自旋馬達及自旋旋轉構件的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及自旋馬達以及自旋旋轉構件。
【背景技術】
[0002]在以往技術中，作為馬達已知有一種納米級的小型馬達(例如，參照專利文獻1、2) ο專利文獻I記載的馬達具有:具備磁鐵的轉子、以及從四方包圍轉子的周圍的小型線圈，該馬達利用電磁感應進行驅動。專利文獻2記載的馬達具有由連接有電極的非磁性體構成的轉子，該馬達利用回轉磁效應(gyromagnetic effect)進行驅動。
[0003]在先技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2007-069325號公報
[0006]專利文獻2:日本特開2006-345638號公報
[0007]發明要解決的課題
[0008]然而，對于專利文獻I所記載的馬達，需要以由多個線圈圍繞轉子的方式調整配置關系進行組裝，因此在欲進一步小型化的情況下，有可能使制造變得困難。此外，對于專利文獻2所記載的馬達，需要對轉子自身施加電流，因此需要有在確保轉子的旋轉性的狀態下與電極結合的特別構造。因此，本技術領域中，需求一種簡單構造的馬達以及用于該馬達等的構件。
【發明內容】
[0009]本發明的一技術方案的自旋旋轉構件具備:基板；自旋注入件，其設于基板上，且由在基板面內方向被磁化的強磁性體構成；圓板狀的自旋轉子，其以與自旋注入件分離的方式設于基板上，且由磁矩能夠在基板面內方向旋轉的強磁性體構成；通道部，其配置在自旋注入件與自旋轉子之間，且由直接或經由絕緣層與自旋注入件及自旋轉子接合的非磁性體構成；以及自旋旋轉控制部，其控制通道部的自旋的旋轉方向。
[0010]通過如此構成，例如當向由強磁性體構成的自旋注入件以及由非磁性體構成的通道部施加電流或電壓時，在通道部產生朝向由強磁性體構成的自旋轉子的自旋流。流動于通道部的自旋作為自旋轉換力矩(Spin-Transfer Torque)作用于自旋轉子的磁矩。此時，能夠利用自旋旋轉控制部來控制流動于通道部的自旋的朝向，因此能夠使自旋轉子的磁矩旋轉。因此，能夠以簡單的構造實現自旋旋轉構件。此外，通過使用該自旋旋轉構件，例如能夠構成簡單構造的馬達。
[0011]一實施方式中，自旋旋轉控制部可直接或經由絕緣層與通道部接合，也可朝通道部施加電壓。此外，自旋旋轉控制部也可朝向通道部照射圓偏光。另外，自旋旋轉控制部也可變更朝向自旋注入件施加的電壓值。通過如此構成，可適宜地控制流動于通道部的自旋流。
[0012]一實施方式中，通道部也可由半導體材料形成。通過如此構成，通過向通道部照射圓偏光，可控制自旋的朝向。此外，能夠進行經由自旋軌道相互作用的自旋控制。
[0013]一實施方式中，通道部也可具有二維電子氣體層。通過如此構成，利用二維電子氣體層供給自旋，因此能夠高效地進行通道部中的自旋的角運動量的傳輸。
[0014]一實施方式中，通道部也可以是以軸線方向朝向面內方向的方式配置的線型構件，自旋轉子也可使該自旋轉子的直徑小于通道部的所述線寬。通過如此構成，能夠高效地進行相對于自旋轉子的自旋的角運動量的傳輸。
[0015]本發明的另一技術方案的自旋馬達具備:基板；自旋注入件，其設于基板上，且由在基板面內方向被磁化的強磁性體構成；自旋轉子，其以與自旋注入件分離的方式設于基板上，且由磁矩能夠在基板面內方向旋轉的強磁性體構成；通道部，其配置在自旋注入件與自旋轉子之間，且由直接或經由絕緣層與自旋注入件及自旋轉子接合的非磁性體構成；自旋旋轉控制部，其控制通道部的自旋的旋轉方向；以及馬達轉子，其與自旋轉子分離且對置配置，并由追隨自旋轉子的磁矩進行旋轉的強磁性體構成。
[0016]通過如此構成，當自旋轉子的磁矩旋轉時，可使由與自旋轉子對置配置的強磁性體構成的馬達轉子追隨自旋轉子的磁矩的旋轉而進行旋轉。因此，能夠利用使自旋轉子與馬達轉子對置配置這樣的簡單構造，實現自旋馬達。
[0017]一實施方式中，也可以為自旋轉子呈圓板狀，馬達轉子以旋轉軸與基板正交的方式配置。在自旋轉子為圓板狀的情況下，可使基板面內方向的自旋轉子的磁性異向性均等，因此能夠容易地進行自旋轉子的磁矩在基板面內方向上的旋轉的控制。
[0018]一實施方式中，也可以使通道部形成于基板上，自旋注入件及所述自旋轉子形成于通道部上，馬達轉子分離配置于自旋轉子的上方。通過如此構成，容易地制作自旋馬達。
[0019]發明效果
[0020]如上所述，根據本發明的各種方案及實施方式，可提供簡單構造的馬達及應用于該馬達等的構件。
【附圖說明】
[0021]圖1是一實施方式的自旋旋轉構件的立體圖。
[0022]圖2是沿著圖1中的I1-1I線的剖視圖。
[0023]圖3是表示一實施方式的自旋馬達的立體圖。
[0024]圖4是說明一實施方式的自旋旋轉構件的動作原理的概要圖。
【具體實施方式】
[0025]以下，參照附圖對本發明的實施方式進行具體說明。需要說明的是，在附圖的說明中，對相同的要素標注相同的附圖標記，并省略重復說明。此外，附圖的尺寸比率不一定與說明內容的尺寸一致。
[0026]本實施方式的自旋馬達是應用了所謂的自旋閥構造的自旋馬達，例如，其適宜用作納米級的自旋馬達。圖1是應用于一實施方式的自旋馬達的自旋旋轉構件的立體圖。圖2是沿著圖1的I1-1I線的剖視圖。
[0027]如圖1所示，自旋旋轉構件10例如具備通道部12、自旋注入件14、自旋旋轉控制部15及自旋轉子16。在此，形成有面內自旋閥構造，其是通過將由強磁性體構成的自旋注入件14及由強磁性體構成的自旋轉子16借助由非磁性體構成的通道部12橋接而成的。自旋注入件14及自旋轉子16可由例如Fe、NiFe等形成。通道部12可由例如Si或砷化鎵(GaAs)等半導體材料、或Ag、Cu等非磁性金屬形成。以下，對通道部12由半導體材料形成的情況進行說明。
[0028]如圖1、圖2所示，通道部12配置在基板24上。例如，使用半導體基板作為基板24。通道部12為線型構件，且以其軸線方向朝向面內方向的方式配置。通道部12是例如通過將積層于基板24上的半導體層20加工成臺面狀而形成的。通道部12的線寬為例如10 μm以下。此外，通道部12的線寬也可為例如0.05 μm以上。需要說明的是，在基板24與半導體層20之間形成有二維電子氣體層22的情況下，也可通過將二維電子氣體層22及半導體層20加工成臺面狀而形成通道部12。例如，在使用GaAs基板作為基板24，且將電子摻雜于基板24而形成半導體層20的情況下，在半導體層20與基板24之間形成有二維電子氣體層22。
[0029]自旋注入件14設于基板24上。自旋注入件14是線型構件，且以其軸線方向朝向面內方向的方式配置，并朝向面內方向被磁化。需要說明的是，在此，自旋注入件14配置在通道部12上。自旋注入件14以與通道部12交叉的方式配置。因此，自旋注入件14及通道部12彼此接觸(直接接合)。自旋注入件14及通道部12相交叉的區域成為自旋注入區域(自旋注入位置)。自旋注入件14的線寬為例如10 μπι以下。此外，自旋注入件14的線寬也可為例如0.05μπι以上。
[0030]自旋轉子16以與自旋注入件14分離的方式設置于基板24上。自旋轉子是圓板構件，且形成為磁矩朝向基板面內方向。需要說明的是，圓板構件是指其水平截面不具有銳角部的形狀的構件。圓板構件例如也可為直徑小的圓板形狀(點狀)的構件或圓錐狀構件。此外，圓板構件例如不只是其水平截面為圓形的板狀構件，還包括水平截面為橢圓形的構件、水平截面為多邊形且角的角度例如接近180度的角度非常大的多邊形的構件。在此，自旋轉子16配置在通道部12上。自旋轉子16與通道部12接觸(直接接合)。在此，自旋轉子16的直徑形成為比通道部12的線寬小。自旋轉子16的直徑為例如10 μπι以下。此夕卜，自旋轉子16的直徑也可為例如0.05 μ m以上。
[0031]如此，形成在自旋注入件14與自旋轉子16之間配置有通道部12的面內自旋閥構造。在自旋注入件14的一端部形成有電流或電壓施加用的端子部14a，在通道部12的一端部(兩端部中的靠近自旋注入件14的端部)形成有施加電流或電壓用的端子部12a。
[0032]自旋旋轉控制部15例如具備電壓控制部及電壓施加用端子。自旋旋轉控制部15連接于通道部12。例如，自旋旋轉控制部15與通道部12上的區域、即位于自旋注入件14與自旋轉子16之間的區域直接接合。為了控制通道部12的自旋的旋轉方向，自旋旋轉控制部15構成為能夠朝向通道部12施加電場或磁場。自旋旋轉控制部15例如呈大致長方體，且與通道部12的長度方向正交的方向的寬度為例如ΙΟμπι以下。此外，與通道部12的長度方向正交的方向的寬度也可為例如0.01 μπι以上。需要說明的是，在此，自旋轉子16形成為與通道部12的長度方向正交的方向上的寬度為通道部12的線寬以下。
[0033]圖3是表示一實施方式的自旋馬達的立體圖。如圖3所示，自旋馬達40具備自旋旋轉構件10及馬達轉子30。馬達轉子30由強磁性體材料形成，且在自旋轉子16的上方與自旋轉子分離且對置配置。馬達轉子30只要配置在傳遞有自旋轉子16的漏磁磁場的范圍內即可，其配置在距自旋轉子16例如數十nm以下的范圍內。也就是說，馬達轉子30配置于可追隨自旋轉子16的磁矩進行旋轉的位置。馬達轉子30例如呈大致圓板狀，且以其旋轉軸與基板24正交的方式配置。需要說明的是，馬達轉子30的形狀不限于大致圓板狀，例如也可以為桿狀構件等。在馬達轉子30上連接有用于傳遞馬達轉子30的旋轉運動的桿狀構件等。馬達轉子30的直徑為例如10 μπι以下。此外馬達轉子30之直徑也可為例如0.1 μπι以上。
[0034]具有上述結構的自旋旋轉構件10及馬達轉子30通過以下方式進行動作。圖4是用于說明一實施方式的自旋馬達40的動作原理的概略圖。首先，在自旋注入件14的端子部14a與通道部12的端子部12a之間施加電流。由此，如圖4所示，與自旋注入件14的磁化方向成為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的兩端部擴散。此時，與擴散的自旋反平行的自旋從自旋轉子16側流向自旋注入件14側。因此，未伴有電荷的自旋流從自旋注入件14側朝向自旋轉子16側產生。流動于通道部12的自旋借助自旋軌道相互作用進行進動