自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件及磁存储器
阅读：927发布：2020-05-12
专利汇可以提供自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件及磁存储器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其具备沿第一方向延伸的自旋轨道转矩配线和层叠于所述自旋轨道转矩配线的一面的第一 铁 磁性 层，所述自旋轨道转矩配线从所述第一 铁磁性 层侧起具有第一配线和第二配线，所述第一配线及所述第二配线均为金属，所述第一配线与所述第二配线相比，至少在-40℃～100℃的 温度 区域中的 电阻 率 的温度依存性大。，下面是自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件及磁存储器专利的具体信息内容。
1.一种自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其中，
具备：
沿第一方向延伸的自旋轨道转矩配线、和
层叠于所述自旋轨道转矩配线的一面的第一铁磁性层，
所述自旋轨道转矩配线从所述第一铁磁性层侧起具有第一配线和第二配线，所述第一配线及所述第二配线均为金属，所述第一配线与所述第二配线相比，至少在-
40℃～100℃的温度区域中的电阻率的温度依存性大。
2.一种自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其中，
具备：
沿第一方向延伸的自旋轨道转矩配线、和
层叠于所述自旋轨道转矩配线的一面的第一铁磁性层，
所述自旋轨道转矩配线从所述第一铁磁性层侧起具有第一配线和第二配线，所述第一配线为金属，所述第二配线为半导体。
3.一种自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其中，
具备：
沿第一方向延伸的自旋轨道转矩配线、和
层叠于所述自旋轨道转矩配线的一面的第一铁磁性层，
所述自旋轨道转矩配线从所述第一铁磁性层侧起具有第一配线和第二配线，所述第一配线为金属，所述第二配线为拓扑绝缘体。
4.一种自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其中，
具备：
沿第一方向延伸的自旋轨道转矩配线、和
层叠于所述自旋轨道转矩配线的一面的第一铁磁性层，
所述自旋轨道转矩配线从所述第一铁磁性层侧起具有第一配线和第二配线，所述第一配线为半导体，所述第二配线为拓扑绝缘体。
5.根据权利要求1所述的自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其中，
所述第二配线含有选自铬镍合金、康铜、镍铬耐热合金、铂铑合金、锰铜、铝镍合金中的一种以上的合金。
6.根据权利要求1所述的自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其中，
所述第一配线含有选自钨、铋、铷、钽、钼、铑、锡中的任一种以上的元素，所述第二配线含有选自铱、铂、钯中的任一种以上的元素。
7.根据权利要求1～3、5、6中任一项所述的自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其中，所述第一配线含有最外壳具有d电子或f电子的原子序号为39以上的原子序号大的非磁性金属。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其中，所述第一配线的厚度为构成所述第一配线的元素的自旋扩散长度以下。
9.一种自旋轨道转矩型磁阻效应元件，其中，
具备：
权利要求1～8中任一项所述的自旋轨道转矩型磁化旋转元件、
与所述第一铁磁性层相对的第二铁磁性层、和
位于所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层之间的非磁性层。
10.一种磁存储器，其具备多个权利要求9所述的自旋轨道转矩型磁阻效应元件。
自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元
件及磁存储器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件及磁存储器。
[0002] 本申请基于2018年2月19日在日本申请的特愿2018-027130号主张优先权，并在此援引其内容。
背景技术
[0003] 作为磁阻效应元件已知有由铁磁性层和非磁性层的多层膜构成的巨磁阻(GMR)元件及非磁性层中使用绝缘层(隧道势垒层、势垒层)的隧道磁阻(TMR)元件。一般而言，TMR元件与GMR元件相比元件电阻高，磁阻(MR)比大。因此，TMR元件作为磁传感器、高频零件、磁头及非易失性随机存储器(MRAM)用的元件受到关注。
[0004] 近年来，利用了通过自旋轨道相互作用产生的纯自旋流的磁化反转备受关注(例如，非专利文献1)。通过自旋轨道相互作用产生的纯自旋流或异种材料的界面中的Rashba效应诱导SOT。用于在磁阻效应元件内诱导SOT的电流沿与磁阻效应元件的层叠方向交叉的方向流动。即，无需使电流沿磁阻效应元件的层叠方向流动，而期望磁阻效应元件的长寿命化。
[0005] 现有技术文献
[0006] 非专利文献
[0007] 非专利文献1：S.Fukami，T.Anekawa，C.Zhang和H.Ohno，Nature Nano Tec(2016)，DOI：10.1038/NNANO.2016.29。
发明内容
[0008] 发明所要解决的技术问题
[0009] 利用了磁阻效应的元件被用于各种用途，寻求在宽的温度区域中的运行保证。在利用了SOT的自旋轨道转矩型磁化旋转元件中，铁磁性体的磁各向异性能量的大小或配线的电阻率等根据温度而改变特性。因此，寻求即使使用温度区域发生变化，也能稳定地运行的自旋轨道转矩型磁化旋转元件。
[0010] 本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种温度依存性小的自旋轨道转矩型磁化旋转元件、自旋轨道转矩型磁阻效应元件及磁存储器。
[0011] 用于解决问题的技术方案
[0012] 本发明者们深入研究的结果发现，通过将自旋轨道转矩配线做成第一配线和第二配线的层叠结构，并使流过第一配线和第二配线的电流的分配比例按温度区域变化，从而能够降低自旋轨道转矩型磁化旋转元件的温度依存性。
[0013] 本发明为了解决上述技术问题，提供以下方案。
[0014] (1)第一实施方式提供一种自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其具备沿第一方向延伸的自旋轨道转矩配线和层叠于所述自旋轨道转矩配线的一面的第一铁磁性层，所述自旋轨道转矩配线从所述第一铁磁性层侧起具有第一配线和第二配线，所述第一配线及所述第二配线均为金属，所述第一配线与所述第二配线相比，至少在-40℃～100℃的温度区域中的电阻率的温度依存性大。
[0015] (2)第二实施方式提供一种自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其具备沿第一方向延伸的自旋轨道转矩配线和层叠于所述自旋轨道转矩配线的一面的第一铁磁性层，所述自旋轨道转矩配线从所述第一铁磁性层侧起具有第一配线和第二配线，所述第一配线为金属，所述第二配线为半导体。
[0016] (3)第三实施方式提供一种自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其具备沿第一方向延伸的自旋轨道转矩配线和层叠于所述自旋轨道转矩配线的一面的第一铁磁性层，所述自旋轨道转矩配线从所述第一铁磁性层侧起具有第一配线和第二配线，所述第一配线为金属，所述第二配线为拓扑绝缘体。
[0017] (4)第四实施方式提供一种自旋轨道转矩型磁化旋转元件，其具备沿第一方向延伸的自旋轨道转矩配线和层叠于所述自旋轨道转矩配线的一面的第一铁磁性层，所述自旋轨道转矩配线从所述第一铁磁性层侧起具有第一配线和第二配线，所述第一配线为半导体，所述第二配线为拓扑绝缘体。
[0019] (6)在上述实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件中，也可以是，所述第一配线含有选自钨、铋、铷、钽、钼、铑、锡中的任一种以上的元素，所述第二配线含有选自铱、铂、钯中的任一种以上的元素。
[0021] (8)在上述实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件中，也可以是，所述第一配线的厚度为构成所述第一配线的元素的自旋扩散长度以下。
[0022] (9)第五实施方式提供一种自旋轨道转矩型磁阻效应元件，其具备：上述实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件、与所述第一铁磁性层对置的第二铁磁性层、位于所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层之间的非磁性层。
[0023] (10)第六实施方式提供一种磁存储器，其具备多个上述实施方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件。
[0024] 发明效果
[0026] 图1是第一实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件的截面示意图。
[0027] 图2A是示意性地表示第一实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件的第一配线及第二配线的电阻率的温度依存性的一例的图。
[0028] 图2B是示意性地表示第一实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件的第一配线及第二配线的电阻率的温度依存性的一例的图。
[0029] 图2C是示意性地表示第一实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件的第一配线及第二配线的电阻率的温度依存性的一例的图。
[0030] 图3是第二实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件的截面示意图。
[0031] 图4A是示意性地表示第二实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件的第一配线及第二配线的电阻率的温度依存性的一例的图。
[0032] 图4B是示意性地表示第二实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件的第一配线及第二配线的电阻率的温度依存性的一例的图。
[0033] 图4C是示意性地表示第二实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件的第一配线及第二配线的电阻率的温度依存性的一例的图。
[0034] 图5是第三实施方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件的截面示意图。
[0035] 图6是示意性地表示第四实施方式的磁存储器的图。
[0036] 符号说明
[0037] 10……第一铁磁性层
[0038] 20、25……自旋轨道转矩配线
[0039] 21、26……第一配线
[0040] 22、27……第二配线
[0041] 100、101……自旋轨道转矩型磁化旋转元件
[0042] 110……非磁性层
[0043] 120……第二铁磁性层
[0044] 130……功能部
[0045] 200……自旋轨道转矩型磁阻效应元件
[0046] 300……磁存储器
[0047] M10、M120……磁化
具体实施方式
[0048] 以下，适宜参照附图详细说明本实施方式。有时为了便于理解，在以下说明中所使用的附图中会将成为特征的部分放大表示，有时各结构要素的尺寸比例等与实际不同。以下说明中举出的材料和尺寸等是一例，本发明不受这些限制，能够在起到本发明的效果的范围内进行适宜变更而实施。
[0049] “第一实施方式”
[0050] (自旋轨道转矩型磁化旋转元件)
[0051] 图1是示意性地表示第一实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件的截面图。图1所示的自旋轨道转矩型磁化旋转元件100具备第一铁磁性层10和自旋轨道转矩配线20。
[0052] 以下，规定自旋轨道转矩配线20延伸的第一方向为x方向，自旋轨道转矩配线20所在面内与第一方向正交的方向为y方向，与x方向及y方向均正交的方向为z方向而进行说明。图1中，z方向与第一铁磁性层10的层叠方向及自旋轨道转矩配线20的厚度方向一致。
[0053] <第一铁磁性层>
[0054] 第一铁磁性层10通过其磁化M10的方向变化而发挥功能。图1所示的第一铁磁性层10的易磁化轴为z方向，第一铁磁性层10为磁化M10沿z方向取向的垂直磁化膜。第一铁磁性层10也可以为磁化M10沿xy平面的面内方向取向的面内磁化膜。
[0055] 第一铁磁性层10能够应用铁磁性材料，特别是软磁性材料。例如，能够使用选自Cr、Mn、Co、Fe及Ni中的金属、含有这些金属中的一种以上的合金、含有这些金属和B、C、及N的至少一种以上元素的合金等。具体而言，能够举出：Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe。
[0056] 另外，第一铁磁性层10也可以使用Co2FeSi等惠斯勒合金(whistler alloy)。惠斯勒合金含有具有XYZ或X2YZ的化学组成的金属间化合物，X为周期表上Co、Fe、Ni、或者Cu族的过渡金属元素或贵金属元素，Y为Mn、V、Cr或者Ti族的过渡金属或X的元素种，Z为III族～V族的典型元素。例如，可举出：Co2FeSi、Co2FeGe、Co2FeGa、Co2MnSi、Co2Mn1-aFeaAlbSi1-b、Co2FeGe1-cGac等。惠斯勒合金具有高的自旋极化率。
[0057] <自旋轨道转矩配线>
[0058] 自旋轨道转矩配线20沿x方向延伸。自旋轨道转矩配线20具备第一配线21和第二配线22。
[0059] 自旋轨道转矩配线20在电流流动时，通过自旋霍尔效应而产生自旋流。自旋霍尔效应是指在电流流过配线的情况下基于自旋轨道相互作用，沿与电流的方向正交的方向诱导自旋流的现象。对通过自旋霍尔效应产生自旋流的机理进行说明。
[0060] 如图1所示，当在自旋轨道转矩配线20的x方向的两端施加电位差时，电流I沿着x方向流动。当电流I流动时，沿y方向取向的第一自旋S1和沿-y方向取向的第二自旋S2分别在与电流正交的方向上弯曲。通常的霍尔效应和自旋霍尔效应在运动(移动)电荷(电子)能够弯曲运动(移动)方向这一点上是共通的，但通常的霍尔效应在磁场中运动的荷电粒子受到洛伦兹力而弯曲运动方向，与之相对，在自旋霍尔效应中不存在磁场而只要电子发生移动(只要电流流动)即可弯曲移动方向这一点上有很大区别。
[0061] 在非磁性体(非铁磁性体的材料)中，第一自旋S1的电子数和第二自旋S2的电子数相等，因此，图中，朝向上方的第一自旋S1的电子数和朝向下方的第二自旋S2的电子数相等。因此，作为净电荷流的电流为零。未伴随该电流的自旋流特别地称为纯自旋流。
[0062] 此处，如果将第一自旋S1的电子的流动表示为J↑、第二自旋S2的电子的流动表示为J↓、自旋流表示为JS，则定义为JS＝J↑-J↓。在图1中，JS作为纯自旋流沿图中的z方向流动。此处，JS是极化率为100％的电子的流动。当使第一铁磁性层10接触自旋轨道转矩配线20的上表面时，纯自旋流扩散流入第一铁磁性层10。即，自旋被注入第一铁磁性层10。
[0063] 自旋轨道转矩配线20至少具备第一配线21和第二配线22。自旋轨道转矩配线20也可以层叠有三层以上的配线。
[0064] 第一配线21是自旋轨道转矩配线20内最靠第一铁磁性层10侧的配线，第二配线22是比第一配线21更靠远离第一铁磁性层10的位置侧的配线。
[0065] 第一实施方式的第一配线21及第二配线22均由金属构成。此处“金属”不限于单体金属，也可以是合金。另外，“由金属构成”是指，如果第一配线21及第二配线22相对于温度变化表现金属行为，则允许含有杂质等其它物质。金属行为意味着随着温度升高而电阻值增大的行为。
[0066] 第一配线21与第二配线22相比，至少在-40℃～100℃的温度区域内的电阻率的温度依存性大。此处“电阻率的温度依存性”对应于-40℃下的配线的电阻值与100℃下的配线的电阻值之差。即，第一配线21的-40℃下的电阻值与100℃下的电阻值之差大于第二配线22的-40℃下的电阻值与100℃下的电阻值之差。
[0067] 图2A～图2C是示意性地表示第一配线21及第二配线22的电阻率的温度依存性的图。如果第一配线21的电阻值R21和第二配线22的电阻值R22满足上述的温度依存性的关系属性，则也可以是图2A～图2C(c)的任一种关系。图2A是第一配线21的电阻值R21和第二配线22的电阻值R22以任一温度为交点进行反转的情况的图。图2B是-40℃～100℃的温度区域内第一配线21的电阻值R21大于第二配线22的电阻值R22的情况的图。图2C是-40℃～100℃的温度区域内第一配线21的电阻值R21小于第二配线22的电阻值R22的情况的图。
[0068] 优选第一配线21的主结构是非磁性重金属。此处，重金属是指具有钇以上的比重的金属。优选非磁性重金属是最外壳具有d电子或f电子的原子序号为39以上的原子序号大的非磁性金属。这些非磁性金属产生自旋霍尔效应的自旋轨道相互作用大。
[0069] 一般而言，电子与其自旋的方向无关，沿与电流相反的方向移动。与此相对，最外壳具有d电子或f电子的原子序号大的非磁性金属的自旋轨道相互作用大，自旋霍尔效应强地发挥作用。因此，电子的移动方向依存于电子的自旋的方向。因此，在这些非磁性重金属中容易产生自旋流JS。
[0070] 优选第二配线22含有选自镍铬合金、康铜、镍铬耐热合金、铂铑合金、锰铜、铝镍合金中的一种以上的合金。这些合金温度依存性小，电阻值随温度的变化小。
[0071] 另外，优选各配线作为第一配线21和第二配线22的组合含有以下元素。优选第一配线21含有选自钨、铋、铷、钽、钼、铑、锡中的任一种以上的元素，优选第二配线含有选自铱、铂、钯中的任一种以上的元素。
[0072] 第二配线22也产生自旋霍尔效应，因此优选含有非磁性重金属。第一配线21及第二配线22均含重金属，并且满足上述组合，由此，第一配线21和第二配线22能够满足规定的温度依存性的关系，且能够产生大的自旋轨道相互作用。
[0073] 优选第一配线21的厚度为构成第一配线21的元素的自旋扩散长度以下。第一配线21的厚度足够薄，由此，第二配线22上产生的自旋能够到达第一铁磁性层10。
[0074] 第一配线21的厚度优选为第二配线22的厚度的0.25倍以上且2.0以下，更优选为第二配线22的厚度的0.5倍以上且1.0倍以下。
[0075] 如果第一配线21和第二配线22的厚度满足上述关系，则第一配线21和第二配线22的电阻率之差不会变大。另外，能够降低流过自旋轨道转矩配线20的电流，并能够缩小自旋轨道转矩型磁化旋转元件的设置面积或晶体管的大小。
[0076] 另外，自旋轨道转矩配线20也可以含有磁性金属。磁性金属是指铁磁性金属或者反铁磁性金属。如果非磁性金属含有微量的磁性金属则成为自旋的散射因子。当自旋散射时自旋轨道相互作用增强，自旋流相对于电流的产生效率提高。
[0077] 另一方面，如果磁性金属的添加量过度增大，则产生的自旋流会被添加的磁性金属所散射，结果是有时自旋流降低的作用增强。因此，优选所添加的磁性金属的摩尔比与构成自旋轨道转矩配线的元素的总摩尔比相比足够小。优选所添加的磁性金属的摩尔比为整体的3％以下。
[0078] 自旋轨道转矩配线20也可以含有拓扑绝缘体。拓扑绝缘体是物质内部为绝缘体或者高电阻体，但其表面呈自旋极化后的金属状态的物质。该物质上通过自旋轨道相互作用产生内部磁场。即使此处没有外部磁场，通过自旋轨道相互作用的效果发现新的拓扑相。其为拓扑绝缘体，能够通过强的自旋轨道相互作用和边缘上的反转对称性的破坏而高效率地产生纯自旋流。
[0079] 优选例如SnTe、Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3、TlBiSe2、Bi2Te3、Bi1-xSbx、(Bi1-xSbx)2Te3等作为拓扑绝缘体。这些拓扑绝缘体能够高效率地产生自旋流。
[0080] (自旋轨道转矩型磁化旋转元件的功能)
[0081] 低温下的第一铁磁性层10的磁各向异性能量大于高温下的第一铁磁性层10的磁各向异性能量。即，第一铁磁性层10的磁化M10难以在低温下旋转，第一铁磁性层10的磁化M10容易在高温下旋转。为了使第一铁磁性层10的磁化M10旋转，低温情况下与高温情况下相比需要从自旋轨道转矩配线20注入更多的自旋。
[0082] 如图2A～图2C所示，低温(例如-40℃)下的第一配线21及第二配线22的电阻值R21、R22低于基准温度(例如室温)下的第一配线21及第二配线22的电阻值R21、R22。因此，在连接于规定的电压源的情况下，低温下与基准温度下相比，流过自旋轨道转矩配线20的电流量大。当流过自旋轨道转矩配线20的电流I的电流密度增大时，大量自旋被注入第一铁磁性层10。
[0083] 另外，第一配线21与第二配线22相比，至少在-40℃～100℃的温度区域内的电阻率的温度依存性大。流过自旋轨道转矩配线20的电流I视为示意性地分流于第一配线21和第二配线22。越是在低温下，分流于第一配线21的电流量越增加。
[0084] 第一配线21位于比第二配线22更靠第一铁磁性层10侧。当分流于靠近第一铁磁性层10侧的第一配线21的电流量增加时，更多的自旋高效地注入第一铁磁性层10。
[0085] 与此相对，高温(例如100℃)下的第一配线21及第二配线22的电阻值R21、R22高于基准温度(例如室温)下的第一配线21及第二配线22的电阻值R21、R22。因此，在连接于规定的电压源的情况下，在高温下与基准温度下相比，流过自旋轨道转矩配线20的电流量减少。流过自旋轨道转矩配线20的电流量减少，注入第一铁磁性层10的自旋量减少。第一铁磁性层10的磁化稳定性在高温下降低，因此，即使注入的自旋量减少，第一铁磁性层10的磁化M10也旋转。
[0086] 另外，第二配线22的电阻值R22不易受温度变化的影响。随着在高温下分流于第二配线22的电流量增加，分流于第一配线21的电流量相对减少。通过分流于靠近第一铁磁性层10侧的第一配线21的电流量减少，注入第一铁磁性层10的自旋量减少。
[0087] 自旋轨道转矩配线20中，分流于第一配线21的电流量和分流于第二配线22的电流量之比根据温度而自动变化。即使在将规定的电压施加于自旋轨道转矩配线20的情况下，注入第一铁磁性层10的自旋量也根据第一铁磁性层10的磁化M10的稳定性而变化。
[0088] 如上所述，本实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件100中，注入第一铁磁性层10的自旋量根据温度而变化。第一铁磁性层10的磁化M10的稳定性高的低温下注入的自旋量增加，且第一铁磁性层10的磁化M10的稳定性低的高温下注入的自旋量降低。即使在将自旋轨道转矩配线20连接于施加规定的电压的电压源的情况下，也能够根据第一铁磁性层10的磁化M10的稳定性保障自动运行。即，本实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件100可以在宽的温度区域中使用。
[0089] 本实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件100中，不需要测量使用温度的温度计或控制施加的电压的控制部等。即，本实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件100可以小型化。
[0090] “第二实施方式”
[0091] 图3是第二实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件101的截面示意图。图3所示的自旋轨道转矩型磁化旋转元件101具备第一铁磁性层10和自旋轨道转矩配线25。自旋轨道转矩配线25具备第一配线26和第二配线27。图3所示的自旋轨道转矩型磁化旋转元件101在构成第二配线27的材料为半导体这一点上与图1所示的自旋轨道转矩型磁化旋转元件100不同。省略与图1所示的自旋轨道转矩型磁化旋转元件100相同的结构的说明。
[0092] 第一配线26为金属，第二配线27为半导体。此处“为金属”是指相对于温度表现金属行为，“为半导体”是指相对于温度表现半导体行为。半导体行为是指随着温度升高电阻值减小的行为。第一配线26和第二配线27相对于温度变化的电阻值的行为不同，因此，与电阻值的温度依存性无关。
[0093] 图4A～图4C是示意性地表示第一配线26及第二配线27的电阻率的温度依存性的图。第一配线26的电阻值R26和第二配线27的电阻值R27也可以是图4A～图4C中的任一种关系。图4A是在第一配线26的电阻值R26和第二配线27的电阻值R27以任一温度为交点而反转的情况下的图。图4B是在-40℃～100℃的温度区域内第一配线26的电阻值R26大于第二配线27的电阻值R27的情况下的图。图4C是在-40℃～100℃的温度区域内第一配线26的电阻值R26小于第二配线27的电阻值R27的情况下的图。作为半导体的第二配线27与作为金属的第一配线26相比通常电阻值高，因此，多会成为图4C的关系。
[0094] 如图4A～图4C所示，随着从低温(例如-40℃)向高温(例如100℃)，第一配线26的电阻值增加。另一方面，随着从低温(例如-40℃)向高温(例如100℃)，第二配线27的电阻值减小。因此，越是在低温下，分流于第一配线26的电流量越增加，越是在高温下，分流于第二配线27的电流量越增加。
[0095] 自旋轨道转矩配线25中，分流于第一配线26的电流量和分流于第二配线27的电流量之比根据温度而自动变化。即使在将规定的电压施加于自旋轨道转矩配线25的情况下，注入第一铁磁性层10的自旋量也根据第一铁磁性层10的磁化M10的稳定性而变化。
[0096] 如上所述，本实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件101中，注入第一铁磁性层10的自旋量根据温度而变化。第一铁磁性层10的磁化M10的稳定性高的低温下注入的自旋量增加，第一铁磁性层10的磁化M10的稳定性低的高温下注入的自旋量降低。即使在将自旋轨道转矩配线25连接于施加规定的电压的电压源的情况下，也能够根据第一铁磁性层10的磁化M10的稳定性保障自动运行。即，本实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件101可以在宽的温度区域使用。
[0097] 本实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件101不需要测量使用温度的温度计或控制施加的电压的控制部等。即，本实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件101可以小型化。
[0098] 第一实施方式及第二实施方式的自旋流磁化旋转元件能够像后述那样适用于磁阻效应元件。但是，用途不限于磁阻效应元件，也能够适用于其它用途。作为其它用途，例如，既能够将上述的自旋流磁化旋转元件配设于各像素，从而在利用磁光效应对入射光进行空间调制的空间光调制器中使用，也可以将施加于磁铁的易磁化轴的磁场置换为SOT，以避免磁传感器中磁铁的矫顽力导致的滞后效应。
[0099] 自旋流磁化旋转元件在磁化反转的情况下，能够特别称为自旋流磁化反转元件。
[0100] “变形例”
[0101] 然而，本实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件不限于上述情况。
[0102] 也可以是，第一配线21、26为金属，第二配线22、27为拓扑绝缘体。
[0103] 也可以是，第一配线21、26为半导体，第二配线22、27为拓扑绝缘体。
[0104] “第三实施方式”
[0105] <自旋轨道转矩型磁阻效应元件>
[0106] 图5是第三实施方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件200的截面示意图。图5所示的自旋轨道转矩型磁阻效应元件200具备自旋轨道转矩型磁化旋转元件100、非磁性层110以及第二铁磁性层120。在图5中，作为自旋轨道转矩型磁化旋转元件，使用了第一实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件100，但也可以使用第二实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件101。省略与第一实施方式的自旋轨道转矩型磁化旋转元件100相同的结构的说明。
[0107] 第一铁磁性层10、非磁性层110以及第二铁磁性层120层叠而成的层叠体(功能部130)发挥与通常的磁阻效应元件相同的功能。功能部130通过单向(例如-z方向)固定第二铁磁性层120的磁化M120且相对地改变第一铁磁性层10的磁化M10的方向而发挥功能。在适用于矫顽力差型(伪自旋阀型；Pseudo spin valve型)的MRAM的情况下，使第二铁磁性层120的矫顽力大于第一铁磁性层10的矫顽力。在适用于交换偏置型(自旋阀；spin valve型)的MRAM的情况下，通过与反铁磁性层的交换结合而固定第二铁磁性层120的磁化M120。
[0108] 另外，功能部130中，在非磁性层110由绝缘体构成的情况下，功能部130是与隧道磁阻(TMR：Tunneling Magnetoresistance)元件相同的结构，在非磁性层110由金属构成的情况下，是与巨磁阻(GMR：Giant Magnetoresistance)元件相同的结构。
[0109] 功能部130的层叠结构能够采用公知的磁阻效应元件的层叠结构。例如，各层既可以由多层构成，也可以具备用于固定第二铁磁性层120的磁化方向的反铁磁性层等其它的层。第二铁磁性层120被称为固定层或参考层，第一铁磁性层10被称为自由层或记忆层等。
[0110] 第二铁磁性层120的材料能够使用公知的材料。例如，能够使用选自Cr、Mn、Co、Fe及Ni中的金属及含有这些金属中的一种以上并表现铁磁性的合金。也能够使用含有这些金属和B、C、及N中的至少一种以上元素的合金。具体而言，能够举出Co-Fe或Co-Fe-B。另外，第二铁磁性层120也可以使用Co2FeSi等惠斯勒合金。
[0111] 为了进一步增大第二铁磁性层120相对于第一铁磁性层10的矫顽力，也可以使用IrMn、PtMn等反铁磁性材料作为与第二铁磁性层120相接的材料。进而，为了使第二铁磁性层120的漏磁场不影响第一铁磁性层10，也可以是合成铁磁性结合的结构。
[0112] 非磁性层110能够使用公知的材料。
[0113] 例如，在非磁性层110由绝缘体构成的情况下(为隧道势垒层的情况下)，能够使用Al2O3、SiO2、MgO、及MgAl2O4等作为其材料。另外，除这些以外，也能够使用Al、Si、Mg的一部分被置换为Zn、Be等的材料等。其中，MgO或MgAl2O4是能够实现相干隧道的材料。在非磁性层110由金属构成的情况下，能够使用Cu、Au、Ag等作为其材料。进而，在非磁性层110由半导体构成的情况下，能够使用Si、Ge、CuInSe2、CuGaSe2、Cu(In,Ga)Se2等作为其材料。
[0114] 功能部130也可以具有其它的层。例如，也可以在与第二铁磁性层120的非磁性层110相反的侧的面上具有盖层。
[0115] 第三实施方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件200能够使用由第一铁磁性层10的磁化M10与第二铁磁性层120的磁化M120的相对角的差异产生的功能部130的电阻值变化进行数据的记录与读取。另外，第三实施方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件200具备自旋轨道转矩型磁化旋转元件100，因此，可以在宽的温度区域使用。另外，第三实施方式的自旋轨道转矩型磁阻效应元件200具备自旋轨道转矩型磁化旋转元件100，因此，可以小型化。
[0116] “第四实施方式”
[0117] <磁存储器>
[0118] 图6是具备多个自旋轨道转矩型磁阻效应元件200(参照图5)的磁存储器300的俯视图。图5对应于沿着图6中的A-A面切断自旋轨道转矩型磁阻效应元件200的截面图。图6所示的磁存储器300中，自旋轨道转矩型磁阻效应元件200配置为3×3的阵列。
[0119] 图6是磁存储器的一例，自旋轨道转矩型磁阻效应元件200的个数及配置随意。
[0120] 自旋轨道转矩型磁阻效应元件200上分别连接有一根字线WL1～WL3、一根位线BL1～BL3以及一根引线RL1～RL3。
[0121] 通过选择施加电流的字线WL1～WL3及位线BL1～BL3，在任意的自旋轨道转矩型磁阻效应元件200的自旋轨道转矩配线20上流过电流，进行写入运行。另外，通过选择施加电流的引线RL1～RL3及位线BL1～BL3，在任意的自旋轨道转矩型磁阻效应元件200的层叠方向上流过电流，进行读入操作。能够通过晶体管等选择施加电流的字线WL1～WL3、位线BL1～BL3以及引线RL1～RL3。即，通过从这些多个自旋轨道转矩型磁阻效应元件200读取任意元件的数据，能够作为磁存储器有效利用。
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