电场で制御可能なナノスケールのスピン涡(スキルミオン)を発见 超低消费电力な次世代の演算?磁気メモリ素子に道

最先端研究開発支援プログラム(FIRST)課題名「強相関量子科学」 (中心研究者;十倉好紀)の事業の一環として、東京大学大学院工学系研究科の関真一郎特任助教?石渡 晋太郎特任准教授?十倉 好紀教授と理化学研究所基幹研究所の于 秀珍特別研究員の研究グループは、ナノスケールのスピン渦(スキルミオン)が電場で制御可能であることを発見し、超低消費電力な演算?磁気メモリ素子の実現に向けた新しい道筋を示しました。
电子は电荷とスピンという2つの自由度を持っていますが、従来の半导体エレクトロニクスは电荷の自由度のみを利用しており、より画期的な性能を求めてスピンの自由度を积极的に活用する试みが盛んに行われています。最近になり、一部の特殊な金属の中で、电子のスピンが自発的に「スキルミオン」と呼ばれる涡巻き状の构造をつくることが発见されました。スキルミオンはナノスケールの粒子としての性质を持つため、次世代の演算?记忆素子における新しい情报担体として期待されていますが、现象の舞台となる新物质の発见や、その制御手法の确立が大きな课题となっていました。
今回、右手と左手のように、镜写しにした像を互いに重ねることができないキラルな结晶构造を持つ絶縁体颁耻2OSeO3(Cu : 銅、O:酸素、Se:セレン)のスピン構造をローレンツ電子顕微鏡で直接観察した結果、世界で初めて絶縁体中でスキルミオンを観測することに成功しました。さらに電気的な測定を通じて、スキルミオンが電気分極(正負の電荷の組の整列状態)を引き起こしていることを発見し、電場でスキルミオンの位置を自在に制御することが原理的に可能であることを明らかにしました。絶縁体中の電場には、発熱によるエネルギー損失を生じないという利点があります。今回の発見は、エレクトロニクスの根幹である電子の制御手法に、よりエネルギー効率の高い新しい選択肢を加えるものであり、次世代の超低消費電力演算素子?磁気メモリ素子の開発につながることが期待されます。
本研究成果は、平成24年4月13日午前3时(米国时间4月12日午后2时)に米国科学雑誌「厂肠颈别苍肠别」オンライン版で公开されています。
论文情报
S. Seki, X. Z. Yu, S. Ishiwata, Y. Tokura,“Observation of Skyrmions in a Multiferroic Material”,
Science Vol. 336 no. 6078 pp. 198-201, doi: 10.1126/science.1214143.