磁性コンピューティングシステム

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360335
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中谷 亮一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60314374)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 遠藤 恭 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (50335379) ; 山本 雅彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30029160)
• Keywords: 磁気デバイス / 磁性コンピュータ / 磁化過程 / 磁化状態 / 漏洩磁束 / 演算 / NANDゲート / NORゲート

Research Abstract

磁気とエレクトロニクスを融合する領域として、スピンエレクトロニクスが脚光を浴びている。スピンエレクトロニクスの最も典型的な例は、MRAM (Magnetic Random Access Memory)と呼ばれるメモリである。この考えをさらに発展させ、本研究課題では、コンピュータシステムにおける大部分の機能を、磁性に関する現象で処理する磁性コンピュータシステムの構築に寄与する基礎検討を行った。
(1)磁化の向きにより情報を伝達する磁性セルの形状についてのマイクロマグネティクスシミュレーションによる検討を行った結果、アスペクト比1:2の楕円形セルが、比較的情報を伝達しやすく、また、「0」および「1」の2値の情報を保持しやすいことを明らかにした。これに対し、円形セルは情報を伝達しやすいが、2値の情報を保持しにくく、また、長方形は2値の情報を保持するが、情報を伝達しにくいことがわかった。
(2)3個の長軸80nm、短軸40nmの楕円形の情報入力セルと、それらと静磁結合する位置に情報入力セルと同じ形状の磁性セルを配置すると、磁化の向きとして3個の情報入力セルに与えた値により磁性セルの磁化の向きが決まり、ある演算結果を示すことを明らかにした。
(3)「(2)」で述べた演算結果において、3個の情報入力セルのうち1個の情報入力セルに与えた値が「0」の時には、演算システムは「NOR」ゲートとして働き、上述の1個の情報入力セルに与えた値が「1」の時には、演算システムは「NAND」ゲートとして働くことを明らかにした。また、それらの演算に要する時間は2.4ns以下であった。

Research Products

• [Publications] Ryoichi Nakatani, Hana Asoh, Noritsugu Takahashi, Yoahio Kawamura, Masahiko Yamamoto: "Magnetic stales and magnetization process in Ni-Fe Sub-micron cup-shaped dots"Jpn.J.Appl.Phys.. 42・8. 5024-5029 (2003)
• [Publications] S.Anisul Haque, Masahiko Yomamoto, Ryoichi Nakatani, Yasushi Endo: "Magnetic logic gate for binary computing"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 79-82 (2004)
• [Publications] Ryoichi Nakatani, Tetsuo Yoshida, Yasushi Endo, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto, Takashi Takenaga, et al.: "Magnetization chirality due to asymmetrical structure in Ni-Fe annular dots for high-density memory cells"J.Appl.Phys.. 95・11(印刷中). (2004)
• [Publications] Ryoichi Nakatani, Hirotaka Yakame, Yasushi Endo, Masahiko Yamamoto: "Magnetic properties in Mn/Si-O/Si(100)-substrate systems and Mn/Si-O/Si trilayers"Jpn.J.Appl.Phys.. 42・6A. 3392-3393 (2003)
• [Publications] Ryoichi Nakatani, Hideo Hoshiyama, Hirotaka Yakame, Yasushi Endo, Masahiko Yamamoto: "Ferromagnetism in Mn/X/Si(X=B,BN,B_4C,SiC)trilayers"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2. 69-72 (2004)
• [Publications] Hiroshi Naganuma, Yasushi Endo, Ryoichi Nakatani, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto: "Magnetic properties of weak itinerant ferromagnetic ξ-Fe_2N film"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2(印刷中). (2004)
• [Publications] Hiroshi Naganuma, Ryoichi Nakatani, Yasushi Endo, Yoshio Kawamura, Masahiko Yamamoto: "Magnetic and electrical properties of iron nitride films having both amorphous matrices and nanocrystalline grains"Science and Technology of Advanced Materials. 5・1-2(印刷中). (2004)
• [Publications] S.A.Haque, M.Yamamoto, R.Nakatani, Y.Endo: "Permalloy nanodots for binary logic operation"ACSIN-7. 234 (2004)