JPH10208320A - 記憶装置 - Google Patents
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- JPH10208320A JPH10208320A JP9023257A JP2325797A JPH10208320A JP H10208320 A JPH10208320 A JP H10208320A JP 9023257 A JP9023257 A JP 9023257A JP 2325797 A JP2325797 A JP 2325797A JP H10208320 A JPH10208320 A JP H10208320A
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Classifications
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- G—PHYSICS
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- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
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- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
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-
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Abstract
(57)【要約】
【課題】光誘起強磁性薄膜を用いた超高密度の記憶装置
を実現すること。 【解決手段】GaAs基板１の上に光誘起強磁性薄膜２が形
成されており、その上に尖針４が対向している。GaAs基
板１はｘｙｚスキャナ３の上に配設されており、尖針４
との３次元的な相対的位置関係が可変となっている。薄
膜２に青色の光を照射して分子の磁化の向きを揃える。
尖針４と基板１との間に比較的大きな電圧を印加するこ
とで、尖針４と基板１との間に比較的大きな電流を流し
て、光誘起強磁性薄膜２の分子の磁化の向きを無秩序す
る書込が行える。又、GaAs基板１に一様に円偏光を照射
してスピン偏極電子を光励起し、比較的小さな電圧を印
加することで、光誘起強磁性薄膜２の分子の磁化の向き
に応じて変化する尖針４と基板１との間のトンネル電流
を検出することで、光誘起強磁性薄膜２の分子の磁化の
向きを検出することができる。
を実現すること。 【解決手段】GaAs基板１の上に光誘起強磁性薄膜２が形
成されており、その上に尖針４が対向している。GaAs基
板１はｘｙｚスキャナ３の上に配設されており、尖針４
との３次元的な相対的位置関係が可変となっている。薄
膜２に青色の光を照射して分子の磁化の向きを揃える。
尖針４と基板１との間に比較的大きな電圧を印加するこ
とで、尖針４と基板１との間に比較的大きな電流を流し
て、光誘起強磁性薄膜２の分子の磁化の向きを無秩序す
る書込が行える。又、GaAs基板１に一様に円偏光を照射
してスピン偏極電子を光励起し、比較的小さな電圧を印
加することで、光誘起強磁性薄膜２の分子の磁化の向き
に応じて変化する尖針４と基板１との間のトンネル電流
を検出することで、光誘起強磁性薄膜２の分子の磁化の
向きを検出することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光誘起強磁性薄膜の分
子の磁気モーメントを情報の記録に利用した超高密度の
記憶装置に関する。
子の磁気モーメントを情報の記録に利用した超高密度の
記憶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、青色の光を照射することにより分
子の磁化の向きが一様にそろい、熱を加えることにより
分子の磁化の向きが不規則となる光誘起強磁性分子が発
見された。この分子を用いれば分子レベルで磁気記録が
行い得ることが示唆されている。
子の磁化の向きが一様にそろい、熱を加えることにより
分子の磁化の向きが不規則となる光誘起強磁性分子が発
見された。この分子を用いれば分子レベルで磁気記録が
行い得ることが示唆されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の光誘起
強磁性分子を用いて記憶装置を構成した場合に、どのよ
うに分子レベルで情報を書き込み又は読み込むかが問題
となっており、具体的な構成は知られていない。そこ
で、本発明者等は、走査型電子顕微鏡（ＳＴＭ）に用い
られているのと同様な走査尖針と基板間に光誘起強磁性
薄膜を配置して、基板と走査尖針間のスピントンネル効
果を用いれば、分子レベルでの磁気情報の読み書きが可
能となることを着想した。
強磁性分子を用いて記憶装置を構成した場合に、どのよ
うに分子レベルで情報を書き込み又は読み込むかが問題
となっており、具体的な構成は知られていない。そこ
で、本発明者等は、走査型電子顕微鏡（ＳＴＭ）に用い
られているのと同様な走査尖針と基板間に光誘起強磁性
薄膜を配置して、基板と走査尖針間のスピントンネル効
果を用いれば、分子レベルでの磁気情報の読み書きが可
能となることを着想した。
【０００４】本発明は上記の着想に基づいてなされたも
のであり、その目的は、光誘起強磁性薄膜を用いた超高
密度の記憶装置を実現することである。
のであり、その目的は、光誘起強磁性薄膜を用いた超高
密度の記憶装置を実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、基板と、この基板上に形成された光誘
起強磁性薄膜と、この光誘起強磁性薄膜に対向した尖針
とを有し、尖針と光誘起強磁性薄膜との相対的位置関係
を可変とし、基板及び尖針のうち少なくとも一方をスピ
ン偏極電子が存在し得る材料とし、尖針と基板間に流れ
るスピン偏極電子のトンネル電流又は電界放出電流に基
づいて光誘起強磁性薄膜の分子の磁化の向きを記録され
た情報として読み取ることを特徴とする記憶装置であ
る。
めに、本発明は、基板と、この基板上に形成された光誘
起強磁性薄膜と、この光誘起強磁性薄膜に対向した尖針
とを有し、尖針と光誘起強磁性薄膜との相対的位置関係
を可変とし、基板及び尖針のうち少なくとも一方をスピ
ン偏極電子が存在し得る材料とし、尖針と基板間に流れ
るスピン偏極電子のトンネル電流又は電界放出電流に基
づいて光誘起強磁性薄膜の分子の磁化の向きを記録され
た情報として読み取ることを特徴とする記憶装置であ
る。
【０００６】上記の装置において、尖針と基板との相対
的位置関係を可変とする装置は、ＳＴＭにおける走査針
の走査装置と同様なものが使用できる。例えは、圧電素
子を用いたｘｙｚスキャナ等を用いることができる。光
誘起強磁性薄膜に一様に青色の光を照射することで、分
子の磁化の向きを揃えることができ、これにより記録情
報の消去を行うことができる。この分子の磁化の向きは
外部磁場を与えた状態で青色の光を照射することで、磁
場の向きに揃えることができる。又、尖針と基板との間
に電流を流して、光誘起強磁性薄膜の分子を加熱するこ
とで、その分子の磁化の向きを無秩序とすることで、情
報の書込を行うことができる。逆に、光ビーム径を情報
が記憶される領域の単位とするならば、光誘起強磁性薄
膜を一様に加熱して分子の磁化の向きを無秩序とするこ
とで情報を消去でき、光ビームを光誘起強磁性薄膜に照
射することで、その分子の磁化を一定方向に揃えること
で情報の書込とすることができる。さらに、光ビームの
径と電流路の径と等しくして、その径を情報が記憶され
る領域の単位とするならば、光ビームの照射により磁化
の向きを揃えて「１」又は「０」の記憶状態とし、電流
を流して磁化の向きを無秩序とすることで「０」又は
「１」の記憶状態とすることも可能である。
的位置関係を可変とする装置は、ＳＴＭにおける走査針
の走査装置と同様なものが使用できる。例えは、圧電素
子を用いたｘｙｚスキャナ等を用いることができる。光
誘起強磁性薄膜に一様に青色の光を照射することで、分
子の磁化の向きを揃えることができ、これにより記録情
報の消去を行うことができる。この分子の磁化の向きは
外部磁場を与えた状態で青色の光を照射することで、磁
場の向きに揃えることができる。又、尖針と基板との間
に電流を流して、光誘起強磁性薄膜の分子を加熱するこ
とで、その分子の磁化の向きを無秩序とすることで、情
報の書込を行うことができる。逆に、光ビーム径を情報
が記憶される領域の単位とするならば、光誘起強磁性薄
膜を一様に加熱して分子の磁化の向きを無秩序とするこ
とで情報を消去でき、光ビームを光誘起強磁性薄膜に照
射することで、その分子の磁化を一定方向に揃えること
で情報の書込とすることができる。さらに、光ビームの
径と電流路の径と等しくして、その径を情報が記憶され
る領域の単位とするならば、光ビームの照射により磁化
の向きを揃えて「１」又は「０」の記憶状態とし、電流
を流して磁化の向きを無秩序とすることで「０」又は
「１」の記憶状態とすることも可能である。
【０００７】光誘起強磁性薄膜材料としては、遷移金属
シアノ錯体、具体的には、コバルトー鉄シアノ錯体（K
0.2Co1.4[Fe(CN)6]・6.9H2O) 、ニッケルー鉄シアノ錯
体を用いることができる。
シアノ錯体、具体的には、コバルトー鉄シアノ錯体（K
0.2Co1.4[Fe(CN)6]・6.9H2O) 、ニッケルー鉄シアノ錯
体を用いることができる。
【０００８】基板及び尖針のうち少なくとも一方はスピ
ン偏極電子が存在し得る材料である。即ち、円偏光の照
射により偏光の回転向きに応じた向きのスピンを有する
スピン偏極電子が伝導帯に励起される物質、例えば、Ga
Asのようなスピン軌道相互作用の大きな禁制帯幅の比較
的狭い半導体を用いることができる。又、基板に非磁性
金属、尖針に強磁性体、NiMnSb,CrO2,La1-xCaxMnO3等の
強磁性半金属を用いて、尖針にスピン偏極電子を生成又
は注入して、基板と尖針との間のトンネル電流又は電界
放出電流に応じて、光誘起強磁性薄膜の記録情報を読み
取るようにしても良い。要するに、基板又は尖針の少な
くとも一方は、光励起、磁場励起、電流注入等により一
方の向きを向いたスピンが多く存在する状態、即ち、ス
ピン偏極電子が存在できる材料を用いれば良い。又、基
板の磁場が光誘起強磁性薄膜の分子の磁気モーメントに
影響を与えなければ、基板に強磁性体、強磁性半金属を
用いることも可能である。
ン偏極電子が存在し得る材料である。即ち、円偏光の照
射により偏光の回転向きに応じた向きのスピンを有する
スピン偏極電子が伝導帯に励起される物質、例えば、Ga
Asのようなスピン軌道相互作用の大きな禁制帯幅の比較
的狭い半導体を用いることができる。又、基板に非磁性
金属、尖針に強磁性体、NiMnSb,CrO2,La1-xCaxMnO3等の
強磁性半金属を用いて、尖針にスピン偏極電子を生成又
は注入して、基板と尖針との間のトンネル電流又は電界
放出電流に応じて、光誘起強磁性薄膜の記録情報を読み
取るようにしても良い。要するに、基板又は尖針の少な
くとも一方は、光励起、磁場励起、電流注入等により一
方の向きを向いたスピンが多く存在する状態、即ち、ス
ピン偏極電子が存在できる材料を用いれば良い。又、基
板の磁場が光誘起強磁性薄膜の分子の磁気モーメントに
影響を与えなければ、基板に強磁性体、強磁性半金属を
用いることも可能である。
【０００９】
【作用及び発明の効果】基板及び尖針の少なくとも一方
にスピン偏極電子を存在させて、基板と尖針間にこのス
ピン偏極電子によるトンネル電流又は電界放出電流を流
す。この時、伝導電子のスピンの向きと光誘起強磁性薄
膜の分子の磁化の向きが平行（方向が平行で且つ同じ向
きを向いた状態を、以下、「平行」という）の時に、遷
移確率が最も高くなり比較的大きな電流が流れる。逆
に、伝導電子のスピンの向きと光誘起強磁性薄膜の分子
の磁化の向きが反平行（方向が平行で且つ向きが反対で
ある状態を、以下、「反平行」という）の時に、遷移確
率が最も低くなり比較的小さな電流が流れる。さらに、
光誘起強磁性薄膜の分子の磁化の向きが無秩序の場合に
は、伝導電子の遷移確率は光誘起強磁性薄膜の分子の磁
化の向きに関して平均した値となり、平行状態に比べれ
ば、小さな遷移確率となり、流れる電流も比較的小さ
い。この電流値により光誘起強磁性薄膜の分子の磁化状
態を記憶情報として読込むことができる。このように、
本願発明は、光誘起強磁性薄膜の分子の磁化の向きが一
定の方向に揃っている場合を「０」又は「１」に対応さ
せ、分子の磁化の向きが無秩序な場合を「１」又は
「０」に対応させることで、情報の書込、読込が可能と
なる。
にスピン偏極電子を存在させて、基板と尖針間にこのス
ピン偏極電子によるトンネル電流又は電界放出電流を流
す。この時、伝導電子のスピンの向きと光誘起強磁性薄
膜の分子の磁化の向きが平行（方向が平行で且つ同じ向
きを向いた状態を、以下、「平行」という）の時に、遷
移確率が最も高くなり比較的大きな電流が流れる。逆
に、伝導電子のスピンの向きと光誘起強磁性薄膜の分子
の磁化の向きが反平行（方向が平行で且つ向きが反対で
ある状態を、以下、「反平行」という）の時に、遷移確
率が最も低くなり比較的小さな電流が流れる。さらに、
光誘起強磁性薄膜の分子の磁化の向きが無秩序の場合に
は、伝導電子の遷移確率は光誘起強磁性薄膜の分子の磁
化の向きに関して平均した値となり、平行状態に比べれ
ば、小さな遷移確率となり、流れる電流も比較的小さ
い。この電流値により光誘起強磁性薄膜の分子の磁化状
態を記憶情報として読込むことができる。このように、
本願発明は、光誘起強磁性薄膜の分子の磁化の向きが一
定の方向に揃っている場合を「０」又は「１」に対応さ
せ、分子の磁化の向きが無秩序な場合を「１」又は
「０」に対応させることで、情報の書込、読込が可能と
なる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。図１は、本発明の具体的な第１の実
施例に係る記憶装置の構成図である。GaAs基板１の上に
電流がトンネルできる厚さ１nmのコバルト−鉄−シアノ
錯体から成る光誘起強磁性薄膜２がＬＢ法により形成さ
れている。その光誘起強磁性薄膜２に、真空ギャップを
介して、タングステンから成る非磁性金属体の尖針４が
ｚ軸の方向沿って対向している。GaAs基板１は圧電素子
を駆動源とする位置制御装置としてのｘｙｚスキャナ３
の上に配設されており、ｘｙｚスキャナ３によりGaAs基
板１と尖針４との３次元的な相対的位置関係が可変とな
っている。尖針４は電解エッチングで形成することも、
スパッタリング、真空蒸着等の物理蒸着で形成した薄膜
を用いることができる。又、収束イオンビーム加工等に
より先端を極細くすることができる。これらの構造はＳ
ＴＭ等の走査針及び走査機構と同様である。
基づいて説明する。図１は、本発明の具体的な第１の実
施例に係る記憶装置の構成図である。GaAs基板１の上に
電流がトンネルできる厚さ１nmのコバルト−鉄−シアノ
錯体から成る光誘起強磁性薄膜２がＬＢ法により形成さ
れている。その光誘起強磁性薄膜２に、真空ギャップを
介して、タングステンから成る非磁性金属体の尖針４が
ｚ軸の方向沿って対向している。GaAs基板１は圧電素子
を駆動源とする位置制御装置としてのｘｙｚスキャナ３
の上に配設されており、ｘｙｚスキャナ３によりGaAs基
板１と尖針４との３次元的な相対的位置関係が可変とな
っている。尖針４は電解エッチングで形成することも、
スパッタリング、真空蒸着等の物理蒸着で形成した薄膜
を用いることができる。又、収束イオンビーム加工等に
より先端を極細くすることができる。これらの構造はＳ
ＴＭ等の走査針及び走査機構と同様である。
【００１１】書込手段として、抵抗R1、トランジスタTr
2 、可変直流電源Ｖが構成されており、可変直流電源Ｖ
の電圧が、尖針４と基板１との間に印加される。比較的
大きな電圧を印加することで、尖針４と基板１との間に
比較的大きな電流を流して、光誘起強磁性薄膜２の分子
の磁化の向きを無秩序する書込が行える。又、比較的小
さな電圧を印加することで、尖針４と基板１との間にト
ンネル電流を流すことができる。このトンネル電流を検
出するために、トンネル電流の大きさに応じてオンオフ
する読取手段としてのトランジスタTr1 が配設されてお
り、トランジスタTr1 のコレクタ端子からデータの読取
信号S1が制御手段としてのＣＰＵ５に入力されるように
構成されている。又、ＣＰＵ５はｘｙｚスキャナ３に指
令データを与えて、基板１をｘｙｚ方向に微小移動さ
せ、基板１に対する尖針４の３次元的相対的位置が可変
できる。又、光誘起強磁性薄膜２の上方には青色の光を
光誘起強磁性薄膜２に一様に照射する消去手段としての
光照射装置６と、光誘起強磁性薄膜２を透過してGaAs基
板１に一様に円偏光を照射する読取手段としての光照射
装置７が設けられている。これらの光照射装置６、７に
よる照射はＣＰＵ５により指令される。
2 、可変直流電源Ｖが構成されており、可変直流電源Ｖ
の電圧が、尖針４と基板１との間に印加される。比較的
大きな電圧を印加することで、尖針４と基板１との間に
比較的大きな電流を流して、光誘起強磁性薄膜２の分子
の磁化の向きを無秩序する書込が行える。又、比較的小
さな電圧を印加することで、尖針４と基板１との間にト
ンネル電流を流すことができる。このトンネル電流を検
出するために、トンネル電流の大きさに応じてオンオフ
する読取手段としてのトランジスタTr1 が配設されてお
り、トランジスタTr1 のコレクタ端子からデータの読取
信号S1が制御手段としてのＣＰＵ５に入力されるように
構成されている。又、ＣＰＵ５はｘｙｚスキャナ３に指
令データを与えて、基板１をｘｙｚ方向に微小移動さ
せ、基板１に対する尖針４の３次元的相対的位置が可変
できる。又、光誘起強磁性薄膜２の上方には青色の光を
光誘起強磁性薄膜２に一様に照射する消去手段としての
光照射装置６と、光誘起強磁性薄膜２を透過してGaAs基
板１に一様に円偏光を照射する読取手段としての光照射
装置７が設けられている。これらの光照射装置６、７に
よる照射はＣＰＵ５により指令される。
【００１２】次に本記憶装置の動作を説明する。ＣＰＵ
５の制御により光照射装置６から青色の光を光誘起強磁
性薄膜２に一様に照射する。これにより、光誘起強磁性
薄膜２の分子は、平面上一定の向き、例えば、ｘ軸の正
の向きに磁場与えることで、ｘ軸の正の向きに磁化さ
れ、情報の消去状態となる。即ち、各記憶単位領域（以
下、「アドレス」という）は「０」が書き込まれる。次
に、可変直流電圧源Ｖの電圧を高くして、尖針４と基板
１との間に流れ得る電流を比較的大きくする。次に、ｘ
ｙｚスキャナ３を制御して、尖針４をｙ方向を水平走
査、ｘ方向を垂直走査として平面上を走査しながら、各
アドレス毎に、「１」を書き込む場合にはトランジスタ
Tr2 をオンさせ、「１」を書き込まない、即ち、「０」
とする場合には、トランジスタTr2 をオフする。これに
より、光誘起強磁性薄膜２の各アドレスには、ＣＰＵ５
により「０」、又は、「１」が記録されることになる。
５の制御により光照射装置６から青色の光を光誘起強磁
性薄膜２に一様に照射する。これにより、光誘起強磁性
薄膜２の分子は、平面上一定の向き、例えば、ｘ軸の正
の向きに磁場与えることで、ｘ軸の正の向きに磁化さ
れ、情報の消去状態となる。即ち、各記憶単位領域（以
下、「アドレス」という）は「０」が書き込まれる。次
に、可変直流電圧源Ｖの電圧を高くして、尖針４と基板
１との間に流れ得る電流を比較的大きくする。次に、ｘ
ｙｚスキャナ３を制御して、尖針４をｙ方向を水平走
査、ｘ方向を垂直走査として平面上を走査しながら、各
アドレス毎に、「１」を書き込む場合にはトランジスタ
Tr2 をオンさせ、「１」を書き込まない、即ち、「０」
とする場合には、トランジスタTr2 をオフする。これに
より、光誘起強磁性薄膜２の各アドレスには、ＣＰＵ５
により「０」、又は、「１」が記録されることになる。
【００１３】以上の様に書込まれた情報を読み取る場合
には、次のように制御される。電源電圧Ｖの大きさと、
尖針４と基板１との間隔を、それらの間にトンネル電流
が流れ得る値とし、光照射装置７によりGaAs基板１にｘ
軸の正の方向に円偏光の赤外腺を照射して、GaAs基板１
に円偏光の回転向きに対応した向きのスピンの電子を伝
導帯に励起させる。例えば、右回転円偏光により光の進
行方向、即ち、ｘ軸の正の向きを向いたスピンだけを伝
導帯に光励起させることができる。このスピン偏極電子
と光誘起強磁性薄膜２の分子の磁化の向きとの関係によ
り、スピン偏極電子が光誘起強磁性薄膜２をトンネルし
て尖針４に流れる電流の大きさが変化する。このトンネ
ル電流の大きさに応じて、トランジスタTr1 がオンオフ
し、信号S1をＣＰＵ５が読み込むことにより、各アドレ
スに記憶されている「０」及び「１」の情報を読み込む
ことができる。
には、次のように制御される。電源電圧Ｖの大きさと、
尖針４と基板１との間隔を、それらの間にトンネル電流
が流れ得る値とし、光照射装置７によりGaAs基板１にｘ
軸の正の方向に円偏光の赤外腺を照射して、GaAs基板１
に円偏光の回転向きに対応した向きのスピンの電子を伝
導帯に励起させる。例えば、右回転円偏光により光の進
行方向、即ち、ｘ軸の正の向きを向いたスピンだけを伝
導帯に光励起させることができる。このスピン偏極電子
と光誘起強磁性薄膜２の分子の磁化の向きとの関係によ
り、スピン偏極電子が光誘起強磁性薄膜２をトンネルし
て尖針４に流れる電流の大きさが変化する。このトンネ
ル電流の大きさに応じて、トランジスタTr1 がオンオフ
し、信号S1をＣＰＵ５が読み込むことにより、各アドレ
スに記憶されている「０」及び「１」の情報を読み込む
ことができる。
【００１４】次に、上記の記憶装置の動作原理について
説明する。 ａ）GaAs基板のスピン偏極電子のスピンの向きと光誘起
強磁性薄膜の分子の磁化の向きが平行の場合。 GaAs基板１に、例えば、右回転の円偏光を照射すると、
光の進行の向き（ｘ軸の正の向き）を向いたスピンを有
する電子だけが伝導帯に光励起される。このｘ軸の正の
向きを向いた多数スピンをアップスピンとする。
説明する。 ａ）GaAs基板のスピン偏極電子のスピンの向きと光誘起
強磁性薄膜の分子の磁化の向きが平行の場合。 GaAs基板１に、例えば、右回転の円偏光を照射すると、
光の進行の向き（ｘ軸の正の向き）を向いたスピンを有
する電子だけが伝導帯に光励起される。このｘ軸の正の
向きを向いた多数スピンをアップスピンとする。
【００１５】光誘起強磁性薄膜２のあるアドレスの分子
がｘ軸の正の向きに磁化されているとする。この状態が
平行状態である。図２（ａ）は、縦軸が電子のエネルギ
ーを示し、横軸が電子エネルギーＥにおける電子の状態
密度D(E)を表している。良く知られたように、ある状態
における電子の占有確率はエネルギーＥに関してフェル
ミ・ディラックの分布関数F(E)に従って変化する。従っ
て、エネルギーＥにおける電子密度N(E)は、D(E)・F(E)
で与えられる。又、良く知られたように、任意の温度
で、電子の占有確率が1/2 であるエネルギーＥはフェル
ミレベルfeと言われ、物質中の電子の伝導挙動は、この
フェルミレベルfeに対して微小幅Δ内に存在する電子の
挙動により概ね決定される。
がｘ軸の正の向きに磁化されているとする。この状態が
平行状態である。図２（ａ）は、縦軸が電子のエネルギ
ーを示し、横軸が電子エネルギーＥにおける電子の状態
密度D(E)を表している。良く知られたように、ある状態
における電子の占有確率はエネルギーＥに関してフェル
ミ・ディラックの分布関数F(E)に従って変化する。従っ
て、エネルギーＥにおける電子密度N(E)は、D(E)・F(E)
で与えられる。又、良く知られたように、任意の温度
で、電子の占有確率が1/2 であるエネルギーＥはフェル
ミレベルfeと言われ、物質中の電子の伝導挙動は、この
フェルミレベルfeに対して微小幅Δ内に存在する電子の
挙動により概ね決定される。
【００１６】次に、GaAs基板１の伝導帯はアップスピン
とダウンスピンの２つの伝導帯３１、３２を有してい
る。よって、図２（ａ）に示すように、右回転円偏光に
よりアップスピンだけが光励起されるので、光励起電子
はアップスピンの伝導帯３１にのみ存在し、ダウンスピ
ンの伝導体３２には存在しない。一方、尖針４は非磁性
金属であり、図２（ａ）に示すようにアップスピンに対
して伝導帯４１、ダウンスピンに対して伝導帯４２の２
つの伝導帯を有しており、各伝導帯には電子が等しい分
布関数で満たされている。
とダウンスピンの２つの伝導帯３１、３２を有してい
る。よって、図２（ａ）に示すように、右回転円偏光に
よりアップスピンだけが光励起されるので、光励起電子
はアップスピンの伝導帯３１にのみ存在し、ダウンスピ
ンの伝導体３２には存在しない。一方、尖針４は非磁性
金属であり、図２（ａ）に示すようにアップスピンに対
して伝導帯４１、ダウンスピンに対して伝導帯４２の２
つの伝導帯を有しており、各伝導帯には電子が等しい分
布関数で満たされている。
【００１７】フェルミレベルfeは、図２（ａ）に示すよ
うになる。尖針４が正、基板１が負となるように電圧が
印加されているので、電子が、基板１から光誘起強磁性
薄膜２と真空ギャップをトンネルして尖針４にトンネル
する。この時、電子のスピン角運動量が保存され、従っ
て、スピンの向きも保存されるために、GaAs基板１に励
起されたアップスピン電子は伝導帯３１から尖針４の伝
導帯４１にトンネルにより遷移する。この時、光誘起強
磁性薄膜２の分子の磁化がｘ軸の正の向きとすると、Ga
As基板１に励起されたアップスピン電子は、磁化の向き
が平行の分子との交換相互作用が大きくなり、尖針４の
伝導帯４１へ遷移する確率が極めて小さい。よって、図
２（ａ）の場合のように光誘起強磁性薄膜２の分子の磁
化の向きがアップスピン電子の方向に向いている場合に
は、基板１と尖針４との間にはトンネル電流が流れな
い。
うになる。尖針４が正、基板１が負となるように電圧が
印加されているので、電子が、基板１から光誘起強磁性
薄膜２と真空ギャップをトンネルして尖針４にトンネル
する。この時、電子のスピン角運動量が保存され、従っ
て、スピンの向きも保存されるために、GaAs基板１に励
起されたアップスピン電子は伝導帯３１から尖針４の伝
導帯４１にトンネルにより遷移する。この時、光誘起強
磁性薄膜２の分子の磁化がｘ軸の正の向きとすると、Ga
As基板１に励起されたアップスピン電子は、磁化の向き
が平行の分子との交換相互作用が大きくなり、尖針４の
伝導帯４１へ遷移する確率が極めて小さい。よって、図
２（ａ）の場合のように光誘起強磁性薄膜２の分子の磁
化の向きがアップスピン電子の方向に向いている場合に
は、基板１と尖針４との間にはトンネル電流が流れな
い。
【００１８】ｂ）磁化の向きが反平行の場合 GaAs基板１に励起された電子のスピンの向きと光誘起強
磁性薄膜２の分子の磁化の向きとが反平行の場合につい
て説明する。上述した図２（ａ）のモデルと同様に、尖
針４はフェルミレベルfeの存在するアップスピン電子の
伝導帯４１を有しているので、GaAs基板１に光励起され
たアップスピン電子は尖針４のアップスピン電子の伝導
帯４１にトンネルし得る。そして、GaAs基板１のアップ
スピン電子と光誘起強磁性薄膜２の分子の磁化の向きは
反平行であるので、交換相互作用が極めて小さいので、
その分子による散乱、束縛がなく、GaAs基板１の伝導帯
３１から尖針４の伝導帯４１へ遷移する確率は大きい。
よって、大きなトンネル電流が流れる。
磁性薄膜２の分子の磁化の向きとが反平行の場合につい
て説明する。上述した図２（ａ）のモデルと同様に、尖
針４はフェルミレベルfeの存在するアップスピン電子の
伝導帯４１を有しているので、GaAs基板１に光励起され
たアップスピン電子は尖針４のアップスピン電子の伝導
帯４１にトンネルし得る。そして、GaAs基板１のアップ
スピン電子と光誘起強磁性薄膜２の分子の磁化の向きは
反平行であるので、交換相互作用が極めて小さいので、
その分子による散乱、束縛がなく、GaAs基板１の伝導帯
３１から尖針４の伝導帯４１へ遷移する確率は大きい。
よって、大きなトンネル電流が流れる。
【００１９】ｃ）磁化の向きが無秩序な場合 光誘起強磁性薄膜２の分子の磁気モーメントの向きが無
秩序の場合には、スピンと分子の磁気モーメントとの間
の交換相互作用は平行と反平行との間の中間値となる。
よって、遷移確率も平行と反平行との間の中間値とな
り、平行状態に比べて大きな、しかし、反平行状態に比
べて小さなトンネル電流が流れる。
秩序の場合には、スピンと分子の磁気モーメントとの間
の交換相互作用は平行と反平行との間の中間値となる。
よって、遷移確率も平行と反平行との間の中間値とな
り、平行状態に比べて大きな、しかし、反平行状態に比
べて小さなトンネル電流が流れる。
【００２０】このように、ｂ）とｃ）との場合で区別で
きるように、トンネル電流の大きさに応じて、トランジ
スタTr1 がオンオフするように設定することで、オンオ
フ信号S1がＣＰＵ５により読み込まれて、情報の読み込
みを行うことができる。
きるように、トンネル電流の大きさに応じて、トランジ
スタTr1 がオンオフするように設定することで、オンオ
フ信号S1がＣＰＵ５により読み込まれて、情報の読み込
みを行うことができる。
【００２１】尚、GaAs基板１と尖針４間に印加する電圧
の極性は上記と逆であっても良い。即ち、図２のモデル
において、尖針４からGaAs基板１への電子のトンネルが
同様に説明できる。
の極性は上記と逆であっても良い。即ち、図２のモデル
において、尖針４からGaAs基板１への電子のトンネルが
同様に説明できる。
【００２２】上記の実施例において、基板１をGaAsに代
えて非磁性金属とし、尖針４をGaAsとし、尖針４に円偏
光を照射してスピン偏極電子を生成するようにしても良
い。この場合の伝導モデルは、図３において、基板を尖
針、尖針を基板に置き換えれたものとなる。勿論、印加
される電圧の極性は反転できる。
えて非磁性金属とし、尖針４をGaAsとし、尖針４に円偏
光を照射してスピン偏極電子を生成するようにしても良
い。この場合の伝導モデルは、図３において、基板を尖
針、尖針を基板に置き換えれたものとなる。勿論、印加
される電圧の極性は反転できる。
【００２３】次に、図３に示すように、基板１１を非磁
性金属、例えば、銅(Cu)とし、尖針１４をNiMnSbから成
る磁性半金属とした場合について説明する。本実施例で
は、図１における光照射装置７が不要であり、基板１１
と尖針１４との間の相対的位置を可変する手段は、図１
と同様である。この場合のトンネル伝導のモデルは図４
に示すようになる。基板１は非磁性金属であるので、ア
ップスピンの伝導帯３１もダウンスピンの伝導帯３２を
等しく電子が充満されている。しかし、尖針１４をｘ軸
の正方向へ磁化することで、磁性半金属のスピン偏極率
は１であるので、尖針１４の伝導帯は４１、４２の様に
分離し、ダウンスピンの伝導可能な伝導帯４２はフェル
ミレベルfeよりも十分に高い所に存在する。即ち、アッ
プスピン電子のみがそのフェルミレベルfeにおける伝導
帯４１に存在し、ダウンスピン電子はその伝導帯４２に
は存在しない。
性金属、例えば、銅(Cu)とし、尖針１４をNiMnSbから成
る磁性半金属とした場合について説明する。本実施例で
は、図１における光照射装置７が不要であり、基板１１
と尖針１４との間の相対的位置を可変する手段は、図１
と同様である。この場合のトンネル伝導のモデルは図４
に示すようになる。基板１は非磁性金属であるので、ア
ップスピンの伝導帯３１もダウンスピンの伝導帯３２を
等しく電子が充満されている。しかし、尖針１４をｘ軸
の正方向へ磁化することで、磁性半金属のスピン偏極率
は１であるので、尖針１４の伝導帯は４１、４２の様に
分離し、ダウンスピンの伝導可能な伝導帯４２はフェル
ミレベルfeよりも十分に高い所に存在する。即ち、アッ
プスピン電子のみがそのフェルミレベルfeにおける伝導
帯４１に存在し、ダウンスピン電子はその伝導帯４２に
は存在しない。
【００２４】基板１１のフェルミレベルfeに存在するア
ップスピン電子は、尖針１４の伝導帯４１にトンネルす
ることができるが、基板１１のフェルミレベルfeに存在
するダウンスピン電子は、尖針１４にはトンネルし得る
エネルギーレベルが存在しないので、トンネルできな
い。よって、上記のように尖針１４を磁性半金属で構成
した場合には、アップスピン電子のみがトンネルに寄与
し得る。そして、光誘起強磁性薄膜２の分子の磁化の向
きがｘ軸の正の向きであれば、上述したａ）の平行状態
におけるトンネルによりトンネル電流が流れず、又、光
誘起強磁性薄膜２の分子が磁化の向きがｘ軸の負方向で
ある場合には、上述したｂ）の反平行状態におけるトン
ネルとなり、大きなトンネル電流が流れる。又、光誘起
強磁性薄膜２の分子が磁化の向きが無秩序の場合には、
上述したｃ）の無秩序状態におけるトンネルとなり遷移
確率の平均値でトンネル電流が決定されるので、トンネ
ル電流は中間値となる。このように、構成することもで
きる。
ップスピン電子は、尖針１４の伝導帯４１にトンネルす
ることができるが、基板１１のフェルミレベルfeに存在
するダウンスピン電子は、尖針１４にはトンネルし得る
エネルギーレベルが存在しないので、トンネルできな
い。よって、上記のように尖針１４を磁性半金属で構成
した場合には、アップスピン電子のみがトンネルに寄与
し得る。そして、光誘起強磁性薄膜２の分子の磁化の向
きがｘ軸の正の向きであれば、上述したａ）の平行状態
におけるトンネルによりトンネル電流が流れず、又、光
誘起強磁性薄膜２の分子が磁化の向きがｘ軸の負方向で
ある場合には、上述したｂ）の反平行状態におけるトン
ネルとなり、大きなトンネル電流が流れる。又、光誘起
強磁性薄膜２の分子が磁化の向きが無秩序の場合には、
上述したｃ）の無秩序状態におけるトンネルとなり遷移
確率の平均値でトンネル電流が決定されるので、トンネ
ル電流は中間値となる。このように、構成することもで
きる。
【００２５】又、上述の実施例において、基板１，１１
を非磁性金属として、その基板に磁性半金属の電極を設
け、その電極から基板１，１１にアップスピン電子だけ
を注入するようにしても良い。同様に、尖針４，１４を
非磁性金属とし、その尖針４，１４に磁性半金属の注入
電極を設けて、アップスピン電子だけを尖針４，１４に
注入するようにしても良い。又、上記の全実施例におい
て、トンネル電流での情報の読み出しについてのみ説明
したが、尖針４，１４と基板１，１１との間に電子放出
のためのグリッドを設け、このグリッドに高い電圧を印
加して、尖針４，１４から電子を放出させ、この電子の
読み出しのための電子に用いてもよい。この場合にも流
れる電流の大きさは、光誘起強磁性薄膜２の分子の磁化
の向きと電子のスピンの向きとの関係で決定される。
を非磁性金属として、その基板に磁性半金属の電極を設
け、その電極から基板１，１１にアップスピン電子だけ
を注入するようにしても良い。同様に、尖針４，１４を
非磁性金属とし、その尖針４，１４に磁性半金属の注入
電極を設けて、アップスピン電子だけを尖針４，１４に
注入するようにしても良い。又、上記の全実施例におい
て、トンネル電流での情報の読み出しについてのみ説明
したが、尖針４，１４と基板１，１１との間に電子放出
のためのグリッドを設け、このグリッドに高い電圧を印
加して、尖針４，１４から電子を放出させ、この電子の
読み出しのための電子に用いてもよい。この場合にも流
れる電流の大きさは、光誘起強磁性薄膜２の分子の磁化
の向きと電子のスピンの向きとの関係で決定される。
【図１】本発明の具体的な実施例に係る記憶装置の構成
を示した構成図。
を示した構成図。
【図２】同実施例装置におけるトンネル効果を説明する
ためのエネルギー状態図。
ためのエネルギー状態図。
【図３】他の実施例にかかる記憶装置の構成を示した構
成図。
成図。
【図４】他の実施例装置におけるトンネル効果を説明す
るためのエネルギー状態図。
るためのエネルギー状態図。
１…GaAs基板 ２…光誘起強磁性薄膜 ３…ｘｙｚスキャナ ４，１４…尖針 ５…ＣＰＵ ６，７…光照射装置 １１…基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多賀 康訓 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 只野 博 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 加地 徹 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 田中 雄一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 冨田 一義 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】基板と、この基板上に形成された光誘起強
磁性薄膜と、この光誘起強磁性薄膜に対向した尖針とを
有し、前記尖針と前記光誘起強磁性薄膜との相対的位置
関係を可変とし、 前記基板及び前記尖針のうち少なくとも一方をスピン偏
極電子が存在し得る材料とし、前記尖針と前記基板間に
流れる前記スピン偏極電子のトンネル電流又は電界放出
電流に基づいて前記光誘起強磁性薄膜の分子の磁化の向
きを記録された情報として読み取ることを特徴とする記
憶装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9023257A JPH10208320A (ja) | 1997-01-21 | 1997-01-21 | 記憶装置 |
| US09/009,304 US5940314A (en) | 1997-01-21 | 1998-01-20 | Ultra-high density memory device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9023257A JPH10208320A (ja) | 1997-01-21 | 1997-01-21 | 記憶装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10208320A true JPH10208320A (ja) | 1998-08-07 |
Family
ID=12105560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9023257A Pending JPH10208320A (ja) | 1997-01-21 | 1997-01-21 | 記憶装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5940314A (ja) |
| JP (1) | JPH10208320A (ja) |
Cited By (5)
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| JP2009517801A (ja) * | 2005-11-30 | 2009-04-30 | インテル コーポレイション | 分子量子メモリ |
| JP2009164447A (ja) * | 2008-01-09 | 2009-07-23 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 不揮発性光メモリ素子及びその動作方法 |
| US7577078B2 (en) | 2002-12-14 | 2009-08-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Magnetic recording medium and apparatus and method for reading data from the magnetic recording medium using parallel and anti-parallel magnetization direction in separate magnetic layers |
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| US6639832B2 (en) | 2001-08-08 | 2003-10-28 | Intel Corporation | Quantum magnetic memory |
| US7068582B2 (en) * | 2002-09-30 | 2006-06-27 | The Regents Of The University Of California | Read head for ultra-high-density information storage media and method for making the same |
| US8553517B2 (en) * | 2002-10-14 | 2013-10-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Magnetic medium using spin-polarized electrons and apparatus and method of recording data on the magnetic medium |
| JP4317503B2 (ja) * | 2004-08-25 | 2009-08-19 | 株式会社日立製作所 | 磁化情報記録方法及び磁気記録再生装置 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE4030404A1 (de) * | 1990-09-26 | 1992-04-02 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Verfahren und einrichtung zur beobachtung magnetischer strukturen in werkstoffproben |
| US5331589A (en) * | 1992-10-30 | 1994-07-19 | International Business Machines Corporation | Magnetic STM with a non-magnetic tip |
| JP3207094B2 (ja) * | 1995-08-21 | 2001-09-10 | 松下電器産業株式会社 | 磁気抵抗効果素子及びメモリー素子 |
-
1997
- 1997-01-21 JP JP9023257A patent/JPH10208320A/ja active Pending
-
1998
- 1998-01-20 US US09/009,304 patent/US5940314A/en not_active Expired - Fee Related
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