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2012年4月29日 (日)

電場で制御可能なナノスケールのスピン渦(スキルミオン)を発見

電場で制御可能なナノスケールのスピン渦
(スキルミオン)を発見
(超低消費電力な次世代の演算・
磁気メモリ素子に道)

平成24年4月13日
東京大学
理化学研究所
科学技術振興機構

詳細は、リンクを参照して下さい。

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 最先端研究開発支援プログラム
(FIRST)課題名「強相関量子科学」
(中心研究者:十倉 好紀)の事業の一環
として、東京大学 大学院工学系研究科の
関 真一郎 特任助教・石渡 晋太郎 特任
准教授・十倉 好紀 教授と理化学研究所
基幹研究所の于 秀珍 特別研究員の
研究グループは、ナノスケールのスピン渦
(スキルミオン)が電場で制御可能である
ことを発見し、超低消費電力な演算・
磁気メモリ素子の実現に向けた新しい道筋
を示しました。

 電子は電荷とスピン注1)という2つの
自由度を持っていますが、従来の半導体
エレクトロニクスは電荷の自由度のみを
利用しており、より画期的な性能を求めて
スピンの自由度を積極的に活用する試みが
盛んに行われています。

 最近になり、一部の特殊な金属の中で、
電子のスピンが自発的に「スキルミオン
注2)」と呼ばれる渦巻き状の構造を作る
ことが発見されました。

 スキルミオンはナノスケールの粒子
としての性質を持つため、次世代の演算・
記憶素子における新しい情報担体として
期待されていますが、現象の舞台となる
新物質の発見や、その制御手法の確立が
大きな課題となっていました。

 今回、右手と左手のように、鏡写しに
した像を互いに重ねることができない
キラルな結晶構造を持つ絶縁体
Cu2OSeO3
(Cu:銅、O:酸素、Se:セレン)
のスピン構造をローレンツ電子顕微鏡注3)
で直接観察した結果、世界で初めて
絶縁体中でスキルミオンを観測することに
成功しました(図1)。

 さらに電気的な測定を通じて、
スキルミオンが電気分極(正負の電荷の組
の整列状態)を引き起こしていることを
発見し、電場でスキルミオンの位置を自在
に制御することが原理的に可能であること
を明らかにしました(図2)。

 絶縁体中の電場には、発熱による
エネルギー損失を生じないという利点が
あります。

 今回の発見は、エレクトロニクスの根幹
である電子の制御手法に、よりエネルギー
効率の高い新しい選択肢を加えるもので
あり、次世代の超低消費電力演算素子・
磁気メモリ素子の開発につながることが
期待されます。

 本研究の主たる部分は、総合科学技術
会議により制度設計された最先端研究開発
支援プログラム(FIRST)により、
日本学術振興会を通して助成されたもの
です。
 また一部は科学技術振興機構 戦略的創造
研究推進事業として、東京大学 大学院工学
研究科、理化学研究所 基幹研究所と共同で
行われました。

 本研究成果は、米国科学雑誌
「Science」4月13日発行号で
公開されます。
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スピントロニクスと言われる分野の研究
ですね。

沢山発表されているので、どれが本命
なのか良くわかりません。

>スキルミオンを情報担体(0と1の状態の
>運び手)として電場で駆動する場合には、
>極めて僅かな電力しか消費しないと考え
>られます。
>今回の発見は、エレクトロニクスの根幹
>である電子の制御手法に、
>よりエネルギー効率の高い新しい選択肢
>を加えるものであり、超低消費電力な
>次世代の演算素子・磁気メモリ素子の
>開発につながることが期待されます。
ということはわかりますが、どの程度
現実の素子開発に近いのかな?

道すら見えなかったところに道が見えたと、
言う感じ?

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