JP7828113B2

JP7828113B2 - 磁気デバイス

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Publication number: JP7828113B2
Application number: JP2024561056A
Authority: JP
Inventors: 博明與田
Original assignee: Sp Aith Ltd
Current assignee: Sp Aith Ltd
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2026-03-11
Anticipated expiration: 2042-11-30
Also published as: US20250287851A1; JPWO2024116325A1; WO2024116325A1; CN120283471A

Description

本発明の実施形態は、磁気デバイスに関する。

磁性層を含む磁気デバイスが種々の用途に応用される。磁気デバイスにおいて安定した動作が望まれる。

特許第６５４５８５３号公報

本発明の実施形態は、安定した動作が可能な磁気デバイスを提供する。

実施形態に係る磁気デバイスは、第１素子部を含む。前記第１素子部は、第１磁性層、第１非磁性部材、第１磁性部材及び第１中間層を含む。前記第１非磁性部材は、導電性である。前記第１磁性層から前記第１非磁性部材への方向は、第１方向に沿う。前記第１磁性部材は、前記第１磁性層と前記第１非磁性部材との間に設けられ前記第１非磁性部材と接する。前記第１中間層は、前記第１磁性層と前記第１磁性部材との間に設けられ、非磁性である。前記第１非磁性部材は、第１材料及び第２材料の少なくともいずれかを含む。前記第１材料は、第１種元素及び第２種元素の一方を含む第１元素と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素と、を含む。前記第１種元素は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｔｉ及びＺｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。前記第２種元素は、Ｍｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。前記第２材料は、Ｐｔ、Ｃｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第３元素と、Ａｌを含む第４元素と、を含む。

図１は、第１実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。図２は、第１実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的斜視図である。図３は、第１実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。図８は、第２実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。図９は、第３実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。
図２は、第１実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的斜視図である。
実施形態に係る磁気デバイス１１０は、第１素子部１０Ｅを含む。第１素子部１０Ｅは、第１磁性層１１、第１非磁性部材３１、第１磁性部材２１、及び、第１中間層１５を含む。

第１非磁性部材３１は、導電性である。第１磁性層１１から第１非磁性部材３１への方向は、第１方向Ｄ１に沿う。

第１方向Ｄ１をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。

第１磁性部材２１は、第１磁性層１１と第１非磁性部材３１との間に設けられる。第１磁性部材２１は、第１非磁性部材３１と接する。第１中間層１５は、第１磁性層１１と第１磁性部材２１との間に設けられる。第１中間層１５は、非磁性である。例えば、第１中間層１５は、第１磁性層１１及び第１磁性部材２１と接して良い。

第１非磁性部材３１は、第１材料及び第２材料の少なくともいずれかを含む。第１材料は、第１種元素及び第２種元素の一方を含む第１元素と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素と、を含む。第１種元素は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｔｉ及びＺｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２種元素は、Ｍｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２材料は、Ｐｔ、Ｃｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第３元素と、Ａｌを含む第４元素と、を含む。例えば、第１非磁性部材３１は、Ｒｕ及び酸素を含む。例えば、第１非磁性部材３１は、Ａｌ及びＰｔなどを含む。これにより、後述するように、安定した動作が得られる。第１材料及び第２材料の例については後述する。

実施形態において、第１中間層１５は、例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＴｉＯ、ＶＯ、ＮｂＯ及びＡｌ_２Ｏ_３よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１素子部１０Ｅは、例えば、ＴＭＲ（Tunnel Magneto Resistance）素子である。

第１磁性層１１は、例えば、磁化自由層である。第１磁性部材２１は、例えば、磁化参照層である。第１磁性部材２１の磁化は、第１磁性層１１の磁化と比べて変化し難い。

第１磁性層１１は、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第１磁性層１１は、ボロンをさらに含んで良い。第１磁性層１１は、例えば、強磁性層である。

図１に示すように、１つの例において、第１磁性部材２１は、複数の第１磁性膜２１ｍと、複数の第１非磁性膜２１ｎと、を含む。第１方向Ｄ１において、複数の第１非磁性膜２１ｎの１つは、複数の第１磁性膜２１ｍの１つと、複数の第１磁性膜２１ｍの別の１つと、の間にある。複数の第１磁性膜２１ｍの１つは、複数の第１非磁性膜２１ｎの１つと、複数の第１非磁性膜２１ｎの別の１つと、の間にある。例えば、第１磁性膜２１ｍ及び第１非磁性膜２１ｎは交互に設けられる。第１磁性膜２１ｍは、第１非磁性膜２１ｎと接する。

例えば、第１磁性部材２１は、ＳＡＦ（synthetic anti-ferromagnetic）層でも良い。複数の第１磁性膜２１ｍの１つは、複数の第１磁性膜２１ｍの別の１つと反強磁性結合して良い。例えば、ＳＡＦ構造により、複数の第１磁性膜２１ｍの磁化が安定化する。第１磁性部材２１の磁化が安定化する。

例えば、第１磁性部材２１は、以下の第１条件または第２条件を満たして良い。第１条件において、複数の第１非磁性膜２１ｎの１つは、Ｒｕを含む。複数の第１非磁性膜２１ｎの１つの第１方向Ｄ１に沿う厚さｔ２１ｎは、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下である。

第２条件において、複数の第１非磁性膜２１ｎの１つは、Ｉｒを含む。複数の第１非磁性膜２１ｎの１つの第１方向Ｄ１に沿う厚さｔ２１ｎは、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下である。

このような第１条件または第２条件により、反強磁性結合が得やすい。一方、複数の第１磁性膜２１ｍは、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。複数の第１磁性膜２１ｍは、ボロンをさらに含んでも良い。複数の第１磁性膜２１ｍの第１方向Ｄ１に沿う厚さｔ２１ｍは、例えば、０．２ｎｍ以上５ｎｍ以下で良い。

既に説明したように、１つの例において、第１磁性部材２１は、磁化参照層として機能する。参考例において、第１磁性部材２１の上に反強磁性部材（例えばＩｒＭｎまたはＰｔＭｎなど）が設けられる。これにより、第１磁性部材２１の磁化を目的とする方向に固定することができる。このような参考例において、磁気素子（例えば第１素子部１０Ｅ）のサイズが小さくなると、第１磁性部材２１の磁化が不安定になりやすいことが分かった。例えば、磁気素子（例えば第１素子部１０Ｅ）のサイズが小さくなると、磁気素子のサイズが、反強磁性部材に含まれる結晶粒のサイズに近づく。これにより、磁気素子における反強磁性部材に含まれる結晶粒の状態が不均一になる。その結果、第１磁性部材２１の磁化が不安定になると考えられる。

これに対して、実施形態においては、反強磁性部材に変えて、上記の第１非磁性部材３１が設けられる。第１非磁性部材３１は、上記の第１材料または第２材料を含む。第１材料は、第１元素及び第２元素を含む。例えば、第１元素を含む部材に、第２元素（酸素及び／または窒素）が導入されることで、第１非磁性部材３１の体積が変化すると考えられる。これにより、第１非磁性部材３１において応力が発生する。第２材料は、第３元素及び第４元素（Ａｌ）を含む。例えば、第４元素（Ａｌ）を含む部材に第３元素（Ｐｔ、Ｃｕまたは及びＨｆなど）が導入されることで、第１非磁性部材３１の体積が変化すると考えられる。これにより、第１非磁性部材３１において応力が発生する。応力が第１磁性部材２１に加わり、第１磁性部材２１の磁化の向きが制御されると考えられる。

第１非磁性部材３１においては、反強磁性部材における上記の結晶粒の問題が生じない。磁気素子（例えば第１素子部１０Ｅ）のサイズが小さくなった場合でも、第１磁性部材２１の磁化が安定して制御される。

第１磁性部材２１の磁化が安定することで、磁気素子の特性が安定する。例えば、第１磁性部材２１の特性の安定性が向上する。例えば、大きな抵抗変化率が得られる。例えば、大きな読出し信号が得られる。例えば、応力が第１磁性層１１に加わる。例えば、良好なリテンションが得られる。第１素子部１０Ｅのサイズが小さくなった場合でも安定した特性が維持できる。実施形態によれば、安定した動作が可能な磁気デバイスを提供できる。

実施形態において、例えば、第１非磁性部材３１は、第１磁性部材２１に応力を加えることが可能である。応力は、例えば、引っ張り応力及び圧縮応力の一方で良い。応力は、第１方向Ｄ１と交差する方向（Ｘ－Ｙ平面に沿う方向）の成分を有して良い。

上記のように、第１材料は、第１種元素及び第２種元素の一方を含む第１元素と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素と、を含む。第１種元素は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｔｉ及びＺｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第１種元素の膜に酸素が導入されると、膜の体積が増加する。体積の増加は、例えば、第１種元素の膜の構造（例えば結晶構造）と、第１種元素及び酸素を含む膜の構造（例えば結晶構造）と、の差に起因すると考えられる。

体積の増加の効果は、Ｒｕ、Ｔａ、ＭｏまたはＷにおいて大きい。体積の増加の効果は、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｕ及びＰｄにおいて中程度である。体積の増加の効果は、Ｖ、ＴｉまたはＺｎにおいて比較的小さい。

第２種元素は、Ｍｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、第２種元素の膜に酸素が導入されると、膜の体積が減少する。体積の減少は、例えば、第２種元素の膜の構造（例えば結晶構造）と、第２種元素及び酸素を含む膜の構造（例えば結晶構造）と、の差に起因すると考えられる。

上記の各種の元素の中で、Ｈｆ、Ａｌ及びＭｇは、第１磁性部材２１に含まれるＣｏ及びＦｅなどを含む層と混ざりにくい。第１非磁性部材３１がＨｆ、ＡｌまたはＭｇを含む場合、第１磁性部材２１の特性への悪影響を抑制しつつ、第１磁性部材２１に応力を加えることができる。

上記のように、第１非磁性部材３１が第１材料または第２材料を含むことで、第１非磁性部材３１と第１磁性部材２１との間に応力が生じる。この応力は、Ｘ－Ｙ平面内において異方性を有して良い。異方性は、種々の構成により誘起されて良い。

例えば、図１及び図２に示すように、磁気デバイス１１０は、第１導電部材５１をさらに含んで良い。第１導電部材５１は、第１導電部分５１ａ、第２導電部分５１ｂ及び第３導電部分５１ｃを含む。第３導電部分５１ｃは、第１導電部分５１ａと第２導電部分５１ｂとの間に設けられる。第１導電部分５１ａから第２導電部分５１ｂへの第２方向Ｄ２は、第１方向Ｄ１と交差する。第２方向Ｄ２は、例えば、Ｘ軸方向である。

図２に示すように、第１素子部１０ＥのＸ軸方向における位置の両側に、第１導電部分５１ａ及び第２導電部分５１ｂが存在する。一方、第１素子部１０ＥのＹ軸方向における位置の両側には、第１導電部材５１が存在しない。このように、Ｘ－Ｙ平面内での異方性が存在する。これにより、応力に異方性が誘起されて良い。応力異方性により、例えば、第１磁性部材２１の磁化が制御されて良い。

別の例において、後述するように、第１素子部１０Ｅの周りに絶縁部材が設けられ、絶縁部材の構成がＸ－Ｙ平面内で異なっても良い。これにより、応力に異方性が誘起されて良い。応力異方性により、例えば、第１磁性部材２１の磁化が制御されて良い。

さらに別の例において、第１非磁性部材３１及び第１磁性部材２１の少なくともいずれかの形状に異方性が設けられて良い。これにより、応力に異方性が誘起されて良い。応力異方性により、例えば、第１磁性部材２１の磁化が制御されて良い。

例えば、図２に示すように、第１非磁性部材３１の第３方向に沿う長さ３１ｙは、第１非磁性部材３１の第２方向Ｄ２に沿う長さ３１ｘと異なって良い。第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２を含む平面と交差する。第３方向Ｄ３は、例えば、Ｙ軸方向である。

１つの例において、長さ３１ｙは、長さ３１ｘよりも長い。これにより、第１非磁性部材３１に生じる応力に面内異方性が生じる。

例えば、図２に示すように、第１磁性部材２１の第３方向Ｄ３に沿う長さ２１ｙは、第１磁性部材２１の第２方向Ｄ２に沿う長さ２１ｘと異なっても良い。例えば、長さ２１ｙは、長さ２１ｘよりも長い。これにより、第１磁性部材２１に加わる応力に面内異方性が生じる。

第１磁性部材２１に加わる応力の面内異方性により、第１磁性部材２１の格子長に面内異方性が生じて良い。

例えば、第１磁性部材２１の少なくとも一部の第３方向Ｄ３に沿う第３方向格子長は、第１磁性部材２１の少なくとも一部における第２方向Ｄ２に沿う第２方向格子長と異なって良い。例えば、第３方向格子長は、第２方向格子長よりも長い。

第３方向格子長が第２方向格子長よりも長い場合、第１磁性部材２１は、第３方向Ｄ３引っ張られる。このとき第１磁性部材２１は、第２方向Ｄ２に圧縮される。

第３方向格子長が第２方向格子長よりも短い場合、第１磁性部材２１は、第２方向Ｄ２引っ張られる。このとき第１磁性部材２１は、第３方向Ｄ３に圧縮される。

第１磁性部材２１の磁歪定数が正の場合、第１磁性部材２１の磁化は、引っ張られた方向に沿う。第１磁性部材２１の磁歪が負の場合、第１磁性部材２１の磁化は、圧縮された方向に沿う。

実施形態においては、例えば、第１非磁性部材３１により第１磁性部材２１に応力が加わる。上記のように、第１導電部材５１の形状、第１素子部１０Ｅの周りに設けられる絶縁部材の構成、第１非磁性部材３１の形状、及び、第１磁性部材２１の形状などの少なくともいずれかにより、応力の異方性が生じて良い。異方性の応力が第１磁性部材２１に生じることで、第１磁性部材２１の磁化が安定して制御される。応力に異方性が誘起される各種の例については、後述する。

第１非磁性部材３１の影響により、第１磁性部材２１に応力が導入される。応力が第１非磁性部材３１から距離によってＺ軸方向に沿って変化しても良い。応力と共に格子長が変化しても良い。例えば、第１磁性部材２１の格子長がＺ軸方向に沿って変化しても良い。第１非磁性部材３１から加わる応力が、第１非磁性部材３１からの距離が長くなると減少しても良い。

図１に示すように、例えば、第１磁性部材２１は、第１位置２１ａと、第２位置２１ｂと、を含む。第２位置２１ｂは、第１位置２１ａと第１非磁性部材３１との間にある。第１位置２１ａにおける第１方向Ｄ１と交差する交差方向に沿う第１位置格子長は、第２位置２１ｂにおける上記の交差方向に沿う第２位置格子長と異なる。交差方向は、例えば、Ｘ－Ｙ平面に沿う任意の方向（例えばＹ軸方向）である。第１位置２１ａは、第１非磁性部材３１から遠い。第２位置２１ｂは、第１非磁性部材３１に近い。

例えば、第１磁性部材２１が引っ張り応力を受ける場合、第２位置格子長は、第１位置格子長よりも長い。

例えば、第１磁性部材２１が圧縮応力を受ける場合、第２位置格子長は、第１位置格子長よりも短い。

上記のように、第１材料は、第１元素（第１種元素及び第２種元素の一方であり、例えばＲｕ）と、第２元素（酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つ）と、を含む。例えば、第１元素を含む部材に第２元素が導入されることで、その部材の体積が変化（例えば増加及び減少の一方）する。第２元素は、第１非磁性部材３１の厚さ方向で均一に導入されていることが好ましい。これにより、大きな応力が第１非磁性部材３１から第１磁性部材２１に加わりやすい。

図１に示すように、第１非磁性部材３１は、第１非磁性部分３１ａ及び第２非磁性部分３１ｂを含む。第１非磁性部分３１ａは、第１面３１ｆを含む。第２非磁性部分３１ｂは、第２面３１ｇを含む。第１面３１ｆは、例えば第１磁性部材２１と対向する。第１面３１ｆは、例えば第１磁性部材２１と接する。第１面３１ｆは、第１方向Ｄ１において、第１磁性部材２１と第２面３１ｇとの間にある。第１非磁性部分３１ａは深い部分である。第２非磁性部分３１ｂは浅い部分である。

第１非磁性部分３１ａにおける第２元素の濃度（第１濃度）と、第２非磁性部分３１ｂにおける第２元素の濃度（第２濃度）と、の差は小さい。例えば、第１濃度と第２濃度との差の絶対値の第１濃度に対する第１比は、０．２以下である。

例えば、第１非磁性部分３１ａ（深い部分）と、第２非磁性部分３１ｂ（浅い部分）と、において、第２元素（酸素及び／または窒素）の濃度に大きな差が無く、第２元素が導入される。これにより、大きな応力が安定して得られる。

実施形態において、第１磁性部材２１の一部は、第２元素を含んでも良い。例えば、第１磁性部材２１における第２元素の濃度は、第１非磁性部材３１から離れるに従って低下して良い。既に説明したように、第１磁性部材２１は、第１位置２１ａ及び第２位置２１ｂを含む。第２位置２１ｂは、第１位置２１ａと第１非磁性部材３１との間にある。第２位置２１ｂにおける第２元素の濃度は、第１位置２１ａにおける第２元素の濃度よりも高い。または、第１位置２１ａは酸素を含まない。

第１非磁性部材３１の形成の１つの例において、第１元素を含む膜を形成した後に、その膜を第２元素を含むガスで処理しても良い。例えば、第１元素がＲｕであり第２元素が酸素である場合、厚さが１ｎｍのＲｕ膜の形成と、酸素による処理と、の組を複数回繰り返して実施しても良い。厚さが１ｎｍのＲｕ膜が酸素による処理によりＲｕ膜に酸素が取り込まれる。これらの組を複数回繰り返すことで、複数のＲｕ膜のそれぞれに安定して高い濃度で酸素が導入される。上記の組を１０回繰り返すことで、約１０ｎｍの厚さの第１非磁性部材３１が得られる。例えば、低い第１比が得やすい。熱処理が適宜行われても良い。

上記のように、第１非磁性部材３１は、第２材料を含んでも良い。この場合、第１非磁性部分３１ａにおける第３元素の濃度と、第２非磁性部分３１ｂにおける第３元素の濃度と、の差は小さい。例えば、これらの濃度の差の絶対値の、第１非磁性部分３１ａにおける第３元素の濃度に対する第１比は、０．２以下である。

第１非磁性部分３１ａにおける第３元素の濃度と、第２非磁性部分３１ｂにおける第４元素の濃度と、の差は小さい。例えば、これらの濃度の差の絶対値の、第１非磁性部分３１ａにおける第４元素の濃度に対する第１比は、０．２以下である。

第１非磁性部材３１において、例えば、第３元素（Ｐｔ、Ｃｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つ）を含む膜と、第４元素（Ａｌ）を含む膜と、が交互に設けられ、熱処理が行われても良い。

第１非磁性部材３１がＡｌ及びＰｔを含む場合、３００℃以上５５０℃以下の熱処理により、Ｐｔ_２Ａｌ_３及びＰｔＡｌ_２の少なくともいずれかが形成されて良い。第１非磁性部材３１は、例えば、金属間化合物を含んで良い。金属間化合物の形成により応力が生じる。

第１非磁性部材３１がＡｌ及びＣｕを含む場合、２００℃以上４００℃以下の熱処理により、相転移が生じて良い。例えば、Ａｌ－４Ｃｕが形成されて良い。

第１非磁性部材３１がＡｌ及びＨｆを含む場合、３５０℃以上６５０℃以下の熱処理により、ＨｆＡｌ_３が形成される。例えば、α相からβ相への相転移が生じる。

上記のように、第１非磁性部材３１に上記のような第２材料が適用された場合も、応力が発生する。例えば、第１非磁性部材３１となる膜の形成の後に、２００℃以上６５０℃以下の熱処理が行われる。熱処理の温度は、例えば、３００℃以上４００℃以下でも良い。この条件は、例えば、メモリ製造のプロセスとの良い整合性が得られる。上記の、膜の形成の後の熱処理により、応力が発生する。応力は、例えば、熱処理により、元素の相互拡散、結晶構造の変化、及び／または、格子定数変化に関係していると考えられる。

第１磁性部材２１の上において、第３元素を含む膜と、第４元素を含む膜と、が交互に積層される場合、第３元素を含む膜が第１磁性部材２１と接して良い。第４元素（Ａｌ）は、第３元素よりも比較的移動（拡散）し易い。第３元素を含む膜が第１磁性部材２１と接することで、第４元素の移動が抑制できる。

第１非磁性部材３１に上記のような第２材料が適用された場合も、第１材料に関して説明した構成が設けられて良い。

実施形態において、第１非磁性部材３１の第１方向Ｄ１に沿う厚さｔ３１（図１参照）は、例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。厚さｔ３１が１ｎｍ以上であることで、例えば、安定した応力が得やすく、第１磁性部材２１の磁化を安定して制御できる。厚さｔ３１が、５０ｎｍ以下であることで、例えば、素子の加工が容易になり、微細な素子が得やすい。

実施形態において、第１磁性層１１の第１方向Ｄ１に沿う厚さｔ１１（図１参照）は、例えば、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下で良い。第１中間層１５の第１方向Ｄ１に沿う厚さｔ１５（図１参照）は、例えば、０．３ｎｍ以上３ｎｍ以下で良い。

既に説明したように、磁気デバイス１１０は、第１導電部材５１をさらに含んで良い。第１導電部材５１の少なくとも一部は、第１磁性層１１と接して良い。第１導電部材５１は、例えば、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

例えば、第１導電部材５１に流れる電流が第１磁性層１１に作用する。これにより、第１磁性層１１（磁化自由層）の磁化が制御できる。例えば、スピン軌道トルクにより、第１磁性層１１の磁化が制御される。

図２に示すように、磁気デバイス１１０は、制御部７０を含んでも良い。制御部７０は、例えば、第１導電部材５１及び第１非磁性部材３１と電気的に接続される。

既に説明したように（図２参照）、第１導電部材５１は、第１導電部分５１ａ、第２導電部分５１ｂ及び第３導電部分５１ｃを含む。第３導電部分５１ｃは、第１導電部分５１ａと第２導電部分５１ｂとの間に設けられる。これらの部分の間の境界は不明確で良い。

第１磁性層１１は、第１方向Ｄ１において、第３導電部分５１ｃと第１非磁性部材３１との間にある。第１磁性層１１は、第１方向Ｄ１において第３導電部分５１ｃと重なる。第１磁性層１１は、第１方向Ｄ１において、第１導電部分５１ａ及び第２導電部分５１ｂと重ならない。

制御部７０は、第１導電部分５１ａと第２導電部分５１ｂとの間に第１電流ｉ１を供給可能である。第１電流ｉ１は、第１導電部分５１ａから第２導電部分５１ｂへの向き、または、第２導電部分５１ｂから第１導電部分５１ａへの向きを有して良い。制御部７０は、第１導電部材５１と第１非磁性部材３１との間に電圧Ｖａ１を印加可能である。

第１導電部材５１と第１非磁性部材３１との間の電気抵抗は、第１電流ｉ１の向き、及び、第１導電部材５１と第１非磁性部材３１との間の電圧Ｖａ１と、により変化（制御）可能である。例えば、電圧Ｖａ１が負及び正の一方のときに、第１磁性層１１の磁化は、第１電流ｉ１に応じて変化し易い。例えば、電圧Ｖａ１が負及び正の他方のときに、第１磁性層１１の磁化は、第１電流ｉ１が供給されても変化し難い。このような構成により、第１磁性層１１の磁化が安定して制御される。電気抵抗が安定して制御できる。

図３は、第１実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。
図３に示すように、実施形態に係る磁気デバイス１１１は、第１素子部１０Ｅを含む。第１素子部１０Ｅは、第１中間部材３５を含む。これを除く磁気デバイス１１１の構成は、磁気デバイス１１０の構成と同様で良い。

例えば、磁気デバイス１１１において、第１素子部１０Ｅは、第１磁性層１１、第１非磁性部材３１、第１磁性部材２１、第１中間層１５、及び、第１中間部材３５を含む。第１非磁性部材３１は、導電性である。第１磁性層１１から第１非磁性部材３１への方向は、第１方向Ｄ１に沿う。第１磁性部材２１は、第１磁性層１１と第１非磁性部材３１との間に設けられる。第１中間層１５は、第１磁性層１１と第１磁性部材２１との間に設けられ、非磁性である。第１中間部材３５は、第１磁性部材２１と第１非磁性部材３１との間に設けられ、第１磁性部材２１及び第１非磁性部材３１と接する。

第１非磁性部材３１は、第１材料及び第２材料の少なくともいずれかを含む。第１材料は、第１種元素及び第２種元素の一方を含む第１元素と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素と、を含む。第１種元素は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｔｉ及びＺｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２種元素は、Ｍｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２材料は、Ｐｔ、Ｃｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第３元素と、Ａｌを含む第４元素と、を含む。

第１中間部材３５は、第１中間材料、第２中間材料及び第３中間材料の少なくともいずれかを含む。第１中間材料は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｈｆ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第５元素と、酸素と、を含む。第２中間材料は、Ｂ、Ｓｉ、Ｇａ及びＴｉよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第６元素と、窒素と、を含む。第３中間材料は、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。

第１中間部材３５は、例えば、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴａＯ、ＭｏＯ_３、ＮｂＯ、ＨｆＯ、ＲｕＯ_２、及び、Ｔａ_２Ｏ_５よりなる群から選択された少なくとも１つを含む。このように、第１中間部材３５は酸化物を含んで良い。この場合の第１中間部材３５の厚さｔ３５（図３参照）は、例えば、０．５ｎｍ以下である。

第１中間部材３５は、例えば、ＢＮ、ＳｉＮ、ＧａＮ、及び、ＴｉＮよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。このように、第１中間部材３５は窒化物を含んで良い。この場合の第１中間部材３５の厚さｔ３５は、例えば、１ｎｍ以下である。

第１中間部材３５は、例えば、Ｗ領域、Ｒｅ領域、Ｏｓ領域、Ｔａ領域、Ｍｏ領域、Ｉｒ領域、Ｒｕ領域及びＨｆ領域よりなる群から選択された少なくとも１つを含んで良い。これらの元素の融点は高い。これらの材料は、第１磁性部材２１に設けられるＣｏまたはＦｅなどの元素と混ざり難い。例えば、第３中間材料は、ＣｏまたはＦｅに関して、非固溶金属である。

第１中間部材３５が設けられることで、第１非磁性部材３１に含まれる元素（第１材料または第２材料に含まれる元素）が第１磁性部材２１に移動することが抑制できる。第１中間部材３５は、例えば拡散抑制層である。

第１中間部材３５が設けられることで、例えば、第１磁性部材２１が安定する。安定した特性が得やすい。

第１中間部材３５において、第３元素を含む膜と、第４元素を含む膜と、が交互に積層される場合、第３元素を含む膜が第１中間部材３５と接して良い。第４元素（Ａｌ）は、第３元素よりも比較的移動（拡散）し易い。第３元素を含む膜が第１中間部材３５と接することで、第４元素の移動がより抑制できる。

以下、第１素子部１０Ｅの周りに設けられる絶縁部材により応力の異方性が導入されるいくつかの例について説明する。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、実施形態に係る磁気デバイス１２０は、第１素子部１０Ｅに加えて、第１絶縁部材４１及び第２絶縁部材４２を含む。これを除く磁気デバイス１２０の構成は、磁気デバイス１１０の構成と同様で良い。この例では、磁気デバイス１２０は、第１対向絶縁部材４１Ａ及び第２対向絶縁部材４２Ａを含む。

第１絶縁部材４１から第１素子部１０Ｅへの方向は、第２方向Ｄ２に沿う。第１素子部１０Ｅは、第２方向Ｄ２において、第１絶縁部材４１と第１対向絶縁部材４１Ａとの間にある。例えば、第１絶縁部材４１は、第１導電部分５１ａと接する。例えば、第１対向絶縁部材４１Ａは、第２導電部分５１ｂと接する。第１絶縁部材４１は、第１素子部１０Ｅの少なくとも一部と接する。第１対向絶縁部材４１Ａは、第１素子部１０Ｅの少なくとも一部と接する。

図４（ｂ）に示すように、第２絶縁部材４２から第１素子部１０Ｅへの方向は、第３方向Ｄ３に沿う。第１素子部１０Ｅは、第３方向Ｄ３において、第２絶縁部材４２と第２対向絶縁部材４２Ａとの間にある。この例では、第２絶縁部材４２は、第１素子部１０Ｅの少なくとも一部と接する。第２対向絶縁部材４２Ａは、第１素子部１０Ｅの少なくとも一部と接する。

第２絶縁部材４２の材料は、第１絶縁部材４１に含まれる材料とは異なる。これにより、応力に異方性が誘起される。例えば、第１磁性部材２１に異方性の応力が加わる。例えば、第２対向絶縁部材４２Ａの材料は、第１対向絶縁部材４１Ａに含まれる材料とは異なる。これにより、例えば、第１磁性部材２１に異方性の応力が加わる。

第２絶縁部材４２の材料のヤング率は、第１絶縁部材４１に含まれる材料のヤング率とは異なる。

例えば、第２絶縁部材４２の材料のヤング率は、第１絶縁部材４１に含まれる材料のヤング率よりも低い。この場合に、第１磁性部材２１の磁歪定数が正で良い。例えば、第１磁性部材２１の第３方向Ｄ３に沿う格子長は、例えば、第１磁性部材２１の第２方向Ｄ２に沿う格子長よりも長い。

別の例において、第２絶縁部材４２の材料のヤング率は、第１絶縁部材４１に含まれる材料のヤング率よりも高い。この場合に、第１磁性部材２１の磁歪定数が負で良い。例えば、第１磁性部材２１の第３方向Ｄ３に沿う格子長は、例えば、第１磁性部材２１の第２方向Ｄ２に沿う格子長よりも短い。

第１絶縁部材４１は、例えば、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つと、シリコン及びアルミニウムよりなる群から選択された少なくとも１つと、を含む。第２絶縁部材４２は、例えば、炭素を含む。第２絶縁部材４２は、例えば、炭素と、例えば、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つと、シリコン及びアルミニウムよりなる群から選択された少なくとも１つと、を含んで良い。第１絶縁部材４１は、例えば炭素を実質的に含まない。または、第１絶縁部材４１に含まれる炭素の濃度は、第２絶縁部材４２に含まれる炭素の濃度よりも低い。

第１対向絶縁部材４１Ａの材料は、第１絶縁部材４１の材料と同じで良い。第２対向絶縁部材４２Ａの材料は、第２絶縁部材４２の材料と同じで良い。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、実施形態に係る磁気デバイス１２１は、第１素子部１０Ｅに加えて、第１絶縁部材４１及び第２絶縁部材４２を含む。これを除く磁気デバイス１２１の構成は、磁気デバイス１１１の構成と同様で良い。

磁気デバイス１２１において、第１絶縁部材４１から第１素子部１０Ｅへの方向は、第２方向Ｄ２に沿う。第１絶縁部材４１は、第１素子部１０Ｅの少なくとも一部と接する。第２絶縁部材４２から第１素子部１０Ｅへの方向は、第３方向Ｄ３に沿う。

磁気デバイス１２１においては、第２絶縁部材４２と第１素子部１０Ｅとの間に間隙４２ｇが設けられる。このような第１絶縁部材４１及び第２絶縁部材４２（間隙４２ｇ）により、これにより、応力に異方性が誘起される。例えば、第１磁性部材２１に異方性の応力が加わる。

例えば、第２方向Ｄ２において、第１絶縁部材４１と第１対向絶縁部材４１Ａとの間に第１素子部１０Ｅが設けられて良い。第１対向絶縁部材４１Ａは、第１素子部１０Ｅと接する。第３方向Ｄ３において、第２絶縁部材４２と第２対向絶縁部材４２Ａとの間に第１素子部１０Ｅが設けられて良い。第１素子部１０Ｅと第２対向絶縁部材４２Ａとの間に間隙４２Ａｇが設けられる。応力に異方性が誘起される。例えば、第１磁性部材２１に異方性の応力が加わる。

磁気デバイス１２１において、例えば、第１磁性部材２１の磁歪定数が正で良い。例えば、第１磁性部材２１の第３方向Ｄ３に沿う格子長は、第１磁性部材２１の第２方向Ｄ２に沿う格子長よりも長い。

実施形態において、第１磁性部材２１の磁歪定数が負の場合、第１絶縁部材４１と第１素子部１０Ｅとの間に間隙が設けられても良い。例えば、第１磁性部材２１の第３方向Ｄ３に沿う格子長は、第１磁性部材２１の第２方向Ｄ２に沿う格子長よりも短い。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、実施形態に係る磁気デバイス１２２は、第１素子部１０Ｅに加えて、第１絶縁部材４１及び第２絶縁部材４２を含む。これを除く磁気デバイス１２２の構成は、磁気デバイス１１１の構成と同様で良い。例えば、第１素子部１０Ｅは、第１中間部材３５を含む。第２絶縁部材４２の材料は、第１絶縁部材４１の材料と異なる。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、実施形態に係る磁気デバイス１２３は、第１素子部１０Ｅに加えて、第１絶縁部材４１及び第２絶縁部材４２を含む。これを除く磁気デバイス１２３の構成は、磁気デバイス１１１の構成と同様で良い。例えば、第１素子部１０Ｅは、第１中間部材３５を含む。第１絶縁部材４１は、第１素子部１０Ｅと接する。第２絶縁部材４２と第１素子部１０Ｅとの間に間隙４２ｇが設けられる。

磁気デバイス１２２及び磁気デバイス１２３において、応力に異方性が誘起される。例えば、第１磁性部材２１に異方性の応力が加わる。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。
図８に示すように、実施形態に係る磁気デバイス１３０は、第１素子部１０Ｅに加えて第２非磁性部材３２をさらに含む。これを除く磁気デバイス１３０の構成は、磁気デバイス１１０の構成と同様で良い。

第１導電部材５１の少なくとも一部は、第１方向Ｄ１において、第２非磁性部材３２と、第１磁性層１１と、の間にある。第２非磁性部材３２は、第１導電部材５１と接して良い。第２非磁性部材３２は、第３材料及び第４材料の少なくともいずれかを含む。第３材料は、第３種元素及び第４種元素の一方と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つと、を含む。第３種元素は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｔｉ及びＺｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第４種元素は、Ｍｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第４材料は、Ｐｔ、Ｃｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つと、Ａｌと、を含む。

第２非磁性部材３２は、例えば、第１導電部材５１及び第１素子部１０Ｅに応力を加えても良い。第２非磁性部材３２は導電性でも非導電性でも良い。第２非磁性部材３２により、より安定した動作が可能な磁気デバイスが提供できる。第２非磁性部材３２は、第１実施形態に関して説明した任意の磁気デバイスに適用されて良い。

（第３実施形態）
図９は、第３実施形態に係る磁気デバイスを例示する模式的断面図である。
図９に示すように、実施形態に係る磁気デバイス１４０は、複数の第１素子部１０Ｅを含む。磁気デバイス１４０は、例えば、記憶回路として利用できる。磁気デバイス１２０は、例えば、論理回路として利用できる。複数の第１素子部１０Ｅの数は、任意である。

例えば、第１導電部材５１は、第４導電部分５１ｄ及び第５導電部分５１ｅをさらに含んで良い。第１導電部分５１ａと第４導電部分５１ｄとの間に、第２導電部分５１ｂがある。第２導電部分５１ｂと第４導電部分５１ｄとの間に第５導電部分５１ｅがある。複数の第１素子部１０Ｅの１つは、第３導電部分５１ｃに設けられる。複数の第１素子部１０Ｅの別の１つは、第５導電部分５１ｅに設けられる。

磁気デバイス１４０の構成は、第１実施形態または第２実施形態に係る任意の磁気デバイスに適用されて良い。

実施形態は、以下の構成を含んで良い。
（構成１）
第１磁性層と、
導電性の第１非磁性部材とであって、前記第１磁性層から前記第１非磁性部材への方向は、第１方向に沿う、前記第１非磁性部材と、
前記第１磁性層と前記第１非磁性部材との間に設けられ前記第１非磁性部材と接する第１磁性部材と、
前記第１磁性層と前記第１磁性部材との間に設けられた非磁性の第１中間層と、
を含む第１素子部を備え、
前記第１非磁性部材は、第１材料及び第２材料の少なくともいずれかを含み、
前記第１材料は、第１種元素及び第２種元素の一方を含む第１元素と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素と、を含み、
前記第１種元素は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｔｉ及びＺｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２種元素は、Ｍｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２材料は、Ｐｔ、Ｃｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第３元素と、Ａｌを含む第４元素と、を含む、磁気デバイス。

（構成２）
第１磁性層と、
導電性の第１非磁性部材とであって、前記第１磁性層から前記第１非磁性部材への方向は、第１方向に沿う、前記第１非磁性部材と、
前記第１磁性層と前記第１非磁性部材との間に設けられた第１磁性部材と、
前記第１磁性層と前記第１磁性部材との間に設けられた非磁性の第１中間層と、
前記第１磁性部材と前記第１非磁性部材との間に設けられ前記第１磁性部材及び前記第１非磁性部材と接する第１中間部材と、
を含む第１素子部を備え、
前記第１非磁性部材は、第１材料及び第２材料の少なくともいずれかを含み、
前記第１材料は、第１種元素及び第２種元素の一方を含む第１元素と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素と、を含み、
前記第１種元素は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｔｉ及びＺｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２種元素は、Ｍｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２材料は、Ｐｔ、Ｃｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第３元素と、Ａｌを含む第４元素と、を含み、
前記第１中間部材は、第１中間材料、第２中間材料及び第３中間材料の少なくともいずれかを含み、
前記第１中間材料は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｈｆ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第５元素と、酸素と、を含み、
前記第２中間材料は、Ｂ、Ｓｉ、Ｇａ及びＴｉよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第６元素と、窒素と、を含み、
前記第３中間材料は、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、磁気デバイス。

（構成３）
第１導電部材をさらに備え、
前記第１導電部材は、第１導電部分と、第２導電部分と、第３導電部分と、を含み、
前記第３導電部分は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第１導電部分と前記第２導電部分との間に設けられ、
前記第１磁性層は、前記第１方向において、前記第３導電部分と前記第１非磁性部材との間にあり、
前記第１導電部材は、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成１または２に記載の磁気デバイス。

（構成４）
第１絶縁部材及び第２絶縁部材をさらに備え、
前記第１絶縁部材から前記第１素子部への方向は、前記第２方向に沿い、
前記第１絶縁部材は、前記第１素子部の少なくとも一部と接し、
前記第２絶縁部材から前記第１素子部への方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向に沿い、
前記第２絶縁部材は、前記第１素子部の少なくとも一部と接し、
前記第２絶縁部材の材料は、前記第１絶縁部材に含まれる材料とは異なる、構成３に記載の磁気デバイス。

（構成５）
前記第２絶縁部材の前記材料のヤング率は、前記第１絶縁部材に含まれる前記材料のヤング率とは異なる、構成４に記載の磁気デバイス。

（構成６）
第１絶縁部材及び第２絶縁部材をさらに備え、
前記第１絶縁部材から前記第１素子部への方向は、前記第２方向に沿い、
前記第１絶縁部材は、前記第１素子部の少なくとも一部と接し、
前記第２絶縁部材から前記第１素子部への方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向に沿い、
前記第２絶縁部材と前記第１素子部との間に間隙が設けられた、構成３に記載の磁気デバイス。

（構成７）
前記第１磁性部材の磁歪定数は正であり、
前記第２絶縁部材の前記材料の前記ヤング率は、前記第１絶縁部材に含まれる前記材料の前記ヤング率よりも低い、構成５に記載の磁気デバイス。

（構成８）
前記第１磁性部材の磁歪定数は負である、構成５に記載の磁気デバイス。

（構成９）
前記第１非磁性部材の第３方向に沿う長さは、前記第１非磁性部材の第２方向に沿う長さよりも長く、
前記第２方向は、前記第１方向と交差し、
前記第３方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差した、構成１または２に記載の磁気デバイス。

（構成１０）
第１導電部材をさらに備え、
前記第１導電部材は、第１導電部分と、第２導電部分と、第３導電部分と、を含み、
前記第３導電部分は、前記第２方向において前記第１導電部分と前記第２導電部分との間に設けられ、
前記第１磁性層は、前記第１方向において、前記第３導電部分と前記第１非磁性部材との間にあり、
前記第１導電部材は、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、構成９に記載の磁気デバイス。

（構成１１）
前記第１磁性部材の磁歪定数は正である、構成９または１０に記載の磁気デバイス。

（構成１２）
前記第１磁性部材の少なくとも一部の前記第３方向に沿う第３方向格子長は、前記第１磁性部材の少なくとも一部における前記第２方向に沿う第２方向格子長よりも長い、構成４～１１のいずれか１つに記載の磁気デバイス。

（構成１３）
前記第１磁性部材は、複数の第１磁性膜と、複数の第１非磁性膜と、を含み、
前記第１方向において、前記複数の第１非磁性膜の１つは、前記複数の第１磁性膜の１つと、前記複数の第１磁性膜の別の１つと、の間にある、構成１～１２のいずれか１つに記載の磁気デバイス。

（構成１４）
前記第１磁性部材は、第１条件または第２条件を満たし、
前記第１条件において、前記複数の第１非磁性膜の前記１つは、Ｒｕを含み、前記複数の第１非磁性膜の前記１つの前記第１方向に沿う厚さは、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下であり、
前記第２条件において、前記複数の第１非磁性膜の前記１つは、Ｉｒを含み、前記複数の第１非磁性膜の前記１つの前記第１方向に沿う厚さは、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下である、構成１３に記載の磁気デバイス。

（構成１５）
前記第１非磁性部材は、第１面を含む第１非磁性部分と、第２面を含む第２非磁性部分と、を含み、
前記第１面は、前記第１方向において、前記第１磁性部材と前記第２面との間にあり、
前記第１非磁性部分における前記第２元素の第１濃度と、前記第２非磁性部分における前記第２元素の第２濃度と、の差の絶対値の前記第１濃度に対する第１比は、０．２以下である、構成１～１４のいずれか１つに記載の磁気デバイス。

（構成１６）
前記第１磁性部材は、第１位置と、第２位置と、を含み、
前記第２位置は、前記第１位置と前記第１非磁性部材との間にあり、
前記第２位置における前記第２元素の濃度は、前記第１位置における前記第２元素の濃度よりも高い、または、前記第１位置は酸素を含まない、構成１～１５のいずれか１つに記載の磁気デバイス。

（構成１７）
制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第１導電部分と前記第２導電部分との間に第１電流を供給することが可能であり、
前記第１導電部材と前記第１非磁性部材との間の電気抵抗は、前記第１電流の向き、及び、前記第１導電部材と前記第１非磁性部材との間の電圧と、により変化可能である、構成３～８のいずれか１つに記載の磁気デバイス。

（構成１８）
前記第１磁性部材は、第１位置と、第２位置と、を含み、
前記第２位置は、前記第１位置と前記第１非磁性部材との間にあり、
前記第１位置における前記第１方向と交差する交差方向に沿う第１位置格子長は、前記第２位置における前記交差方向に沿う第２位置格子長と異なる、構成３～８のいずれか１つに記載の磁気デバイス。

（構成１９）
前記第２位置格子長は、前記第１位置格子長よりも長い、構成１８に記載の磁気デバイス。

（構成２０）
第２非磁性部材をさらに備え、
前記第１導電部材の少なくとも一部は、前記第１方向において、前記第２非磁性部材と、前記第１磁性層と、の間にあり、
前記第２非磁性部材は、前記第１導電部材と接し、
前記第２非磁性部材は、第３材料及び第４材料の少なくともいずれかを含み、
前記第３材料は、第３種元素及び第４種元素の一方と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つと、を含み、
前記第３種元素は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｔｉ及びＺｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第４種元素は、Ｍｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第４材料は、Ｐｔ、Ｃｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つと、Ａｌと、を含む、構成３～８のいずれか１つに記載の磁気デバイス。

実施形態によれば、安定した動作が可能な磁気デバイスを提供できる。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気デバイスに含まれる、素子部、磁性層、非磁性部材、磁性部材、中間層、中間部材、導電部材及び絶縁部材などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した磁気デバイスを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁気デバイスも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

１０Ｅ：第１素子部、
１１：第１磁性層、
１５：第１中間層、
２１：第１磁性部材、
２１ａ、２１ｂ：第１、第２位置
２１ｍ：第１磁性膜、
２１ｎ：第１非磁性膜、
３１、３２：第１、第２非磁性部材、
３１ａ、３１ｂ：第１、第２非磁性部分、
３１ｆ、３１ｇ：第１、第２面、
４１、４２：第１、第２絶縁部材、
４１Ａ、４２Ａ：第１、第２対向絶縁部材、
４２ｇ、４２Ａｇ：間隙、
５１：第１導電部材
５１ａ～５１ｅ：第１～第５導電部分、
７０：制御部、
１１０、１１１、１２０～１２２、１３０、１４０：磁気デバイス、
Ｄ１～Ｄ３：第１～第３方向、
Ｖａ１：電圧
ｉ１：第１電流
ｔ１１、ｔ１５、ｔ２１ｍ、ｔ２１ｎ、ｔ３１、ｔ３５：厚さ

Claims

第１磁性層と、
導電性の第１非磁性部材とであって、前記第１磁性層から前記第１非磁性部材への方向は、第１方向に沿う、前記第１非磁性部材と、
前記第１磁性層と前記第１非磁性部材との間に設けられ前記第１非磁性部材と接する第１磁性部材と、
前記第１磁性層と前記第１磁性部材との間に設けられた非磁性の第１中間層と、
を含む第１素子部と、
第１導電部材と、
第１絶縁部材と、
第２絶縁部材と、
を備え、
前記第１非磁性部材は、第１材料及び第２材料の少なくともいずれかを含み、
前記第１材料は、第１種元素及び第２種元素の一方を含む第１元素と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素と、を含み、
前記第１種元素は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｔｉ及びＺｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２種元素は、Ｍｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２材料は、Ｐｔ、Ｃｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第３元素と、Ａｌを含む第４元素と、を含み、
前記第１導電部材は、第１導電部分と、第２導電部分と、第３導電部分と、を含み、
前記第３導電部分は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第１導電部分と前記第２導電部分との間に設けられ、
前記第１磁性層は、前記第１方向において、前記第３導電部分と前記第１非磁性部材との間にあり、
前記第１導電部材は、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１絶縁部材から前記第１素子部への方向は、前記第２方向に沿い、
前記第１絶縁部材は、前記第１素子部の少なくとも一部と接し、
前記第２絶縁部材から前記第１素子部への方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向に沿い、
前記第２絶縁部材は、前記第１素子部の少なくとも一部と接し、
前記第２絶縁部材の材料は、前記第１絶縁部材に含まれる材料とは異なる、磁気デバイス。
第１磁性層と、
導電性の第１非磁性部材とであって、前記第１磁性層から前記第１非磁性部材への方向は、第１方向に沿う、前記第１非磁性部材と、
前記第１磁性層と前記第１非磁性部材との間に設けられた第１磁性部材と、
前記第１磁性層と前記第１磁性部材との間に設けられた非磁性の第１中間層と、
前記第１磁性部材と前記第１非磁性部材との間に設けられ前記第１磁性部材及び前記第１非磁性部材と接する第１中間部材と、
を含む第１素子部と、
第１導電部材と、
第１絶縁部材と、
第２絶縁部材と、
を備え、
前記第１非磁性部材は、第１材料及び第２材料の少なくともいずれかを含み、
前記第１材料は、第１種元素及び第２種元素の一方を含む第１元素と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素と、を含み、
前記第１種元素は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｔｉ及びＺｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２種元素は、Ｍｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２材料は、Ｐｔ、Ｃｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第３元素と、Ａｌを含む第４元素と、を含み、
前記第１中間部材は、第１中間材料、第２中間材料及び第３中間材料の少なくともいずれかを含み、
前記第１中間材料は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｈｆ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第５元素と、酸素と、を含み、
前記第２中間材料は、Ｂ、Ｓｉ、Ｇａ及びＴｉよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第６元素と、窒素と、を含み、
前記第３中間材料は、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１導電部材は、第１導電部分と、第２導電部分と、第３導電部分と、を含み、
前記第３導電部分は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第１導電部分と前記第２導電部分との間に設けられ、
前記第１磁性層は、前記第１方向において、前記第３導電部分と前記第１非磁性部材との間にあり、
前記第１導電部材は、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１絶縁部材から前記第１素子部への方向は、前記第２方向に沿い、
前記第１絶縁部材は、前記第１素子部の少なくとも一部と接し、
前記第２絶縁部材から前記第１素子部への方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向に沿い、
前記第２絶縁部材は、前記第１素子部の少なくとも一部と接し、
前記第２絶縁部材の材料は、前記第１絶縁部材に含まれる材料とは異なる、磁気デバイス。
前記第２絶縁部材の前記材料のヤング率は、前記第１絶縁部材に含まれる前記材料のヤング率とは異なる、請求項１または２に記載の磁気デバイス。
第１磁性層と、
導電性の第１非磁性部材とであって、前記第１磁性層から前記第１非磁性部材への方向は、第１方向に沿う、前記第１非磁性部材と、
前記第１磁性層と前記第１非磁性部材との間に設けられ前記第１非磁性部材と接する第１磁性部材と、
前記第１磁性層と前記第１磁性部材との間に設けられた非磁性の第１中間層と、
を含む第１素子部と、
第１導電部材と、
第１絶縁部材と、
第２絶縁部材と、
を備え、
前記第１非磁性部材は、第１材料及び第２材料の少なくともいずれかを含み、
前記第１材料は、第１種元素及び第２種元素の一方を含む第１元素と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素と、を含み、
前記第１種元素は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｔｉ及びＺｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２種元素は、Ｍｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２材料は、Ｐｔ、Ｃｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第３元素と、Ａｌを含む第４元素と、を含み、
前記第１導電部材は、第１導電部分と、第２導電部分と、第３導電部分と、を含み、
前記第３導電部分は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第１導電部分と前記第２導電部分との間に設けられ、
前記第１磁性層は、前記第１方向において、前記第３導電部分と前記第１非磁性部材との間にあり、
前記第１導電部材は、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１絶縁部材から前記第１素子部への方向は、前記第２方向に沿い、
前記第１絶縁部材は、前記第１素子部の少なくとも一部と接し、
前記第２絶縁部材から前記第１素子部への方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向に沿い、
前記第２絶縁部材と前記第１素子部との間に間隙が設けられた、磁気デバイス。
第１磁性層と、
導電性の第１非磁性部材とであって、前記第１磁性層から前記第１非磁性部材への方向は、第１方向に沿う、前記第１非磁性部材と、
前記第１磁性層と前記第１非磁性部材との間に設けられた第１磁性部材と、
前記第１磁性層と前記第１磁性部材との間に設けられた非磁性の第１中間層と、
前記第１磁性部材と前記第１非磁性部材との間に設けられ前記第１磁性部材及び前記第１非磁性部材と接する第１中間部材と、
を含む第１素子部と、
第１導電部材と、
第１絶縁部材と、
第２絶縁部材と、
を備え、
前記第１非磁性部材は、第１材料及び第２材料の少なくともいずれかを含み、
前記第１材料は、第１種元素及び第２種元素の一方を含む第１元素と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素と、を含み、
前記第１種元素は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｔｉ及びＺｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２種元素は、Ｍｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２材料は、Ｐｔ、Ｃｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第３元素と、Ａｌを含む第４元素と、を含み、
前記第１中間部材は、第１中間材料、第２中間材料及び第３中間材料の少なくともいずれかを含み、
前記第１中間材料は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｈｆ及びＲｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第５元素と、酸素と、を含み、
前記第２中間材料は、Ｂ、Ｓｉ、Ｇａ及びＴｉよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第６元素と、窒素と、を含み、
前記第３中間材料は、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｉｒ、Ｒｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１導電部材は、第１導電部分と、第２導電部分と、第３導電部分と、を含み、
前記第３導電部分は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第１導電部分と前記第２導電部分との間に設けられ、
前記第１磁性層は、前記第１方向において、前記第３導電部分と前記第１非磁性部材との間にあり、
前記第１導電部材は、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１絶縁部材から前記第１素子部への方向は、前記第２方向に沿い、
前記第１絶縁部材は、前記第１素子部の少なくとも一部と接し、
前記第２絶縁部材から前記第１素子部への方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向に沿い、
前記第２絶縁部材と前記第１素子部との間に間隙が設けられた、磁気デバイス。
前記第１磁性部材の磁歪定数は正であり、
前記第２絶縁部材の前記材料の前記ヤング率は、前記第１絶縁部材に含まれる前記材料の前記ヤング率よりも低い、請求項３に記載の磁気デバイス。
前記第１磁性部材の磁歪定数は負である、請求項３に記載の磁気デバイス。
前記第１非磁性部材の前記第３方向に沿う長さは、前記第１非磁性部材の前記第２方向に沿う長さよりも長い、請求項１、２、４、５のいずれか１つに記載の磁気デバイス。
前記第１磁性部材の磁歪定数は正である、請求項８に記載の磁気デバイス。
前記第１磁性部材の少なくとも一部の前記第３方向に沿う第３方向格子長は、前記第１磁性部材の少なくとも一部における前記第２方向に沿う第２方向格子長よりも長い、請求項１、２、４、５のいずれか１つに記載の磁気デバイス。
前記第１磁性部材は、複数の第１磁性膜と、複数の第１非磁性膜と、を含み、
前記第１方向において、前記複数の第１非磁性膜の１つは、前記複数の第１磁性膜の１つと、前記複数の第１磁性膜の別の１つと、の間にある、請求項１、２、４、５のいずれか１つに記載の磁気デバイス。
前記第１磁性部材は、第１条件または第２条件を満たし、
前記第１条件において、前記複数の第１非磁性膜の前記１つは、Ｒｕを含み、前記複数の第１非磁性膜の前記１つの前記第１方向に沿う厚さは、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下であり、
前記第２条件において、前記複数の第１非磁性膜の前記１つは、Ｉｒを含み、前記複数の第１非磁性膜の前記１つの前記第１方向に沿う厚さは、０．２ｎｍ以上２ｎｍ以下である、請求項１１に記載の磁気デバイス。
前記第１非磁性部材は、第１面を含む第１非磁性部分と、第２面を含む第２非磁性部分と、を含み、
前記第１面は、前記第１方向において、前記第１磁性部材と前記第２面との間にあり、
前記第１非磁性部分における前記第２元素の第１濃度と、前記第２非磁性部分における前記第２元素の第２濃度と、の差の絶対値の前記第１濃度に対する第１比は、０．２以下である、請求項１、２、４、５のいずれか１つに記載の磁気デバイス。
前記第１磁性部材は、第１位置と、第２位置と、を含み、
前記第２位置は、前記第１位置と前記第１非磁性部材との間にあり、
前記第２位置における前記第２元素の濃度は、前記第１位置における前記第２元素の濃度よりも高い、または、前記第１位置は酸素を含まない、請求項１、２、４、５のいずれか１つに記載の磁気デバイス。
制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記第１導電部分と前記第２導電部分との間に第１電流を供給することが可能であり、
前記第１導電部材と前記第１非磁性部材との間の電気抵抗は、前記第１電流の向き、及び、前記第１導電部材と前記第１非磁性部材との間の電圧と、により変化可能である、請求項１、２、４、５のいずれか１つに記載の磁気デバイス。
第１磁性層と、
導電性の第１非磁性部材とであって、前記第１磁性層から前記第１非磁性部材への方向は、第１方向に沿う、前記第１非磁性部材と、
前記第１磁性層と前記第１非磁性部材との間に設けられ前記第１非磁性部材と接する第１磁性部材と、
前記第１磁性層と前記第１磁性部材との間に設けられた非磁性の第１中間層と、
を含む第１素子部と、
第１導電部材と、
を備え、
前記第１非磁性部材は、第１材料及び第２材料の少なくともいずれかを含み、
前記第１材料は、第１種元素及び第２種元素の一方を含む第１元素と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つを含む第２元素と、を含み、
前記第１種元素は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｔｉ及びＺｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２種元素は、Ｍｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２材料は、Ｐｔ、Ｃｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つを含む第３元素と、Ａｌを含む第４元素と、を含み、
前記第１導電部材は、第１導電部分と、第２導電部分と、第３導電部分と、を含み、
前記第３導電部分は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第１導電部分と前記第２導電部分との間に設けられ、
前記第１磁性層は、前記第１方向において、前記第３導電部分と前記第１非磁性部材との間にあり、
前記第１導電部材は、Ｔａ、Ｗ、Ｐｔ、Ｈｆ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第１磁性部材は、第１位置と、第２位置と、を含み、
前記第２位置は、前記第１位置と前記第１非磁性部材との間にあり、
前記第１位置における前記第１方向と交差する交差方向に沿う第１位置格子長は、前記第２位置における前記交差方向に沿う第２位置格子長と異なる、磁気デバイス。
前記第２位置格子長は、前記第１位置格子長よりも長い、請求項１６に記載の磁気デバイス。
第２非磁性部材をさらに備え、
前記第１導電部材の少なくとも一部は、前記第１方向において、前記第２非磁性部材と、前記第１磁性層と、の間にあり、
前記第２非磁性部材は、前記第１導電部材と接し、
前記第２非磁性部材は、第３材料及び第４材料の少なくともいずれかを含み、
前記第３材料は、第３種元素及び第４種元素の一方と、酸素及び窒素よりなる群から選択された少なくとも１つと、を含み、
前記第３種元素は、Ｒｕ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｖ、Ｔｉ及びＺｎよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第４種元素は、Ｍｇ及びＡｌよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第４材料は、Ｐｔ、Ｃｕ及びＨｆよりなる群から選択された少なくとも１つと、Ａｌと、を含む、請求項１、２、４、５のいずれか１つに記載の磁気デバイス。