「工学」それは意思を実現する体系

新しい高密度・低消費電力デバイスの実現に前進 -電子スピンの渦「スキルミオン」の制御法を理論的に解明- : 物理工学専攻 永長直人教授Japanese Page

2013/09/09

理化学研究所(理研、野依良治理事長)は、電子スピンが渦状に並んだ磁気構造の「スキルミオン[1]」が、制限された空間(回路)で電流を流したときに現れる動的特性を、大規模なシミュレーションを用いて理論的に解明しました。また、回路に微小な切れ込み(狭窄構造)を作って電流を流すだけで、簡単にスキルミオンを生成できることも発見しました。これは、理研創発物性科学研究センター(十倉好紀センター長)強相関理論研究グループの永長直人グループディレクター(東京大学大学院工学系研究科教授)、東京大学大学院工学系研究科の岩崎惇一大学院生、青山学院大学理工学部物理・数理学科望月維人准教授らの共同研究グループによる成果です。

現在の半導体技術は、集積回路の線幅の微細化によって進歩し続けていますが、これ以上微細化することは難しく進歩の限界点が予想されているため、従来の技術とは全く異なる原理に基づいたデバイスを開発することが求められています。例えば、電子のスピンは、回転の向きによって2通り存在し、この向きを磁気によって操作し情報として利用する技術が注目されています。なかでも特定の温度・磁場下で電子が規則的に配列されるスキルミオンは、スピンの連続的な変化に対して安定な構造であり、ナノスケールで高密度に集積でき、かつ低消費電力化も見込めることから、次世代メモリーの有力な候補として注目を集めています。
共同研究グループは、制限された空間、つまり回路上でのスキルミオンの挙動をシミュレーションを用いて調べました。その結果、スキルミオンは、摩擦力などの因子の影響を強く受けること、また回路の端では一定以上の電流を流すとスキルミオンが消失することが分かりました。さらに、これまで困難とされていたスキルミオンの生成を、回路に微小な切れ込み(狭窄構造)を入れて電流を流すという極めてシンプルな方法で実現できることを示しました。
スキルミオンは、新しいタイプの高密度・低消費電力デバイスへの応用が期待されている磁気構造です。今回の結果は、スキルミオンを応用したデバイスを設計する際に基礎となる指針を理論的に提供し、スキルミオンメモリーおよび論理回路設計への新たな道を開きます。
本研究成果は、科学雑誌『Nature Nanotechnology』に掲載されるに先立ち、オンライン版(9月8日付け:日本時間9月9日)に掲載されました。
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