JP3206582B2 - Spin polarization element - Google Patents

Spin polarization element

Info

Publication number
JP3206582B2
JP3206582B2 JP01834299A JP1834299A JP3206582B2 JP 3206582 B2 JP3206582 B2 JP 3206582B2 JP 01834299 A JP01834299 A JP 01834299A JP 1834299 A JP1834299 A JP 1834299A JP 3206582 B2 JP3206582 B2 JP 3206582B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ferromagnetic
magnetic
spin
magnetic material
semiconductor
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP01834299A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH11289115A (en
Inventor
望 松川
雅祥 平本
博 榊間
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 Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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 Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP01834299A priority Critical patent/JP3206582B2/en
Publication of JPH11289115A publication Critical patent/JPH11289115A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3206582B2 publication Critical patent/JP3206582B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁場により抵抗が
変化するスピン偏極素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spin-polarizing element whose resistance changes according to a magnetic field.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来の、磁場により抵抗が変化する材料
としては、異方性磁気抵抗効果を用いたＡＭＲ、強磁性
金属と非磁性金属を積層し、各強磁性層の磁化相対角の
変化による抵抗の変化を用いたＧＭＲ、強磁性金属を超
薄の絶縁膜で分離し、絶縁膜をトンネルする電流が各強
磁性金属の磁化相対角度により変化する事を用いたＴＭ
Ｒ、絶縁材料中に強磁性金属が分散しており、分散した
強磁性金属の磁化方向が外部磁場で揃うことにより抵抗
が変化するグラニュラー材料、磁場により誘起される絶
縁体−金属相転移を用いたＣＭＲ等がある。2. Description of the Related Art As a conventional material whose resistance is changed by a magnetic field, AMR using an anisotropic magnetoresistance effect, a ferromagnetic metal and a non-magnetic metal are laminated, and a change in relative magnetization angle of each ferromagnetic layer is performed. GMR using the change in resistance due to the magnetic field, TM using the fact that the ferromagnetic metal is separated by an ultra-thin insulating film, and the current that tunnels through the insulating film changes according to the relative angle of magnetization of each ferromagnetic metal
R, a ferromagnetic metal is dispersed in an insulating material, and the magnetization direction of the dispersed ferromagnetic metal is adjusted by an external magnetic field to change the resistance, and a magnetic field-induced insulator-metal phase transition is used. There is CMR etc.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】これらの、磁場により
抵抗が変化する素子に要求される特性は、できるだけ大
きな抵抗変化率が室温で得られる事と、抵抗が変化する
磁場が、用いようとする磁場範囲内にあることである。
例えば、センサーや、磁気記録の際の読み取りヘッドと
して用いる場合、できるだけ低い磁場で抵抗が変化する
ことが必要である。The characteristics required for an element whose resistance changes due to a magnetic field are that a resistance change rate as large as possible can be obtained at room temperature and that a magnetic field whose resistance changes is used. In the range of the magnetic field.
For example, when used as a sensor or a read head for magnetic recording, it is necessary for the resistance to change with a magnetic field as low as possible.

【０００４】前記従来例のうち、パーマロイなどのＡＭ
Ｒ材料は、数Ｏｅの低磁場で抵抗が変化するため、磁気
記録の読み取りヘッドなどによく用いられてきたが、抵
抗変化率が数％しかなく、感度を上げるのに限界があ
る。ＣＭＲ材料は、室温で十数〜数十％の抵抗変化率が
得られるが、磁場が変化するためには少なくとも数ｋＯ
ｅから、それ以上の高磁場を必要としている。グラニュ
ラー材料も室温での抵抗変化率、動作磁場域に問題があ
る。Among the above conventional examples, AM such as Permalloy
Since the R material changes its resistance in a low magnetic field of several Oe, it has been often used for a read head for magnetic recording, but has a resistance change rate of only a few percent, and there is a limit in increasing the sensitivity. Although the CMR material can obtain a resistance change rate of tens to several tens% at room temperature, it requires at least several kO to change the magnetic field.
From e, a higher magnetic field is required. Granular materials also have problems with the rate of resistance change at room temperature and the operating magnetic field range.

【０００５】前記従来例のうち有望とされているのはＴ
ＭＲとＧＭＲ、およびＧＭＲの一形態のスピンバルブ膜
である。これらはいずれも強磁性金属中では磁化と平行
なスピンの作るバンドと、反平行なスピンの作るバンド
ではエネルギー準位に差ができ、結果として、伝導に寄
与するフェルミ面近傍の状態密度が、磁化に平行と反平
行で異なり、スピンの偏極が生じる事を用いている。そ
の特性は、用いる強磁性金属のフェルミ面近傍のスピン
分極率に依存する事になるが、その分極率は単元素中も
っとも高いＦｅにおいても４０〜５０％程度であり、そ
こから計算される抵抗変化率の最大値は約５０％であ
る。それ以上の値を得るためには、新たな工夫が必要と
なる。A promising example of the above conventional example is T
It is a spin valve film of one form of MR, GMR, and GMR. In any of these, in a ferromagnetic metal, there is a difference in the energy level between the band created by the spin parallel to the magnetization and the band created by the antiparallel spin. As a result, the density of states near the Fermi surface contributing to conduction becomes It uses the fact that the polarization is different between parallel and antiparallel to the magnetization, and that the spin is polarized. The characteristics depend on the spin polarizability near the Fermi surface of the ferromagnetic metal used, and the polarizability is about 40 to 50% even for Fe, which is the highest in a single element, and the resistance calculated therefrom. The maximum value of the change rate is about 50%. In order to obtain a higher value, a new device is required.

【０００６】また、スピンの偏極が有効に磁場による抵
抗変化を生じるためには、電子が強磁性体間の非磁性体
を伝導する際にスピンの偏極状態が保持されている率が
高い必要がある。本発明は、上記従来の問題を解決する
ために、強磁性体でありかつ半導体である物質のスピン
分極を用いることにより、従来より大きな抵抗変化率を
得られる、新規なスピン偏極素子を提供する事を目的と
する。本発明の他の目的は、上記従来の問題を解決する
ために、強磁性体でありかつ半導体もしくはハーフメタ
ルである物質のスピン分極を用い、かつ非磁性体により
接続されている強磁性体間の距離、および非磁性体中の
局在スピンを有する不純物の濃度を制限することによ
り、従来より大きな抵抗変化率が得られる新規なスピン
偏極素子を提供することである。 Also, the polarization of the spin is effectively reduced by the magnetic field.
In order for the change in resistance to occur, the electrons must be
The rate at which the spin polarization is maintained when conducting
Need to be high. The present invention provides a novel spin-polarized element that can obtain a higher rate of change in resistance by using spin polarization of a substance that is a ferromagnetic material and a semiconductor in order to solve the above-described conventional problems. The purpose is to do. Another object of the present invention is to solve the above conventional problems.
Because it is ferromagnetic and semiconductor or half-metal
Using the spin polarization of a material that is
The distance between the connected ferromagnetic materials, and the
By limiting the concentration of impurities with localized spin
New spin with higher resistance change rate
It is to provide a polarizing element.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のスピン偏極素子は、強磁性体と非磁性体か
らなり、かつ、少なくとも一つ以上の電荷を注入する端
子と、少なくとも一つ以上の電荷を取り出す端子と、電
荷が伝導する伝導経路があり、前記伝導経路のうちに
は、少なくとも一つ以上、非磁性体を介して強磁性体と
強磁性体が接続された伝導経路があり、かつ前記非磁性
体を介して強磁性体と強磁性体が接合された伝導経路を
構成する強磁性体のうち少なくとも一つが半導体である
構成を有している。また、大きな抵抗変化率が室温で得
られるためには、前記半導体である強磁性体が室温で強
磁性体である必要がある。強磁性体としてはフェロ磁性
体、フェリ磁性体、キャンティ磁性体、メタ磁性体など
を用いることができる。また、ここでいう半導体である
物質とは、温度が下がることにより抵抗が増加する物質
のことである。この目的を達成するための別の手段とし
て、本発明のスピン偏極素子は、強磁性体と非磁性体か
らなり、かつ、少なくとも一つ以上の電荷を注入する端
子と、少なくとも一つ以上の電荷を取り出す端子と、電
荷が伝導する伝導経路があり、前記伝導経路のうちに
は、少なくとも一つ以上、非磁性体を介して強磁性体と
強磁性体が接続された伝導経路があり、かつ前記非磁性
体を介して強磁性体と強磁性体が接合された伝導経路を
構成する強磁性体のうち少なくとも一つが半導体もしく
はハーフメタルである構成を有し、前記半導体は室温で
強磁性体であり、かつ非磁性体が非磁性金属である場
合、その厚みを１μｍ以下、望ましくは１００ｎｍ以下
にし、かつ非磁性体中の磁性不純物が１００ｐｐｍ以
下、望ましくは２０ｐｐｍ以下である構成を有してい
る。また、ここでいうハーフメタルとは、Ｆｅ3Ｏ4やＬ
ａ0.67Ｓｒ0.33ＭｎＯ3などの、磁化と平行なスピンの
つくるバンドと、磁化に反平行なスピンのつくるバンド
とのエネルギー差により、フェルミ面が実質的にどちら
か片方のスピンがつくるバンドのみを横切る材料のこと
であり、半金属（セミメタル）とは異なる。この目的を
達成するための別の手段として、本発明のスピン偏極素
子は、強磁性体と非磁性体からなり、かつ、少なくとも
一つ以上の電荷を注入する端子と、 少なくとも一つ以上
の電荷を取り出す端子と、電荷が伝導する伝導経路があ
り、前記伝導経路のうちには、少なくとも一つ以上、非
磁性体を介して強磁性体と強磁性体が接続された伝導経
路があり、かつ前記非磁性体を介して強磁性体と強磁性
体が接合された伝導経路を構成する強磁性体のうち少な
くとも一つが半導体もしくはハーフメタルである構成を
有し、前記半導体は室温で強磁性体であり、かつ非磁性
体が非磁性絶縁体である場合、その厚みを１０ｎｍ以
下、望ましくは１ｎｍ以下にし、かつ非磁性体中の磁性
不純物が１００ｐｐｍ以下、望ましくは２０ｐｐｍ以下
である構成を有している。また、非磁性体を介して強磁
性体と強磁性体が接続された伝導経路において、前記非
磁性体のうち、少なくとも、半導体もしくはハーフメタ
ルである強磁性体と接続される界面においては前記非磁
性体は、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、
もしくはそれらの合金であることが望ましい。また、非
磁性体を介して接続された強磁性体でありかつ半導体で
ある強磁性体のバンドギャップエネルギーとしては１ｅ
Ｖ以下である事が望ましい。また、強磁性体としては主
にＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏから選ばれる少なくとも一種
の元素の酸化物を含む磁性酸化物を用いることができ、
その場合、ＭＦｅ 2 Ｏ 4 （Ｍ＝Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｌｉ）、γＦｅ 2 Ｏ 3 、ＭｎＺｎフェ
ライト、ＮｉＺｎフェライト、ＣｕＺｎフェライト、Ｌ
ａ 0.67 Ｓｒ 0.33 ＭｎＯ 3 等を用いることができ、特に、
その中でも抵抗率が１００（ｏｈｍ・ｃｍ）以下である
ものが望ましい。また、非磁性体を介して強磁性体と強
磁性体が接続された伝導経路を形成する際、強磁性体と
非磁性体を層状にし、交互に積層する方法を用いること
ができる。また、非磁性体を介して強磁性体と強磁性体
が接続された伝導経路を形成する際、粒状の強磁性体を
非磁性体中に分散させることにより、形成することがで
きる。その際、強磁性体の平均粒径は１００ｎｍ以下で
ある事が望ましい。また、非磁性体を介して接続された
強磁性体の保磁力をＨｃiとした時、非磁性体を介して
接続された強磁性体各々の保磁力、Ｈｃ１、Ｈｃ２の組
においてＨｃ１＜１ｋＯｅかつＨｃ２＞Ｈｃ１である組
み合わせを少なくとも一つ持つ、ま たは、非磁性体を介
して接続された強磁性体のうち少なくとも一つを反強磁
性体に接続する事が望ましい。 In order to achieve this object, a spin-polarizing element according to the present invention comprises a ferromagnetic material and a non-magnetic material, and has an end for injecting at least one charge.
A terminal for extracting at least one charge,
There is a conduction path through which the load is conducted, and among the conduction paths,
It is at least one, and ferromagnetic through a non-magnetic material
There is a conduction path to which a ferromagnetic substance is connected, and at least one of the ferromagnetic substances constituting a conduction path in which the ferromagnetic substance is joined to the ferromagnetic substance via the non-magnetic substance is a semiconductor. are doing. Also, a large resistance change rate is obtained at room temperature.
In order for the ferromagnetic material, which is a semiconductor, to be strong at room temperature,
It must be magnetic. As the ferromagnetic material, a ferromagnetic material, a ferrimagnetic material, a Chianti magnetic material, a metamagnetic material, or the like can be used. In addition, it is a semiconductor here
Substances are substances whose resistance increases as the temperature decreases
That is. As another means for achieving this object, a spin-polarizing element of the present invention comprises a ferromagnetic material and a non-magnetic material, and has an end for injecting at least one or more charges.
A terminal for extracting at least one charge,
There is a conduction path through which the load is conducted, and among the conduction paths,
It is at least one, and ferromagnetic through a non-magnetic material
There is a conduction path to which the ferromagnetic substance is connected, and at least one of the ferromagnetic substances constituting the conduction path in which the ferromagnetic substance is joined to the ferromagnetic substance via the non-magnetic substance is a semiconductor or a half metal. Wherein the semiconductor is at room temperature
When the material is a ferromagnetic material and the non-magnetic material is a non-magnetic metal, the thickness of the non-magnetic material should be 1 μm or less, preferably 100 nm or less, and the magnetic impurities in the non-magnetic material should be 100 ppm or less, preferably 20 ppm or less. Have . In addition, the half-metal referred to herein, Fe 3 O 4 and L
Due to the energy difference between the band created by the spin parallel to the magnetization and the band created by the spin antiparallel to the magnetization, such as a 0.67 Sr 0.33 MnO 3 , only the band of the Fermi surface that is substantially formed by one of the spins is generated. It is a material that crosses and is different from semimetal. As another means for achieving this object, the spin-polarizing element of the present invention comprises a ferromagnetic material and a non-magnetic material, and has at least
At least one terminal for injecting one or more charges;
There is a terminal for taking out the electric charge and a conduction path for conducting the electric charge.
Ri, wherein within the conduction path, at least one, there is conduction through <br/> path ferromagnetic and ferromagnetic bodies are connected via a non-magnetic material, and through the non-magnetic material At least one of the ferromagnetic materials constituting the conduction path in which the ferromagnetic material and the ferromagnetic material are joined is a semiconductor or a half metal, and the semiconductor is a ferromagnetic material at room temperature. When the non-magnetic material is a non-magnetic insulator, the thickness of the non-magnetic material is 10 nm or less, preferably 1 nm or less, and the magnetic impurities in the non-magnetic material are 100 ppm or less, preferably 20 ppm or less. are doing. In addition, strong magnetic
In the conduction path where the conductive material and the ferromagnetic material are connected,
At least a semiconductor or half-metal
At the interface connected to the ferromagnetic material
Sexual substances are Cu, Rh, Pd, Ag, Ir, Pt, Au,
Alternatively, it is desirable to use an alloy thereof. Also, non
Ferromagnetic material connected via magnetic material and semiconductor
The band gap energy of a ferromagnetic material is 1e
V or less is desirable. In addition, the main ferromagnetic material
At least one selected from Fe, Ni, Mn, and Co
Magnetic oxides containing oxides of the elements of
In that case, MFe 2 O 4 (M = Mn, Zn, Fe, Co,
Ni, Cu, Mg, Li), γFe 2 O 3 , MnZn
Light, NiZn ferrite, CuZn ferrite, L
a 0.67 Sr 0.33 MnO 3 or the like can be used.
Among them, the resistivity is 100 (ohm · cm) or less.
Things are desirable. In addition, a ferromagnetic material and a strong
When forming a conduction path to which the magnetic material is connected,
Use a method of layering non-magnetic materials and alternately stacking them
Can be. In addition, a ferromagnetic material and a ferromagnetic material
When forming a connected conduction path,
It can be formed by dispersing in a non-magnetic material.
Wear. At this time, the average particle size of the ferromagnetic material is 100 nm or less.
Something is desirable. Also connected via non-magnetic material
When the coercive force of the ferromagnetic material is Hci,
Set of coercive force, Hc1, Hc2 of each connected ferromagnetic material
In which Hc1 <1 kOe and Hc2> Hc1
With at least one match only, it was or, through a non-magnetic material
At least one of the connected ferromagnetic materials is anti-ferromagnetic
It is desirable to connect to the sexual body.

【０００８】その際、非磁性体を介して強磁性体が接続
された経路のうちの、少なくとも一つ以上で、前記非磁
性体が非磁性金属である場合、その厚みが１μｍ以下で
あることが望ましい。より好ましくは、１００ｎｍ以下
であることが望ましい。In this case, when at least one of the paths to which the ferromagnetic material is connected via the non-magnetic material, when the non-magnetic material is a non-magnetic metal, the thickness thereof is 1 μm or less. Is desirable. More preferably, it is desirable to be 100 nm or less.

【０００９】また、非磁性体を介して強磁性体が接続さ
れた経路のうちの、少なくとも一つ以上で、前記非磁性
体が非磁性絶縁体である場合、その厚みが１０ｎｍ以下
である事が望ましい。When at least one of the paths to which the ferromagnetic material is connected via the non-magnetic material, if the non-magnetic material is a non-magnetic insulator, the thickness thereof should be 10 nm or less. Is desirable.

【００１０】また、前記非磁性絶縁体としては磁性不純
物の濃度が１００ｐｐｍ、より好ましくは２０ｐｐｍ以
下である事が望ましい。The nonmagnetic insulator preferably has a magnetic impurity concentration of 100 ppm, more preferably 20 ppm or less.

【００１１】また、非磁性体を介して強磁性体が接続さ
れた経路において、前記非磁性体のうち、少なくとも、
半導体もしくはハーフメタルである強磁性体と接続され
る界面においては前記非磁性体は、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、
Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、もしくはそれらの合金である
ことが望ましい。[0011] Further, in a path where the ferromagnetic material is connected via the non-magnetic material, at least one of the non-magnetic materials includes
At the interface connected to a ferromagnetic material that is a semiconductor or a half metal, the nonmagnetic material is Cu, Rh, Pd,
It is desirable to use Ag, Ir, Pt, Au, or an alloy thereof.

【００１２】また、非磁性体を介して接続された強磁性
体でありかつ半導体である強磁性体のバンドギャップエ
ネルギーとしては１ｅＶ以下である事が望ましい。It is desirable that the ferromagnetic material, which is a ferromagnetic material and a semiconductor connected via a non-magnetic material, has a band gap energy of 1 eV or less.

【００１３】また、強磁性体としては主にＦｅ、Ｎｉ、
Ｍｎ、Ｃｏから選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物
を含む磁性酸化物を用いることができ、その場合、ＭＦ
ｅ2Ｏ4（Ｍ＝Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍ
ｇ、Ｌｉ）、γＦｅ2Ｏ3、ＭｎＺｎフェライト、ＮｉＺ
ｎフェライト、ＣｕＺｎフェライト、Ｌａ0.67Ｓｒ 0.33
ＭｎＯ3等を用いることができ、特に、その中でも抵抗
率が１００（ｏｈｍ・ｃｍ）以下であるものが望まし
い。[0013] Ferromagnetic materials are mainly Fe, Ni,
Oxide of at least one element selected from Mn and Co
Can be used, in which case the MF
eTwoOFour(M = Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Cu, M
g, Li), γFeTwoOThree, MnZn ferrite, NiZ
n ferrite, CuZn ferrite, La0.67Sr 0.33
MnOThreeEtc. can be used.
It is desirable that the ratio be 100 (ohm · cm) or less.
No.

【００１４】また、非磁性体を介して強磁性体が接続さ
れた経路を形成する際、強磁性体と非磁性体を層状に
し、交互に積層する方法を用いることができる。When forming a path in which a ferromagnetic material is connected via a non-magnetic material, a method in which the ferromagnetic material and the non-magnetic material are layered and alternately stacked can be used.

【００１５】また、非磁性体を介して強磁性体が接続さ
れた経路を形成する際、粒状の強磁性体を非磁性体中に
分散させることにより、形成することができる。その
際、強磁性体の平均粒径は１００ｎｍ以下である事が望
ましい。Further, when forming a path in which a ferromagnetic material is connected via a non-magnetic material, it can be formed by dispersing a granular ferromagnetic material in the non-magnetic material. At this time, it is desirable that the average particle size of the ferromagnetic material is 100 nm or less.

【００１６】また、非磁性体を介して接続された強磁性
体の保磁力をＨｃiとした時、非磁性体を介して接続さ
れた強磁性体各々の保磁力、Ｈｃ１、Ｈｃ２の組におい
てＨｃ１＜１ｋＯｅかつＨｃ２＞Ｈｃ１である組み合わ
せを少なくとも一つ持つ、または、非磁性体を介して接
続された強磁性体のうち少なくとも一つを反強磁性体に
接続する事が望ましい。When the coercive force of the ferromagnetic material connected via the non-magnetic material is Hci, the coercive force of each ferromagnetic material connected via the non-magnetic material, Hc1 in the set of Hc1 and Hc2, It is desirable to have at least one combination of <1 kOe and Hc2> Hc1, or to connect at least one of ferromagnetic materials connected via a non-magnetic material to the antiferromagnetic material.

【００１７】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図１、２を用いて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【００１８】（実施の形態１）図１（ａ）に本発明のス
ピン偏極素子の１例を示す。図１（ａ）においてＦＭ１
１、強磁性金属材料であり、ＮＭ１１は非磁性金属材料
であり、ＦＳ１１は強磁性半導体材料である。ＦＭ１１
はＮＭ１１を介してＦＳ１１と接続されている。(Embodiment 1) FIG. 1A shows an example of a spin polarization element of the present invention. In FIG. 1A, FM1
1. A ferromagnetic metal material, NM11 is a non-magnetic metal material, and FS11 is a ferromagnetic semiconductor material. FM11
Is connected to the FS11 via the NM11.

【００１９】以上のように構成されたスピン偏極素子に
ついて、以下、その動作を述べる。The operation of the spin-polarizing element configured as described above will be described below.

【００２０】このスピン偏極素子に通電すると、荷電粒
子は、平均自由行程Ｌ毎に散乱されながら、平均して電
場の方向に移動していく。ＦＭ１１の強磁性体金属中で
は伝導バンドが磁化の方向に平行と反平行のスピン間で
フェルミ面付近の状態密度に差があるため、スピンの偏
極が生じている。ＮＭ１１内でスピン偏極状態は、荷電
キャリアが散乱される毎にスピン反転確率ｓで失われ、
述べｓＬの距離を移動するとスピン偏極状態はほぼ失わ
れる。ＮＭ１１の厚みを距離ｓＬに対して充分短くする
と、スピン偏極状態が残留したまま荷電キャリアは、Ｎ
Ｍ１１を越えて強磁性半導体ＦＳ１１内に伝導しようと
する。しかし、ＦＳ１１は強磁性体であるため、その伝
導帯はＦＳ１１の磁化方向に平行と反平行のスピン間で
エネルギーにＥｄの差が生じ、伝導帯の底から、エネル
ギーＥｄのところまでは伝導帯の分極率はほぼ１００％
になっている。When the spin-polarized element is energized, the charged particles move in the direction of the electric field on average while being scattered for each mean free path L. In the ferromagnetic metal of FM11, spin polarization occurs because the conduction band has a difference in state density near the Fermi surface between spins that are parallel and antiparallel to the direction of magnetization. In the NM11, the spin-polarized state is lost with a spin inversion probability s every time a charged carrier is scattered,
When the distance sL is moved, the spin polarization state is almost lost. When the thickness of the NM11 is made sufficiently short with respect to the distance sL, the charge carriers are N
An attempt is made to pass through M11 and into the ferromagnetic semiconductor FS11. However, since FS11 is a ferromagnetic material, its conduction band has a difference in energy Ed between spins parallel and antiparallel to the magnetization direction of FS11, and the conduction band extends from the bottom of the conduction band to the energy Ed. Polarizability is almost 100%
It has become.

【００２１】結果として、ＦＭ１１の磁化方向とＦＳ１
１の磁化方向に応じて図１（ａ）のスピン偏極素子の抵
抗は変化し、ＦＳ１１における分極率が１００％である
ために、従来の磁性金属材料の接合を用いた場合に比べ
て大きな抵抗変化率を得ることができる。As a result, the magnetization direction of FM11 and FS1
The resistance of the spin polarization element of FIG. 1A changes in accordance with the magnetization direction of No. 1 and the polarizability of the FS11 is 100%, which is larger than that in the case of using the conventional magnetic metal material junction. The resistance change rate can be obtained.

【００２２】図１（ｂ）においてＦＭ２１は強磁性金属
材料であり、ＮＩ２１は非磁性絶縁体であり、ＦＳ２１
は強磁性半導体である。ＦＭ２１はＮＩ２１を介してＦ
Ｓ２１に接続されている。以上のように構成されたスピ
ン偏極素子において、ＦＭ２１では図１（ａ）の例と同
様の理由でスピン偏極が生じており、また、ＦＳ２１で
は図１（ａ）の例と同様の理由で伝導帯の底のスピン分
極率がほぼ１００％であるためにほぼ１００％のスピン
偏極が生じている。ＮＩ２１が充分薄ければ、荷電キャ
リアはＦＭ２１から、スピンの状態を保持したまま、Ｆ
Ｓ２１内にトンネルしようとするが、ＦＳ２１の伝導帯
の底のスピン分極率が１００％に非常に近いため、ＦＭ
２１の磁化方向と、ＦＳ２１の磁化方向によってトンネ
ル確率は大きく変化し、従来に比べ大きな抵抗変化率を
得ることができる。In FIG. 1B, FM21 is a ferromagnetic metal material, NI21 is a non-magnetic insulator, and FS21
Is a ferromagnetic semiconductor. FM21 is connected to F via NI21.
It is connected to S21. In the spin polarization element configured as described above, spin polarization occurs in the FM21 for the same reason as in the example of FIG. 1A, and in the FS21, the same reason as in the example of FIG. Since the spin polarizability at the bottom of the conduction band is almost 100%, almost 100% of spin polarization occurs. If the NI 21 is sufficiently thin, the charge carrier is transferred from the FM 21 to the F 21 while maintaining the spin state.
Attempts to tunnel into S21, but since the spin polarizability at the bottom of the conduction band of FS21 is very close to 100%, FM
The tunneling probability greatly changes depending on the magnetization direction of the FS21 and the magnetization direction of the FS21, and it is possible to obtain a larger resistance change rate than in the related art.

【００２３】図１（ｃ）においてＦＳ３１は強磁性半導
体であり、ＨＭ３１は強磁性ハーフメタルであり、ＮＩ
３１は非磁性絶縁体である。ＦＳ３１はＮＩ３１を介し
てＨＭ３１に接続されている。強磁性ハーフメタルＨＭ
３１内では、磁化と平行なスピンのつくるバンドと、磁
化に反平行なスピンのつくるバンドとのエネルギー差に
より、フェルミ面が実質的にどちらか片方のスピンがつ
くるバンドのみを横切るためにほぼ１００％のスピン分
極を生じている。ゆえに、以上のように構成されたスピ
ン偏極素子においても図１（ａ）、（ｂ）と同様に大き
な抵抗変化率を得ることができる。In FIG. 1C, FS31 is a ferromagnetic semiconductor, HM31 is a ferromagnetic half metal, and NI
31 is a non-magnetic insulator. The FS 31 is connected to the HM 31 via the NI 31. Ferromagnetic half metal HM
In 31, the energy difference between the band created by the spin parallel to the magnetization and the band created by the anti-parallel spin causes the Fermi surface to substantially cross only the band created by one of the spins. % Spin polarization. Therefore, even in the spin-polarized element configured as described above, a large resistance change rate can be obtained as in FIGS. 1A and 1B.

【００２４】図１（ｄ）においてＦＭ４１、ＦＭ４２は
強磁性金属材料であり、ＮＩ４１は非磁性絶縁体であ
り、ＦＳ４１は強磁性半導体である。ＦＭ４１、ＦＳ４
１はＮＩ４１を介してＦＭ４２に接続され、ＦＭ４２同
士もＮＩ４１を介して接続されている。以上のように構
成されたスピン偏極素子においても同様の作用で大きな
抵抗変化率を得ることができる。In FIG. 1D, FM41 and FM42 are ferromagnetic metal materials, NI41 is a non-magnetic insulator, and FS41 is a ferromagnetic semiconductor. FM41, FS4
1 is connected to the FM 42 via the NI 41, and the FMs 42 are also connected to each other via the NI 41. In the spin-polarized element configured as described above, a large resistance change rate can be obtained by the same operation.

【００２５】図１（ｅ）においてＦＭ５１は強磁性金属
材料、ＮＩ５１は非磁性絶縁体、ＦＳ５１は強磁性半導
体、ＡＦ５１は反強磁性体である。ＦＭ５１とＦＳ４１
はＮＩ５１を介して接続され、ＦＳ５１はＡＦ５１に接
続されている。ＡＦ５１に接続されることによりＦＳ５
１には１方向異方性がかかり、磁化方向が固定され、い
わゆるスピンバルブ動作をするようになる。以上のよう
に構成されたスピン編曲素子においても、強磁性かつ半
導体もしくはハーフメタルである強磁性体の１００％に
近いスピン分極性によって、大きな抵抗変化率を得るこ
とができる。In FIG. 1E, FM51 is a ferromagnetic metal material, NI51 is a non-magnetic insulator, FS51 is a ferromagnetic semiconductor, and AF51 is an antiferromagnetic material. FM51 and FS41
Are connected via the NI 51, and the FS 51 is connected to the AF 51. FS5 by connecting to AF51
1 has a unidirectional anisotropy, the magnetization direction is fixed, and a so-called spin valve operation is performed. Even in the spin-arranged element configured as described above, a large rate of change in resistance can be obtained due to the spin polarization close to 100% of the ferromagnetic material that is ferromagnetic and a semiconductor or a half metal.

【００２６】なお、以上の説明では、強磁性金属−非磁
性金属−強磁性半導体、強磁性金属−非磁性絶縁体−強
磁性半導体、強磁性半導体−非磁性絶縁体−強磁性ハー
フメタル、強磁性金属−（非磁性絶縁体−強磁性金属−
非磁性絶縁体）ｎ−強磁性半導体の組み合わせで構成し
た例で説明したが、組み合わせ内に少なくとも一つ強磁
性、かつ、半導体である強磁性体を有していれば、任意
の強磁性金属と強磁性半導体、強磁性金属とハーフメタ
ル、強磁性半導体とハーフメタルを入れ替えても同様に
実施可能である。また、任意の非磁性金属と非磁性絶縁
体を入れ替えても同様に実施可能である。また、少なく
とも一つ強磁性半導体を有し、少なくとも二つの強磁性
体が、非磁性体を介して接続された組み合わせを有して
いれば、それらをさらに組み合わせた場合においても同
様に実施可能である。また、図１（ａ）〜（ｅ）の例に
おいて強磁性半導体を強磁性ハーフメタルに置き換えた
構成において、非磁性体が非磁性金属の場合にはその厚
みを１μｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下、非磁性絶
縁体の場合には厚みを１０ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ
以下にし、かつ局在スピンを有する不純物濃度を１００
ｐｐｍ、好ましくは２０ｐｐｍ以下におさえた構成にお
いては、強磁性ハーフメタルが有する高い分極率が強磁
性体間を伝導する際に、従来より有効に保持されるた
め、これまで得られなかった大きな抵抗変化率が達成で
きる。 In the above description, ferromagnetic metal-non-magnetic metal-ferromagnetic semiconductor, ferromagnetic metal-non-magnetic insulator-ferromagnetic semiconductor, ferromagnetic semiconductor-non-magnetic insulator-ferromagnetic half metal, Magnetic metal-(non-magnetic insulator-ferromagnetic metal-
It has been described in example of a combination of a non-magnetic insulator) n- ferromagnetic semiconductor, at least one ferromagnetic in combination
As long as the ferromagnetic material is a semiconductor and has a ferromagnetic material , the same operation can be performed even if any ferromagnetic metal and a ferromagnetic semiconductor, a ferromagnetic metal and a half metal, and a ferromagnetic semiconductor and a half metal are exchanged. . In addition, the present invention can be similarly implemented by replacing any non-magnetic metal with a non-magnetic insulator. Further, if at least one ferromagnetic semiconductor has at least two ferromagnetic materials in a combination connected via a non-magnetic material, the present invention can be similarly implemented in a case where they are further combined. is there. Also, in the example of FIGS.
Replaced ferromagnetic semiconductors with ferromagnetic half-metals
In the configuration, if the non-magnetic material is a non-magnetic metal, its thickness
Only 1 μm or less, preferably 100 nm or less,
In the case of an edge, the thickness is 10 nm or less, preferably 1 nm.
And an impurity concentration having a localized spin of 100
ppm, preferably 20 ppm or less.
The high polarizability of ferromagnetic half-metals
When conducting between sexual bodies, it is maintained more effectively than before.
To achieve a large rate of change in resistance
Wear.

【００２７】（実施の形態２） 図２に本発明のスピン偏極素子を用いたデバイスの例を
示す。(Embodiment 2 ) FIG. 2 shows an example of a device using the spin-polarizing element of the present invention.

【００２８】図２において、ＦＭ６１、ＦＭ６２は強磁
性金属材料であり、ＦＳ６１は強磁性半導体でありＮＩ
６１、ＮＩ６２は非磁性絶縁体であり、Ｓ６１、Ｓ６
２、Ｓ６３は金属よりなる端子であり、Ｉ６１は定電流
源であり、Ｖ６１は電圧計である。ＦＭ６１にはＳ６
２、Ｓ６３が接続され、また、ＦＳ６１の内の一つが接
続されている。ＦＳ６１はＮＩ６２を介してＦＭ６２に
接続され、ＦＭ６２の一つには端子Ｓ６１が接続されて
いる。ＮＩ６１は１０ｎｍより充分厚く、素子の上部と
下部を電気的に絶縁し、荷電キャリアができるだけ多く
のＦＳ６１−ＮＩ６２−ＦＭ６２界面を通過する様にし
ている。Ｉ６１は定電流源であるため、電圧計Ｖ６１で
読みとられる電圧はＳ６１とＳ６３間の抵抗値である。
実施の形態１と同様の理由で、ＦＳ６１−ＮＩ６２−Ｆ
Ｍ６２ではＦＳ６１の磁化方向と、ＦＭ６２の磁化方向
で抵抗が変化する。ＦＳ６１に、その保磁力ＨｃFSがＦ
Ｍ６２の保磁力ＨｃFMより大きい材料を選び、またＦＭ
６２にパーマロイやセンダストなどの軟磁性材料を用い
ると外部磁場ＨがＨｃFS＞Ｈ＞ＨｃFMの範囲で磁場によ
り抵抗の変化するデバイスが実現される。In FIG. 2, FM61 and FM62 are ferromagnetic metal materials, FS61 is a ferromagnetic semiconductor and NI
61 and NI62 are non-magnetic insulators;
2. S63 is a terminal made of metal, I61 is a constant current source, and V61 is a voltmeter. S6 for FM61
2, S63 are connected, and one of the FSs 61 is connected. The FS 61 is connected to the FM 62 via the NI 62, and a terminal S61 is connected to one of the FMs 62. NI61 is sufficiently thicker than 10 nm to electrically insulate the upper and lower parts of the device so that charge carriers can pass through as many FS61-NI62-FM62 interfaces as possible. Since I61 is a constant current source, the voltage read by the voltmeter V61 is the resistance value between S61 and S63.
For the same reason as in the first embodiment, the FS61-NI62-F
In M62, the resistance changes depending on the magnetization direction of FS61 and the magnetization direction of FM62. In FS61, the coercive force Hc FS is F
Select a material larger than the coercive force Hc FM of M62
When a soft magnetic material such as permalloy or sendust is used for the device 62, a device whose external magnetic field H changes in resistance in the range of Hc FS >H> Hc FM is realized.

【００２９】なお、以上の説明で用いた強磁性体、非磁
性体の組み合わせ以外に、実施の形態１で挙げた何れの
組み合わせを用いても同様に実施可能である。また、Ｆ
Ｍ６２に、その保磁力ＨｃFMがＦＳ６１の保磁力ＨｃFS
より大きい材料を選び、またＦＳ６１にＭｎＺｎフェラ
イトや、ＮｉＺｎフェライトなどの軟磁性材料を用いる
と外部磁場ＨがＨｃFM＞Ｈ＞ＨｃFSの範囲で同様の効果
が実施可能である。また、強磁性金属ＦＭ６２の代わり
に反強磁性金属を用い、ＦＭ６２に接続されたＦＳ６１
に一方向性異方性を付与しても、同様に実施可能であ
る。It should be noted that, other than the combination of the ferromagnetic material and the non-magnetic material used in the above description, any combination described in the first embodiment can be used. Also, F
In M62, the coercive force Hc FM is the coercive force Hc FS of FS61.
If a larger material is selected and a soft magnetic material such as MnZn ferrite or NiZn ferrite is used for the FS 61, the same effect can be achieved when the external magnetic field H is in the range of Hc FM >H> Hc FS . Further, an antiferromagnetic metal is used instead of the ferromagnetic metal FM62, and the FS61 connected to the FM62 is used.
Even if unidirectional anisotropy is imparted to this, the present invention can be similarly implemented.

【００３０】[0030]

【実施例】以下に本発明の具体例を説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Specific examples of the present invention will be described below.

【００３１】（実施例１）図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
に示した構造をスパッタ法、ＭＢＥ法、蒸着法、レーザ
ーアブレーション法のいずれかを用いて、表１，表２，
表３に示す材料及び厚みで作製した。作製に際しては、
まず基板上にスパッタ法により第一の電極をもうけてお
き、次に所望の構造を作製し、５００〜２０００（Ｏ
ｅ）の磁場中、２００〜４００℃でアニールした後、で
きた構造の表面に金線を圧着し、素子に定電流電源と電
圧計をつないで疑似４端子回路を作製しサンプルの抵抗
を測定した。アニール時の磁場方向と直角かつサンプル
面内に、磁場を５０〜５００Ｏｅ印加し、（（印加時の
抵抗）−（ゼロ磁場時の抵抗））／（ゼロ磁場時の抵
抗）で定義される抵抗の変化率を、表１，表２，表３中
の従来例と比較した。従来例より同程度の場合△、改善
した場合○、劣化した場合×で示す。(Embodiment 1) FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (c)
Table 1 and Table 2 were prepared by using any of the sputtering method, the MBE method, the vapor deposition method, and the laser ablation method.
It was manufactured using the materials and thicknesses shown in Table 3. When making,
First, a first electrode is formed on a substrate by a sputtering method, and then a desired structure is formed.
e) After annealing at 200 to 400 ° C. in the magnetic field, a gold wire is crimped on the surface of the resulting structure, a constant current power supply and a voltmeter are connected to the element to produce a pseudo four-terminal circuit, and the resistance of the sample is measured. did. A magnetic field of 50 to 500 Oe is applied perpendicularly to the direction of the magnetic field at the time of annealing and within the sample plane, and the resistance defined by ((resistance at application) − (resistance at zero magnetic field)) / (resistance at zero magnetic field) Was compared with the conventional examples in Tables 1, 2 and 3. In the case of the same level as the conventional example, it is indicated by △, when improved, ○, and when deteriorated, ×.

【００３２】[0032]

【表１】 [Table 1]

【００３３】[0033]

【表２】 [Table 2]

【００３４】[0034]

【表３】 [Table 3]

【００３５】この（表１，表２，表３）から明らかなよ
うに、本実施例によるスピン偏極素子は、従来のものに
比べ大きな抵抗変化率が得られる。As is clear from Tables 1, 2 and 3, the spin-polarized element according to the present embodiment can obtain a larger resistance change rate than the conventional one.

【００３６】なお、（表１，表２，表３）中の強磁性半
導体ＦＳ１１、ＦＳ２１のＮｉＺｎフェライト、ＭｎＺ
ｎフェライトをハーフメタルであるＦｅ3Ｏ4、Ｌａ0.67
Ｓｒ 0.33ＭｎＯ3に変えても同様の傾向が得られた。The ferromagnetic half in (Table 1, Table 2, Table 3)
Conductor FS11, NiZn ferrite of FS21, MnZ
n ferrite is a half metal FeThreeOFour, La0.67
Sr 0.33MnOThreeThe same tendency was obtained by changing to.

【００３７】[0037]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、非磁性
金属もしくは非磁性絶縁体を介した強磁性金属の接合を
利用した素子の、少なくとも一つの強磁性金属の代わり
に強磁性かつ半導体もしくはハーフメタルである材料を
用いることにより、高いスピン分極率よって、従来の強
磁性金属材料の接合を用いた場合に比べて大きな抵抗変
化率を得ることができる。As described above, according to the present invention, in a device utilizing a ferromagnetic metal junction via a non-magnetic metal or a non-magnetic insulator, at least one ferromagnetic metal is used instead of at least one ferromagnetic metal. By using a material that is a semiconductor or a half metal, it is possible to obtain a higher rate of change in resistance than when using a conventional ferromagnetic metal material junction due to a high spin polarization.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 本発明の実施例のスピン偏極素子の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a spin polarization element according to an embodiment of the present invention.

【図２】 本発明のスピン偏極素子を用いたデバイスの
一例の模式図FIG. 2 is a schematic view of an example of a device using the spin polarization element of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

ＦＭ１１ 強磁性金属 ＦＳ１１ 強磁性半導体 ＮＭ１１ 非磁性金属 ＦＭ２１ 強磁性金属 ＦＳ２１ 強磁性半導体 ＮＩ２１ 非磁性絶縁体 ＨＭ３１ ハーフメタル ＦＳ３１ 強磁性半導体 ＮＩ３１ 非磁性絶縁体 ＦＭ４１ 強磁性金属 ＦＭ４２ 強磁性金属 ＦＳ４１ 強磁性半導体 ＮＩ４１ 非磁性絶縁体 ＦＭ５１ 強磁性金属 ＮＩ５１ 非磁性絶縁体 ＦＳ５１ 強磁性半導体 ＡＦ５１ 反強磁性体 ＦＭ６１ 強磁性金属 ＦＭ６２ 強磁性金属 ＦＳ６１ 強磁性半導体 ＮＩ６１ 非磁性絶縁体 ＮＩ６２ 非磁性絶縁体 Ｓ６１ 端子 Ｓ６２ 端子 Ｓ６３ 端子 Ｉ６１ 定電流電源 Ｖ６１ 電圧計 FM11 Ferromagnetic metal FS11 Ferromagnetic semiconductor NM11 Non-magnetic metal FM21 Ferromagnetic metal FS21 Ferromagnetic semiconductor NI21 Non-magnetic insulator HM31 Half metal FS31 Ferromagnetic semiconductor NI31 Non-magnetic insulator FM41 Ferromagnetic metal FM42 Ferromagnetic metal FS41 Ferromagnetic semiconductor NI41 Nonmagnetic insulator FM51 Ferromagnetic metal NI51 Nonmagnetic insulator FS51 Ferromagnetic semiconductor AF51 Antiferromagnetic FM61 Ferromagnetic metal FM62 Ferromagnetic metal FS61 Ferromagnetic semiconductor NI61 Nonmagnetic insulator NI62 Nonmagnetic insulator S61 terminal S62 terminal S63 terminal I61 constant current power supply V61 voltmeter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−284765（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−138919（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 43/08 G11B 5/39 H01F 10/30 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-10-284765 (JP, A) JP-A-9-138919 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 43/08 G11B 5/39 H01F 10/30

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 強磁性体と非磁性体からなるスピン偏極
素子であり、少なくとも一つ以上の電荷を注入する端子
と、少なくとも一つ以上の電荷を取り出す端子と、電荷
が伝導する伝導経路があり、前記伝導経路のうちには、
少なくとも一つ以上の、非磁性体を介して強磁性体と強
磁性体が接続された伝導経路があり、かつ前記非磁性体
を介して強磁性体と強磁性体が接合された伝導経路を構
成する強磁性体のうち少なくとも一つが半導体であり、
前記半導体である強磁性体は室温で強磁性体であるスピ
ン偏極素子。 A terminal for injecting at least one charge is a spin-polarizing element comprising a ferromagnetic material and a non-magnetic material.
A terminal for extracting at least one charge, and a charge
There is a conduction path through which, among the conduction paths,
At least one or more non-magnetic materials and ferromagnetic materials
There are conductive path to which the magnetic material is connected, and Ri least one semiconductor der of ferromagnetic material constituting the conduction path ferromagnetic and ferromagnetic bodies are bonded via the non-magnetic material,
The spin-polarizing element, wherein the semiconductor ferromagnetic material is a ferromagnetic material at room temperature . 【請求項２】 強磁性体と非磁性体からなるスピン偏極
素子であり、少なくとも一つ以上の電荷を注入する端子
と、少なくとも一つ以上の電荷を取り出す端子と、電荷
が伝導する伝導経路があり、前記伝導経路のうちには、
少なくとも一つ以上の、非磁性体を介して強磁性体と強
磁性体が接続された伝導経路があり、かつ前記非磁性体
を介して強磁性体と強磁性体が接合された伝導経路を構
成する強磁性体のうち少なくとも一つが半導体もしくは
ハーフメタルであり、前記半導体である強磁性体は室温
で強磁性体であり、前記非磁性体を介して強磁性体と強
磁性が接続された伝導経路のうちの、少なくとも一つ以
上で、前記非磁性体が非磁性金属でありかつ厚みが１μ
ｍ以下かつ、磁性不純物の濃度が１００ｐｐｍ以下であ
るスピン偏極素子。2. A spin-polarizing element comprising a ferromagnetic material and a non-magnetic material, wherein a terminal for injecting at least one charge is provided.
A terminal for extracting at least one charge, and a charge
There is a conduction path through which, among the conduction paths,
At least one or more non-magnetic materials and ferromagnetic materials
There is a conduction path to which a magnetic substance is connected, and at least one of ferromagnetic substances constituting a conduction path in which a ferromagnetic substance and a ferromagnetic substance are joined via the non-magnetic substance is a semiconductor or a half metal, The semiconductor ferromagnetic material is at room temperature
Is a ferromagnetic material, and is strongly connected to a ferromagnetic material through the non-magnetic material.
In at least one or more of the conduction paths connected to magnetism, the nonmagnetic material is a nonmagnetic metal and has a thickness of 1 μm.
m and a concentration of magnetic impurities of 100 ppm or less. 【請求項３】 強磁性体と非磁性体からなるスピン偏極
素子であり、少なくとも一つ以上の電荷を注入する端子
と、少なくとも一つ以上の電荷を取り出す端子と、電荷
が伝導する伝導経路があり、前記伝導経路のうちには、
少なくとも一つ以上の、非磁性体を介して強磁性体と強
磁性体が接続された伝導経路があり、かつ前記非磁性体
を介して強磁性体と強磁性体が接合された伝導経路を構
成する強磁性体のうち少なくとも一つが半導体もしくは
ハーフメタルであり、前記半導体である強磁性体は室温
で強磁性体であり、前記非磁性体を介して強磁性体と強
磁性体が接続された伝導経路のうちの、少なくとも一つ
以上で、前記非磁性体が非磁性絶縁体でありかつ厚みが
１０ｎｍ以下かつ、磁性不純物の濃度が１００ｐｐｍ以
下であるスピン偏極素子。3. A spin-polarizing element comprising a ferromagnetic material and a non-magnetic material, and a terminal for injecting at least one charge.
A terminal for extracting at least one charge, and a charge
There is a conduction path through which, among the conduction paths,
At least one or more non-magnetic materials and ferromagnetic materials
There is a conduction path to which a magnetic substance is connected, and at least one of ferromagnetic substances constituting a conduction path in which a ferromagnetic substance and a ferromagnetic substance are joined via the non-magnetic substance is a semiconductor or a half metal, The semiconductor ferromagnetic material is at room temperature
Is a ferromagnetic material, and is strongly connected to a ferromagnetic material through the non-magnetic material.
A spin-polarized element in which at least one of the conduction paths to which the magnetic material is connected, the non-magnetic material is a non-magnetic insulator, the thickness is 10 nm or less, and the concentration of magnetic impurities is 100 ppm or less. 【請求項４】 少なくとも一つの非磁性体を介して強磁
性体と強磁性体が接続された伝導経路において、前記非
磁性体のうち、少なくとも、半導体もしくはハーフメタ
ルである強磁性体と接続される界面がＣｕ、Ｒｈ、Ｐ
ｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、もしくはそれらの合金と
からなる請求項１〜３に記載のスピン偏極素子。4. In a conduction path in which the ferromagnetic material is connected to the ferromagnetic material via at least one nonmagnetic material, at least one of the nonmagnetic materials is connected to a ferromagnetic material that is a semiconductor or a half metal. Interface is Cu, Rh, P
The spin-polarized element according to claim 1, comprising d, Ag, Ir, Pt, Au, or an alloy thereof. 【請求項５】 非磁性体を介して接続された半導体であ
る強磁性体のバンドギャップエネルギーが１ｅＶ以下で
ある請求項１〜４記載のスピン偏極素子。5. The spin-polarized element according to claim 1, wherein the band gap energy of the ferromagnetic material, which is a semiconductor connected via a non-magnetic material, is 1 eV or less. 【請求項６】 半導体もしくはハーフメタルである強磁
性体が主にＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏから選ばれる少なく
とも一種の元素の酸化物を含む磁性酸化物である請求項
１〜５に記載のスピン偏極素子。6. The spin according to claim 1, wherein the semiconductor or the half-metal ferromagnetic material is a magnetic oxide mainly containing an oxide of at least one element selected from Fe, Ni, Mn, and Co. Polarizing element. 【請求項７】 強磁性体と非磁性体が層状であり、前記
層状の磁性体と、層状の非磁性体が交互に積層されるこ
とにより非磁性体を介して磁性体と強磁性体が接続され
た伝導経路を形成した請求項１〜６に記載のスピン偏極
素子。7. A ferromagnetic material and a non-magnetic material are layered, and the layered magnetic material and the layered non-magnetic material are alternately laminated to form a magnetic material and a ferromagnetic material via the non-magnetic material. The spin polarization element according to claim 1, wherein a connected conduction path is formed. 【請求項８】 非磁性体を介して強磁性体と強磁性体が
接続された伝導経路のうち、少なくとも一つの強磁性体
−非磁性体−強磁性体伝導経路において、粒状の強磁性
体が非磁性体中に分散することにより非磁性体を介して
強磁性体と強磁性体が接続された伝導経路を有する請求
項１〜６に記載のスピン偏極素子。8. Of the conduction path ferromagnetic and ferromagnetic through a non-magnetic material is connected, at least one of the ferromagnetic - non-magnetic material - in ferromagnetic conduction path, particulate ferromagnetic The spin-polarized element according to any one of claims 1 to 6, which has a conduction path in which the ferromagnetic material is connected to the ferromagnetic material via the non-magnetic material by dispersing in the non-magnetic material. 【請求項９】 粒状の強磁性体の平均粒径が１００ｎｍ
以下である請求項８記載のスピン偏極素子。9. An average particle size of the granular ferromagnetic material is 100 nm.
The spin-polarizing element according to claim 8, wherein: 【請求項１０】 非磁性体を介して接続された強磁性体
の保磁力をＨｃiとした時、非磁性体を介して接続され
た強磁性体各々の保磁力、Ｈｃ１、Ｈｃ２の組において
Ｈｃ１＜１ｋＯｅかつＨｃ２＞Ｈｃ１である組み合わせ
を少なくとも一つ持つ請求項１〜９に記載のスピン偏極
素子。10. When the coercive force of a ferromagnetic material connected via a non-magnetic material is Hci, the coercive force of each ferromagnetic material connected via a non-magnetic material, Hc1 in a set of Hc1 and Hc2. The spin-polarizing element according to claim 1, having at least one combination of <1 kOe and Hc2> Hc1. 【請求項１１】 非磁性体を介して接続された磁性体の
うち少なくとも一つが反強磁性体に接続されている請求
項１〜９に記載のスピン偏極素子。11. The spin-polarizing element according to claim 1, wherein at least one of the magnetic materials connected via the non-magnetic material is connected to the antiferromagnetic material. 【請求項１２】 請求項１〜１１に記載のスピン偏極素
子の電荷を供給、取り出す端子が電流を供給、取り出す
端子であり、前記スピン偏極素子と、前記スピン偏極素
子内での電圧降下を測定する端子を有したデバイス。 12. The spin polarizer according to claim 1,
Terminals for supplying and extracting electric charges supply and extract current
A terminal, the spin-polarizing element and the spin-polarizing element
A device having a terminal for measuring the voltage drop in a child. 【請求項１３】 請求項１２に記載のスピン偏極デバイ
スを用いた磁気センサー。13. A magnetic sensor using the spin polarization device according to claim 12. 【請求項１４】 請求項１２に記載のスピン偏極デバイ
スを用いた磁気記録読み取りヘッド。14. A magnetic recording read head using the spin polarization device according to claim 12. 【請求項１５】 請求項１２に記載のスピン偏極デバイ15. The spin-polarized device according to claim 12,
スを用いた磁気メモリ。Magnetic memory using
JP01834299A 1998-01-27 1999-01-27 Spin polarization element Expired - Fee Related JP3206582B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP01834299A JP3206582B2 (en) 1998-01-27 1999-01-27 Spin polarization element

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1372998 1998-01-27
JP10-13729 1998-01-27
JP01834299A JP3206582B2 (en) 1998-01-27 1999-01-27 Spin polarization element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11289115A JPH11289115A (en) 1999-10-19
JP3206582B2 true JP3206582B2 (en) 2001-09-10

Family

ID=26349554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP01834299A Expired - Fee Related JP3206582B2 (en) 1998-01-27 1999-01-27 Spin polarization element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3206582B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3604617B2 (en) * 2000-06-12 2004-12-22 富士通株式会社 Magnetic sensing element
JP3590006B2 (en) 2001-06-22 2004-11-17 株式会社東芝 Magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic reproducing device
JP2003031867A (en) 2001-07-17 2003-01-31 Hitachi Ltd Magnetoresistive effect element constituted by laminating oxide magnetic layer and metallic magnetic layer upon another
JP3993175B2 (en) * 2004-02-26 2007-10-17 株式会社東芝 Current confinement type vertical energization GMR head assembly, magnetic recording / reproducing apparatus, and method for specifying proper sense current direction of current confinement type vertical energization GMR head

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11289115A (en) 1999-10-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7755929B2 (en) Spin-injection device and magnetic device using spin-injection device
JP3565268B2 (en) Magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic reproducing device
US7679155B2 (en) Multiple magneto-resistance devices based on doped magnesium oxide
US6347049B1 (en) Low resistance magnetic tunnel junction device with bilayer or multilayer tunnel barrier
US6205008B1 (en) Magnetic-resistance device, and magnetic head employing such a device
JP4231506B2 (en) Magnetic switch element and magnetic memory using the same
US20110063758A1 (en) Spin filter junction and method of fabricating the same
JP2009037702A (en) Magnetic reproducing head and magnetic recording device
KR20060048611A (en) Extraordinary magnetoresistance sensor with perpendicular magnetic biasing by an antiferromagnetic/ferromagnetic exchange-coupled structure
CN111384233B (en) Giant magnetoresistance device, magneton field effect transistor, and magneton tunnel junction
CN111384235B (en) Magnetic tunnel junction and NSOT-MRAM device based on magnetic tunnel junction
US6291993B1 (en) Magnetic field sensor and method for making same
KR20070048657A (en) Tunnel junction barrier layer comprising a diluted semiconductor with spin sensitivity
EP0882289B1 (en) Lateral magneto-electronic device exploiting a quasi-two-dimensional electron gas
JP3578721B2 (en) Magnetic control element, magnetic component and memory device using the same
JP3206582B2 (en) Spin polarization element
JP4146202B2 (en) Spin tunnel transistor, magnetic reproducing head, magnetic information reproducing system, and magnetic storage device
JP3243092B2 (en) Thin film magnetic head
JP2003115623A (en) Magnetic resistance element, magnetic resistance memory element and magnetic memory
JPH07312449A (en) Magneto resistance effect element
JP2023034867A (en) Spin injection source, magnetic memory, spin Hall oscillator, computer, and magnetic sensor
JP2000174359A (en) Reluctance element
JPH11340542A (en) Magnetoresistance effect device
JP2001320109A (en) Structure of magneto resistance(mr) element and its manufacturing method
JP2001345496A (en) Magnetic element

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070706

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080706

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090706

Year of fee payment: 8

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees