独立行政法人理化学研究所/国立大学法人東京大学物性研究所/独立行政法人日本原子力研究開発機構/国立大学法人東北大学金属材料研究所

独立行政法人理化学研究所
国立大学法人東京大学物性研究所
独立行政法人日本原子力研究開発機構
国立大学法人東北大学金属材料研究所

非磁性体(銀)に巨大な磁気を持たせることに成功
−超高感度磁気センサーや大容量不揮発性メモリーの開発に道筋−

本研究成果のポイント

独立行政法人理化学研究所(野依良治理事長)、国立大学法人東京大学物性研究所(家 泰弘所長)、独立行政法人日本原子力研究開発機構(鈴木篤之理事長)、国立大学法人東北大学金属材料研究所(新家光雄所長)は、酸化マグネシウム層を磁石である強磁性体と非磁性体(銀)で挟んだ接合を持つ磁気蓄積素子を作製し、効率よく磁気(スピン)を銀の中に注入・蓄積することに成功、従来の100倍以上という世界最高性能の出力電圧(磁気蓄積量)を達成しました。これは、理研基幹研究所(玉尾皓平所長)量子ナノ磁性研究チームの大谷義近チームリーダー(東京大学物性研究所教授)と福間康裕副チームリーダー、日本原子力研究開発機構先端基礎研究センターの前川禎通センター長、東北大学金属材料研究所の高橋三郎助教との共同研究による成果です。

近年、電子の電荷を用いたエレクトロニクスに加えて、スピンの性質も利用するスピントロニクスという分野が注目されています。磁気の源であるスピンの緩和時間※1は、電流の源である電荷の緩和時間より数桁長いため、スピン流※2やスピン蓄積※3を用いることでエネルギー損失の少ない電子素子の実現が期待されています。この磁気蓄積素子では、素子の一部に電流を流すことで、強磁性体から非磁性体にスピンを注入し、スピン流を利用して出力電圧を得ます。しかし、これまでは、強磁性体と非磁性体間でスピンの緩和に対する抵抗値(スピン抵抗※4)の不整合があり、効率よくスピンを注入することができませんでした。そのため、出力信号は1μV(マイクロボルト:マイクロは10-6)程度、磁気蓄積量にして0.01T(テスラ)程度にとどまっていました。

研究グループは、このスピン抵抗の不整合を解消するために、強磁性体であるパーマロイ※5(鉄とニッケルの合金)と非磁性体である銀との間に、厚さ数nm(ナノメートル:ナノは10-9)の低抵抗の酸化マグネシウム層を挟んだ接合を持つ磁気蓄積素子を作製し、熱処理を施すことで、強磁性体から非磁性体中への高効率なスピン注入・蓄積を実現しました。実際に磁気蓄積素子の特性を測定した結果、数百μVという出力信号を実現するとともに、スピンが銀の中を6μm以上も拡散する様子を観測しました。また、出力信号の解析方法も確立することができました。今後は、スピン流やスピン蓄積を用いた超高感度磁気センサー、大容量不揮発性メモリー素子、スピン演算素子などへの応用開発が加速すると期待できます。

本研究成果は、英国の科学雑誌『Nature Materials』オンライン版(6月12日付け:日本時間6月13日)に掲載されます。

以上

参考部門・拠点:先端基礎研究センター

戻る