スキルミオンの構造を制御する新原理を開拓 - 応力による結晶の歪みでスキルミオン構造が変化することを発見‐：物理工学専攻 十倉好紀教授 等

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柴田基洋研修生（東京大学大学院工学系研究科博士課程大学院生）、創発物性科学研究センターの十倉好紀センター長（東京大学大学院工学系研究科教授）、永長直人副センター長（東京大学大学院工学系研究科教授）、日立製作所中央研究所の谷垣俊明研究員らの共同研究グループは、省電力磁気メモリ素子の情報担体などへの応用が期待されるナノサイズの渦状磁気構造体「スキルミオン」の構造が、応力により大きく変化することを実験的に発見し、理論的な検証にも成功しました。スキルミオンは、他の磁気構造体と比べ10 万分の1 程度の微小な電流によって駆動できるなどの優れた性質を持ち、高速・省電力な磁気メモリ素子への応用が期待されています。スキルミオンを利用するにあたっては、その構造を外場によって制御する手段の開発や、その制御原理の解明が重要です。共同研究グループは、温度変化した際に形状や寸法の変化の違いで生じる熱応力によって、冷却時に一軸引張応力が生じるように工夫した試料を作製しました。試料に一軸引張応力を加えた状態でローレンツ透過型電子顕微鏡法を用いてスキルミオンの構造を観測したところ、試料の微小な歪（0.3％）に対して、スキルミオン結晶や個々のスキルミオンの形状が大きく歪む（20％）ことを発見しました。また、スキルミオンの構造が大きく歪んだ原因を、通常は強度がどの方向にも等しい「ジャロシンスキー-守谷相互作用」に一軸応力が加わったことで、各方向に依存して異なる強度を持つように変化したためと考え、その状況に対応する理論モデルを考案しました。理論モデルに対して磁気構造シミュレーションと解析計算を行ったところ、実験結果をよく再現する結果を得ることができました。これらの成果は、スキルミオンの構造に異方的な応力が与える大きな影響を初めて観測したもので、スキルミオンを制御するための外場として応力が有効活用できる可能性を示すものです。本研究は、最先端研究開発支援（FIRST）プログラム「原子分解能・ホログラフィー電子顕微鏡の開発とその応用」及び「強相関量子科学」の支援を受けて実施されました。

成果は、英国の科学雑誌『NatureNanotechnology』（7 月1 日号）、オンライン版（6 月1 日付け：日本時間6 月1 日）に掲載されました。

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