技術領域

本發明有關一種自旋閥元件。

背景技術

以往，在自旋電子學(spin?electronics)的領域，使用利用電子的自旋狀態的自旋閥元件(例如，參照專利文獻1)。該自旋閥元件具備由強磁性體構成的自旋注入元件及自旋檢測元件、和橋接了自旋注入元件及自旋檢測元件的由非磁性體所構成的通道部，通過所謂非局部的手法在自旋注入元件與自旋檢測元件之間的通道部產生不伴有電荷流動的自旋流，檢測在自旋檢測元件與通道部的界面產生的自旋蓄積電壓。此外，已知在自旋閥元件中，自旋流即電子的角動量的流與和自旋注入元件相隔的距離及自旋的擴散長度相依存地呈指數函數地衰減(例如，參照專利文獻2)。

先行技術文獻

專利文獻

專利文獻1：JP特開2012-151307號公報

專利文獻2：JP特開2009-158554號公報

發明內容

[發明要解決的課題]

在設計自旋閥元件之際，有必要考慮上述自旋流的衰減以設定自旋注入元件和自旋檢測元件之間的長度。即，因為有自旋注入元件和自旋檢測元件之間的長度必須是可檢測衰減后的自旋流的長度這樣的一定的限制，所以自旋注入元件及自旋檢測元件的配置自由度有限制且被要求可滿足上述限制的加工技術。因此，本技術領域中可抑制自旋流的衰減的自旋閥元件是被企盼的。

[解決課題的手段]

本發明的一態樣的自旋閥元件，具有：由強磁性體構成的自旋注入元件；由強磁性體構成的自旋檢測元件；及由非磁性體構成的通道部，自旋檢測元件配置在與自旋注入元件分離的位置，通道部直接或經由絕緣層連接于自旋注入元件及自旋檢測元件，在通道部形成有在與自旋流正交的方向的剖面積被擴大的自旋擴散部。

通過此構成，當電流或電壓施加于由強磁性體構成的自旋注入元件和由非磁性體構成的通道部時，在通道部會產生朝向自旋檢測元件的自旋流。由于在通道部的一部分形成有在與自旋流正交的方向的剖面積被擴大的自旋擴散部，所以自旋擴散部使得在通道部產生的自旋流朝與自旋流正交的方向擴散。如此，由于可通過自旋擴散部的形狀控制自旋流的擴散，所以例如可將自旋擴散部的形狀作成使從自旋注入元件朝向自旋檢測元件的自旋流比從自旋檢測元件朝向自旋注入元件的自旋流還容易流動的形狀。即，通過控制自旋擴散部的形狀，可抑制自旋流在所期望方向衰減。由于自旋流的衰減受抑制，故可將自旋注入元件和自旋檢測元件之間擴大，提升設計的自由度。

在一實施方式中，自旋擴散部可形成為，使得從自旋注入元件朝向自旋檢測元件的第1方向的路徑的自旋阻力比起從自旋檢測元件朝向自旋注入元件的第2方向的路徑的自旋阻力還小。

通過此構成，第1方向的路徑的自旋阻力比第2方向的路徑的自旋阻力還低。因此，朝第1方向流入通道部的自旋流的擴散和朝第2方向流入通道部的自旋流的擴散會產生差異，故可抑制例如第1方向的自旋流的衰減。

在一實施方式中，可為自旋擴散部具有剖面積最大的前端部，從自旋注入元件側朝向前端部的情況與從前端部朝向自旋檢測元件側的情況相比，自旋擴散部在與自旋流正交的方向的剖面積的變化率較大。

通過此構成，從自旋注入元件側流到擴散部的剖面積最大的前端部的自旋流的擴散程度和從前端部朝自旋檢測元件側流動的自旋流的擴散程度是不相同，能使從自旋注入元件朝向自旋檢測元件的自旋流容易流動。因此可抑制自旋流的衰減。

在一實施方式中，自旋注入元件、自旋檢測元件及通道部形成于基板上，自旋注入元件及自旋檢測元件可在與基板的主面平行的方向相互分離配置。如此，在所謂面內自旋閥構造中可抑制自旋流的衰減。

在一實施方式中，由基板的上表面觀之，自旋擴散部也可為，以通過所述剖面積最大的前端部且在與自旋流正交的方向延伸的線為基準形成為非對稱。如此，因以通過前端部的線為基準將自旋擴散部設為非對稱，所以從自旋注入元件朝向自旋檢測元件流動的自旋流的擴散程度與從自旋檢測元件朝向自旋注入元件流動的自旋流的擴散程度是不相同，例如可使從自旋注入元件朝向自旋檢測元件的自旋流容易流動，故可抑制自旋流的衰減。

在一實施方式中，由基板的上表面觀之，自旋擴散部也可為，以通道部的軸線為基準形成為對稱。自旋流沿著通道部的軸線方向產生。通過上述構成，由于自旋流的傳遞以軸線方向為基準成為對稱，故可使朝向軸線方向的自旋流容易流動。

在一實施方式中，在通道部也可形成多個自旋擴散部。通過此構成，可更有效率地擴散自旋。

在一實施方式中，也可使用非局部的手法檢測電壓。通過此構成，可控制不伴有電荷的流動的自旋極化電子的易流動性。