赖于（M,N）元件的第一铁磁性电极2的自旋极化的状态（磁化状态）和（M,N-1）元件的第三铁磁性电极3的自旋极化的状态（磁化状态）的磁阻信号。
接着，选择位于（M,N+1）的自旋检测部7（（M,N+1）元件），通过与该元件连接的电压检测装置9，经由（M,N+1）元件中的第三铁磁性电极3和第四电极5，将石墨烯1中配置有（M,N+1）元件的部分的自旋累积信息作为电压信号检测出（S3）。电压信号例如为依赖于（M,N）元件的第一铁磁性电极2的自旋极化（磁化状态）和（M,N+1）元件的第三铁磁性电极3的自旋极化（磁化状态）的磁阻信号。
例如，（M,N-1）元件或（M,N+1）元件的第三铁磁性电极3的磁化状态，与（M,N）元件的第一铁磁性电极2的磁化状态相同的情况下，用电压检测单元9检测出的（M,N-1）元件或（M,N+1）元件的磁阻信号为零信号。
例如，（M,N-1）元件或（M,N+1）元件的第三铁磁性电极3的磁化状态，与（M,N）元件的第一铁磁性电极2的磁化状态不同的情况下，通过电压检测单元9检测出作为（M,N-1）元件或（M,N+1）元件的磁阻信号的有限的信号。
石墨烯1中的配置有（M,N-1）元件的部分的自旋累积信息，和配置有（M,N+1）元件的部分的自旋累积信息，通过电压信号检测机构，可以按顺序进行检测，也可以一并检测。
对于图8所示的自旋器件的驱动方法的一例，参照图11进行说明。在图8所示的自旋器件中，与图6所示的自旋器件同样地，能够将具有网形状的石墨烯1的网格点以（M,N）这样的矩阵表示。
如图11所示，选择位于（M,N）的自旋注入源6（（M,N）元件），将电流11从与该元件连接的电流源8施加至该元件（S1）。由此，在石墨烯1的面内，反映（M,N）元件的第一铁磁性电极2的自旋极化的自旋的流扩散，形成自旋累积区域12。
接着，选择位于（M,N-1）的自旋检测部7（（M,N-1）元件），通过与该元件连接的电压检测装置9，经由（M,N-1）元件中的第三铁磁性电极3和第四电极5，将石墨烯1中配置有（M,N-1）元件的部分的自旋累积信息作为电压信号检测出（S2）。电压信号例如为依赖于（M,N）元件的第一铁磁性电极2的自旋极化的状态（磁化状态）和（M,N-1）元件的第三铁磁性电极3的自旋极化的状态（磁化状态）的磁阻信号。
接着，对（M,N-1）元件的电压输出为零输出还是有限的输出，即对（M,N-1）元件处的输出有无进行判别（S3）。在（M,N-1）元件的第三铁磁性电极3的磁化状态，与（M,N）元件的第一铁磁性电极2的磁化状态相同的情况下，用电压检测单元9检测出的（M,N-1）元件的磁阻信号为零信号。在两者的磁化状态不同的情况下，用电压检测单元9检测出作为（M,N-1）元件的磁阻信号的有限的信号。零信号并不必须为绝对的0。在零信号与有限信号之间，也可以存在输出有无的判别中能够使用的阈值。此时，零信号为具有从绝对的0到低于阈值的电压的值的信号。有限的信号为具有阈值以上的电压的值的信号。
在图11所示的例子中，在S3中，检测出（M,N-1）元件的有限信号的情况下（该元件的输出存在的情况下），切换到下一级的任意的处理（A处理）（S4）。
另一方面，在S3中，在检测出（M,N-1）元件的零信号的情况下（该元件的输出不存在的情况下），选择位于（M,N+1）的自旋检测部7（（M,N+1）元件），通过与该元件连接的电压检测装置9，经由（M,N+1）元件的第三铁磁性电极3和第四电极5，将石墨烯1中配置有（M,N+1）元件的部分的自旋累积信息作为电压信号检测出（S5）。电压信号例如为依赖于（M,N）元件的第一铁磁性电极2的自旋极化的状态（磁化状态）和（M,N+1）元件的第三铁磁性电极3的自旋极化的状态（磁化状态）的磁阻信号。
接着，对（M,N+1）元件的电压输出为零输出还是有限的输出，即对（M,N+1）元件处的输出有无进行判别（S6）。在（M,N+1）元件的第三铁磁性电极3的磁化状态，与（M,N）元件的第一铁磁性电极2的磁化状态相同的情况下，用电压检测单元9检测出的（M,N+1）元件的磁阻信号为零信号。在两者的磁化状态不同的情况下，用电压检测单元9检测出作为（M,N-1）元件的磁阻信号的有限的信号。
在图11所示的例子中，在S6中，检测出（M,N+1）元件的有限信号的情况下（该元件的输出存在的情况下），切换到下一级的任意的处理（B处理）（S7）。在检测出零信号的情况下（该元件的输出不存在的情况下），步骤结束。即，通过在图11所示的自旋器件的动作，能够实现A处理、B处理和结束这三个开关动作。图11所示的例子中，使用至少1个自旋检测部7，将石墨烯1中的配置有该自旋检测部7的部分的自旋累积信息作为电压信号检测出，根据检测出的电压信号，对以后的信号进行切换。
本发明的自旋器件的另外的一例如图12所示。如图12所示的例子中，构成自旋注入源6的第一铁磁性电极2，具有包括铁磁性层20、非磁性层21和铁磁性层22的层叠结构的巨磁阻效应（GMR）结构或隧道磁阻效应（TMR）结构。在TMR结构的情况下，非磁性层为隧道绝缘层，第一铁磁性电极具有隧道绝缘层和铁磁性层。其他的结构与图6、9所示的自旋器件相同。在图12所示的例子中，根据电流11的施加方向，因自旋力矩（Spin torque），能够使石墨烯1侧的铁磁性层20的磁化状态反转。
自旋力矩在Journal of Magentism and Magnetic Materials,vol.310,pp169-175(2007)中有详细的报告。具体而言，是在想要通过电流的施加方向使磁化状态反转的铁磁性层20的磁化的强度，比一起夹着非磁性层21的另一个铁磁性层22的磁化的强度小的情况下，通过贯通层叠结构的电流的施加方向使铁磁性层20的磁化状态被切换的现象。
对于图12所示的自旋器件的驱动方法的一例，参照图13进行说明。
如图13所示，选择位于（M,N）的自旋注入源6（（M,N）元件），通过对该元件施加读出用电流，铁磁性层20利用由非磁性层21和铁磁性层22的层叠结构构成的GMR结构或TMR结构的磁阻效应，将与石墨烯1接触的铁磁性层20的磁化状态的信息，作为电压信号读出（（M,N）元件信息的读出；S1）。
接着，对读出的（M,N）元件信息进行判别（S2）。在此假定，铁磁性层20的磁化状态为上（up）的情况下在S1能够得到零信号，在为下（down）的情况下能够在S1得到有限的信号（例如为1）。
在S1读出的（M,N）元件信息为0的情况下，接着选择位于（M,N-1）的自旋检测部7（（M,N-1）元件），通过与该元件连接的电压检测装置9，经由（M,N-1）元件中的第三铁磁性电极3和第四电极5，将石墨烯1中配置有（M,N-1）元件的部分的自旋累积信息作为电压信号检测出（S3）。（M,N-1）元件的第三铁磁性电极3的磁化状态为上时能够得到零信号，为下时能够得到有限的信号。即，在S3中，作为（M,N-1）元件信息能够得到该元件的第三铁磁性电极3的磁化状态的信息。
接着，选择位于（M,N+1）的自旋检测部7（（M,N+1）元件），通过与该元件连接的电压检测装置9，经由（M,N+1）元件中的第三铁磁性电极3和第四电极5，将石墨烯1中配置有（M,N+1）元件的部分的自旋累积信息作为电压信号检测出（S4）。（M,N+1）元件的第三铁磁性电极3的磁化状态为上时能够得到零信号，为下时能够得到有限的信号。即，在S4中，作为（M,N+1）元件信息能够得到该元件的第三铁磁性电极3的磁化状态的信息。
在图13所示的例子中，在S2得到的（M,N）元件信息为1的情况下，利用上述自旋力矩，使铁磁性层20的磁化状态反转为下（S5）。换言之，在S5，向（M,N）元件施加写入用电流（切换电流），写入（M,N）元件信息。
接着，选择（M,N-1）元件，通过与该元件连接的电压检测装置9，经由（M,N-1）元件中的第三铁磁性电极3和第四电极5，将石墨烯1中配置有（M,N-1）元件的部分的自旋累积信息作为电压信号检测出（S6）。（M,N-1）元件的第三铁磁性电极3的磁化状态为下时能够得到零信号，为上时能够得到有限的信号。即，在S6中，作为（M,N-1）元件信息能够得到该元件的第三铁磁性电极3的磁化状态的信息。
接着，选择（M,N+1）元件，通过与该元件连接的电压检测装置9，经由（M,N+1）元件中的第三铁磁性电极3和第四电极5，将石墨烯1中配置有（M,N+1）元件的部分的自旋累积信息作为电压信号检测出（S7）。（M,N+1）元件的第三铁磁性电极3的磁化状态为下时能够得到零信号，为上时能够得到有限的信号。即，在S7中，作为（M,N+1）元件信息能够得到该元件的第三铁磁性电极3的磁化状态的信息。
这样，利用图12所示的自旋器件，能够进行与（M,N）元件的铁磁性层20的磁化状态的覆写对应的切换读出动作。在此，对作为自旋检测部7使用（M,N-1）元件和（M,N+1）元件这两个元件的情况进行了说明，但对于3个以上的自旋检测部也可以将同样的动作按顺序或一并实施。
“铁磁性电极与石墨烯1电连接的状态”包含如下方式：铁磁性电极、例如第一铁磁性电极2，具有隧道绝缘层和铁磁性层，该隧道绝缘层与石墨烯1接触。即，也可以铁磁性电极经由隧道绝缘层与石墨烯1电连接。这样的自旋器件的一例如图14所示。在图14所示的例子中，第一铁磁性电极和第三铁磁性电极，具有隧道绝缘层81和铁磁性层82，各隧道绝缘层81与石墨烯1接触。图14所示的例子的其他的结构，与如图9所示的例子同样。
自旋注入的效率PN由公式PN＝PF／[1＋（1－PF 2）·（RN／RF）]表示。PF为作为自旋注入电极的铁磁性体的自旋极化率，RF为铁磁性电极的电阻（阻抗），RN为石墨烯的电阻（应用物理，vol.77,pp.255-263(2008)）。因此，与铁磁性体的电阻相比非磁性体的电阻非常大时，即RN＞＞RF时则PN＜＜PF，作为自旋注入电极的铁磁性体的自旋极化在与石墨烯的界面显著减小。因此，有时不能够将自旋充分注入石墨烯。
另一方面，通过在铁磁性层82与石墨烯1之间设置有隧道绝缘层81，能够期待铁磁性电极与石墨烯的界面电阻的匹配度的提高。构成隧道绝缘层81的材料例如为氧化铝（Al2O3）、氧化镁（MgO）、氮化硼（BN）和尖晶石（MgAl2O4）。
本发明的自旋器件的另外的一例如图15所示。在图15所示的例子中，图8所示的自旋器件在纵向（石墨烯1的厚度方向）具有层叠结构。从其他的侧面观察时，具有第一铁磁性电极2、第二电极4、第三铁磁性电极3和第四电极5以上述这种方式的配置的2个以上的石墨烯1在其厚度方向层叠的结构。
通过图15的自旋器件，能够使用于自旋注入的电流施加与用于自旋检测的电压信号检测相互分离动作。例如，能够不相对于配置在各石墨烯1（L层和L-1层）的自旋注入源6个别地一边对电流施加机构的电路和/或电流源8进行切换一边施加电流11，而是如图15所示，通过一个电流源8，对配置于L-1层和L层的自旋注入源6一并施加电流11。如图15所示的例子中，对元件（M、N、L）和元件（M、N、L-1）一并施加电流11。此时，电流施加机构，具备对配置于不同的石墨烯的第一铁磁性电极2和第二电极4的2个以上的电极对，一并施加电流11的电路。另外，通过贯通2个以上的石墨烯1的电流11的施加，在配置于不同的石墨烯1的2个以上的自旋检测部7中，与自旋累积信息对应的信号一齐被输出。
在图15的自旋器件中，自旋检测部7中的电压信号的检测能够在各检测部7个别地实施。在图15所示的例子中，在1个自旋检测部7连接有1个对应的电压检测装置9。另一方面，如图16所示，对在石墨烯1的层叠方向排列的2个以上的自旋检测部7，可以一起检测电压信号。在这种情况下，电压信号检测机构的结构和动作变得简便。如图16所示的例子中，元件（M、N-1、L）和元件（M、N-1、L-1）的电压信号和元件（M、N+1、L）和元件（M、N+1、L-1）的电压信号，分别被一起检测出。此时，电压信号检测机构，具备经由配置在不同的石墨烯1的第三铁磁性电极3和第四电极5的2个以上的电极对，对在各个石墨烯1中的被电极对夹持的部分产生的自旋累积信息一并进行检测的电路。
在一并检测的情况下，石墨烯1的层叠方向的信号和被输出。因此，能够实现自旋器件的更高灵敏度化。图17为应用图16所示的自旋器件的磁传感器的一例。图17所示的磁传感器，能够将对空间调制后的外部磁场、例如大小不同的外部磁场41、42的分布，作为石墨烯1面内的自旋流的调制捕捉到。此时，能够得到针对石墨烯的层叠方向的自旋检测部7的信号和，能够构建高灵敏度的磁传感器。
在图9中，表示M列N-1行、M列N行、M列N+1行的元件。其中包含M列N+2行的元件的状态的一例用图18表示。M列N+2行的元件（（M,N+2）元件）为自旋注入源6。作为自旋检测部7的（M,N+1）元件配置于2个自旋注入源6之间。此时，从电流源8对（M,N）元件和（M,N+2）元件施加电流11，由此在位于两个元件之间的（M,N+1）元件，能够将（M,N）元件中的第一铁磁性电极2的磁化状态，和（M,N+2）元件中的第一铁磁性电极2的磁化状态的状态和（逻辑或）作为输出得到。
构成铁磁性电极的铁磁性体，例如为金属磁性体、氧化物磁性体及其复合体。金属磁性体例如为Co、Co-Fe合金、Ni-Fe合金、Ni-Fe-Co合金。特别是，在石墨烯面内产生大的自旋累积，所以优选Co或Co-Fe合金。作为Co-Fe合金，优选为富Co的合金。作为金属磁性体，也能够采用XMnSb（X为Ni、Pt、Pb和Cu组成的组中选出的至少1种元素）。XMnSb具有高的磁性极化率，所以在石墨烯面内产生大的自旋累积。氧化物磁性体例如为MFe2O4（M为Fe、Co和Ni中选出的1种或2种以上的元素）。MFe2O4在较高的温度之下也能显示出铁磁性。
与富Fe的合金相比，富Co的合金和富Ni的合金的电阻较高。富Co的合金的磁各向异性较大。通过调整这些元素的组合的组成比，能够得到具有所期望的特性的铁磁性体。
作为铁磁性体，能够采用具有垂直磁化的磁性膜。通常的金属磁性膜的形状各向异性较大，其磁化状态容易受到膜的形状的影响。通过将垂直磁化膜用于铁磁性电极，能够提高铁磁性电极的形状的自由度。垂直磁化膜只要显示垂直磁化即可，没有特别的限定，例如能够为Pd／Co和Pt／Co这样的人工晶格膜、TbFeCo膜、SmCo膜和FePt膜。
铁磁性电极的厚度，例如为1nm以上100nm以下。厚度为10nm以下时，能够在其上再层叠电极。铁磁性电极的面内方向的尺寸，只需能够保持铁磁性即可，没有特别的限定。如图8所示，通过采用网的网格点的面积较大的石墨烯1，能够容易地确保铁磁性电极的面内方向的尺寸。
构成非磁性电极的材料以及构成电路中的配线和贯穿孔的材料，例如为电阻率1mΩ·cm以下的材料。该材料例如为Cu、Al、Cr／Au、TiN、TaN、TiW和W及包含这些为主成分的材料。
在图19A～图19C中，表示本发明的自旋器件的制造方法的一例。
如图19A所示，将以与预先配置的配线电极32连接的方式埋入到绝缘层33的第一铁磁性电极2和第三铁磁性电极3，以该电极2、3从绝缘层33的表面露出的方式进行加工。第一铁磁性电极2和第三铁磁性电极3位于相互分离的位置。构成绝缘层33的材料，能够使用通常用于半导体工艺的绝缘材料。该绝缘材料例如为SiO2主体的TEOS（硅酸乙酯）。在图19A所示的例子中，配线电极32与第一铁磁性电极2及第三铁磁性电极3，通过贯穿孔31电连接。
接着，如图19B所示，将石墨烯1以与第一铁磁性电极2和第三铁磁性电极3电连接的方式配置于这些电极2、3上。也可以在将隧道绝缘层配置于铁磁性电极上之后，配置石墨烯1。石墨烯1例如能够通过对石墨晶体进行机械剥离形而成。能够通过CVD（化学气相沉积，Chemical Vapor Deposition）得到。在Ru或Cu上CVD生长的石墨烯的结晶性高。
接着，如图19C所示，在石墨烯1上堆积绝缘层33，在与堆积的绝缘层33中的第一铁磁性电极2和第三铁磁性电极3相对的位置，设置使石墨烯1露出的开口部，在该开口部内以电极4、5与石墨烯1电连接的方式形成第二电极4和第四电极5。之后根据需要进行热处理。热处理例如为在包含4体积%的H2的氩气氛中，以300～600℃（典型的为400℃）实施。在这样的热处理中，各电极的电传导性提高。
如图19A～图19C所示的方法中，能够将第一铁磁性电极2和第三铁磁性电极3，与第二电极4和第四电极5相反地实施。即，可以在相互分离配置的第二电极4和第四电极5上，以与电极4、5双方电连接的方式配置石墨烯1；在配置的石墨烯1上，以第一铁磁性电极2与第二电极4一起夹持石墨烯1的方式、且第三铁磁性电极3与第四电极5一起夹持石墨烯1的方式，形成与石墨烯1电连接的第一铁磁性电极2和第三铁磁性电极3。
在图20A～图20C中，表示本发明的自旋器件的制造方法的一例。
如图20A所示，将以与预先配置好的配线电极32连接的方式埋入到绝缘层33的第二电极4和第四电极5，以该电极4、5从绝缘层33的表面露出的方式进行加工。第二电极4和第四电极5位于相互分离的位置。在图20A所示的例子中，配线电极32与第二电极4和第四电极5，通过贯穿孔31电连接。
接着，如图20B所示，将在一个面预先形成有铁磁性体层45的石墨烯1，以石墨烯1与第二电极4和第四电极5电连接的方式配置于这些电极4、5上。预先形成有铁磁性体层45的石墨烯1，例如通过在铁磁性体层上使石墨烯进行CVD生长的方式形成。作为铁磁性体层45在Ni层或Co层上CVD生长的石墨烯的结晶性高。
接着，如图20C所示，通过对铁磁性体层45部分蚀刻等进行微细加工，在与第二电极4相对的位置形成第一铁磁性电极2、在与第四电极5相对的位置形成第三铁磁性电极3。之后根据需要进行热处理。热处理例如为在包含4体积%的H2的氩气氛中，以300～600℃（典型的为400℃）实施。在这样的热处理中，各电极的电传导性提高。在铁磁性体层45的蚀刻使用盐酸（HCl），由此能够抑制在蚀刻时损伤石墨烯。
使用在一个面预先形成有铁磁性体45的石墨烯1，之后对铁磁性体层45进行微细加工而形成铁磁性电极的方法，在第二电极4和第四电极5为由铁磁性体构成的铁磁性电极的情况下也能够应用。
在图21中，表示反复进行图19A～C或图20A～C所示的制造方法而得到的自旋器件的一例。配线电极32经由第一铁磁性电极2及第三铁磁性电极3和贯通孔（via）31电连接。第一铁磁性电极2与第二电极4一起夹持石墨烯1。第三铁磁性电极3与第四电极5一起夹持石墨烯1。
通过相对于石墨烯1的层叠方向，重复配线电极32/贯通孔31/第一铁磁性电极2/石墨烯1/第二电极4/贯通孔31/配线电极32，以及配线电极32/贯通孔31/第三铁磁性电极3/石墨烯1/第四电极5/贯通孔31/配线电极32的组，例如能够实现图15或图16所示的自旋器件。
通过这些自旋器件的制造方法，不仅能够实现作为自旋器件的基本形态，而且也能实现开关、非易失性存储器、磁传感器这样的应用方式。
本发明只要不脱离其意图和本质的特征就能够应用于其它的实施方式。本说明书中公开的实施方式在各方面均为说明性内容而不限定于此。本发明的范围不由上述说明而由添付的权利要求表示，与权利要求具有均等的意思和范围的所有的变更均包含其中。
产业上的利用可能性
根据本发明，期待实现下面这样的器件：通过将原理上无逸散的自旋流作为传送载体而得到的消耗电力非常低的器件；基于铁磁性体的非易失性而待机电力为0的器件；以高效率传送自旋流的器件；低噪声和高灵敏度的器件；通过在传送沟道使用石墨烯而具有现有的半导体器件中不可能实现的多级层叠结构的器件；基于能够将电流和自旋流的传导路径分离而实现自旋流的高灵敏度检测的器件。
这些器件能够作为对多种多样的电子设备都能够应用的基本器件使用。

Claims (16)

1.一种自旋器件，其特征在于，包括：
石墨烯；
以在与所述石墨烯电连接的状态下夹持该石墨烯的方式配置的第一铁磁性电极和第二电极；
在离开所述第一铁磁性电极和所述第二电极的位置，配置有以在与所述石墨烯电连接的状态下夹持该石墨烯的方式配置的第三铁磁性电极和第四电极；
对夹持所述石墨烯的所述第一铁磁性电极与所述第二电极间施加电流的电流施加机构；和
电压信号检测机构，其将通过施加所述电流而在所述石墨烯中的被夹持于所述第三铁磁性电极和所述第四电极的部分产生的自旋累积信息，经由该第三铁磁性电极和该第四电极作为电压信号检测出，其中
所述第一铁磁性电极和所述第三铁磁性电极配置于所述石墨烯的相同面上，
所述第二电极和所述第四电极为非磁性电极或铁磁性电极。
2.如权利要求1所述的自旋器件，其特征在于：
所述第二电极和所述第四电极为非磁性电极。
3.如权利要求1所述的自旋器件，其特征在于：
所述石墨烯从与该石墨烯的主面垂直的方向观察具有网的形状，
在所述网的网格点，配置有所述第一铁磁性电极和所述第二电极，
在通过向该第一铁磁性电极与该第二电极之间施加所述电流而产生的自旋累积的范围内存在的其他的2个以上的网格点的每个网格点，分别配置有所述第三铁磁性电极和所述第四电极。
4.如权利要求1所述的自旋器件，其特征在于：
具有配置有所述第一铁磁性电极、所述第二电极、所述第三铁磁性电极和所述第四电极的、2个以上的所述石墨烯层叠而成的结构，
所述电流施加机构具有对于配置于不同的所述石墨烯的、所述第一铁磁性电极和所述第二电极的2个以上的电极对，一并施加所述电流的电路。
5.如权利要求1所述的自旋器件，其特征在于：
具有配置有所述第一铁磁性电极、所述第二电极、所述第三铁磁性电极和所述第四电极的、2个以上的所述石墨烯层叠而成的结构，
所述电压信号检测机构具有经由配置于不同的所述石墨烯的、所述第三铁磁性电极和所述第四电极的2个以上的电极对，一并检测在被所述石墨烯中的所述电极对夹持的部分产生的所述自旋累积信息的电路。
6.如权利要求1所述的自旋器件，其特征在于：
所述第一铁磁性电极具有隧道绝缘层和铁磁性层，所述隧道绝缘层与所述石墨烯接触。
7.如权利要求1所述的自旋器件，其特征在于：
所述第一铁磁性电极具有巨磁阻效应(GMR)结构。
8.如权利要求1所述的自旋器件，其特征在于：
所述第一铁磁性电极具有隧道磁阻效应(TMR)结构。
9.一种自旋器件的驱动方法，其为权利要求1所述的自旋器件的驱动方法，其特征在于：
通过所述电流施加机构，对夹持所述石墨烯的所述第一铁磁性电极与所述第二电极之间施加电流，
将通过施加所述电流而在所述石墨烯中的被夹持于所述第三铁磁性电极和所述第四电极的部分产生的自旋累积信息，通过所述电压信号检测机构，经由该第三铁磁性电极和该第四电极作为电压信号检测出。
10.如权利要求9所述的自旋器件的驱动方法，其特征在于：
在所述石墨烯中配置有所述第三铁磁性电极和所述第四电极的2个以上的电极对，
将通过所述电流的施加而在所述石墨烯中的被夹持于所述2个以上的电极对的部分产生的各个自旋累积信息，通过所述电压信号检测机构，按顺序或一并检测出。
11.如权利要求9所述的自旋器件的驱动方法，其特征在于：
在所述石墨烯中配置有所述第三铁磁性电极和所述第四电极的2个以上的电极对，
将通过所述电流的施加而在所述石墨烯中的被夹持于至少一个所述电极对的部分产生的自旋累积信息，通过所述电压信号检测机构，作为所述电压信号检测出，
根据所述检测出的电压信号，对以后的信号处理进行切换。
12.如权利要求9所述的自旋器件的驱动方法，其特征在于：
所述第一铁磁性电极具有巨磁阻效应(GMR)结构或隧道磁阻效应(TMR)结构，
在所述石墨烯中配置有所述第三铁磁性电极和所述第四电极的2个以上的电极对，
将所述第一铁磁性电极的磁化状态，通过基于所述GMR结构或所述TMR结构的磁阻效应读出，
根据所述读出的所述第一铁磁性电极的磁化状态，保持该第一铁磁性电极的磁化状态，或通过对该第一铁磁性电极与所述第二电极之间施加切换电流而使该第一铁磁性电极的磁化状态改变，
通过所述电流施加机构，对夹持所述石墨烯的所述第一铁磁性电极与所述第二电极之间施加电流，
将通过所述电流的施加而在所述石墨烯中的被夹持于所述2个以上的电极对的部分产生的各个自旋累积信息，通过所述电压信号检测机构，按顺序或一并检测出。
13.一种自旋器件的制造方法，其为权利要求1所述的自旋器件的制造方法，其特征在于：
在相互分离配置的所述第一铁磁性电极和所述第三铁磁性电极之上，以与所述铁磁性电极双方电连接的方式配置所述石墨烯，
在所述配置的石墨烯之上，以所述第二电极与所述第一铁磁性电极一起夹持所述石墨烯的方式，且以所述第四电极与所述第三铁磁性电极一起夹持所述石墨烯的方式，形成与所述石墨烯电连接的所述第二电极和所述第四电极。
14.如权利要求13所述的自旋器件的制造方法，其特征在于：
所述第二电极和所述第四电极为铁磁性电极，
在配置于所述第一铁磁性电极和所述第三铁磁性电极之上的所述石墨烯中的、所述第一铁磁性电极和所述第三铁磁性电极一侧的面的相反侧的面，预先形成有铁磁性体层，
通过所述铁磁性体层的微细加工形成所述第二电极和所述第四电极。
15.一种自旋器件的制造方法，其为权利要求1所述的自旋器件的制造方法，其特征在于：
在相互分离配置的所述第二电极和所述第四电极之上，以与所述电极双方电连接的方式配置所述石墨烯，
在所述配置的石墨烯之上，以所述第一铁磁性电极与所述第二电极一起夹持所述石墨烯的方式，且以所述第三铁磁性电极与所述第四电极一起夹持所述石墨烯的方式，形成与所述石墨烯电连接的所述第一铁磁性电极和所述第三铁磁性电极。
16.如权利要求15所述的自旋器件的制造方法，其特征在于：
在配置于所述第二电极和所述第四电极之上的所述石墨烯中的、所述第二电极和所述第四电极一侧的面的相反侧的面，预先形成有铁磁性体层，
通过所述铁磁性体层的微细加工形成所述第一铁磁性电极和所述第三铁磁性电极。
CN201280002641.XA 2011-07-22 2012-07-19 自旋器件、其驱动方法及其制造方法 Active CN103081109B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011160580 2011-07-22
JP2011-160580 2011-07-22
PCT/JP2012/004612 WO2013014892A1 (ja) 2011-07-22 2012-07-19 スピンデバイス、その動作方法およびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103081109A CN103081109A (zh) 2013-05-01
CN103081109B true CN103081109B (zh) 2015-08-05

Family

ID=47600763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280002641.XA Active CN103081109B (zh) 2011-07-22 2012-07-19 自旋器件、其驱动方法及其制造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8836060B2 (zh)
JP (1) JP5398921B2 (zh)
CN (1) CN103081109B (zh)
WO (1) WO2013014892A1 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6236791B2 (ja) * 2013-02-06 2017-11-29 Tdk株式会社 スピン注入電極構造及びそれを用いたスピン伝導素子
US8901689B1 (en) * 2013-05-10 2014-12-02 International Business Machines Corporation Graphene photodetector
RU2585404C1 (ru) * 2015-04-09 2016-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) Графеновый спиновый фильтр
US10261139B2 (en) * 2016-02-19 2019-04-16 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Method of making a magnetic field sensor
US9934798B1 (en) * 2016-09-28 2018-04-03 Seagate Technology Llc Lateral spin valve reader with vertically-integrated two-dimensional semiconducting channel
JP6394759B2 (ja) * 2017-07-27 2018-09-26 Tdk株式会社 積層体
JP2019047120A (ja) * 2017-09-01 2019-03-22 Tdk株式会社 スピン流磁化反転素子、スピン軌道トルク型磁気抵抗効果素子、磁気メモリ及び高周波磁気素子
US11908901B1 (en) * 2019-03-14 2024-02-20 Regents Of The University Of Minnesota Graphene varactor including ferroelectric material
WO2022230316A1 (ja) * 2021-04-28 2022-11-03 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 磁気センサ及び磁気の検出方法
WO2023127795A1 (ja) * 2021-12-27 2023-07-06 国立大学法人 東京大学 情報処理デバイス及び信号変換方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102047428A (zh) * 2008-03-12 2011-05-04 卧龙岗大学 一种新型的无带隙半导体材料

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008130465A2 (en) * 2007-03-02 2008-10-30 Brookhaven Science Associates Nanodevices for spintronics methods of using same
JP2009182173A (ja) 2008-01-31 2009-08-13 Fujitsu Ltd グラフェントランジスタ及び電子機器
JP5155907B2 (ja) * 2009-03-04 2013-03-06 株式会社東芝 磁性膜を用いた信号処理デバイスおよび信号処理方法
JP2011124328A (ja) * 2009-12-09 2011-06-23 Nec Corp 炭素系磁性材料を用いたスピントロニクス素子

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102047428A (zh) * 2008-03-12 2011-05-04 卧龙岗大学 一种新型的无带隙半导体材料

Also Published As

Publication number Publication date
CN103081109A (zh) 2013-05-01
US8836060B2 (en) 2014-09-16
JPWO2013014892A1 (ja) 2015-02-23
WO2013014892A1 (ja) 2013-01-31
JP5398921B2 (ja) 2014-01-29
US20130170290A1 (en) 2013-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103081109B (zh) 自旋器件、其驱动方法及其制造方法
Zhang et al. Recent progress and challenges in magnetic tunnel junctions with 2D materials for spintronic applications
US7532502B2 (en) Spin injection magnetic domain wall displacement device and element thereof
RU2595588C2 (ru) Магнитный записывающий элемент
CN101496120B (zh) 分薄层的磁性器件、使用该器件的磁性隧道结和自旋阀
TWI222230B (en) Magnetic memory
KR101266791B1 (ko) 면내 전류와 전기장을 이용한 자기메모리 소자
JP6037050B2 (ja) 磁気抵抗効果素子、Ｓｐｉｎ−ＭＯＳＦＥＴ、磁気センサ及び磁気ヘッド
CN110462814A (zh) 自旋元件及磁存储器
US9252356B2 (en) Magnetization reversal device, memory element, and magnetic field generation device
CN107046095B (zh) 磁性传感器设备和用于具有磁电阻结构的磁性传感器设备的方法
TWI284901B (en) Ferromagnetic resonance switching for magnetic random access memory
CN108292702A (zh) 磁阻效应元件、磁存储器、磁化反转方法及自旋流磁化反转元件
KR100598634B1 (ko) 자기 메모리 유닛 및 자기 메모리 어레이
CN110392931A (zh) 自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件及磁存储器
CN104704564A (zh) 磁性纳米结构中基于自旋霍尔扭矩效应的电栅控式三端子电路及装置
US8159865B2 (en) Information storage element and method of writing/reading information into/from information storage element
EP3761384B1 (en) Stabilization method for spin elements and production method for spin elements
CN103827969B (zh) 反铁磁性存储设备
KR20070024343A (ko) 자기 저항 효과 소자, 자기 헤드, 자기 기억 장치, 및 자기메모리 장치
US7450348B2 (en) Electronic device, magnetoresistance effect element; magnetic head, recording/reproducing apparatus, memory element and manufacturing method for electronic device
Garcia et al. Ballistic magnetoresistance in different nanocontact configurations: a basis for future magnetoresistance sensors
Hai et al. Electrical characterization of magnetic domain wall via distinctive hysteresis and magnetoresistance
CN104205226A (zh) 存储器和逻辑器件及其执行方法
Krompiewski Spin‐polarized transport through carbon nanotubes

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant