缓和的时间常数τ设为12ps。
[0059]在上述模型140中，从施加点Ip注入向下自旋Sd。结果显示于图6。在图6，利用图6(a)?(e)以时间序列表示自旋流的变化。如图6所示，确认了向下自旋Sd随着时间经过从图中左方朝右方传递且在自旋扩散部朝宽度方向扩散。然后，在测定点Mp计算向下自旋Sd的个数，求出电流密度。
[0060]其次，使用图4(B)及图5(B)所示的模型142进行模拟。模型142是用以模拟图中从右朝左产生的向上自旋Su的自旋流的模型，与模型140相较之下，在自旋的施加点Ip和测定点Mp呈相反这点有所不同。此外，模型140的自旋扩散部的形成位置和模型142的自旋扩散部的形成位置不同，但这是用以消除在测定点Mp以后的路径中因自旋流的反射等的发生所引起的噪声，并非实质的差异。使用模型142，将相对于自旋阀元件10的通道部14，自旋的施加点Ip和测定点Mp配置在相反侧的构造以数值方式再现。
[0061]在上述模型142中，从施加点Ip注入向上自旋Su。结果显示于图7。在图7，利用图7(a)?(e)以时间序列表示自旋流的变化。如图7所示，确认了向上自旋Su随着时间经过从图中右方朝左方传递且在自旋扩散部朝宽度方向扩散。更确认了其扩散程度与由模型140所模拟的情况不同。即，确认了由于具备在上述实施方式所说明的自旋扩散部，所以可在从自旋注入元件朝向自旋检测元件的自旋流与从自旋检测元件朝向自旋注入元件的自旋流的扩散程度上赋予变化。然后，在测定点Mp计算向上自旋Su的个数，求出电流密度。
[0062](比较例I)
[0063]进行除了高度h是O这点以外其余皆和实施例相同的模拟。
[0064]由以上获得实施例1的模拟结果及比较例I的模拟结果。评价是，根据在测定点Mp计测到的向上自旋与向下自旋的个数差而设定电流密度的值。结果显示于图8。
[0065]图8中显示实施例1的模拟结果。通过图8表示实施例1和比较例I的电流密度的时间变化。图8的纵轴表示通过从向下自旋Sd的个数减去向上自旋Su的个数所获得的电流密度的差。图8的横轴显示在模拟中的时间经过。
[0066]如图8所示，实施例1的电流密度之差显示有限的值。即，确认了在从自旋注入元件朝向自旋检测元件的自旋流的传递和从自旋检测元件朝向自旋注入元件的自旋流的传递上会产生差异。且比较例I的电流密度之差为O。由此可确认通过控制扩散部的形状能抑制自旋流的衰减。
[0067](扩散部最佳值的验证)
[0068](实施例2)
[0069]进行除了宽度 b 是 300nm、高度 h 是 10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、75nm、80nm、90nm、及10nm这点以外其余皆和实施例1相同的模拟。
[0070]由以上获得实施例2的模拟结果。评价是，根据在测定点Mp计测到的向上自旋与向下自旋的个数差而设定电流密度的值。结果显示于图9。
[0071]图9中显示实施例2的模拟结果。通过图9表示实施例2的电流密度的时间变化。图9的纵轴表示通过从向下自旋Sd的个数减去向上自旋Su的个数所获得的电流密度的差。图9的横轴显示在模拟中的时间经过。此外，图9的插入图是时间在6.30ps附近的放大图。
[0072]如图9所示，实施例2中的各高度h的电流密度差显示有限的值。因此，宽度b是宽度W的3倍时，自旋扩散部的剖面积也可形成为，没有形成自旋扩散部的通道部的部分的与自旋流正交的方向的剖面积的1.2倍?3.0倍。即，确认了在自旋扩散部由通道部的上表面观之是以前端部为顶点的直角三角形状的情况下，在直角三角形状的与通道部平行的一边长度是通道部的和自旋流正交的方向的长度的3倍时，也可扩大上述自旋扩散部使自旋扩散部的剖面积成为1.2?3.0倍。
[0073](实施例3)
[0074]进行除了宽度b 是 lOOnm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm、高度 h是50nm、60nm、70nm、75nm、80nm这点以外其余皆和实施例1相同的模拟。
[0075]由以上获得实施例3的模拟结果。评价是，根据在测定点Mp计测到的向上自旋与向下自旋的个数差而设定电流密度的值。结果显示于图10。
[0076]图10中显示实施例3的模拟结果。图10的各轴为，轴b表示自旋扩散部的宽度，轴h表示自旋扩散部的高度，能量差异(Energy Difference)轴表示通过从向下自旋Sd的个数减去向上自旋Su的个数所获得的电流密度的差。
[0077]图10是表示各高度h和宽度b中，电流密度之差最大的高度h和宽度b的组合。且显示此时的电流密度的差值。由此可确认在使自旋扩散部的高度和底边的长度变化的情况下，通过让自旋的扩大区域存在于通道部会使向上自旋及向下自旋的流产生刻意的差。
[0078][产业上可利用性]
[0079]自旋阀元件10在产业上可利用如下。例如，可作为纳米级的电路中的电阻元件利用在 MEMS (Micro Electro Mechanical Systems ;微机电系统)、NEMS (Nano ElectroMechanical Systems ;纳米机电系统)等的领域。且自旋阀元件10可作为电子/电气领域、医疗相关领域等的机器零件、元件来使用。
[0080]符号说明
[0081]10 自旋阀元件
[0082]12 自旋注入元件
[0083]12a端子部
[0084]14 通道部
[0085]14a端子部
[0086]16自旋检测元件
[0087]20基板
[0088]30、31、32、33、34自旋扩散部
[0089]30a、31a、32a、33a、34a 前端部
[0090]140、142模型
[0091]300、310、320、330、340、自旋扩散部
[0092]302、312、322、332、342
[0093]Su向上自旋
[0094]Sd向下自旋
【主权项】
1.一种自旋阀元件，具有: 由强磁性体构成的自旋注入元件； 由强磁性体构成的自旋检测元件；及 由非磁性体构成的通道部， 所述自旋检测元件配置在与所述自旋注入元件分离的位置， 所述通道部直接或经由绝缘层连接于所述自旋注入元件及所述自旋检测元件，在所述通道部形成有在与自旋流正交的方向的剖面积被扩大的自旋扩散部。
2.如权利要求1所述的自旋阀元件，其中， 所述自旋扩散部形成为，从所述自旋注入元件朝向所述自旋检测元件的第I方向的路径的自旋阻力比从所述自旋检测元件朝向所述自旋注入元件的第2方向的路径的自旋阻力还小。
3.如权利要求1或2所述的自旋阀元件，其中， 所述自旋扩散部具有所述剖面积成为最大的前端部， 从所述自旋注入元件侧朝向所述前端部的情况与从所述前端部朝向所述自旋检测元件侧的情况相比，所述自旋扩散部在与所述自旋流正交的方向的剖面积的变化率较小。
4.如权利要求1至3中任一项所述的自旋阀元件，其中， 所述自旋注入元件、所述自旋检测元件及所述通道部形成于基板上， 所述自旋注入元件及所述自旋检测元件在和基板的主面平行的方向上相互分离地配置。
5.如权利要求4所述的自旋阀元件，其中， 从所述基板的上表面观之，所述自旋扩散部以通过所述剖面积最大的前端部且在与所述自旋流正交的方向延伸的线为基准形成为非对称。
6.如权利要求5所述的自旋阀元件，其中， 从所述基板的上表面观之，所述自旋扩散部以所述通道部的轴线为基准形成为对称。
7.如权利要求1至6中任一项所述的自旋阀元件，其中， 在所述通道部形成多个所述自旋扩散部。
8.如权利要求1至6中任一项所述的自旋阀元件，其中， 使用非局部的手法检测电压。
【专利摘要】自旋阀元件(10)，具有：由强磁性体构成的自旋注入元件(12)；由强磁性体构成的自旋检测元件(16)；及由非磁性体构成的通道部(14)，自旋检测元件(16)配置在与自旋注入元件(12)分离的位置，通道部(14)直接或经由绝缘层连接于自旋注入元件(12)及自旋检测元件(16)，在通道部(14)形成有在与自旋流正交的方向的剖面积被扩大的自旋扩散部(30)～(34)。
【IPC分类】H01L29-82
【公开号】CN104813478
【申请号】CN201380057553
【发明人】广畑贵文
【申请人】国立研究开发法人科学技术振兴机构, 约克大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2013年10月31日
【公告号】EP2919274A1, WO2014073452A1