電流を流すとN極とS極が反転する磁石を実現 ～強磁性半導体単層極薄膜における低電流密度磁化反転現象～：電気系工学専攻　Miao Jiang（D2)、大矢 忍准教授、田中 雅明教授ら

東京大学大学院工学系研究科のJiang Miao(姜淼) 大学院生（博士課程２年）、大矢忍 准教授、田中雅明 教授のグループは、小さな電流を流すだけでN極とS極（磁化の向き）が反転する磁石を実現しました。研究グループが作製したのは、ガリウム砒素(GaAs)という半導体にマンガン原子を数％ドーピングした強磁性半導体GaMnAsという物質からなる膜厚7 nmの極薄膜です。この薄膜に電流を流すだけで、しかも3.4×10⁵ Acm^–2という非常に小さな電流密度で磁化が反転することが分かりました。
現在、強磁性体の電子のスピン自由度を用いて新たな省エネルギーデバイスを実現する試みが盛んに行われています。通常、磁化反転には、電子のスピンの向きを磁化に受け渡す方法や、強磁性金属薄膜と非磁性金属薄膜を接合させた２層構造に電流を流すことによって生じるスピン軌道トルクという力を利用した方法などが用いられています。しかし、これらの方法では、一般的には10⁷ Acm^–2程度の大きな電流が必要です。
強磁性半導体GaMnAsには、物質内に相対論的量子効果であるスピン軌道相互作用が存在しており、それにより、低電流密度での磁化反転が起こっているものと考えられます。本成果により、低電力での磁化反転が可能な新たな強磁性材料探索が加速することが期待されます。

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Nature Communications：https://www.nature.com/articles/s41467-019-10553-x