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－ : 物理工学専攻 博士課程 岡村嘉大、十倉好紀教授ら

理化学研究所（理研）創発物性科学研究センター強相関物性研究グループの岡村嘉大研修生（東京大学大学院工学系研究科 大学院生）、十倉好紀グループディレクター（同 教授）らの研究グループは、次世代メモリデバイスの情報担体の有力な候補である磁気スキルミオンを、電場によって不揮発的に生成・消滅できることを初めて実証しました。
　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）程度の小さな磁気渦であり、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つことから、省電力デバイスへの応用が期待されています。特に、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。しかし、電場によるスキルミオンの生成・消滅に関する実験的な報告例はなく、スキルミオンをいかに不揮発的にそして効率よく生成・消滅させることできるかが、長年の重要な課題となっていました。

　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、磁性と誘電性が強く結合したマルチフェロイクスとしての性質を持つCu2OSeO3 (Cu: 銅、O: 酸素、Se: セレン)という物質に電場を加え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。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。また、電場を加えた際に冷却することで、スキルミオンが存在できる領域を劇的に広げることに成功しました。さらに、これらの実験から得た電場下でのスキルミオンの安定性の知見を応用することでスキルミオンの生成・消滅を電場によって不揮発的に行えることを実証し、ジュール熱（電流が流れる際に発生する熱）によるエネルギーの損失のない制御方法を確立しました。今回の実験では100億個程度の多く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。

　本研究の一部は科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業個人型研究（さきがけ）の「新物質科学と元素戦略」研究領域の一環として行われました。
本成果は、国際科学雑誌『Nature Communications』（9月1日付け）に掲載されます。

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Nature Communications URL : http://www.nature.com/ncomms/2016/160901/ncomms12669/full/ncomms12669.html