自旋马达及自旋旋转构件的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及自旋马达以及自旋旋转构件。
【背景技术】
[0002]在以往技术中，作为马达已知有一种纳米级的小型马达(例如，参照专利文献1、2) ο专利文献I记载的马达具有:具备磁铁的转子、以及从四方包围转子的周围的小型线圈，该马达利用电磁感应进行驱动。专利文献2记载的马达具有由连接有电极的非磁性体构成的转子，该马达利用回转磁效应(gyromagnetic effect)进行驱动。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2007-069325号公报
[0006]专利文献2:日本特开2006-345638号公报
[0007]发明要解决的课题
[0008]然而，对于专利文献I所记载的马达，需要以由多个线圈围绕转子的方式调整配置关系进行组装，因此在欲进一步小型化的情况下，有可能使制造变得困难。此外，对于专利文献2所记载的马达，需要对转子自身施加电流，因此需要有在确保转子的旋转性的状态下与电极结合的特别构造。因此，本技术领域中，需求一种简单构造的马达以及用于该马达等的构件。
【发明内容】
[0009]本发明的一技术方案的自旋旋转构件具备:基板；自旋注入件，其设于基板上，且由在基板面内方向被磁化的强磁性体构成；圆板状的自旋转子，其以与自旋注入件分离的方式设于基板上，且由磁矩能够在基板面内方向旋转的强磁性体构成；通道部，其配置在自旋注入件与自旋转子之间，且由直接或经由绝缘层与自旋注入件及自旋转子接合的非磁性体构成；以及自旋旋转控制部，其控制通道部的自旋的旋转方向。
[0010]通过如此构成，例如当向由强磁性体构成的自旋注入件以及由非磁性体构成的通道部施加电流或电压时，在通道部产生朝向由强磁性体构成的自旋转子的自旋流。流动于通道部的自旋作为自旋转换力矩(Spin-Transfer Torque)作用于自旋转子的磁矩。此时，能够利用自旋旋转控制部来控制流动于通道部的自旋的朝向，因此能够使自旋转子的磁矩旋转。因此，能够以简单的构造实现自旋旋转构件。此外，通过使用该自旋旋转构件，例如能够构成简单构造的马达。
[0011]一实施方式中，自旋旋转控制部可直接或经由绝缘层与通道部接合，也可朝通道部施加电压。此外，自旋旋转控制部也可朝向通道部照射圆偏光。另外，自旋旋转控制部也可变更朝向自旋注入件施加的电压值。通过如此构成，可适宜地控制流动于通道部的自旋流。
[0012]一实施方式中，通道部也可由半导体材料形成。通过如此构成，通过向通道部照射圆偏光，可控制自旋的朝向。此外，能够进行经由自旋轨道相互作用的自旋控制。
[0013]一实施方式中，通道部也可具有二维电子气体层。通过如此构成，利用二维电子气体层供给自旋，因此能够高效地进行通道部中的自旋的角运动量的传输。
[0014]一实施方式中，通道部也可以是以轴线方向朝向面内方向的方式配置的线型构件，自旋转子也可使该自旋转子的直径小于通道部的所述线宽。通过如此构成，能够高效地进行相对于自旋转子的自旋的角运动量的传输。
[0015]本发明的另一技术方案的自旋马达具备:基板；自旋注入件，其设于基板上，且由在基板面内方向被磁化的强磁性体构成；自旋转子，其以与自旋注入件分离的方式设于基板上，且由磁矩能够在基板面内方向旋转的强磁性体构成；通道部，其配置在自旋注入件与自旋转子之间，且由直接或经由绝缘层与自旋注入件及自旋转子接合的非磁性体构成；自旋旋转控制部，其控制通道部的自旋的旋转方向；以及马达转子，其与自旋转子分离且对置配置，并由追随自旋转子的磁矩进行旋转的强磁性体构成。
[0016]通过如此构成，当自旋转子的磁矩旋转时，可使由与自旋转子对置配置的强磁性体构成的马达转子追随自旋转子的磁矩的旋转而进行旋转。因此，能够利用使自旋转子与马达转子对置配置这样的简单构造，实现自旋马达。
[0017]一实施方式中，也可以为自旋转子呈圆板状，马达转子以旋转轴与基板正交的方式配置。在自旋转子为圆板状的情况下，可使基板面内方向的自旋转子的磁性异向性均等，因此能够容易地进行自旋转子的磁矩在基板面内方向上的旋转的控制。
[0018]一实施方式中，也可以使通道部形成于基板上，自旋注入件及所述自旋转子形成于通道部上，马达转子分离配置于自旋转子的上方。通过如此构成，容易地制作自旋马达。
[0019]发明效果
[0020]如上所述，根据本发明的各种方案及实施方式，可提供简单构造的马达及应用于该马达等的构件。
【附图说明】
[0021]图1是一实施方式的自旋旋转构件的立体图。
[0022]图2是沿着图1中的I1-1I线的剖视图。
[0023]图3是表示一实施方式的自旋马达的立体图。
[0024]图4是说明一实施方式的自旋旋转构件的动作原理的概要图。
【具体实施方式】
[0025]以下，参照附图对本发明的实施方式进行具体说明。需要说明的是，在附图的说明中，对相同的要素标注相同的附图标记，并省略重复说明。此外，附图的尺寸比率不一定与说明内容的尺寸一致。
[0026]本实施方式的自旋马达是应用了所谓的自旋阀构造的自旋马达，例如，其适宜用作纳米级的自旋马达。图1是应用于一实施方式的自旋马达的自旋旋转构件的立体图。图2是沿着图1的I1-1I线的剖视图。
[0027]如图1所示，自旋旋转构件10例如具备通道部12、自旋注入件14、自旋旋转控制部15及自旋转子16。在此，形成有面内自旋阀构造，其是通过将由强磁性体构成的自旋注入件14及由强磁性体构成的自旋转子16借助由非磁性体构成的通道部12桥接而成的。自旋注入件14及自旋转子16可由例如Fe、NiFe等形成。通道部12可由例如Si或砷化镓(GaAs)等半导体材料、或Ag、Cu等非磁性金属形成。以下，对通道部12由半导体材料形成的情况进行说明。
[0028]如图1、图2所示，通道部12配置在基板24上。例如，使用半导体基板作为基板24。通道部12为线型构件，且以其轴线方向朝向面内方向的方式配置。通道部12是例如通过将积层于基板24上的半导体层20加工成台面状而形成的。通道部12的线宽为例如10 μm以下。此外，通道部12的线宽也可为例如0.05 μm以上。需要说明的是，在基板24与半导体层20之间形成有二维电子气体层22的情况下，也可通过将二维电子气体层22及半导体层20加工成台面状而形成通道部12。例如，在使用GaAs基板作为基板24，且将电子掺杂于基板24而形成半导体层20的情况下，在半导体层20与基板24之间形成有二维电子气体层22。
[0029]自旋注入件14设于基板24上。自旋注入件14是线型构件，且以其轴线方向朝向面内方向的方式配置，并朝向面内方向被磁化。需要说明的是，在此，自旋注入件14配置在通道部12上。自旋注入件14以与通道部12交叉的方式配置。因此，自旋注入件14及通道部12彼此接触(直接接合)。自旋注入件14及通道部12相交叉的区域成为自旋注入区域(自旋注入位置)。自旋注入件14的线宽为例如10 μπι以下。此外，自旋注入件14的线宽也可为例如0.05μπι以上。
[0030]自旋转子16以与自旋注入件14分离的方式设置于基板24上。自旋转子是圆板构件，且形成为磁矩朝向基板面内方向。需要说明的是，圆板构件是指其水平截面不具有锐角部的形状的构件。圆板构件例如也可为直径小的圆板形状(点状)的构件或圆锥状构件。此外，圆板构件例如不只是其水平截面为圆形的板状构件，还包括水平截面为椭圆形的构件、水平截面为多边形且角的角度例如接近180度的角度非常大的多边形的构件。在此，自旋转子16配置在通道部12上。自旋转子16与通道部12接触(直接接合)。在此，自旋转子16的直径形成为比通道部12的线宽小。自旋转子16的直径为例如10 μπι以下。此夕卜，自旋转子16的直径也可为例如0.05 μ m以上。
[0031]如此，形成在自旋注入件14与自旋转子16之间配置有通道部12的面内自旋阀构造。在自旋注入件14的一端部形成有电流或电压施加用的端子部14a，在通道部12的一端部(两端部中的靠近自旋注入件14的端部)形成有施加电流或电压用的端子部12a。
[0032]自旋旋转控制部15例如具备电压控制部及电压施加用端子。自旋旋转控制部15连接于通道部12。例如，自旋旋转控制部15与通道部12上的区域、即位于自旋注入件14与自旋转子16之间的区域直接接合。为了控制通道部12的自旋的旋转方向，自旋旋转控制部15构成为能够朝向通道部12施加电场或磁场。自旋旋转控制部15例如呈大致长方体，且与通道部12的长度方向正交的方向的宽度为例如ΙΟμπι以下。此外，与通道部12的长度方向正交的方向的宽度也可为例如0.01 μπι以上。需要说明的是，在此，自旋转子16形成为与通道部12的长度方向正交的方向上的宽度为通道部12的线宽以下。
[0033]图3是表示一实施方式的自旋马达的立体图。如图3所示，自旋马达40具备自旋旋转构件10及马达转子30。马达转子30由强磁性体材料形成，且在自旋转子16的上方与自旋转子分离且对置配置。马达转子30只要配置在传递有自旋转子16的漏磁磁场的范围内即可，其配置在距自旋转子16例如数十nm以下的范围内。也就是说，马达转子30配置于可追随自旋转子16的磁矩进行旋转的位置。马达转子30例如呈大致圆板状，且以其旋转轴与基板24正交的方式配置。需要说明的是，马达转子30的形状不限于大致圆板状，例如也可以为杆状构件等。在马达转子30上连接有用于传递马达转子30的旋转运动的杆状构件等。马达转子30的直径为例如10 μπι以下。此外马达转子30之直径也可为例如0.1 μπι以上。
[0034]具有上述结构的自旋旋转构件10及马达转子30通过以下方式进行动作。图4是用于说明一实施方式的自旋马达40的动作原理的概略图。首先，在自旋注入件14的端子部14a与通道部12的端子部12a之间施加电流。由此，如图4所示，与自旋注入件14的磁化方向成为反平行的自旋被注入通道部12。注入到通道部12的自旋朝向通道部12的两端部扩散。此时，与扩散的自旋反平行的自旋从自旋转子16侧流向自旋注入件14侧。因此，未伴有电荷的自旋流从自旋注入件14侧朝向自旋转子16侧产生。流动于通道部12的自旋借助自旋轨道相互作用进行进动