広報活動

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2016年9月1日

理化学研究所
東京大学

電場によるスキルミオンの生成・消滅に成功

-超省電力メモリに道筋-

電場下における交流帯磁率の磁場依存性と温度磁場相図

電場下における交流帯磁率の磁場依存性と温度磁場相図

物質中の電子スピンの向きを磁気情報として利用する磁気メモリ素子は、高速な情報の読み書きができる素子として期待されています。しかし、その動作には1m2当たり約10億アンペアという大きな電流密度を必要とし、消費電力が大きいことが問題です。そのため、より小さな電流密度で駆動できる材料や手法が、盛んに研究されています。

そこで注目されているのが、電子スピンが渦状に並んだ磁気構造体「スキルミオン」です。スキルミオンは一つが数十ナノメートル(nm、1nmは10億分の1メートル)サイズの小さな磁気渦で、比較的小さな電流や熱流によって駆動できるなどの優れた機能性を持ちます。このスキルミオンを情報担体として用いることで、高密度・低消費電力の次世代メモリが実現できる可能性があります。省電力という点に関して、特に有力なのは“電場を用いた”スキルミオンの生成・消滅です。しかし、それに関する実験的な報告例はこれまでになく、スキルミオンをいかに不揮発的に、かつ効率よく生成・消滅させることできるかが、長年の重要な課題でした。ここで不揮発的とは、外場(今回は電場)を切った状態でも、外場(電場)を加えて生成した状態を保持できることを意味しています。

そこで、理研の研究グループは、スキルミオンの電場制御を実現するために、Cu2OSeO3(Cu:銅、O:酸素、Se:セレン)という物質に電場をかけてスキルミオンの安定性を制御することで、その生成・消滅が可能であると考えました。Cu2OSeO3は、磁性と誘電性(電場を加えた際に、正電荷と負電荷がそれぞれ反対方向に蓄積される性質)が強く結合した、強磁性体と強誘電体の性質を併せ持つ「マルチフェロイクス」呼ばれる性質を持ちます。実験の結果、スキルミオン相が正電場では安定化(拡大)し、負電場では不安定化(縮小)することが示されました(図参照)。

今回の実験では、約100億個のスキルミオンを一斉に制御しています。今後、一つのスキルミオンだけを個別に制御できれば、省電力スキルミオンメモリの動作原理の確立につながると期待できます。

理化学研究所
創発物性科学研究センター 強相関物理部門 強相関物性研究グループ
研修生 岡村 嘉大 (おかむら よしひろ)
グループディレクター 十倉 好紀 (とくら よしのり)

創発物性科学研究センター 統合物性科学研究プログラム 動的創発物性研究ユニット
ユニットリーダー 賀川 史敬 (かがわ ふみたか)

創発物性科学研究センター 統合物性科学研究プログラム スピン創発機能研究ユニット
ユニットリーダー 関 真一郎 (せき しんいちろう)