Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6507147B2 - Magnetic element and skyrmion memory - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6507147B2 - Magnetic element and skyrmion memory - Google Patents

Magnetic element and skyrmion memory Download PDF

Info

Publication number
JP6507147B2
JP6507147B2 JP2016504074A JP2016504074A JP6507147B2 JP 6507147 B2 JP6507147 B2 JP 6507147B2 JP 2016504074 A JP2016504074 A JP 2016504074A JP 2016504074 A JP2016504074 A JP 2016504074A JP 6507147 B2 JP6507147 B2 JP 6507147B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
skyrmion
magnetic field
current circuit
magnetic body
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
JP2016504074A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2015125708A1 (en
Inventor
直人 永長
直人 永長
航 小椎八重
航 小椎八重
惇一 岩崎
惇一 岩崎
雅司 川▲崎▼
雅司 川▲崎▼
金子 良夫
良夫 金子
十倉 好紀
好紀 十倉
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.)
RIKEN
Original Assignee
RIKEN
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 RIKEN filed Critical RIKEN
Publication of JPWO2015125708A1 publication Critical patent/JPWO2015125708A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6507147B2 publication Critical patent/JP6507147B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital 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
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G11C11/15Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital 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
    • G11C11/161Digital 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
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital 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
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1675Writing or programming circuits or methods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

Description

本発明は、スキルミオンを生成可能な磁気素子及びこの磁気素子を応用したスキルミオンメモリ、スキルミオンメモリ搭載CMOS−LSIデバイス、パーソナルコンピュータ、データ記録媒体、データ記録装置、携帯電話、スマートホン、デジタルカメラ、スティックメモリ、通信装置、画像記録装置、テレビジョン受像機、自走装置、飛行装置、宇宙空間飛行装置に関する。   The present invention relates to a magnetic element capable of generating skirmion, a skirmion memory to which the magnetic element is applied, a CMOS-LSI device equipped with skirmion memory, a personal computer, a data recording medium, a data recording device, a mobile phone, a smart phone, a digital The present invention relates to a camera, a stick memory, a communication device, an image recording device, a television receiver, a self-propelled device, a flight device, and a space flight device.

記憶容量の大容量化への要求はとどまることを知らない。画像素子の画素数は増大し、その要求する記憶量は1Mビット相当となり、さらに動画は1Gビットを超える情報量となっている。   The demand for increased storage capacity does not know to stay. The number of pixels of the image element increases, the required storage amount is equivalent to 1 Mbit, and the moving picture has an information amount exceeding 1 Gbit.

これに対応して、記憶装置も記憶容量は1Tビットからさらに大容量化しつつある。またカメラやビデオカメラ等の撮像機器用のSDカードも大容量化している。   Corresponding to this, the storage capacity of the storage device is being further increased from 1 T bits. In addition, SD cards for imaging devices such as cameras and video cameras are also increasing in capacity.

磁性体の磁気構造を記憶ビットとして利用する磁気素子は、大容量記憶装置としてその地位を確保してきた。磁気素子は、ナノスケールの磁気構造がその情報を電力消費することなく保持することができ、エレクトロニクスデバイスのメモリデバイスとして、その重要度はますます増している。   A magnetic element utilizing a magnetic structure of a magnetic substance as a storage bit has secured its status as a mass storage device. Magnetic elements can hold nanoscale magnetic structures without power consumption, and are becoming increasingly important as memory devices for electronic devices.

さらに近年、不揮発性メモリをシリコン基板上に作られたCMOSデバイスに搭載し、計算処理能力の飛躍的向上を目的とした磁気メモリCMOS混載デバイスの研究開発が精力的に行われている。   Furthermore, in recent years, research and development of magnetic memory CMOS mixed devices for mounting a non-volatile memory on a CMOS device fabricated on a silicon substrate and aiming at a dramatic improvement in calculation processing capacity have been energetically conducted.

これは、CMOS回路で構成されたシリコンチップと不揮発性素子チップとの信号のやり取りに伴う、制御回路の省略、制御時間の短縮を目的としたもので、計算処理時間を飛躍的に向上させる技術である。   The purpose of this is to omit the control circuit and shorten the control time accompanying the exchange of signals between the silicon chip composed of CMOS circuits and the non-volatile element chip, a technology to dramatically improve the calculation processing time It is.

さらに、この研究開発は、無駄な回路部分への電力を遮断した超省電力デバイスの開発も目的としている。特に近年はCMOS−LSIデバイスの省電力化が重要な課題として浮上しており、待機電力の削減という課題を解決することの重要性は増している。   Furthermore, this research and development aims at development of the ultra power saving device which cut off the power to a useless circuit part. In particular, power saving of CMOS-LSI devices has emerged as an important issue in recent years, and the importance of solving the issue of reducing standby power is increasing.

これらの技術が実現すると、これらの大容量メモリを搭載することで大規模情報が扱え、その応答(書き込み、読み出し、消去)は高速で、高機能かつ操作性に優れたヒューマンインターフェイスをもち、かつ、低消費電力のパーソナルコンピュータ、データ記録媒体、データ記録装置、携帯電話、スマートホン、デジタルカメラ、スティックメモリ、通信装置、画像記録装置、テレビ、自走装置、飛行装置、宇宙空間飛行装置等の実現が期待されている。   When these technologies are realized, large-scale memory can be used to handle large-scale information, and its response (write, read, erase) is fast, has a human interface with high functionality and excellent operability, and Low-power personal computers, data recording media, data recording devices, mobile phones, smart phones, digital cameras, stick memories, communication devices, image recording devices, televisions, self-propelled devices, flight devices, space flight devices, etc. Realization is expected.

こうした状況下で、本願発明者らは、外部磁場のもとでカイラル磁性体にスキルミオン磁気構造をもつ材料を見出し、また、電流によりスキルミオンを駆動できることを見出し、この磁気構造体を用いた磁気素子を提案した(特許文献1)。   Under these circumstances, the present inventors have found a material having a skyrmion magnetic structure in a chiral magnetic material under an external magnetic field and also found that the skyrmion can be driven by an electric current, and this magnetic structure was used. A magnetic element has been proposed (Patent Document 1).

スキルミオンは中心部において印加された磁場に対して反平行の磁気モーメントを有し、周辺部においては印加された磁場に対して平行な磁気モーメントを有する、渦巻状の磁気構造を備えている。   Skirmions have a spiral magnetic structure with a magnetic moment antiparallel to the applied magnetic field at the center and a magnetic moment parallel to the applied magnetic field at the periphery.

スキルミオンは、直径が1〜100nmのナノスケールサイズの磁気構造を有し、膨大なビット情報を極細密化して記憶できる大容量記憶磁気素子として応用することが期待されている。また、スキルミオンは、このビット情報を直接転送し、情報演算や伝達に応用できる可能性をもつ磁気構造体でもある。   Skirmion is expected to be applied as a large-capacity storage magnetic element that has a nanoscale-sized magnetic structure with a diameter of 1 to 100 nm, and can make enormous bit information extremely fine and store it. The skyrmion is also a magnetic structure that can directly transfer this bit information and can be applied to information calculation and transmission.

こうした特徴から、スキルミオン素子は、要求される記憶容量が増加の一途をたどるデータ記録媒体およびデータ記録装置用磁気メモリの性能限界にブレークスルーを与える次世代型磁気メモリデバイスの根幹を担うものとして期待されている。   From these characteristics, the skyrmion element is assumed to be the basis of a next-generation magnetic memory device that gives breakthroughs to the performance limits of data recording media and magnetic memories for data recording devices, the storage capacity of which is continuously increasing. It is expected.

特に磁気メモリは宇宙空間での各種の素粒子や放射線への耐性が強い。スキルミオンメモリも同じ特徴を有している。また、こうした大容量磁気メモリはモーターなどの回転機構を必要としない。そのため、大容量磁気メモリは宇宙空間におけるメモリの主役としての位置を占めると期待される。   In particular, magnetic memory is highly resistant to various elementary particles and radiation in space. The skyrmion memory also has the same features. Also, such a large capacity magnetic memory does not require a rotating mechanism such as a motor. Therefore, large capacity magnetic memory is expected to occupy a leading role of memory in space.

一方で、最近メモリ媒体として浮上している電子を記憶ビットとして利用するフラッシュメモリはこのような環境には適さない。電子は高エネルギー素粒子や放射線でシリコン酸化膜のエネルギー障壁を簡単に乗り越え、データの消去や誤書き込みを発生させるからである。   On the other hand, a flash memory that uses electrons recently emerging as a memory medium as storage bits is not suitable for such an environment. Electrons easily go over the energy barrier of the silicon oxide film by high energy elementary particles and radiation, causing data erasure and erroneous writing.

また、大規模不揮発性スキルミオンメモリが大規模論理CMOS−LSIデバイスと同一チップ上で一体化されると、低消費電力型CMOSデバイスや高インテリジェント型CMOSデバイスにとって大変魅力的であるため、こうした技術を応用した高密度不揮発性スキルミオンメモリ混載CMOS-LSIデバイスの登場が期待されている。   In addition, integration of large-scale nonvolatile Skirmion memory with large-scale logic CMOS-LSI devices on the same chip is very attractive for low power consumption CMOS devices and high-intelligent CMOS devices. It is expected that the high density non-volatile Skirmion memory embedded CMOS-LSI device to which the

こうした次世代型のメモリ磁気デバイスの他の候補としては、米国IBMを中心に磁気ドメイン壁を駆動してその磁気モーメント配置を電流で転送し、記憶情報を読み出すマグネチックシフトレジスタ1が提案されている(特許文献2参照)。   As another candidate for such a next-generation memory magnetic device, a magnetic shift register 1 has been proposed which drives magnetic domain walls centered on IBM in the United States, transfers its magnetic moment arrangement by current, and reads stored information. (See Patent Document 2).

図16は、電流による磁気ドメイン磁壁駆動の原理を示す模式図である。互いに磁気モーメントの向きが相反する磁気領域の境界がドメイン磁壁である。矢印の向きの電流により磁気ドメイン磁壁が駆動される。ドメイン磁壁が移動することにより生じる、ドメインを構成する情報を記憶した磁気モーメントの向きによる磁気変化を、下部の磁気センサー2で検知して磁気情報を引き出す。   FIG. 16 is a schematic view showing the principle of magnetic domain domain wall driving by current. Boundaries of magnetic regions in which the directions of magnetic moments are opposite to each other are domain domain walls. The current in the direction of the arrow drives the magnetic domain domain wall. A magnetic change due to the direction of the magnetic moment storing the information constituting the domain, which is caused by the movement of the domain domain wall, is detected by the lower magnetic sensor 2 to extract the magnetic information.

しかし、こうしたマグネチックシフトレジスタ1は、磁気ドメイン磁壁を動かす際に大きな電流を必要とし、また磁気ドメイン磁壁の転送速度が遅いという欠点を持っている。その結果、メモリの書き込みの遅延や消去に要する時間の長時間化という問題が生じている。   However, such a magnetic shift register 1 has a disadvantage that a large current is required to move the magnetic domain domain wall, and the transfer speed of the magnetic domain domain wall is slow. As a result, there are problems such as delay in writing to memory and increase in time required for erasing.

そこで、本願発明者は、磁性体中に発生するスキルミオンを記憶単位として使ったスキルミオン磁気素子を提案した(特許文献1参照)。この提案において本願発明者らは、スキルミオンを電流により駆動できることを示した。   Therefore, the inventor of the present invention has proposed a skyrmion magnetic element using skyrmions generated in a magnetic body as a storage unit (see Patent Document 1). In this proposal, the inventors have shown that the skillion can be driven by current.

従来、特定の形状をしたパーマロイなどの材料のエッジに磁気バブルを固定するとともに、磁界を回転させることにより、磁気バブルをエッジ上に動かしていた。すなわち、磁気バブルを用いた磁気素子メモリでは、常に回転磁界が必要となっていた。   In the past, the magnetic bubble was moved onto the edge by fixing the magnetic bubble to the edge of a material such as permalloy having a specific shape and rotating the magnetic field. That is, in a magnetic element memory using magnetic bubbles, a rotating magnetic field has always been required.

これに対して、本願発明者らは、磁気バブルではなくスキルミオンを用いるとともに、これを回転磁界ではなく電流で直接駆動できることを示した。   On the other hand, the present inventors have shown that it is possible to drive this directly with an electric current instead of a rotating magnetic field while using skirmions instead of magnetic bubbles.

このように、スキルミオンは電流による生成、消去及び移動が可能であることから、磁気情報の生成、消去及び移動を制御できる磁気素子としての応用が期待されている。
[先行技術文献]
[特許文献]
特許文献1 特願2012−232324
特許文献2 米国特許第6834005号
[非特許文献]
非特許文献1 永長 直人、十倉 好紀、"Topological properties and dynamics of magnetic skyrmions"、Nature Nanotechnology、英国、Nature Publishing Group、2013年12月4日、Vol.8、p899−911.
As described above, since skyrmion can be generated, erased and moved by current, it is expected to be applied as a magnetic element capable of controlling generation, erasure and movement of magnetic information.
[Prior art document]
[Patent Document]
Patent Document 1 Japanese Patent Application No. 2012-232324
Patent Document 2 US Pat. No. 6,834,005
[Non-patent literature]
Non-Patent Document 1 Naoto Naganaga, Yoshinori Tokura, "Topological properties and dynamics of magnetic skyrmions", Nature Nanotechnology, UK, Nature Publishing Group, Dec. 4, 2013, Vol. 8, p 899-911.

上述したように、メモリや論理演算等のデバイスにスキルミオンを応用することへの期待が高まっているが、スキルミオンの生成と磁場等との詳細な関係が明らかではなかったため、スキルミオンメモリを実現することができない状況であった。   As mentioned above, there is a growing expectation that Skillmions will be applied to devices such as memories and logical operations, but the detailed relationship between the generation of Skillmions and the magnetic field etc. has not been clarified. It was a situation that could not be realized.

そこで、本願発明者はスキルミオンの生成と印加される磁場等との詳細な関係を明らかにして、スキルミオンの生成ができる磁気素子及びスキルミオンメモリを開発した。   Therefore, the inventor of the present application clarified the detailed relationship between the generation of skyrmions and the applied magnetic field and the like, and developed a magnetic element and a skyrmion memory capable of generating skyrmions.

すなわち、本願発明は、低消費電力でスキルミオンの生成ができる磁気素子及びこの磁気素子が応用されたスキルミオンメモリ、スキルミオンメモリ搭載CMOS−LSIデバイス、およびスキルミオンメモリを内蔵したパーソナルコンピュータ、データ記録媒体、データ記録装置、携帯電話、スマートホン、デジタルカメラ、スティックメモリ、通信装置、画像記録装置、テレビジョン受像機、自走装置、飛行装置及び宇宙空間飛行装置の提供を目的とする。   That is, the present invention relates to a magnetic element capable of generating skirmion with low power consumption, a skirmion memory to which the magnetic element is applied, a CMOS-LSI device incorporating skirmion memory, and a personal computer incorporating the skirmion memory, data A recording medium, data recording device, mobile phone, smart phone, digital camera, stick memory, communication device, image recording device, television receiver, self-propelled device, flight device and space flight device.

第1発明に係る磁気素子は、スキルミオンを生成可能な薄層状の磁気素子であって、印加される磁場強度に応じてスキルミオン相および強磁性相になる、薄層状の下部磁性体と、下部磁性体の一面側において下部磁性体の端部を含む所定領域を囲んで設けられ、電流が流れることで、下部磁性体に印加されている第1磁場とは逆方向に向かう第2磁場を、所定領域に発生させる電流回路と、を備えることを特徴とする。 A magnetic element according to a first aspect of the present invention is a thin layer magnetic element capable of generating skyrmions, and a thin layer lower magnetic body that becomes a skyrmion phase and a ferromagnetic phase according to the applied magnetic field strength ; A predetermined area including the end of the lower magnetic body is provided on one surface side of the lower magnetic body so as to surround the predetermined area, and a current flows, thereby causing the second magnetic field to travel in the direction opposite to the first magnetic field applied to the lower magnetic body. And a current circuit generated in a predetermined region .

第2発明に係る磁気素子は、第1発明に係る磁気素子において、前記電流回路は、前記所定領域の前記端部の延展方向の長さである幅Wが、スキルミオンの直径λに対してλ≧W>λ/4の範囲にある前記所定領域を囲んで設けられていることを特徴とする。   A magnetic element according to a second aspect of the present invention is the magnetic element according to the first aspect, wherein the current circuit has a width W, which is a length in the extending direction of the end of the predetermined area, relative to a diameter λ of the skyrmion. It is characterized in that it is provided to surround the predetermined area in the range of λ ≧ W> λ / 4.

第3発明に係る磁気素子は、第1又は第2発明に係る磁気素子において、前記電流回路は、前記所定領域の前記端部の延展方向と垂直な向きの長さである高さhが、スキルミオンの直径λに対して2λ>h>λ/2の範囲にある前記所定領域を囲んで設けられていることを特徴とする。   A magnetic element according to a third aspect of the present invention is the magnetic element according to the first or second aspect, wherein the current circuit has a height h which is a length in a direction perpendicular to the extending direction of the end portion of the predetermined area. It is characterized in that it is provided to surround the predetermined area in the range of 2λ> h> λ / 2 with respect to the diameter λ of the skyrmion.

第4発明に係る磁気素子は、第1〜第3発明の何れか1つに係る磁気素子において、前記下部磁性体は、前記所定領域内の前記端部に形成された切欠部を有し、前記切欠部と前記所定領域との接線の長さLがλ>L>λ/2の範囲にあることを特徴とする。   A magnetic element according to a fourth aspect of the present invention is the magnetic element according to any one of the first to third aspects, wherein the lower magnetic body has a notch formed at the end in the predetermined area, A length L of a tangent of the notch and the predetermined area is in a range of λ> L> λ / 2.

第5発明に係る磁気素子は、第1〜第4発明の何れか1つに係る磁気素子において、前記下部磁性体は、幅をWm、高さをhmとすると、生成されるスキルミオンの直径λに対し、
2λ>Wm>λ/2
2λ>hm>λ/2
となるサイズを備え、前記電流回路は、前記所定領域の幅をW、高さをhとすると、
λ≧W>λ/4
2λ>h>λ/2
となる前記所定領域を囲むよう設けられていることを特徴とする。
The magnetic element according to the fifth invention is the magnetic element according to any one of the first to fourth inventions, wherein the lower magnetic body has a width of Wm and a height of hm, and the diameter of the generated skyrmion For λ
2λ>Wm> λ / 2
2λ>hm> λ / 2
If the width of the predetermined area is W and the height is h,
λ ≧ W> λ / 4
2λ>h> λ / 2
It is provided so that the said predetermined area which becomes these may be enclosed.

第6発明に係る磁気素子は、第1〜第4発明の何れか1つに係る磁気素子において、前記電流回路は、前記下部磁性体の一面側において前記下部磁性体の一端部中央よりも偏った位置にある前記所定領域を囲んで設けられ、前記下部磁性体は幅をWm、高さをhmとすると、生成されるスキルミオンの直径λに対し、
2λ>Wm>λ
2λ>hm>λ
となるサイズを備え、前記電流回路は、前記所定領域の幅をW、高さをh、前記電流回路と前記下部磁性体の一端部と隣接する他端部のうち最も近い他端部との間隙の幅をdとすると、
W=0.4×λ
h=λ/2
0.4×λ>d>0.2λ
となる前記所定領域を囲むように設けられていることを特徴とする。
A magnetic element according to a sixth aspect of the present invention is the magnetic element according to any one of the first to fourth aspects, wherein the current circuit is biased more than the center of one end of the lower magnetic body on one side of the lower magnetic body. Assuming that the lower magnetic body has a width of Wm and a height of hm, the lower magnetic body is provided with respect to the diameter λ of the generated skyrmion.
2λ>Wm> λ
2λ>hm> λ
The current circuit has a width W of the predetermined area, a height h, and the current circuit and one end of the lower magnetic body and the other end closest to the other end adjacent to the other end. Assuming that the width of the gap is d,
W = 0.4 × λ
h = λ / 2
0.4 × λ>d> 0.2λ
It is provided so that the said predetermined area which becomes these may be enclosed.

第7発明に係る磁気素子は、第1〜第3発明の何れか1つに係る磁気素子において、前記電流回路は、前記下部磁性体の一面側において前記下部磁性体の端部を含む第1領域及び前記端部とは反対側において前記第1領域に隣接する第2領域を囲んで設けられ、前記下部磁性体は、幅をWm、高さをhmとすると、生成されるスキルミオンの直径λに対し、
2λ>Wm>λ/2
2λ>hm>λ/2
となるサイズを備え、前記電流回路が囲む前記第1領域は、前記端部と平行な向きである幅が0.4×λ、前記端部と垂直な向きである高さが0.6×λであり、前記電流回路が囲む前記第2領域は、前記端部と平行な向きである幅が0.4×λ、前記端部と垂直な向きである高さが0.4×λであることを特徴とする。
A magnetic element according to a seventh invention is the magnetic element according to any one of the first to third inventions, wherein the current circuit includes an end of the lower magnetic body on one side of the lower magnetic body. The region and the second region adjacent to the first region are provided on the side opposite to the end portion, and the lower magnetic body has a width of Wm and a height of hm, and the diameter of the skyrmion to be generated For λ
2λ>Wm> λ / 2
2λ>hm> λ / 2
And the first region surrounded by the current circuit has a width of 0.4 × λ parallel to the end and a height 0.6 × perpendicular to the end. The second region surrounded by the current circuit has a width of 0.4 × λ parallel to the end and a height 0.4 × λ perpendicular to the end. It is characterized by

第8発明に係る磁気素子は、第1〜第7発明の何れか1つに係る磁気素子において、前記下部磁性体はカイラル磁性体よりなることを特徴とする。   A magnetic element according to an eighth invention is characterized in that, in the magnetic element according to any one of the first to seventh inventions, the lower magnetic body is made of a chiral magnetic body.

第9発明に係る磁気素子は、第1〜第7発明の何れか1つに係る磁気素子において、前記下部磁性体はダイポール磁性体よりなることを特徴とする。   A magnetic element according to a ninth aspect is the magnetic element according to any one of the first to seventh aspects, wherein the lower magnetic body is made of a dipole magnetic body.

第10発明に係る磁気素子は、第1〜第7発明の何れか1つに係る磁気素子において、前記下部磁性体はフラストレート磁性体よりなることを特徴とする。   A magnetic element according to a tenth aspect is the magnetic element according to any one of the first to seventh aspects, wherein the lower magnetic body is made of a frustrated magnetic body.

第11発明に係るスキルミオンメモリは、スキルミオンを生成可能な薄層状の磁気素子と、前記磁気素子の一面側に対向して設けられ前記磁気素子に第1方向から第1磁場を印加可能な磁場発生部と、前記電流回路に電流を印加可能な電源とを備え、前記磁気素子は第1から第10発明の何れか1つに係る磁気素子であることを特徴とする。   The skyrmion memory according to an eleventh aspect of the present invention is a thin layer magnetic element capable of generating skyrmions, and is provided opposite to one surface side of the magnetic element, and can apply a first magnetic field to the magnetic element from a first direction. A magnetic field generation unit and a power supply capable of applying a current to the current circuit are provided, and the magnetic element is a magnetic element according to any one of the first to tenth inventions.

第12発明に係るスキルミオンメモリは、第11発明に係るスキルミオンメモリにおいて、前記電源は、前記磁気素子の前記電流回路に対して、前記第1磁場より弱く前記第1磁場とは逆方向に向かう第2磁場を発生させるように電流を印加可能であることを特徴とする。   The skyrmion memory according to the twelfth invention is the skyrmion memory according to the eleventh invention, wherein the power supply is weaker than the first magnetic field with respect to the current circuit of the magnetic element in a direction opposite to the first magnetic field. It is characterized in that a current can be applied to generate a second magnetic field to be directed.

第13発明に係るスキルミオンメモリは、第5発明に係る磁気素子と、前記磁気素子の一面側に対向して設けられ前記磁気素子に第1方向から第1磁場を印加可能な磁場発生部と、前記磁気素子の前記電流回路に電流を印加することで、前記電流回路に第2磁場を発生させることが可能な電源と、を備えることを特徴とする。   A skyrmion memory according to a thirteenth aspect of the present invention is a magnetic element according to the fifth aspect of the present invention, and a magnetic field generation unit provided opposite to one surface side of the magnetic element and capable of applying a first magnetic field to the magnetic element from a first direction. And a power supply capable of generating a second magnetic field in the current circuit by applying a current to the current circuit of the magnetic element.

第14発明に係るスキルミオンメモリは、第13発明に係るスキルミオンメモリにおいて、前記電源は、前記電流回路に対し、前記スキルミオンを生成する生成パルスと、前記スキルミオンを消去する消去パルスを発生させることが可能であることを特徴とする。   In a skillion memory according to a fourteenth aspect of the present invention, in the skillion memory according to the thirteenth aspect, the power supply generates, with respect to the current circuit, a generation pulse for generating the skillion and an erasing pulse for erasing the skillion. It is characterized in that it is possible to

第15発明に係るスキルミオンメモリは、第14発明に係るスキルミオンメモリにおいて、前記生成パルスは0.015Jより小さく、前記消去パルスは0.04J以上であることを特徴とする。   The skyrmion memory according to the fifteenth invention is characterized in that, in the skyrmion memory according to the fourteenth invention, the generated pulse is smaller than 0.015 J and the erase pulse is 0.04 J or more.

第16発明に係るスキルミオンメモリは、第6発明に係る磁気素子と、前記磁気素子の一面側に対向して設けられ前記磁気素子に第1方向から第1磁場を印加可能な磁場発生部と、前記磁気素子の前記電流回路に電流を印加することで、前記電流回路に第2磁場を発生させることが可能な電源と、を備えることを特徴とする。   A skyrmion memory according to a sixteenth aspect of the present invention is a magnetic element according to the sixth aspect, and a magnetic field generating portion provided opposite to one surface side of the magnetic element and capable of applying a first magnetic field to the magnetic element from a first direction. And a power supply capable of generating a second magnetic field in the current circuit by applying a current to the current circuit of the magnetic element.

第17発明に係るスキルミオンメモリは、第16発明に係るスキルミオンメモリにおいて、前記電源は、前記電流回路に対し、前記スキルミオンを生成する生成パルスと、前記スキルミオンを消去する消去パルスを発生させることが可能であることを特徴とする。   A skillion memory according to a seventeenth invention is the skillion memory according to the sixteenth invention, wherein the power supply generates, with respect to the current circuit, a generation pulse for generating the skillion and an erase pulse for erasing the skillion. It is characterized in that it is possible to

第18発明に係るスキルミオンメモリは、第17発明に係るスキルミオンメモリにおいて、前記生成パルスは0.015Jより小さく、前記消去パルスは0.02Jより小さいことを特徴とする。   According to an eighteenth aspect of the present invention, there is provided a skyrmion memory according to the seventeenth aspect, wherein the generated pulse is smaller than 0.015 J and the erase pulse is smaller than 0.02 J.

第19発明に係るスキルミオンメモリは、第7発明に係る磁気素子と、前記磁気素子の一面側に対向して設けられ前記磁気素子に第1方向から第1磁場を印加可能な磁場発生部と、前記磁気素子の前記電流回路に電流を印加することで、前記電流回路に第2磁場を発生させることが可能な電源と、を備えることを特徴とする。   A skyrmion memory according to a nineteenth aspect of the present invention is a magnetic element according to the seventh aspect of the present invention, and a magnetic field generation unit provided opposite to one surface side of the magnetic element and capable of applying a first magnetic field to the magnetic element from a first direction. And a power supply capable of generating a second magnetic field in the current circuit by applying a current to the current circuit of the magnetic element.

第20発明に係るスキルミオンメモリは、第19発明に係るスキルミオンメモリにおいて、前記電源は、前記電流回路に対し、前記スキルミオンを生成する生成パルスと、前記スキルミオンを消去する消去パルスを発生させることが可能であることを特徴とする。   A skillion memory according to a twentieth invention is the skillion memory according to the nineteenth invention, wherein the power supply generates, with respect to the current circuit, a generation pulse for generating the skillion and an erase pulse for erasing the skillion. It is characterized in that it is possible to

第21発明に係るスキルミオンメモリは、第20発明に係るスキルミオンメモリにおいて、前記生成パルスと前記消去パルスは同じ磁気強度であることを特徴とする。   According to a twenty-first aspect of the invention, there is provided a skyrmion memory according to the twentieth invention, wherein the generated pulse and the erase pulse have the same magnetic strength.

第22発明に係るスキルミオンメモリは、第21発明に係るスキルミオンメモリにおいて、前記生成パルス及び前記消去パルスは0.015Jより小さいことを特徴とする。   A skillion memory according to a twenty-second invention is characterized in that, in the skillion memory according to the twenty-first invention, the generated pulse and the erase pulse are smaller than 0.015 J.

第23発明に係るスキルミオンメモリは、第20発明に係るスキルミオンメモリにおいて、前記生成パルスより前記消去パルスの方が大きな磁場強度であることを特徴とする。   A skyrmion memory according to a twenty-third aspect of the present invention is characterized in that, in the skyrmion memory according to the twentieth aspect, the erase pulse has a magnetic field intensity greater than that of the generated pulse.

第24発明に係るスキルミオンメモリは、第23発明に係るスキルミオンメモリにおいて、前記生成パルスは0.015Jより小さく、前記消去パルスは0.02Jよりも小さいことを特徴とする。   The skyrmion memory according to the twenty-fourth invention is characterized in that, in the skyrmion memory according to the twenty-third invention, the generated pulse is smaller than 0.015 J and the erase pulse is smaller than 0.02 J.

第25発明に係るスキルミオンメモリ搭載CMOS−LSIデバイスは、第11から24発明の何れか1つに係るスキルミオンメモリとCMOS−LSIデバイスが同一チップ内に形成されていることを特徴とする。   According to a twenty-fifth aspect of the present invention, there is provided a CMOS-LSI device mounted with a skyrmion memory, wherein the skyrmion memory and the CMOS-LSI device according to any one of the eleventh to twenty-fourth aspects of the invention are formed in the same chip.

第26発明に係るパーソナルコンピュータは、第11から24発明の何れか1つに係るスキルミオンメモリを搭載したことを特徴とする。   A personal computer according to the twenty-sixth aspect is characterized in that the skyrmion memory according to any one of the eleventh through twenty-fourth aspects is mounted.

第27発明に係るデータ記録媒体は、第11から24発明の何れか1つに係るスキルミオンメモリを搭載したことを特徴とする。   A data recording medium according to a twenty-seventh aspect of the invention is characterized in that the skyrmion memory according to any one of the eleventh through twenty-fourth aspects of the invention is mounted.

第28発明に係るデータ記憶装置は、第11から24発明の何れか1つに係るスキルミオンメモリを搭載したことを特徴とする。   A data storage apparatus according to the twenty-eighth invention is characterized in that the skyrmion memory according to any one of the eleventh to twenty-fourth inventions is mounted.

第29発明に係る携帯電話は、第11から24発明の何れか1つに係るスキルミオンメモリを搭載したことを特徴とする。   A mobile phone according to the twenty-ninth invention is characterized in that the skyrmion memory according to any one of the eleventh through twenty-fourth inventions is mounted.

第30発明に係るスマートホンは、第11から24発明の何れか1つに係るスキルミオンメモリを搭載したことを特徴とする。   A smartphone according to a thirtieth invention is characterized in that the skill-ion memory according to any one of the eleventh through twenty-fourth inventions is mounted.

第31発明に係るデジタルカメラは、第11から24発明の何れか1つに係るスキルミオンメモリを搭載したことを特徴とする。   A digital camera according to a thirty-first aspect of the present invention is characterized in that the skyrmion memory according to any one of the eleventh through twenty-fourth aspects of the present invention is mounted.

第32発明に係るスティックメモリは、第11から24発明の何れか1つに係るスキルミオンメモリを搭載したことを特徴とする。   A stick memory according to a thirty-second aspect of the present invention is characterized in that the skyrmion memory according to any one of the eleventh through twenty-fourth aspects of the present invention is mounted.

第33発明に係る通信装置は、第11から24発明の何れか1つに係るスキルミオンメモリを搭載したことを特徴とする。   A communication apparatus according to a thirty-third aspect is characterized in that the skyrmion memory according to any one of the eleventh through twenty-fourth aspects is mounted.

第34発明に係る画像記録装置は、第11から24発明の何れか1つに係るスキルミオンメモリを搭載したことを特徴とする。   An image recording apparatus according to a thirty-fourth aspect of the invention is characterized in that the skyrmion memory according to any one of the eleventh through twenty-fourth aspects of the invention is mounted.

第35発明に係るテレビジョン受像機は、第11から24発明の何れか1つに係るスキルミオンメモリを搭載したことを特徴とする。   A television receiver according to a thirty-fifth aspect of the present invention is characterized in that the skyrmion memory according to any one of the eleventh through twenty-fourth aspects of the present invention is mounted.

第36発明に係る自走装置は、第11から24発明の何れか1つに係るスキルミオンメモリを搭載したことを特徴とする。   A self-propelled device according to a thirty-sixth invention is characterized in that the skyrmion memory according to any one of the eleventh through twenty-fourth inventions is mounted.

第37発明に係る飛行装置は、第11から24発明の何れか1つに係るスキルミオンメモリを搭載したことを特徴とする。   A flight apparatus according to the thirty-seventh invention is characterized in that the skyrmion memory according to any one of the eleventh through twenty-fourth inventions is mounted.

第38発明に係る宇宙空間飛行装置は、第11から24発明の何れか1つに係るスキルミオンメモリを搭載したことを特徴とする。   The space flight device according to the thirty-eighth invention is characterized in that the skyrmion memory according to any one of the eleventh through twenty-fourth inventions is mounted.

上述した構成からなる本発明によれば、低消費電力でスキルミオンを生成することができる磁気素子及びこの磁気素子が応用されたスキルミオンメモリ、スキルミオンメモリ搭載CMOS-LSIデバイス、およびスキルミオンメモリを内蔵した、パーソナルコンピュータ、データ記録媒体、データ記録装置、携帯電話、スマートホン、デジタルカメラ、スティックメモリ、通信装置、画像記録装置、テレビ、自走装置、飛行装置、宇宙空間飛行装置を提供することができる。   According to the present invention having the above-described configuration, a magnetic element capable of generating skirmion with low power consumption, skirmion memory to which the magnetic element is applied, CMOS-LSI device incorporating skirmion memory, and skirmion memory Personal computer, data recording medium, data recording device, mobile phone, smart phone, digital camera, stick memory, communication device, image recording device, television, self-propelled device, flight device, space flight device be able to.

磁性体中の磁気モーメントのナノスケール磁気構造体であるスキルミオンの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the skyrmion which is a nano scale magnetic structure of the magnetic moment in a magnetic body. 図2(A)から(E)は、位相が異なるスキルミオンを示す模式図である。FIGS. 2A to 2E are schematic diagrams showing skillions having different phases. スキルミオンの生成を可能とする磁気素子を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic view showing a magnetic element that enables generation of skyrmions. スキルミオンの生成と磁場との関係を示す模式図である。図4(A)はカイラル磁性体の磁気相図、図4(B)は領域Aの磁場の時間依存性を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between generation | occurrence | production of skyrmion and a magnetic field. FIG. 4A is a magnetic phase diagram of the chiral magnetic material, and FIG. 4B is a schematic view showing the time dependency of the magnetic field of the region A. As shown in FIG. 領域が四角形状となる場合のスキルミオン生成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows skirmion production | generation in case an area | region becomes square shape. 領域が磁性体端部を含む場合のスキルミオン生成を示す模式図である。図6(A)は領域Aが磁性体の高さと同一の高さの場合の模式図、図6(B)は領域が磁性体の高さの1/2である場合の模式図である。It is a schematic diagram which shows skirmion production | generation in case an area | region includes a magnetic material edge part. 6A is a schematic view in the case where the area A has the same height as the height of the magnetic body, and FIG. 6B is a schematic view in the case where the area is 1/2 the height of the magnetic body. 図7(A)から(D)は、領域Aの幅を変化させた場合のスキルミオン生成を示す模式図である。FIGS. 7A to 7D are schematic diagrams showing skyrmion generation when the width of the region A is changed. 図8(A)から(C)は、領域Aの幅と切欠部の有無に応じたスキルミオン生成を示す模式図である。FIGS. 8A to 8C are schematic diagrams showing skilmion generation according to the width of the region A and the presence or absence of the notch. 図9(A)および(B)は、領域Aの高さを変化させた場合のスキルミオン生成を示す模式図である。FIGS. 9A and 9B are schematic diagrams showing skilmion generation when the height of the region A is changed. 実施例2においてスキルミオンの生成と消去を行う際の領域Aの磁場変化と時間の関係を示す模式図である。FIG. 18 is a schematic view showing a relationship between a magnetic field change of the region A and time when performing generation and deletion of skyrmions in Example 2. 図10で示した領域Aの磁場変化によるスキルミオン生成、消滅の時間変化を示す模式図である。図11(A)は生成開始状態を、図11(B)はスキルミオンが生成された状態を、図11(C)はスキルミオンが移動された状態を、図11(D)はスキルミオンが消去された状態を示す。It is a schematic diagram which shows the time change of skyrmion production | generation and annihilation by the magnetic field change of the area | region A shown in FIG. 11 (A) shows the generation start state, FIG. 11 (B) shows the state where the skyrmion is generated, FIG. 11 (C) shows the state where the skyrmion is moved, and FIG. 11 (D) shows the sky state Indicates an erased state. 実施例3におけるスキルミオンの生成と消去を示す模式図である。図12(A)はスキルミオンの生成と消去を行う際の領域Aの磁場Haと時間の関係を示す模式図、図12(B)は実施例3における磁気素子を示す模式図である。FIG. 18 is a schematic view showing the generation and elimination of skyrmions in Example 3. FIG. 12A is a schematic view showing the relationship between the magnetic field Ha of the region A and time when the generation and elimination of skyrmions are performed, and FIG. 12B is a schematic view showing the magnetic element in the third embodiment. 実施例4におけるスキルミオンの生成と消去を示す模式図である。図13(A)はスキルミオンの生成と消去を行う際の領域Aの磁場Haと時間の関係を示す模式図、図13(B)は実施例4における磁気素子を示す模式図である。図13(C)は分割した領域Aを示す模式図である。FIG. 18 is a schematic view showing the generation and elimination of skillion in Example 4. FIG. 13A is a schematic view showing the relationship between the magnetic field Ha of the region A and time when generation and deletion of skyrmions are performed, and FIG. 13B is a schematic view showing a magnetic element in the fourth embodiment. FIG. 13C is a schematic view showing the divided area A. 図14(A)から(H)は、電流回路の他の形状例を示す模式図である。FIGS. 14A to 14H are schematic diagrams showing other examples of the shape of the current circuit. 電流回路の更に他の形状例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of another shape of a current circuit. 電流による磁気ドメイン駆動の原理を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principle of the magnetic domain drive by an electric current.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、磁性体中の磁気モーメントのナノスケール磁気構造体であるスキルミオンの一例を示す模式図である。図1において、矢印は磁気モーメントの向きを示している。   FIG. 1 is a schematic view showing an example of skirmion which is a nanoscale magnetic structure of magnetic moment in a magnetic substance. In FIG. 1, arrows indicate the direction of the magnetic moment.

スキルミオンは、あらゆる向きを向く磁気モーメントで構成されている。磁性体中に印加される磁場の向きが図中上向きである場合に、最外周磁気モーメントは、その磁場の向きと同様に上向きで、かつ磁場と平行とされている。   Skillmions consist of magnetic moments that point in all directions. When the direction of the magnetic field applied in the magnetic body is upward in the figure, the outermost magnetic moment is upward as well as parallel to the magnetic field as the direction of the magnetic field.

スキルミオンは、その最外周から渦巻状に内側へ向けて回転していく平面形態とされ、これに伴って磁気モーメントの向きは徐々に向きを変えることとなる。   The skyrmion is in the form of a plane rotating inward in a spiral from its outermost periphery, and along with this, the direction of the magnetic moment gradually changes its direction.

そしてスキルミオンの中心を構成する磁気モーメントは、磁場と反平行となるように、下向きで安定することとなる。   And the magnetic moment which constitutes the center of the skyrmion will be stabilized downward so as to be antiparallel to the magnetic field.

スキルミオンでは、磁気モーメントが中心から最外周に至るまで下向きから上向きに向きが連続的に遷移しつつ規則的に並ぶ結果、複数の磁気モーメントが渦のように規則的に並んだ構造をしている。中心の磁気モーメントと最外周の磁気モーメントの向きは反平行で、中心から外周の間に向きは連続的にねじれ、渦巻き構造を形成する。   In Skirmion, the magnetic moment is regularly aligned while continuously changing its direction from downward to upward from the center to the outermost periphery, resulting in a structure in which a plurality of magnetic moments are regularly arranged like a vortex. There is. The directions of the magnetic moment at the center and the magnetic moment at the outermost periphery are antiparallel, and the direction from the center to the periphery is continuously twisted to form a spiral structure.

ここで、磁性体中に渦巻くナノスケール磁気構造体は、スキルミオン数で特徴づけられる。スキルミオン数は、単位空間あたり何回磁気モーメントが渦巻くかを示す、以下の[数1]及び[数2]で表現される。[数2]において、磁気モーメントとの極角Θ(r)はスキルミオンの中心からの距離rの連続関数であり、rを0から∞まで変化させたとき、πからゼロもしくはゼロからπに変化する。   Here, the nanoscale magnetic structure swirling in the magnetic material is characterized by the skyrmion number. The skyrmion number is expressed by the following [Equation 1] and [Equation 2] which indicates how many times the magnetic moment swirls per unit space. In Equation 2, the polar angle Θ (r) with the magnetic moment is a continuous function of the distance r from the center of the skyrmion, and when r is changed from 0 to 、, from π to zero or from zero to π Change.

Figure 0006507147
Figure 0006507147

Figure 0006507147
Figure 0006507147

このようなスキルミオン数Nsk=±1の場合の一例を図2に示した。図2は、位相が異なるスキルミオンを示す模式図である。図2(E)は座標のとりかた(右手系)を示している。x軸、y軸に対してz軸は紙面の裏から手前の向きに取る。矢印は磁気モーメントを示している。この図2に示す磁気構造体は、スキルミオンと定義される状態にある。An example of such a case of the number of skyrmions N sk = ± 1 is shown in FIG. FIG. 2 is a schematic view showing skillions having different phases. FIG. 2E shows how to use the coordinates (right hand system). For the x-axis and y-axis, the z-axis is from the back of the paper to the front. Arrows indicate magnetic moments. The magnetic structure shown in FIG. 2 is in a state defined as skirmion.

γは磁気モーメント間の位相を示している。図2では、異なる位相γの4例(A)〜(D)が示されている。   γ indicates the phase between magnetic moments. In FIG. 2, four examples (A) to (D) of different phases γ are shown.

(A)γ=0に対して(B)γ=πのすべての磁気モーメントの向きは丁度180°回転した磁気モーメントの向きを持っている。   The directions of all the magnetic moments of (A) γ = 0 and (B) γ = π have the directions of the magnetic moments rotated by exactly 180 °.

(C)γ=−π/2はγ=0のすべての磁気モーメントの向きに対し、−90度(右回りに90度)磁気モーメントの向きをとる。なお、図2(D)の位相λ=π/2のスキルミオンが、図1のスキルミオンに相当する。   (C) [gamma] =-[pi] / 2 takes the direction of -90 degrees (90 degrees clockwise) for all the magnetic moment directions at [gamma] = 0. The skirmion of the phase λ = π / 2 in FIG. 2D corresponds to the skirmion of FIG.

すなわち、図2(A)〜(D)に図示した4例の磁気構造は異なるように見えるが、トポロジー的には同一の磁気構造体である。   That is, although the magnetic structures of the four examples illustrated in FIGS. 2A to 2D appear to be different, they are topologically identical magnetic structures.

このような構造を有するスキルミオンは、一度生成すると安定して存在し、外部磁場印加下のカイラル磁性体中で情報伝達を担うキャリアとして働く。   The skyrmion having such a structure is stably present once generated, and acts as a carrier responsible for signal transmission in the chiral magnetic material under application of an external magnetic field.

次に、このようなスキルミオン数Nsk=±1のナノスケール磁気構造体であるスキルミオンの運動を以下に記述する。Next, the motion of the skyrmion which is a nanoscale magnetic structure such a skyrmion number N sk = ± 1 will be described below.

図3は、スキルミオンの生成及び消去を可能とする磁気素子10を示す模式図である。磁気素子10は、厚さが500nm以下の薄層状に形成された素子であり、MBE(Molecular Beam Epitaxy)やスパッター等の技術を用いて形成されている。   FIG. 3 is a schematic view showing the magnetic element 10 which enables the generation and cancellation of skirmions. The magnetic element 10 is an element formed in a thin layer having a thickness of 500 nm or less, and is formed using a technique such as MBE (Molecular Beam Epitaxy) or sputtering.

磁気素子10は、ベースとなる下部磁性体111と、下部磁性体111の上部の面に対向して形成された電流回路112を備えている。本例の電流回路112は、下部磁性体111の端辺を垂直に横切る辺、下部磁性体111の端辺と平行な辺、および、下部磁性体の端辺を再度垂直に横切る辺を有する。   The magnetic element 10 includes a lower magnetic body 111 serving as a base and a current circuit 112 formed to face the upper surface of the lower magnetic body 111. The current circuit 112 in this example has a side perpendicular to the end of the lower magnetic body 111, a side parallel to the end of the lower magnetic body 111, and a side perpendicular to the end of the lower magnetic body again.

下部磁性体111は、カイラル磁性体であり、FeGeやMnSi等により形成されている。   The lower magnetic body 111 is a chiral magnetic body, and is formed of FeGe, MnSi, or the like.

電流回路112は、絶縁性素材等を用いて下部磁性体111と電気的に隔離されていてもよい。電流回路112は、Cu、W、Ti、Al、Ni、Pt、Au、TiN、AlSi等の金属材料により形成されている。   The current circuit 112 may be electrically isolated from the lower magnetic body 111 using an insulating material or the like. The current circuit 112 is formed of a metal material such as Cu, W, Ti, Al, Ni, Pt, Au, TiN, or AlSi.

以下、この電流回路に囲まれた領域を領域Aと呼び、領域Aでの磁場強度をHaとする。   Hereinafter, the region surrounded by this current circuit is referred to as region A, and the magnetic field strength in region A is taken as Ha.

こうした磁気素子10と磁場発生部12とを備えてスキルミオンメモリが形成されている。スキルミオンメモリは、スキルミオンをビット情報とするメモリである。   A skyrmion memory is formed by including the magnetic element 10 and the magnetic field generator 12 as described above. The skill mion memory is a memory that uses the skill mion as bit information.

磁場発生部12は、磁場Hを発生し、下部磁性体111に対して図3の紙面下方から上方に向けて(すなわち、下部磁性体111の裏面から表面に向けて)印加される。なお、本実施形態においては磁場発生部12が1つのみ用いられているが、本発明においてはこれに限らず、下部磁性体111に対して垂直に磁場を印加できるものであれば、磁場発生部12の数や配置は限定されるものではなく、複数の磁場発生部12を用いることもできる。   The magnetic field generation unit 12 generates a magnetic field H, and is applied to the lower magnetic body 111 from the lower side of the paper surface of FIG. 3 (that is, from the back surface to the front surface of the lower magnetic body 111). Although only one magnetic field generation unit 12 is used in the present embodiment, the present invention is not limited thereto, and any magnetic field can be generated as long as the magnetic field can be applied perpendicularly to the lower magnetic body 111. The number and arrangement of the parts 12 are not limited, and a plurality of magnetic field generation parts 12 can also be used.

次に、図示しない電極から電流が、電流回路112に対して図3の矢印Cで示された向きに印加される。この電流は領域Aにおいて上から下向き(すなわち、下部磁性体111の表面から裏面の向き)に磁場を発生させる。この電流により誘起される磁場の向きは一様磁場Hの向きとは逆向きであるので、電流回路112および下部磁性体111の端辺により囲まれた矩形の領域Aの下から上の向きの磁場Haが弱められる。   Next, current is applied to the current circuit 112 in the direction indicated by the arrow C in FIG. 3 from an electrode (not shown). This current generates a magnetic field in the region A from the top downward (that is, from the front surface to the back surface of the lower magnetic body 111). Since the direction of the magnetic field induced by this current is opposite to the direction of the uniform magnetic field H, the direction from below to above the rectangular area A surrounded by the ends of the current circuit 112 and the lower magnetic body 111 The magnetic field Ha is weakened.

この結果、矩形の領域にスキルミオンを生成することが可能となる。   As a result, it is possible to generate skill mions in a rectangular area.

次に、カイラル磁性体中でのスキルミオンの生成を詳細に実施例で実証する。   Next, the generation of skyrmions in chiral magnetics is demonstrated in detail in the Examples.

[実施例1]
実施例1において、スキルミオン生成のシミュレーション実験結果を示す。
Example 1
In Example 1, the simulation experiment result of skyrmion production is shown.

スキルミオンの運動はLandau−Lifshitz―Gilbert(LLG)方程式で記述される。以下、断熱、非断熱スピントランスファートルク項をもつLLG方程式を数値的に解く。   The movement of the skyrmion is described by the Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) equation. The following numerically solves the LLG equation with adiabatic, nonadiabatic spin transfer torque terms.

[数3]
dM/dt=−γM×B eff+α/M・M×dM/dt
[Equation 3]
dM r / dt = −γM r × B r eff + α / M · M r × dM r / dt

[数4]
H=―JΣM・(Mr+ex+Mr+ey
−DΣ(M×Mr+ex・e+M×Mr+ey・e)−Σ(B+Ha)・M
[Equation 4]
H =-J M M r · (M r + ex + M r + ey )
−DΣ (M r × M r + ex · e x + M r × M r + ey · e y ) −− (B + Ha) · M r

ここで、Breff=−1(1/(hγ))(∂H/∂Mr)により、[数3]と[数4]とが関連付けられる。γ=gμB/h(>0)は磁気回転比である。hはプランク定数である。Mは無次元量で磁気モーメントを示す。上記[数3]及び[数4]中、×は外積を示す。Here, [Equation 3] and [Equation 4] are associated by Br eff = −1 (1 / (hγ)) (∂H / ∂M r ). γ = gμB / h (> 0) is the gyromagnetic ratio. h is Planck's constant. M r represents a magnetic moment in a dimensionless amount. In the above [Equation 3] and [Equation 4], x indicates an outer product.

ここで、[数4]で示したHなるハミルトニアンはカイラル磁性体の場合についてのものである。ダイポール磁性体やフラストレート磁性体に関してはこのHの表現をそれぞれの磁性体を記述するものに置換すればよい。   Here, the Hamiltonian H represented by [Equation 4] is for the case of a chiral magnetic material. In the case of a dipole magnetic body or a frustrated magnetic body, the expression of H may be replaced with a description of each magnetic body.

なお、ダイポール磁性体は、磁気双極子相互作用が重要な磁性体である。また、フラストレート磁性体は、磁気不整合状態を好む磁気的相互作用の空間構造を含む磁性体である。   The dipole magnetic body is a magnetic body in which magnetic dipole interaction is important. In addition, the frustrated magnetic body is a magnetic body including a magnetic interaction space structure that favors a magnetic mismatch state.

次に、本実施例でのシミュレーション実験の実験条件を図4に示す。   Next, the experimental conditions of the simulation experiment in this embodiment are shown in FIG.

図4(A)は、カイラル磁性体磁性相の磁場依存性を示した模式図である。   FIG. 4A is a schematic view showing the magnetic field dependency of the chiral magnetic body magnetic phase.

カイラル磁性体は、磁場強度Hskによりカイラル磁性相からスキルミオン相になり、さらに強い磁場強度Hfでスキルミオン相から強磁性相になる磁性体である。本実施例で用いられているカイラル磁性体はD=0.18J、M=1、α=0.04である。Dはジャロシンスキー・守谷相互作用の大きさである。   The chiral magnetic substance is a magnetic substance which changes from the chiral magnetic phase to the skyrmion phase by the magnetic field strength Hsk and further changes from the skyrmion phase to the ferromagnetic phase at the strong magnetic field strength Hf. The chiral magnetic material used in this example has D = 0.18 J, M = 1, and α = 0.04. D is the magnitude of the Jaroshinski-Moriya interaction.

ここではこの磁性体の磁気交換相互作用の大きさをJとして、この量で規格した値で各種の物理量を記述する。   Here, assuming that the magnitude of the magnetic exchange interaction of this magnetic substance is J, various physical quantities are described by values standardized by this amount.

低磁場では、カイラル磁性体は、らせん状の磁気モーメントの磁気構造をもつカイラル相になる。磁場強度を高くすると、カイラル磁性体は、磁場強度Hsk=0.0075Jで、スキルミオン相になる。このときのスキルミオン直径をλとすると、λはJとDを用いて以下の[数5]のように表すことができる。   At low fields, the chiral magnet becomes a chiral phase with a magnetic structure of helical magnetic moments. When the magnetic field strength is increased, the chiral magnetic material is in the skirmion phase with the magnetic field strength Hsk = 0.0075J. Assuming that the skyrmion diameter at this time is λ, λ can be expressed as in the following [Equation 5] using J and D.

[数5]
λ=2√2・πJ×a/D
[Equation 5]
λ = 2√2 · πJ × a / D

ここでaは格子定数である。カイラル磁性体ではλのサイズは数nmから数百nmのナノメートルサイズである。さらに、本実施例で用いられているカイラル磁性体では、強い磁場強度であるHf=0.0252Jで強磁性相になる。   Here, a is a lattice constant. In chiral magnetic materials, the size of λ is several nanometers to hundreds of nanometers in size. Furthermore, in the chiral magnetic material used in the present embodiment, the ferromagnetic phase is obtained with Hf = 0.0252 J, which is a strong magnetic field strength.

シミュレーション実験での領域Aの磁場Haの時間変化を図4(B)に示した。   The time change of the magnetic field Ha of the area A in the simulation experiment is shown in FIG. 4 (B).

まず、シミュレーション実験は、カイラル磁性体の領域Aの磁場HaをHfより大きい磁場強度にして、領域Aが強磁性相になっている状態から開始された。具体的には、磁場は下から上の向き(すなわち、下部磁性体111の裏面から表面の向き)に磁場強度H=0.03Jの大きさで印加される。この場合、カイラル磁性体の基底状態はスキルミオンが存在しない強磁性体相である。   First, the simulation experiment was started from the state in which the region A is in the ferromagnetic phase, with the magnetic field Ha of the region A of the chiral magnetic material being a magnetic field strength greater than Hf. Specifically, the magnetic field is applied in the direction from the bottom to the top (that is, the direction from the back surface to the surface of the lower magnetic body 111) with a magnitude of the magnetic field strength H = 0.03J. In this case, the ground state of the chiral magnet is a ferromagnetic phase in which skirmions do not exist.

次に、電流回路112に電流を流し始める。このとき、領域Aの磁場Haは、電流回路112の電流によって発生した磁場により変化する。   Next, the current starts flowing in the current circuit 112. At this time, the magnetic field Ha of the region A changes due to the magnetic field generated by the current of the current circuit 112.

電流は、t=1000(以下、tの単位1/J)において、領域Aでの磁場Haが0.01Jの大きさになるように印加される。その後t=2000まで、Ha=0.01Jの一定の磁場強度を保持する。t=3000で電流の印加が停止されると、磁場強度は初期状態に戻り、Ha =0.03Jとなる。   The current is applied such that the magnetic field Ha in the region A has a magnitude of 0.01 J at t = 1000 (hereinafter, unit 1 / J of t). Thereafter, a constant magnetic field strength of Ha = 0.01 J is maintained until t = 2000. When the application of current is stopped at t = 3000, the magnetic field intensity returns to the initial state, and Ha = 0.03J.

この条件で、LLG方程式を用いてシミュレーション実験を実施する。スキルミオンの生成に関するシミュレーション結果を図5から図13に示す。   Under this condition, simulation experiments are performed using the LLG equation. The simulation results regarding generation of skyrmions are shown in FIG. 5 to FIG.

図5は、領域Aが四角形状となる場合のスキルミオン生成を示す模式図である。   FIG. 5 is a schematic view showing skirmion generation in the case where the area A has a rectangular shape.

領域Aの形状は、電流回路112の形状に対応して形成される。図5の場合、電流回路112が四角形状に形成されることで、電流回路112の形状に対応して形成される領域Aの形状も四角形状となる。   The shape of region A is formed corresponding to the shape of current circuit 112. In the case of FIG. 5, the current circuit 112 is formed in a square shape, so that the shape of the region A formed corresponding to the shape of the current circuit 112 is also a square shape.

この領域Aの磁場Haが、パルス電流により0.03Jから0.01Jに減少したときのスキルミオン生成を示す。四角で囲まれた部位が磁性体端部に接触していない場合はスキルミオンSが生成されないことがわかる。領域Aの磁場Haを減少させ、スキルミオン相になるHa=Hsk以下に減少してもスキルミオンSは生成せず、強磁性体相が保持されたままである。   The magnetic field Ha of this area | region A shows skirmion production | generation when it reduces from 0.03J to 0.01J by pulse current. It can be seen that skirmion S is not generated when the portion enclosed by the square does not contact the end of the magnetic material. Even if the magnetic field Ha of the region A is decreased to below the skimion phase Ha = Hsk or less, the skirmion S is not generated and the ferromagnetic phase is maintained.

ところが、図6(A)で見るように、領域Aが、磁性体端部を含むような領域になるとスキルミオンSが生成する。上述したように、下部磁性体11は、磁場発生部12により強磁性相にされる。このため、下部磁性体11における磁気モーメントは、磁場発生部12により印加される磁場Hと同一の方向を向く。ただし、下部磁性体11の端部における磁気モーメントは、磁場Hと同一の方向を向かず、磁場Hに対して傾きを有している。このため、下部磁性体11の端部は他の領域に比べてスキルミオンSが生じやすい。下部磁性体11の端部を含む領域を囲むように電流回路112を設けることで、スキルミオンSを容易に生じさせることができる。   However, as seen in FIG. 6A, when the region A becomes a region including the end portion of the magnetic material, skirmions S are generated. As described above, the lower magnetic body 11 is made into the ferromagnetic phase by the magnetic field generation unit 12. For this reason, the magnetic moment in the lower magnetic body 11 points in the same direction as the magnetic field H applied by the magnetic field generator 12. However, the magnetic moment at the end of the lower magnetic body 11 does not turn in the same direction as the magnetic field H, and has a tilt with respect to the magnetic field H. For this reason, the end portion of the lower magnetic body 11 is more susceptible to skirmion S than other regions. By providing the current circuit 112 so as to surround the area including the end of the lower magnetic body 11, the skirmion S can be easily generated.

これにより、磁性体端部を含むことがスキルミオン生成に欠かせない条件になっていることがわかる。一様な磁気モーメントをもつ強磁性状態とスキルミオンSとのトポロジー状態との間には、エネルギー的に大きな壁が存在することを示している。   From this, it can be seen that the inclusion of the magnetic material end is an essential condition for the generation of skyrmions. It is indicated that an energetically large wall exists between the ferromagnetic state having a uniform magnetic moment and the topological state of the skyrmion S.

しかし、ひとたびスキルミオンSが一様な磁気モーメント状態に形成されると、スキルミオンSは安定に存在する。これは、情報を担うキャリアとしてのスキルミオンSの安定性を保証する重要な特徴である。   However, once the skyrmions S are formed into a uniform magnetic moment state, the skyrmions S are stably present. This is an important feature that guarantees the stability of Skillmion S as a carrier of information.

また、図6(A)からは、領域Aの端部の延展方向の長さである幅Wが広いと左右に2個のスキルミオンSが生成してしまうことがわかる。メモリに用いる磁気素子として用いる場合、スキルミオンSは所定の領域内に1個のみ生成されることが望ましい。   Further, it can be understood from FIG. 6A that, if the width W which is the length in the spreading direction of the end portion of the region A is large, two skirmions S are generated on the left and right. When using as a magnetic element used for a memory, it is desirable that only one skyrmion S be generated in a predetermined area.

そこで、図6(B)に示すように、領域Aの端部の延展方向と垂直な向きの長さである高さhを半分にすると、スキルミオンSは左端に2個、中央に1個生成する結果が得られた。   Therefore, as shown in FIG. 6B, when the height h, which is the length in the direction perpendicular to the spreading direction of the end of the region A, is halved, two skyrmions S at the left end and one at the center The results to be generated were obtained.

図7は、スキルミオン生成について、領域Aの高さhを半分に固定して幅Wを変化させることで、スキルミオン生成の幅Wへの依存性を調べたものである。図7(A)から図7(D)へと、順次幅Wが狭められている。   FIG. 7 shows the dependency of the skillion generation on the width W by fixing the height h of the region A to half and changing the width W for the skillion generation. The width W is gradually narrowed from FIG. 7 (A) to FIG. 7 (D).

シミュレーションの結果、図7(A)と(B)では2個のスキルミオンSが存在するが、図7(C)と(D)では1個のみが存在する状態となった。なお、図7(C)における幅WはスキルミオンSの直径λと同じサイズであり、図7(D)における幅WはスキルミオンSの直径λの1/2と同じサイズとなっている。   As a result of simulation, although two skyrmions S exist in FIGS. 7A and 7B, only one is present in FIGS. 7C and 7D. The width W in FIG. 7C is the same size as the diameter λ of the skyrmion S, and the width W in FIG. 7D is the same size as half the diameter λ of the skyrmion S.

図8(A)、(B)は、それぞれ領域Aの幅Wがλ/2より小さい場合である。この場合にはスキルミオンSは生成しない。   FIGS. 8A and 8B show the case where the width W of the region A is smaller than λ / 2. In this case, skill mions S are not generated.

図8(C)は、幅Wがλ/2であっても磁性体端部の切欠部Bを備えると、スキルミオンSを生成できることを示している。この切欠部Bが領域A内を切り欠くときの切欠部Bの領域Aとの接線の長さをLとするとλ>L>λ/2の範囲でスキルミオンSが生成できることを見出した。すなわち磁性体の切欠部Bはスキルミオン生成に効果的に働く。   FIG. 8C shows that the skillion S can be generated when the cutout B at the end of the magnetic material is provided even if the width W is λ / 2. When the length of the tangent of the notch B to the region A when the notch B cuts the region A is L, it has been found that the skyrmion S can be generated in the range of λ> L> λ / 2. That is, the notches B of the magnetic body work effectively for skirmion generation.

図9は領域Aの高さhを低くした場合の実験結果である。図9(A)のように、2λ>h>λ/2の範囲であればスキルミオンSは1個生成する。一方、図9(B)のh<λ/2の場合はスキルミオンSを生成することはできない。   FIG. 9 shows the experimental results when the height h of the region A is lowered. As shown in FIG. 9A, one skyrmion S is generated in the range of 2λ> h> λ / 2. On the other hand, when h <λ / 2 in FIG. 9B, the skyrmion S can not be generated.

これらのシミュレーション実験から以下のことが判明した。   The following things became clear from these simulation experiments.

(1)領域Aの左右の幅Wは下記の範囲が最適である。
λ≧W>λ/4
(1) The right and left widths W of the region A are optimum in the following range.
λ ≧ W> λ / 4

(2)領域Aの高さhは下記の範囲が最適である。
2λ>h>λ/2
(2) The height h of the region A is optimally in the following range.
2λ>h> λ / 2

(3)領域Aに非磁性の切欠部Bを設置する場合、領域A内と切欠部Bの接線の長さLが以下の範囲にあれば、単一のスキルミオンSを生成することができる。
λ>L>λ/2
(3) When installing a nonmagnetic notch B in the region A, a single skyrmion S can be generated if the tangent length L in the region A and the notch B is in the following range .
λ>L> λ / 2

(4)単一のスキルミオンSを生成するために必要な領域Aの磁場Haは、Ha<0.015Jである。このHaの上限値は、下部磁性体11がスキルミオン相になる磁場強度Hskの2倍である。(4) The magnetic field Ha of the region A necessary to generate a single skyrmion S is Ha <0.015 J. The upper limit value of this Ha is twice the magnetic field strength H sk at which the lower magnetic body 11 is in the skirmion phase.

(5)局所磁場の印加時間幅(パルス幅)Tは1000(1/J)以上あればスキルミオンSは形成される。それより長い時間でも単一のスキルミオンSが生成した状態が維持され、複数個のスキルミオンSが生成することはない。   (5) If the application time width (pulse width) T of the local magnetic field is 1000 (1 / J) or more, skirmions S are formed. Even for a longer time, the state generated by a single skillion S is maintained, and a plurality of skillions S will not be generated.

以上のシミュレーション実験結果は、電流印加による磁場によるスキルミオン生成の詳細な設計指針を与え、スキルミオン生成を備えた磁気素子を設計するうえで、大変重要である。   The above simulation experiment results are very important in designing a magnetic element provided with skyrmion generation, giving a detailed design guideline of skyrmion generation by a magnetic field by applying a current.

このように、本願発明は、スキルミオン生成方法の最適の設計指針を与える。その設計ルールをスキルミオンサイズで規格された量で記述できたことから、各種の磁性材でも共通の設計指針を与えることができた。これにより、スキルミオンを用いた磁気素子を実用化する上で大きなインパクトをもたらすと期待できる。   Thus, the present invention provides optimal design guidelines for the skyrmion generation method. Since the design rules can be described in standardized quantities in the skyrmion size, it is possible to give common design guidelines even for various magnetic materials. As a result, it can be expected that a large impact will be brought about in practicalizing a magnetic element using skirmion.

[実施例2]
実施例2において、スキルミオン消去のシミュレーション実験結果を示す。
Example 2
In Example 2, the simulation experiment result of skyrmion elimination is shown.

スキルミオンを消去する際のスキルミオンの運動は、LLG方程式を用いてスキルミオン生成の場合と同様に記述できる。   The motions of the skillmions at the time of eliminating the skillmions can be described using the LLG equation as in the case of the skillmion generation.

本実施例の磁性体は、実施例1と同じカイラル磁性体である。カイラル磁性体の磁気相図は図4(A)に与えられている。磁性体111の幅はスキルミオンの直径λと同一で、高さもλと同一の正四角形状である。   The magnetic substance of the present example is the same chiral magnetic substance as that of Example 1. The magnetic phase diagram of the chiral magnetic material is given in FIG. 4 (A). The width of the magnetic body 111 is the same as the diameter λ of the skyrmion, and the height is also the same square shape as the length λ.

電流回路112は図11(A)に示した領域Aに追加磁場を印加できるように配置しており、図3に示す電流回路112と同様のものである。   The current circuit 112 is arranged so that an additional magnetic field can be applied to the region A shown in FIG. 11A, and is similar to the current circuit 112 shown in FIG.

領域Aは磁性体111の端部を含む領域に設定されている。領域Aの幅はλ/2とし、高さhは0.6×λとした。   The region A is set to a region including the end of the magnetic body 111. The width of the region A was λ / 2, and the height h was 0.6 × λ.

領域Aの磁場をHaとする。スキルミオンSを消去する場合の領域Aの磁場Haを図10に示す。   The magnetic field of region A is set to Ha. The magnetic field Ha of the area A in the case of eliminating the skyrmion S is shown in FIG.

時刻t=0、磁場Ha=0.03Jにおいてカイラル磁性体は強磁性相である。   The chiral magnetic material is a ferromagnetic phase at time t = 0 and the magnetic field Ha = 0.03J.

時刻t=3000(1/J)までのパルス磁場で、スキルミオンSが生成される。このとき、図11(A)の状態から図11(B)に示すように、スキルミオンSが1個生成する。この生成条件は実施例1で説明した条件と同一である。   The skyrmion S is generated at a pulse magnetic field up to time t = 3000 (1 / J). At this time, one skirmion S is generated as shown in FIG. 11 (B) from the state of FIG. 11 (A). The generation conditions are the same as the conditions described in the first embodiment.

次に、スキルミオンSを消去する為に領域Aの磁場Haを強くする。時刻t=5000(1/J)から8000(1/J)の間、領域Aに最大でHa=0.05Jの図10のようなパルス磁場を加える。   Next, the magnetic field Ha of the region A is strengthened to erase the skyrmion S. Between time t = 5000 (1 / J) to 8000 (1 / J), a pulse magnetic field as shown in FIG. 10 with Ha = 0.05 J is applied to region A at maximum.

この間、図11(C)に示すように領域Aの左端にスキルミオンSが動き、さらに下部に移動し、消滅する。その後、Ha=0.03Jとして、図11(D)に示す初期状態に戻し、スキルミオンSの消去が完了する。この時の追加磁場強度は+0.02Jであり、生成時の−0.02Jが正負反転した量である。   During this time, as shown in FIG. 11C, the skyrmion S moves to the left end of the area A, and further moves to the lower part and disappears. Thereafter, with Ha = 0.03 J, the initial state shown in FIG. 11D is restored, and the erasure of the skirmion S is completed. The additional magnetic field strength at this time is +0.02 J, which is an amount obtained by inverting -0.02 J at the time of generation.

上述したように、一度生成したスキルミオンSを領域Aの磁場Haの増大によって消去できる。この時の消去に必要な条件は以下である。   As described above, the skyrmion S generated once can be eliminated by the increase of the magnetic field Ha of the region A. The conditions necessary for erasing at this time are as follows.

(6)磁性体の幅Wmはスキルミオン直径λに対して以下の範囲にする。
2λ>Wm>λ/2
Wmが小さすぎるとスキルミオンが生成されない。Wmはλ程度がよい。
(6) The width Wm of the magnetic body is in the following range with respect to the skyrmion diameter λ.
2λ>Wm> λ / 2
If Wm is too small, skill mions are not generated. Wm is preferably about λ.

(7)磁性体の高さhmはスキルミオン直径λに対して以下の範囲にする。
2λ>hm>λ/2
hmが大きすぎるとスキルミオンの消去時にスキルミオンが電流回路から逃げだし消去できない。
(7) The height hm of the magnetic body is in the following range with respect to the skyrmion diameter λ.
2λ>hm> λ / 2
If hm is too large, the skyrmion escapes from the current circuit and can not be erased when the skyrmion is erased.

(8)領域Aの幅Wは(1)に従う。すなわち、λ≧W>λ/4である。   (8) The width W of the region A conforms to (1). That is, λ ≧ W> λ / 4.

(9)領域Aの高さhの条件は(2)に従う。すなわち、2λ>h>λ/2である。ここでは0.6×λの高さに設定した。   (9) The condition of the height h of the region A follows (2). That is, 2λ> h> λ / 2. Here, the height is set to 0.6 × λ.

(10)消去に必要な領域Aの磁場HaはHa≧0.04Jである。   (10) The magnetic field Ha of the region A necessary for erasing is Ha ≧ 0.04 J.

[実施例3]
実施例3において、スキルミオン消去用印加パルス磁場の向きがスキルミオン生成用パルスと同じ向きであっても、スキルミオンを消去できる実施例を示す。この実施例3で、領域Aは磁性体111の端部を含む領域に設定されている。電流回路112は磁性体111の下辺の中央より左側に偏った位置に形成されている。なお、本発明においては、電流回路112は下部磁性体111の下辺の中央よりも左右どちらかに偏った位置に形成されていればよく、右側に偏った位置であってもよい。
[Example 3]
The third embodiment shows an example in which the skyrmions can be erased even if the direction of the applied pulse magnetic field for skyrmion cancellation is the same as the direction of the skyrmion generation pulses. In the third embodiment, the region A is set to a region including the end of the magnetic body 111. The current circuit 112 is formed at a position biased to the left from the center of the lower side of the magnetic body 111. In the present invention, the current circuit 112 may be formed at a position deviated to the left or right from the center of the lower side of the lower magnetic body 111, or may be a position deviated to the right.

図12(A)に示すように、磁気素子10に磁場である生成パルス1を印加し、次に磁場である消去パルス2を印加する。   As shown in FIG. 12A, a generated pulse 1 as a magnetic field is applied to the magnetic element 10, and then an erasing pulse 2 as a magnetic field is applied.

このときの消去パルス2は生成パルス1と同じ向きの磁場印加である。本例では領域Aの磁場Haの消去パルス2の磁場強度を強磁性相に対応する0.03Jより小さい値0.015Jにする。なお生成パルス1の磁場強度は0.01Jである。このとき、図12(B)で示したように領域Aを左側に配置していれば、生成したスキルミオンを消去できる。ただし、領域Aを左端に寄せすぎると最初の磁場印加でスキルミオンが生成できない。   The erase pulse 2 at this time is magnetic field application in the same direction as the generated pulse 1. In this example, the magnetic field intensity of the erasing pulse 2 of the magnetic field Ha of the region A is set to a value 0.015 J which is smaller than 0.03 J corresponding to the ferromagnetic phase. The magnetic field strength of the generated pulse 1 is 0.01 J. At this time, as shown in FIG. 12B, if the area A is disposed on the left side, the generated skyrmion can be erased. However, if the region A is too close to the left end, the skyrmion can not be generated by the first magnetic field application.

この場合、磁性体の幅Wm及び高さhmはλより大きくとる必要がある。本実施例では、1.2×λとしている。λよりすこし大きな磁性体を採用する理由は、生成したスキルミオンが磁性体中心に移動する為の空間を確保するためである。   In this case, the width Wm and the height hm of the magnetic body need to be larger than λ. In this embodiment, it is set to 1.2 × λ. The reason for employing a magnetic body slightly larger than λ is to secure a space for the generated skyrmion to move to the center of the magnetic body.

上述した本実施例におけるスキルミオンの消去に必要な条件は以下の通りである。   The conditions required to eliminate the skyrmion in the above-described embodiment are as follows.

(11)スキルミオン消去パルスの向きが生成パルスの向きと同じ場合、磁性体サイズの幅Wmはスキルミオン直径λに対して
2λ>Wm>λ
である。磁性体サイズの高さも同様に
2λ>hm>λ
である。
(11) When the direction of the skyrmion erasing pulse is the same as the direction of the generated pulse, the width Wm of the magnetic material size is 2λ>Wm> λ with respect to the skyrmion diameter λ.
It is. The height of the magnetic body size is also 2λ>hm> λ
It is.

(12)スキルミオン消去パルスの向きが生成パルスの向きと同じ場合、領域Aの幅Wは0.4×λである。高さhはλ/2である。領域Aの左端での磁性体との間隙dは、0.4×λ>d>0.2λである。なお、dが0.2λよりも小さいと、生成パルスでスキルミオンを生成することができない。   (12) When the direction of the skyrmion erasing pulse is the same as the direction of the generated pulse, the width W of the region A is 0.4 × λ. The height h is λ / 2. The gap d with the magnetic substance at the left end of the region A is 0.4 × λ> d> 0.2λ. If d is smaller than 0.2λ, skirmion can not be generated by the generated pulse.

(13)領域Aに印加するスキルミオン生成パルスの磁場強度Haは上の生成条件(4)に従う。すなわち、Ha<0.015Jである。   (13) The magnetic field intensity Ha of the skyrmion generation pulse applied to the region A follows the above generation condition (4). That is, Ha <0.015 J.

(14)領域Aに印加するスキルミオン消去パルスの磁場強度Haは、Ha<0.02Jである。   (14) The magnetic field intensity Ha of the skyrmion erasing pulse applied to the region A is Ha <0.02 J.

[実施例4]
実施例4において、領域Aが生成用A1と消去用A2の二つの領域に分割される場合のスキルミオン消去のシミュレーション実験結果を示す。図13(C)は、領域Aを分割した例を示す模式図である。生成用の領域A1は、下部磁性体111の端部を含む。消去用の領域A2は、生成用の領域A1が含む下部磁性体111の端部とは逆側において、生成用の領域A1と隣接する。
Example 4
In Example 4, the simulation experiment result of the skyrmion erasing in case the area | region A is divided | segmented into two area | regions for production | generation A1 and erasure | elimination A2 is shown. FIG. 13C is a schematic view showing an example in which the region A is divided. The generation region A1 includes the end of the lower magnetic body 111. The erasing area A2 is adjacent to the generation area A1 on the opposite side of the end of the lower magnetic body 111 included in the generation area A1.

図13(C)に示す生成用の領域A1の幅W1は0.4×λで高さh1は0.6×λである。また、消去用の領域A2の幅W2は0.4×λで高さh2は0.4×λである。   The width W1 of the generation area A1 shown in FIG. 13C is 0.4 × λ, and the height h1 is 0.6 × λ. The width W2 of the erasing area A2 is 0.4 × λ and the height h2 is 0.4 × λ.

磁性体の幅Wmはスキルミオン直径λに対して以下の範囲にする。
2λ>Wm>λ/2
Wmが小さすぎるとスキルミオンが生成されない。Wmはλ程度がよい。
The width Wm of the magnetic body is in the following range with respect to the skyrmion diameter λ.
2λ>Wm> λ / 2
If Wm is too small, skill mions are not generated. Wm is preferably about λ.

磁性体の高さhmはスキルミオン直径λに対して以下の範囲にする。
2λ>hm>λ/2
hmが大きすぎるとスキルミオンの消去時にスキルミオンが電流回路から逃げだし消去できない。
The height hm of the magnetic body is in the following range with respect to the skyrmion diameter λ.
2λ>hm> λ / 2
If hm is too large, the skyrmion escapes from the current circuit and can not be erased when the skyrmion is erased.

図13(C)に示す2つの領域A1、A2に対し、領域A1に磁場強度Ha1の生成パルスを印加することによりスキルミオンを生成できる。領域A1と異なる領域A2に磁場強度Ha2の消去パルスを印加することによりスキルミオンを消去できる。図13(A)に示す生成パルスおよび消去パルスは、磁場として同じ向きで同じ大きさのパルス磁場である。本例では、磁場強度Ha1および磁場強度Ha2を0.01Jとする。これにより、スキルミオンを生成し、消去することができる。また、消去パルスの向きと生成パルスの向きが同じ場合であって、生成パルスの磁場強度Ha1が0.01J、消去パルスの磁場強度Ha2が0.015Jの場合を図13(B)に示した。この場合でもスキルミオンを消去できる。領域A2の磁場HaがHa<0.02Jであれば消去可能である。   Skirmions can be generated by applying a generation pulse of the magnetic field intensity Ha1 to the two regions A1 and A2 shown in FIG. 13C. The skyrmion can be erased by applying the erasing pulse of the magnetic field intensity Ha2 to the area A2 different from the area A1. The generated pulse and the erasing pulse shown in FIG. 13A are pulsed magnetic fields having the same direction and the same magnitude as the magnetic field. In this example, the magnetic field strength Ha1 and the magnetic field strength Ha2 are 0.01 J. Thus, skill mions can be generated and eliminated. Further, FIG. 13B shows the case where the direction of the erasing pulse is the same as the direction of the generated pulse, and the magnetic field intensity Ha1 of the generated pulse is 0.01 J and the magnetic field intensity Ha2 of the erasing pulse is 0.015 J. . Even in this case, skill mions can be erased. If the magnetic field Ha of the region A2 is Ha <0.02 J, erasing is possible.

生成パルスが印加された際にスキルミオンが発生しない場合、消去パルスの印加磁場でスキルミオンが生成することはない。これは、消去用領域A2の高さが小さいために、スキルミオンを生成することができないからである。   When skirmion does not occur when the generation pulse is applied, skirmion is not generated by the applied magnetic field of the erasing pulse. This is because it is not possible to generate a skirmion because the height of the erasing area A2 is small.

上述した本実施例におけるスキルミオンの消去に必要な条件は以下の通りである。   The conditions required to eliminate the skyrmion in the above-described embodiment are as follows.

(15)生成用領域A1と消去用領域A2を設けた場合、生成パルスの磁場強度Ha1と消去用パルスの磁場強度Ha2が同じ場合でもスキルミオンの生成、消去が可能である。   (15) In the case where the generation area A1 and the erasing area A2 are provided, generation and deletion of skirmions are possible even when the magnetic field strength Ha1 of the generated pulse and the magnetic field strength Ha2 of the erasing pulse are the same.

(16)磁性体の幅Wmはスキルミオン直径λに対して以下の範囲にする。
2λ>Wm>λ/2
(16) The width Wm of the magnetic body is in the following range with respect to the skyrmion diameter λ.
2λ>Wm> λ / 2

(17)磁性体の高さhmはスキルミオン直径λに対して以下の範囲にする。
2λ>hm>λ/2
(17) The height hm of the magnetic body is in the following range with respect to the skyrmion diameter λ.
2λ>hm> λ / 2

なお、図13(B)に示すように、消去パルスを生成パルスよりも小さなものとしてもよく、Ha2<0.02Jの範囲で可能である。ただし、消去用領域A2の高さが0.55×λ以下では、スキルミオンは消去できない。   As shown in FIG. 13B, the erase pulse may be smaller than the generation pulse, which is possible in the range of Ha2 <0.02 J. However, the skirmion can not be erased if the height of the erasing area A2 is 0.55 × λ or less.

このように、本実施例では、スキルミオンの生成と消去用にそれぞれ異なる2つの領域A1、A2を用いる場合においても、スキルミオンの生成と消去が可能であることが示された。   Thus, in the present embodiment, it has been shown that the generation and deletion of skillion is possible even when two different regions A1 and A2 are used for generation and deletion of skillion.

上述した実施例1−4において、磁場印加によるスキルミオン生成、消去のためのシミュレーション実験を示した。そして、スキルミオン生成、消去のための設計デザインルールを(1)から(17)の17項目で明らかにした。   In Example 1-4 mentioned above, the simulation experiment for skyrmion production and elimination by magnetic field application was shown. And, the design design rule for skyrmion generation and elimination was clarified in 17 items from (1) to (17).

この17項目の基準はスキルミオンメモリ素子を設計するための基本ルールを定めたもので極めて重要である。この設計ルールは磁性体の磁性を特徴づける磁気交換相互作用Jと、生成されるスキルミオンサイズλの二つの量で規格化された量として表現されている。λは[数5]でジャロシンスキー・守谷相互作用Dと関係づけられる。[数5]において、aは磁性体11の格子定数であり、Dはジャロシンスキー・守谷相互作用の大きさで物質固有の物理常数である。したがって、スキルミオン直径λは物質固有常数となる。スキルミオン直径λは非技術文献1に見るようにたとえばFeGeでは70nm、MnSiでは18nmである。   These 17 criteria are very important because they define basic rules for designing a skyrmion memory device. This design rule is expressed as a normalized quantity in two quantities, the magnetic exchange interaction J characterizing the magnetism of the magnetic substance and the generated skyrmion size λ. λ is related to the Jaroshinski-Moriya interaction D in [Equation 5]. In [Equation 5], a is the lattice constant of the magnetic body 11, D is the magnitude of the Jaroshinski-Moriya interaction, and is a physical constant unique to the substance. Therefore, the skyrmion diameter λ is a substance specific constant. As seen in Non-Patent Document 1, the skyrmion diameter λ is, for example, 70 nm for FeGe and 18 nm for MnSi.

したがってこの基本ルールは各種のカイラル磁性体に適用可能な設計ルールとして表現されていて、適用範囲は広い。   Therefore, this basic rule is expressed as a design rule applicable to various chiral magnetic materials, and the scope is wide.

図14、図15は、電流回路の他の形状例を示す模式図である。図15は電流回路がコイル状の場合を示している。本発明における電流回路の形状は、これらの形状に限定されるものではなく、類似の他の電流回路形状を採用することができる。   FIG. 14 and FIG. 15 are schematic views showing another example of the shape of the current circuit. FIG. 15 shows the case where the current circuit is in the form of a coil. The shape of the current circuit in the present invention is not limited to these shapes, and other similar current circuit shapes can be adopted.

なお、ここに述べたカイラル磁性体での実施例での結論は定性的にはダイポール系磁性体でもフラストレート磁性体でも変更をきたさない。   In addition, the conclusion in the embodiment of the chiral magnetic material described here does not qualitatively change the dipole magnetic material or the frustrated magnetic material.

このように、本願発明は、スキルミオンを生成、消去可能な磁気素子及びスキルミオンメモリの最適の設計指針を与える。   Thus, the present invention provides an optimal design guideline for the magnetic elements and the skyrmion memory that can generate and erase skyrmions.

その設計ルールはスキルミオンサイズで規格された量で記述できることから各種の磁性材でも共通の設計指針を与えことができるため、スキルミオンを用いた磁気素子を実用化する上で大きなインパクトをもたらすと期待できる。   Since the design rules can be described in standardized quantities in the skyrmion size, common design guidelines can be given to various magnetic materials, and this will have a large impact on the practical application of magnetic elements using skyrmions. I can expect it.

スキルミオンメモリは書き込み、消去を何度でも行うことが可能である。すなわち、書き込み、消去の回数の制限はなく、エンデユランス(耐久性)は無限大である。   Skill-Mion memory can be written and erased many times. That is, there is no limitation on the number of times of writing and erasing, and the endurance (durability) is infinite.

また、スキルミオンは安定して存在するため、スキルミオンメモリはデータリテンション(保持)性能を大幅に向上することができる。   In addition, since skill mions exist stably, skill mions memory can greatly improve data retention (retention) performance.

本願発明に係る磁気素子及びスキルミオンメモリのこれら2つの特徴は、酸化膜の絶縁性を利用するフラッシュメモリの場合に伴う電子保存の書き込み回数の制限や保持性能の劣化などの問題を一気に解決する画期的なものである。   These two features of the magnetic element and the skyrmion memory according to the present invention solve all at once the problems such as the limitation of the number of times of writing of the electronic storage and the deterioration of the holding performance accompanying the case of the flash memory utilizing the insulating property of oxide film. It is a revolutionary thing.

スキルミオンは、直径が1〜100nmとナノスケールのサイズを有する極微細構造であり、膨大なビット情報を極細密化できる大容量記憶磁気素子として応用することができる。スキルミオンメモリは電気的に書き込みと消去を行うことができる。そして、この書き込みと消去に要する時間もナノ秒である。こうした高速大規模不揮発性メモリを用いることで、現在多くの電子機器で求められている大規模情報の高速処理能力を大幅に向上させる。   Skirmion is an ultrafine structure having a nanoscale size with a diameter of 1 to 100 nm, and can be applied as a large-capacity storage magnetic element capable of extremely densifying enormous bit information. The skyrmion memory can electrically write and erase. And the time required for this writing and erasing is also nanosecond. The use of such high-speed large-scale non-volatile memory significantly improves the high-speed processing capability of large-scale information required for many electronic devices at present.

また、スキルミオンは磁気モーメントを記憶媒体としながら、電流により誘起された磁場により直接書き込みと消去を行うことができる。   In addition, the skyrmion can write and erase directly by the magnetic field induced by the current while using the magnetic moment as a storage medium.

このスキルミオンメモリの電流誘起磁場による記録方法を用いることで、大容量磁気メモリであるハードディスクに必要な機械駆動部分を無くすことができ、消費電力の大幅削減、摩耗部品等の駆動疲労による劣化をなくし、超高速の書き込み、消去も可能となる。このため、現在のハードディスクの置き換えが可能である。   By using the recording method by the current induced magnetic field of this skyrmion memory, it is possible to eliminate the mechanical drive part necessary for the hard disk which is a large capacity magnetic memory, greatly reducing the power consumption and degrading the drive parts such as wear parts. It also enables ultra-high-speed write and erase. For this reason, replacement of the current hard disk is possible.

また、記録容量が増加しつつある、電気による書き込み、消去を採用しているフラッシュメモリに対しても多くの優位な点をもっている。磁気モーメントを記録媒体として用いているので、何回でも記録の書き換えが可能である。また、スキルミオンメモリの記録保持時間は長い。   In addition, the flash memory has many advantages over flash memories that use electrical writing and erasing, whose recording capacity is increasing. Since the magnetic moment is used as a recording medium, the recording can be rewritten any number of times. In addition, the record retention time of Skill Mion memory is long.

これらの特徴により、例えばスキルミオンメモリを搭載するパーソナルコンピュータの使用環境は大幅に向上する。スキルミオンメモリを用いることで機器への電源投入から運転可能になるまでの立ち上がり時間の短縮化と応答速度の高速化が実現され、快適な使用環境が実現される。   Due to these features, the use environment of a personal computer equipped with, for example, SkillMion memory is greatly improved. By using the skill-ion memory, shortening of the rise time from power-on to the device to operation becomes possible and speeding up of the response speed are realized, and a comfortable use environment is realized.

また、省電力化により搭載電池の長寿命化を実現することもでき、モバイル機器等についてさらに画期的な仕様を実現することができる。   In addition, it is possible to realize longer life of the mounted battery by power saving, and it is possible to realize more revolutionary specifications for mobile devices and the like.

CPU搭載の携帯電話やスマートホンも、スキルミオンを用いた高速大規模不揮発性メモリの使用が可能となれば、画像の取り込みや、多彩なアプリケーションプログラムの実行、画像表示等の速度が高速化し、使用環境がさらに向上する。   As long as CPU-equipped mobile phones and smart phones can use high-speed large-scale non-volatile memory using SkillMion, they can speed up image capture, execution of various application programs, image display, etc. Use environment is further improved.

また、デジタルカメラやテレビジョン受像機にスキルミオンメモリを搭載すれば、記憶可能な動画のデータ量も大幅に増やすことができる。   In addition, if the skill memory is mounted on a digital camera or a television receiver, it is possible to significantly increase the amount of data of a movie that can be stored.

また、自動車等の自走装置や航空機等の飛行装置についても、制御装置や各種搭載機器にスキルミオンメモリを用いることで、複雑な制御処理、天候情報処理、座席や客室におけるテレビ受像機を用いた高画質な映像の提供による乗客用のサービスの充実等を実現することができる。   In addition, complex control processing, weather information processing, and a television receiver in a seat or a cabin are also used for self-propelled devices such as automobiles and flight devices such as aircraft by using skill memory for control devices and various mounted devices. It is possible to realize improvement of services for passengers by providing high quality images.

更に、人工衛星、宇宙航空船等の宇宙飛行装置の制御装置や実験装置等の各種装置に本発明に係るスキルミオンメモリを搭載することで、制御情報や観察した画像の情報等、膨大な情報を記録することができ、人類に多くの知見をもたらすことができる。   Furthermore, by mounting the skyrmion memory according to the present invention to various devices such as control devices and experimental devices for space flight devices such as artificial satellites and aerospace vessels, a vast amount of information such as control information and information on observed images Can record and bring much knowledge to humanity.

このように、本願発明に係るスキルミオンメモリは、高速大規模不揮発性メモリとして、スキルミオンメモリ搭載CMOS−LSIデバイス、およびスキルミオンメモリを内蔵した、パーソナルコンピュータ、データ記録媒体、データ記録装置、携帯電話、スマートホン、デジタルカメラ、スティックメモリ、通信装置、画像記録装置、テレビ、自走装置、飛行装置、宇宙空間飛行装置等、多数の装置に搭載可能であり、これらの装置に多大なる利点をもたらすと期待できる。   As described above, the skyrmion memory according to the present invention is a personal computer, data recording medium, data recording device, portable device incorporating a skyrmion memory-mounted CMOS-LSI device and skyrmion memory as high-speed large-scale nonvolatile memory. It can be mounted on many devices such as phones, smart phones, digital cameras, stick memories, communication devices, image recording devices, televisions, self-propelled devices, flight devices, space flight devices, etc. It can be expected to bring.

1 マグネチックシフトレジスタ
2 磁気センサー
10 磁気素子
12 磁場発生部
111 下部磁性体
112 電流回路
S スキルミオン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic shift register 2 Magnetic sensor 10 Magnetic element 12 Magnetic field generation part 111 Lower magnetic body 112 Current circuit S Skirmion

Claims (13)

スキルミオンを生成可能な薄層状の磁気素子であって、
印加される磁場強度に応じてスキルミオン相および強磁性相になる、薄層状の下部磁性体と、
前記下部磁性体の一面側において前記下部磁性体の端部を含む所定領域を囲んで設けられ、電流が流れることで、前記下部磁性体に印加されている第1磁場とは逆方向に向かう第2磁場を、前記所定領域に発生させる電流回路と、
を備えることを特徴とする磁気素子。
It is a thin layer magnetic element capable of generating skyrmions,
A thin-layered lower magnetic material that becomes a skyrmion phase and a ferromagnetic phase according to the applied magnetic field strength ,
A predetermined area including an end portion of the lower magnetic body is provided on one surface side of the lower magnetic body so as to flow a current, whereby the first magnetic field applied to the lower magnetic body is directed in the opposite direction. A current circuit generating two magnetic fields in the predetermined area ;
A magnetic element comprising:
前記電流回路は、前記所定領域の前記端部の延展方向の長さである幅Wが、スキルミオンの直径λに対してλ≧W>λ/4の範囲にある前記所定領域を囲んで設けられていることを特徴とする請求項1記載の磁気素子。   The current circuit is provided so as to surround the predetermined area in which the width W, which is the length in the spreading direction of the end of the predetermined area, is in the range of λ> W> λ / 4 with respect to the diameter λ of the skyrmion. The magnetic element according to claim 1, characterized in that: 前記電流回路は、前記所定領域の前記端部の延展方向と垂直な向きの長さである高さhが、スキルミオンの直径λに対して2λ>h>λ/2の範囲にある前記所定領域を囲んで設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の磁気素子。   In the current circuit, the height h, which is a length in the direction perpendicular to the spreading direction of the end of the predetermined area, is in the range of 2λ> h> λ / 2 with respect to the diameter λ of the skyrmion. The magnetic element according to claim 1 or 2, which is provided so as to surround the area. 前記下部磁性体は、前記所定領域内の前記端部に形成された切欠部を有し、前記切欠部と前記所定領域との接線の長さLがλ>L>λ/2の範囲にあることを特徴とする請求項1から3の何れか1項記載の磁気素子。   The lower magnetic body has a notch formed at the end in the predetermined area, and a length L of a tangent between the notch and the predetermined area is in a range of λ> L> λ / 2. The magnetic element according to any one of claims 1 to 3, characterized in that: 前記下部磁性体は、幅をWm、高さをhmとすると、生成されるスキルミオンの直径λに対し、
2λ>Wm>λ/2
2λ>hm>λ/2
となるサイズを備え、
前記電流回路は、前記所定領域の幅をW、高さをhとすると、
λ≧W>λ/4
2λ>h>λ/2
となる前記所定領域を囲むよう設けられていることを特徴とする請求項1から4の何れか1項記載の磁気素子。
The lower magnetic body has a width Wm and a height hm, and the diameter λ of the generated skyrmion is
2λ>Wm> λ / 2
2λ>hm> λ / 2
Have a size that
Assuming that the width of the predetermined area is W and the height is h, the current circuit
λ ≧ W> λ / 4
2λ>h> λ / 2
The magnetic element according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnetic element is provided so as to surround the predetermined area.
前記電流回路は、前記下部磁性体の一面側において前記下部磁性体の一端部中央よりも偏った位置にある前記所定領域を囲んで設けられ、
前記下部磁性体は幅をWm、高さをhmとすると、生成されるスキルミオンの直径λに対し、
2λ>Wm>λ
2λ>hm>λ
となるサイズを備え、
前記電流回路は、前記所定領域の幅をW、高さをh、前記電流回路と前記下部磁性体の一端部と隣接する他端部のうち最も近い他端部との間隙の幅をdとすると、
W=0.4×λ
h=λ/2
0.4×λ>d>0.2λ
となる前記所定領域を囲むように設けられていることを特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の磁気素子。
The current circuit is provided on one surface side of the lower magnetic body so as to surround the predetermined region at a position deviated from the center of one end of the lower magnetic body.
Assuming that the lower magnetic body has a width of Wm and a height of hm, the diameter λ of the generated skyrmion is
2λ>Wm> λ
2λ>hm> λ
Have a size that
The current circuit has a width W of the predetermined area, a height h, and a width d of a gap between the current circuit and the other end adjacent to the one end of the lower magnetic body. Then,
W = 0.4 × λ
h = λ / 2
0.4 × λ>d> 0.2λ
The magnetic element according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnetic element is provided so as to surround the predetermined area.
前記電流回路は、前記下部磁性体の一面側において前記下部磁性体の端部を含む第1領域及び前記端部とは反対側において前記第1領域に隣接する第2領域を囲んで設けられ、
前記下部磁性体は、幅をWm、高さをhmとすると、生成されるスキルミオンの直径λに対し、
2λ>Wm>λ/2
2λ>hm>λ/2
となるサイズを備え、
前記電流回路が囲む前記第1領域は、前記端部と平行な向きである幅が0.4×λ、前記端部と垂直な向きである高さが0.6×λであり、
前記電流回路が囲む前記第2領域は、前記端部と平行な向きである幅が0.4×λ、前記端部と垂直な向きである高さが0.4×λである
ことを特徴とする請求項1から4の何れか1項記載の磁気素子。
The current circuit is provided on a surface side of the lower magnetic body so as to surround a first area including an end of the lower magnetic body and a second area adjacent to the first area opposite to the end.
The lower magnetic body has a width Wm and a height hm, and the diameter λ of the generated skyrmion is
2λ>Wm> λ / 2
2λ>hm> λ / 2
Have a size that
The first region surrounded by the current circuit has a width of 0.4 × λ parallel to the end, and a height 0.6 × λ perpendicular to the end.
The second region surrounded by the current circuit is characterized in that the width parallel to the end is 0.4 × λ and the height perpendicular to the end is 0.4 × λ. The magnetic element according to any one of claims 1 to 4, wherein
前記下部磁性体はカイラル磁性体、ダイポール磁性体およびフラストレート磁性体のいずれかよりなることを特徴とする請求項1から7の何れか1項記載の磁気素子。 The magnetic element according to any one of claims 1 to 7, wherein the lower magnetic body is made of any of a chiral magnetic body , a dipole magnetic body and a frustrated magnetic body . 請求項1から8の何れか1項記載の磁気素子と、
前記磁気素子の一面側に対向して設けられ前記磁気素子に第1方向から前記第1磁場を印加可能な磁場発生部と、
前記電流回路に、前記第2磁場を発生させる電流を印加可能な電源と、
を備えることを特徴とするスキルミオンメモリ。
A magnetic element according to any one of claims 1 to 8 ;
And the applied possible magnetic field generating unit of the first magnetic field from a first direction to the magnetic element provided opposite to one surface of the magnetic element,
A power supply capable of applying a current for generating the second magnetic field to the current circuit;
Skyrmion memory, characterized in that to obtain Bei the.
前記電源は、前記磁気素子の前記電流回路に対して、前記第1磁場より弱く前記第1磁場とは逆方向に向かう第2磁場を発生させるように電流を印加可能であることを特徴とする請求項記載のスキルミオンメモリ。 The power supply can apply a current to the current circuit of the magnetic element so as to generate a second magnetic field that is weaker than the first magnetic field and that is directed in the direction opposite to the first magnetic field. The skill mion memory according to claim 9 . 前記電源は、前記電流回路に対し、前記スキルミオンを生成する生成パルスと、前記スキルミオンを消去する消去パルスを発生させることが可能であることを特徴とする請求項9または10記載のスキルミオンメモリ。 11. The skyrmion according to claim 9 , wherein the power supply can generate, for the current circuit, a generated pulse for generating the skyrmion and an erasing pulse for erasing the skyrmion. memory. 請求項9から11の何れか1項に記載のスキルミオンメモリとCMOS−LSIデバイスが同一チップ内に形成されていることを特徴とするスキルミオンメモリ搭載CMOS−LSIデバイス。 12. A CMOS-LSI device mounted with a skirmion memory, wherein the skyrmion memory according to any one of claims 9 to 11 and a CMOS-LSI device are formed in the same chip. 請求項9から11の何れか1項に記載のスキルミオンメモリを搭載したことを特徴とする装置。 An apparatus equipped with the skyrmion memory according to any one of claims 9 to 11 .
JP2016504074A 2014-02-19 2015-02-13 Magnetic element and skyrmion memory Active JP6507147B2 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014030011 2014-02-19
JP2014030010 2014-02-19
JP2014030011 2014-02-19
JP2014030010 2014-02-19
PCT/JP2015/053994 WO2015125708A1 (en) 2014-02-19 2015-02-13 Magnetic element and skyrmion memory

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2015125708A1 JPWO2015125708A1 (en) 2017-03-30
JP6507147B2 true JP6507147B2 (en) 2019-04-24

Family

ID=53878213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016504074A Active JP6507147B2 (en) 2014-02-19 2015-02-13 Magnetic element and skyrmion memory

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6507147B2 (en)
WO (1) WO2015125708A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6444769B2 (en) * 2015-02-27 2018-12-26 公立大学法人大阪府立大学 Magnetic device and high frequency device
KR102571032B1 (en) 2021-05-28 2023-08-28 서울대학교산학협력단 Nuclear magnetization inversion method of skyrmion and information storage device using the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6116043B2 (en) * 2012-10-19 2017-04-19 国立研究開発法人理化学研究所 Skyrmion driving method and microelement

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2015125708A1 (en) 2017-03-30
WO2015125708A1 (en) 2015-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9859017B2 (en) Magnetic element, skyrmion memory, skyrmion memory-device, solid-state electronic device, data-storage device, data processing and communication device
EP3382768B1 (en) Spin current magnetization reversal element, magnetoresistance effect element, and magnetic memory
RU2573207C2 (en) Magnetoelectric memory
EP3196944B1 (en) Magnetic element and skyrmion memory
US20220069009A1 (en) Cross-point magnetic random access memory with piezoelectric selector
US20210012940A1 (en) Magnetic memory structures using electric-field controlled interlayer exchange coupling (iec) for magnetization switching
EP3166138B1 (en) Magnetic element, skyrmion memory, solid-state electronic device, data recording device, data processor and communication device
JP6618194B2 (en) Magnetic element, skyrmion memory, solid state electronic device equipped with skyrmion memory, data recording device, data processing device, and communication device
JP6463697B2 (en) Magnetic element and skyrmion memory
WO2016084683A1 (en) Magnetic element, skyrmion memory, solid-state electronic device having skyrmion memory installed, data recording device, data processing device, and communication device
JPWO2016035579A1 (en) Magnetic element, skyrmion memory, skyrmion memory device, solid state electronic device, data recording apparatus, data processing apparatus and data communication apparatus
CN108123027A (en) The method of magnetic memory device and write magnetic memory device
JP6507147B2 (en) Magnetic element and skyrmion memory
JP6539645B2 (en) Device equipped with magnetic element, skyrmion memory and skyrmion memory
JP2015512159A (en) Memory and logic device and method for its execution
JP6526628B2 (en) Device equipped with Skillmion memory and Skillmion memory
JPWO2015146827A6 (en) Skillmion memory and equipment equipped with skillmion memory
KR20130114327A (en) Spin-transfer-torque magnetic random access memory using resonant and dual-spin-filter effects

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171124

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181030

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181228

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190312

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190401

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6507147

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250