広報活動

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2012年8月8日

独立行政法人理化学研究所
国立大学法人東京大学
独立行政法人物質・材料研究機構

電子スピンの渦「スキルミオン」を微小電流で駆動

―従来の10万分の1の低電流密度での磁気情報操作技術の実現に大きく前進―

素子中の磁気構造

高速性・不揮発性などが期待される次世代の磁気メモリ素子は、デジタル情報の担い手として、電子がもつ量子力学的な自由度で磁石の源でもある「スピン」の向きを利用します。従って、情報を書き込むにはスピンの向きを制御する必要があります。その方法の1つに、強磁性体中に電流を流してスピンの向きを変える方法があります。しかし、この方法では大きな電流が必要で、大量の熱を発生する問題があります。この問題をクリアするため、世界中で熾烈な研究開発競争が繰り広げられています。

理研基幹研究所と東京大学、物質・材料研究機構の研究者らを中心とする共同研究グループは、電子スピンがらせん状に回転する「らせん磁性体」の1つ、FeGeに注目しました。 実際にFeGeを用いたマイクロ素子を作製し、これに磁場を与えながら観察したところ、室温付近(-23℃ ~ -3℃)でスピンが渦巻き状に並ぶ「スキルミオン」の結晶を確認しました。次に、この結晶中に流す電流密度の値を徐々に増やしていくと、約18 A/cm2以上でスキルミオン結晶が回転し始め、 26 A/cm2を超えるとスキルミオンが“移動”し始めました。つまり、情報が書き込めるような変化=移動が起きたことになります。これは、強磁性体中の磁壁を駆動してスピンの向きを変えるために必要な電流密度の約10万分の1以下という微小な値です。

この結果は、スキルミオンを利用した次世代の低消費電力の磁気メモリ素子の実現に向けた大きな一歩であり、スピンエレクトロニクス分野においてさまざまな応用が期待されます。 

理化学研究所
基幹研究所 強相関量子科学研究グループ 強相関物性研究チーム
特別研究員 于 秀珍(ウ シュウシン)

基幹研究所 強相関量子科学研究グループ
グループディレクター 十倉 好紀(とくら よしのり)
(兼 強相関物性研究チーム チームリーダー
国立大学法人東京大学大学院工学系研究科教授)