AI時代を支える新磁性体、二酸化ルテニウム薄膜の「交代磁性」を実証〜AI・データセンター向け高速・高密度メモリ開発に期待〜

2025-09-24 物質・材料研究機構,東京大学,京都工芸繊維大学,東北大学

物質・材料研究機構(NIMS)は、二酸化ルテニウム(RuO₂)薄膜における交代磁性の実証に成功した。交代磁性はスピンが互いに打ち消し合う配置で強磁性とは異なるが、外部磁場に高感度で、次世代の高効率メモリやAIデバイス材料として期待されている。研究では高品質RuO₂薄膜を作製し、放射光や中性子散乱を用いた詳細解析により交代磁性秩序を確認。さらに電気的手法でその応答を捉えることに成功した。RuO₂は室温で安定に交代磁性を示すため、従来材料に比べ実用性が高いとされる。今回の成果は、スピントロニクスやAI半導体開発を支える基盤技術の一歩となる。

AI時代を支える新磁性体、二酸化ルテニウム薄膜の「交代磁性」を実証〜AI・データセンター向け高速・高密度メモリ開発に期待〜
図: X線磁気線二色性とスピンの向きで示した単一配向RuO2薄膜の交代磁性の概念図。

<関連情報>

交互磁性RuO 2 (101)薄膜における単一バリアントの証拠 Evidence for single variant in altermagnetic RuO2(101) thin films

Cong He,Zhenchao Wen,Jun Okabayashi,Yoshio Miura,Tianyi Ma,Tadakatsu Ohkubo,Takeshi Seki,Hiroaki Sukegawa & Seiji Mitani
Nature Communications  Published:24 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-63344-y

Abstract

Altermagnetism presents intriguing possibilities for spintronic devices due to its unique combination of strong spin-splitting and zero net magnetization. However, realizing its full potential hinges on fabricating single-variant altermagnetic thin films. In this work, we present definitive evidence for formation of single-variant altermagnetic RuO2(101) thin films with fully epitaxial growth on Al2O3(11‾02) r-plane substrates, confirmed through rigorous structural analyses using X-ray diffraction, atomic-resolution transmission electron microscopy and X-ray magnetic linear dichroism. The mutual correspondence of the occupancy of oxygen atoms on the surfaces of RuO2(101)[010] and Al2O3(11‾02)[112‾0] plays a decisive role in the formation of the single-variant RuO2, which is also supported by our first-principles density functional theory calculations. We further observed spin-splitting magnetoresistance in the single-variant RuO2(101)/CoFeB bilayers, highlighting the characteristic effect of single variant on spin transport. The demonstration of single-variant RuO2(101) films marks a significant advancement in the field of altermagnetism and paves the way for exploring their potential applications.

0501セラミックス及び無機化学製品
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