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で は パ ル ス 幅 に 依 ら ず ス ト ラ イ プ 磁 区 自 体 が 移 動 し な か っ た 。
シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 と 実 験 結 果 を 比 較 す る と 転 送 パ ル ス 電 流 の 幅 が 長 く な る に し た が い 1ピ ッ ト 転 送 す る パ ル ス 電 流 振 幅 マ ー ジ ン に 差 が で て い る 。 ご れ は 実 験 に お い て は 磁 壁 の み で は な く
VBL
に 対 し て も 抗 磁 力 33)が 作 用 す る が 、 シ ミ ュレ ー シ ヨ ン で は こ の
VBL
に 対 す る 抗 磁 力 を 考 慮 し て い な い た め と 考 え ら れ る 。 し か し な が ら 、 パ ル ス 電 流 振 幅 及 び パ ル ス 幅 に 対 す る 転 送 特 性 は一致しており、集 中 定 数 モ デ ル に よ る 転 送 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン は 素 子 の 設 計 指 針 を 得 る の に 有 効 で あるといえる。
‑4 3 ‑
2 ‑ 6 結 言
V B Lを有する 2次 元 平 面 磁 壁シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に V B Lに 作 用 す る 力 を集 中 力 と し て 取 り 扱 っ た 集 中 定 数 モ デ ル を 用 い る こ と に よ り 計 算 時 間 を 大 幅 に 短 縮 す る こ と が で き た 。 こ の モ デ ル を 用 い た 転 送 シ ミ ュ レ ー ションの 結 果 を 基 に 試 作 し た 素 子 に お い て 、 転 送 実 験 を 行 っ た と こ ろ 、 ビ ッ ト 転 送 に 必 要 な パ ル ス 磁 界 振 幅 に 関 し 実 験 結 果 と シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 の よ い一致がみられた。
2 ‑ 2節 で は 、 磁 墜 と V B Lに 作 用 す る 力 の 関 係 か ら V B Lを 有 す る 磁 墜 の 運 動 方 程 式 を 導 き 、 集 中 定 数 モ デ ル を 確 立 し た 。 こ の モ デ ル で はV B Lに 働 く 力 を 磁 壁 接 線 方 向 に 積 分 す る こ と に よ り 集 中 力 と し て 取 り 扱 っ て い る 。 V B Lが 磁 墜 に及ぼす影響については、 V B Lに 隣 接 し た 磁 壁 上 の 計 算 格 子 点 へ そ れ ぞ れ V B Lか ら の 距 般 に 比 例 し て V B Lに 作 用 す る 集 中 力 を 配 分 す る こ と で 考 慮 し た 。 こ れにより V B Lを 1つ の 磁 壁 点 と し て 取 り 扱 う こ と が で き る よ う に な っ た 。
2 ‑ 3節 で は 、 集 中 定 数 モ デ ル に お い て V B L問の相互作用を考慮するために、
そ の 定 式 化 を 行 っ た 。 吸 引 作 用 はV B Lの持つ σ‑chargeを 膜 厚 方 向 中 央 の 集 中 磁 荷 で 近 似 し 、 そ れ が 発 生 す る 磁 界 と し て 計 算 し た 。 こ の と き ヅ イ ス ト 構 造 及 び 磁 壁 接 線 方 向 の 磁 荷 の 広 が り に よ る 補 正 項 を 考 慮 し て い る 。 交 換 作 用 はSlonczewski に よ る 交 換 力 の 式 に ツ イ ス ト 構 造 を 考 慮 し て 補 正 し た よ り 精 密 な 式 を 用 い た 。 外 部 面 内 磁 界 に よ る V B L対 の 分 離 実 験 結 果 (4. 0 O e ) が 、 相 互 作 用 の 計 算 値
( 4. 3 O e ) と よ く 一 致 す る こ と に よ り モ デ ル の 妥 当 性 が 確 か め ら れ た 。 2 ‑ 4節 で は V B Lを 有 す る 孤 立 磁 壁 動 特 性 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 い 、 磁 壁 及 びV B Lの 速 度 を 理 論 値 と 比 較 し た 。 こ の 結 果 、 格 子 点 間 隔
o .
6 μ m、 時 間 刻 み 1n sで 精 度 よ く 計 算 で き る こ と が 確 認 さ れ た 。 こ の と き の シ ミ ュ レ ー シ ヨ ン 値 と 理 論 値 の 相 対 誤 差 は 1% 以 内 で あ っ た 。 こ れ に よ り 従 来 の 分 散 定 数 モ デ ル に比べて 3桁 程 度 計 算 時 間 を 短 縮 で き 、 パ ー ソ ナ ル コ ン ビ ュ ー タ に よ っ て 素 子 情 成 を 仮 定 し た 実 用 的 な シ ミ ュ レ ー シ ヨ ン が 可 能 と な っ た 。2 ‑5
節 で は 、 集 中 定 数 モ デ ル に よ り 実 際 、 の 素 子 情 成 を 想 定 し て 転 送 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 っ た 。 二 線 平 行 導 体 に 印 加 し た パ ル ス 電 流 が つ 〈 る 磁 界 勾 配 に よ っ て 磁 墜 を 並 進 運 動 さ せ 、 そ の と き 生 じ る ジ ャ イ ロ カ に よ り V B L対 の 転 送 を 行 っ た 。 こ れ に よ り ル ー プ 状 導 体 電 流 で 安 定 化 さ れ た ス ト ラ イ ブ 磁 区 側 壁 部 に お い て‑" 4 ‑
孤 立V B L対 の ピ ッ ト 転 送 マ ー ジ ン を 得 た 。 こ の と き ピ ッ ト 位 置 規 定 は 導 体 電 流 が 作 る 磁 界 に よ り 行 い 、 ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 周 期 及 び 振 幅 は そ れ ぞ れ6 μ m及 び 1 O eで あ っ た 。 そ の 結 果 を 基 に 試 作 し た 素 子 に お い て 転 送 実 験 を 行 い 、 パ ル ス 的 な 磁 界 勾 配 に よ る 孤 立V B L対 の ビ ッ ト 転 送 が 実 現 さ れ た 。 実 験 結 果 と シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 を 比 較 す る と パ ル ス 幅 が 長 く な る に し た が い 両 者 の パ ル ス 振 幅 マ ー ジ ン の 差 が 大 き く な る 。 ご れ は シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で はV B Lに 作 用 す る 抗 磁 力 を 考 慮 し て な い た め と 考 え ら れ る 。 し か し な が ら 駆 動 パ ル ス 電 流 の 振 幅 及 び パ ル ス 幅 に 対 す る 転 送 特 性 は よ く 一 致 し て お り 集 中 モ デ ル に よ る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン が 素 子 設 計 に 有 効 で あ る こ と が 確 認 さ れ た 。
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第3章 垂 直ブロッホラ イ ン の フ ィ ー ル ド ア ク セ ス 方 式 転 送34)
3 ‑1 序 言
ブ ロ ッ ホ ラ イ ンメ モ リ に お け る V B L対 の 転送方法と してはパ ル ス バイアス磁 界 印 加 時 の 磁 壁 の 移 動 に 伴 っ て 生 じ る ジャイロカにより VB L対 を 転送するフィ ー ル ド ア ク セ ス 方 式、導 体 電 流 が 作 る 進 行 波 面 内 磁 界 が 及 ぼ す 静 磁気的 な 力 に よ りV B L対 を 転 送 す る カ レ ン ト ア ク セ ス 方 式、 パルスパイ アス 磁 界によ り 転 送 に 方 向 性 を つ け 導 体 電 流 を 反 転 さ せ る こ と で 生じる 静 磁気的 な 力 に よ り 転 送 す る ハ イ ブ リ ッ ド 方 式 な ど が あ る 引、B)。 カ レ ン ト ア クセス 方 式につい て は 実 験 に よ り ピ
ッ ト 転 送 が 確 認 さ れ て い る が15 )、3 5 ¥ 消 費 電 力 や、メ モ リ の 不 揮 発 性、最 小 セ ル サ イ ズ の 観 点 か ら フ ィ ー ル ド ア ク セ ス 方 式 が 最 も 実 用デバ イ ス に 適 し て い る と い え 、 特 に 高 密 度 化 が 進 ん だ 場 合 に 消 費 電 力 の 観 点 か ら有利である。
V B L問 に はSlonczewskiに よ っ て 指 摘 さ れ た よ う に 静 磁 気 的 吸 引 力 及 び 交 換 作 用 に よ る 反 発 カ が 働 い て い る 3)。これにより V B L対 の 安 定 距 麟 が 決 ま り 、 対 と
し て 情 報 の 担 体 に 用 い る こ と が で き る 。 し か し な が らV B L対 問 に も 吸 引 力 が 働 い て お り 、 こ れ に よ り マ イ ナ ー ・ ル ー プ 中 の 情 報 列 が 乱 れ る お そ れ が あ る 。 ご の た め こ れ を 防 ぎ 、 ビ ッ ト 位 置 を 規 定 す る の に 十 分 な ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル を 発 生 さ せ る 必 要 が あ る 。 こ の よ う な 磁 気 ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル 中 の 任 意 の 情 報 列 のV B L 対 を 非 対 称 台 形 波 パ ル ス パ イ ア ス 磁 界 を 印 加 す る ご と で 、 制 御 性 よ く ビ ッ ト 転 送 で き る こ と が シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り 確 認 き れ て い る tt )。ポテンシャルウェルの 振 幅 及 び 周 期 は 転 送 時 消 費 電 力 と V B L対 の ビ ッ ト 安 定 性 に 密 援 に 関 係 し て お り 、 フ ィ ー ル ド ア ク セ ス 方 式 に お い て はV B L対 の 転 送 特 性 に 著 し い 影 響 を 及 ぼ す 。 し た が っ て 良 好 な 転 送 特 性 を 得 る た め に は ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 振 幅 及 び 周 期 の 適 正 化 を 要 す る 。 し か し な が ら 、 ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル 周 期 に つ い て は ま だ、詳 細 な 検 討 が な さ れ て い な い 。 記 憶 密 度 の 観 点 か ら は ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル 周 期 は 短 い ほうがよく、 V B L対 の 良 好 な 転 送 特 性 を 保 ち な が ら 周 期 を 詰 め る ご と は 記 憶 密 度 を 上 げ る た め の 重 要 な 課 題 の一つである。
ま た 、 現 在 試 作 に 用 い て い る 磁 性 ガーネ ッ ト 膜 は 磁 気 バ ブ ル メ モ リ 用 に 開 発 さ れ た も の で あ り 、 そ の 材 料 特 性 に つ い て ブ ロ ッ ホ ラ イ ンメ モ リ 用 と し て の シ ミ ユ
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レ ー シ ョ ン や 実 験 に よ る 吟 味 は 行 わ れ て お ら ず 、 ど の よ う な 特 性 の 材 料 が ブ ロ ッ ホ ラ イ ン メ モ リ に 適 し て い る か は 明 ら か に な っ て い な い 。
本 章 で はV B L聞 の 相 互 作 用 と ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル と を 等 価 的 な 合 成 磁 界 で 表 す こ と に よ り ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル 周 期 の 適 正 化 を 試 み る 。 次 に ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 発 生 方 法 及 び そ の 計 算 方 法 に つ い て 述 べ る 。 ま た 、 具 体 的 な 転 送 路 を 想 定 し た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り 、 材 料 定 数 に つ い て 検 討 を 加 え 、 V B Lの 転 送 特 性 の 観 点 か ら ブ ロ ッ ホ ラ イ ン メ モ リ に 適 す る 材 料 特 性 を 明 ら か に す る と と も に 、 高 密 度 化 を 進 め た と き の 転 送 特 性 に つ い て 述 べ る 。 さ ら に V B L転 送 用 パ ル ス パ イ ア ス 磁 界 を 発 生 す る た め の 基 本 的 な 防 動 回 路 を 示 し 、 転 送 時 の 消 費 電 力 等 を 見 積 る 。
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3 ‑ 2 ビ ッ ト 周 期 の 適 正 化
パ ル ス バ イ ア ス 磁 界 に よ っ て ス ト ラ イ プ 磁 区 磁 壁 中 の
VBL
対 の 転 送 を 行 う 際 に 、 ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 振 幅 及 び 周 期 の 設 定 は 転 送 特 性 に 著 し く 膨 響 す る 。 ま た 、 ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル 周 期 は ビ ッ ト 密 度 と も 密 接 に 関 係 し て お り 、VBL
対の 良 好 な 転 送 特 性 を 保 ち な が ら ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル 周 期 を 詰 め る こ と は 重 要 な 課 題 の一つである。VBL
対 問 に は 吸 引 及 び 交 換 相 互 作 用 が 働 い て お り 、 こ れ に よ る 実 効 的 な ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 乱 れ はVBL
の 転 送 特 性 に 影 響 す る 。 そ こ で ビ ッ ト 安 定 性 を 検 討 す る う え で は ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の み で な くVBL
対 に 働 く す べ て の 力 を 考 慮 す る 必 要 が あ る 。 本 節 で は こ の ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル 周 期 に つ い てVBL
対 問 の 相 互 作 用 と ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル と の 合 成 磁 界 の 波 形 を 基 に 適 正 化 を 行 う。VBL
聞 の 相 互 作 用 は2 ‑3 ‑1
節で述べたモデルにより計算した。シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に 用 い た 磁 性 ガ ー ネ ッ ト 験 の 材 料 定 数 は 表2‑ 1に 示 し た 標 準 的 な 5 μ mバ ブ ル 用 磁 性 ガ ー ネ ッ ト 膜 の 材 料 定 数 で あ る が 、 験 厚 は 2 μ mと通 常 の 半 分 に 仮 定 し て い る 。 こ れ に よ り
(l)VBL
対 及 び バ ブ ル 磁 区 間 の 静 磁 気 的相互作用を弱める、 ( 2 ) ス ト ラ イ プ 磁 区 と バ ブ ル 磁 区 が そ れ ぞ れ 安 定 な バ イ アス磁界の差を小さくする、 ( 3 ) ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル 及 び 導 体 電 流 が 作 る 磁 界 の 磁 性 ガ ー ネ ッ ト 膜 中 で の 膜 厚 方 向 の 減 衰 に よ る 差 を 小 き く し 均 一 性 を 高 め る 、と い っ た 利 点 が 得 ら れ る810
( 1) V B L対 聞 の 相 互 作 用 と ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル
図
3‑1
は 原 点 に1
対のVBL
を 仮 定 し 、 そ のVBL
対 か ら の 吸 引 及 び 交 換 相 互 作 用 に 等 価 な 磁 界 を 計 算 し た 結 果 で あ る 。 こ の と きVBL
対 の 間 隔S
は. f 2
π A {1+1/(2Q)}‑1ノ2とした27)。 こ こ で A は ブ ロ ッ ホ ラ イ ン 幡 パ ラ メー夕、 QはKu/2πM2 (K u :一軸磁気異方性定数、 M:飽 和 磁 化 ) で 表 き れ る 特 性 因 子 で あ る 。 機 軸 rはVBL
対 の 中 心 か ら の 距 般 を 表 し て い る 。VBL
近 傍 で は 磁 壁 中 の 磁 化 方 向 は 磁 墜 に 沿 っ て 18 0。 回 転 し て お り 、 そ れ に よ っ てσ
ーc h a r g e
と呼ばれる磁荷が生じる。σ‑charge
は 隣 接 のVBL
で は 互 い に 逆 の 極性を持つため、σ‑charge
が 発 生 す る 浮 遊 磁 界 に よ りVBL
は 互 い に 吸 引 き れ る。破線はVBL
対 が 持 っ そ れ ぞ れ のσ‑charge
が 発 生 す る 浮 遊 磁 界 の 合 計 、 つ まりVBL
対 か ら 働 く 静 磁 気 的 吸 引 作 用 に 等 価 な 磁 界 を 表 し て い る 。 点 線 は 中 心‑‑1 8 ‑