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东京大学大学院工学系研究科の永长直人教授（理化学研究所创発物性科学研究センター副センター长）らのグループは、磁性体中のスピン构造の一つである「スキルミオン」という粒子が、メモリーや回路の构造の中で电流によってどのように駆动されるかを、计算机シミュレーションによって解明しました。

© Naoto Nagaosa, スキルミオンの磁気構造： 複数の電子スピンが渦のように規則的に並んだ構造をしている。中心と外周のスピンの向きは反平行で、中心から外周の間にあるスピンの向きは連続的にねじれ、渦巻き構造を形成する。

核物理学で提案された粒子の模型スキルミオンは、固体中で「电子スピンが涡状に并んだナノサイズの磁気构造」として実现します。この粒子は次世代の磁気メモリー开発竞争の中で、有力候补として大きな注目を集めていますが、その运动を制御することが最重要课题です。特に、メモリーや回路などの“制限された空间”での运动の解明は、スキルミオンを用いたデバイス设计にとって欠かせない课题でした。

共同研究グループは、磁気构造の时间変化を记述する微分方程式を大规模な数値计算で解くことにより、狭い空间に闭じ込められたときのスキルミオンの动きは、広い空间での动きとは全く异なって、摩擦力や不纯物、欠陥などの影响を强く受けること、さらに回路の端では一定以上の电流を流すとスキルミオンが消灭することが分りました。また、これまで难しいとされていたスキルミオンの生成を、微小な切れ込み（狭窄构造）を入れて电流を流すというごくシンプルな方法で実现できることを示しました。

今回の研究成果は、スキルミオンを応用したデバイスを設計する際に基盤となる指針を理論的に提供し、スキルミオンメモリーや論理回路設計への新しい道を開きます。本研究成果は、2013年9月9日18時（英国時間）に「Nature Nanotechnology」誌のオンライン速報版で公開されました。また、FIRSTプログラム「強相関量子科学」（中心研究者：十倉好紀教授）、及び科研費基盤S「磁性体における創発電磁気学の創成」（研究代表者：永長直人教授）の研究の一環として行われました。

论文情报

Junichi Iwasaki, Masahito Machizuki, & Naoto Nagaosa,
“Current-induced skyrmion dynamics in constricted geometries”,
Nature Nanotechnology Online Edition: 2013/9/9 (Japan time), doi: 10.1038/NNANO.2013.176.

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