磁気渦を押すだけで生成・消去できる新手法を発見 －超省電力型の磁気メモリデバイス実現へ前進－ : 物理工学専攻 十倉好紀 教授、岩佐義宏 教授 等

理化学研究所（理研）創発物性科学研究センター創発デバイス研究チームの新居陽一客員研究員（東京大学大学院総合文化研究科　助教）、岩佐義宏チームリーダー（東京大学大学院工学系研究科　教授）、強相関量子構造研究チームの中島多朗特別研究員、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）、総合科学研究機構（CROSS, J-PARC特定中性子線施設 登録機関）の大石一城グループリーダー、鈴木淳市部長らの共同研究グループは、次世代型磁気メモリデバイスへの応用が期待されている微小な磁気渦（スキルミオン）を力学的に生成・消滅する手法を初めて発見しました。

スキルミオンは数ナノメートル（nm、１nmは10億分の１メートル）から数百nmのサイズの粒子のような磁気渦で、一度生成すると比較的安定に存在し、極めて小さな電流や熱勾配により動かすことができます。また理論的には高速な生成・消滅も可能と予測されています。現在、これらの性質を使って、スキルミオンを情報キャリアとして用いた次世代型磁気メモリデバイスの実現が期待されています。例えば、高密度、低消費電力、不揮発性、高速動作など多くの利点を兼ね備えたユニバーサルメモリが実現できる可能性があります。ただし、その実現には、スキルミオンの書き込みや消去の動作原理を実験的に確立するとともに、より簡便な手法を開発する必要がありました。

共同研究グループは、これまで実験および理論で提唱された磁場、電流、熱といった外場とは異なる「応力」に着目し、スキルミオンの生成と消滅を試みました。マンガン（Mn）とケイ素（Si）の合金（MnSi）に対して、応力を変化させながら振動磁場を加える、中性子を照射するなどして磁気的性質を調べたところ、数10メガパスカル（MPa）という小さな応力でスキルミオン相を生成および消滅できることを明らかにしました。スキルミオン1個の生成・消滅に必要な閾応力は１～10マイクログラム（mg、1 mgは100万分の1グラム）程度という極めて微小な力です。原理的には走査型プローブ顕微鏡を用いた単一スキルミオンの力学的制御も可能となります。この成果は、スキルミオンを用いた次世代型磁気メモリの開発の新たな指針になるものと期待できます。

本研究は、国際科学雑誌『Nature Communications』（10月13日付け：日本時間10月13日）に掲載されます。

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