ねじれナノチューブが示す磁気情報伝達の新原理(The twisted nanotubes that tell a story)

2025-12-09 スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)

EPFLの研究チームは、らせん状にねじれた超微小な “磁性ナノチューブ(twisted magnetic nanotubes)” を使い、電子ではなく「マグノン」と呼ばれる準粒子を介して情報を伝送できることを実証した。マグノンとは、磁性材料内でスピンの乱れが波として伝わるもので、電子の流れによる発熱がないため、高速かつ低消費エネルギーの情報伝達が可能になる。さらに、このナノチューブを 3次元構造かつ通常温度下で製造・動作させる手法を初めて提示。ニッケルから成るナノチューブに幾何学的な “手性(chirality, らせんの向き)” を与えることで、マグノンがチューブの軸方向に一方向にのみ移動するようになり、向きの違いで「0/1」の二値を符号化できる。この仕組みにより、マグノン用の “3D ダイオード” が可能となり、既存の半導体チップ技術と互換性のある形で次世代の超低消費電力・高効率なスピン流デバイスへの道を開いた。

<関連情報>

ゼロ磁場における非カイラル強磁性体における幾何学誘起スピンカイラリティ Geometry-induced spin chirality in a non-chiral ferromagnet at zero field

Mingran Xu,Axel J. M. Deenen,Huixin Guo,Pamela Morales-Fernández,Sebastian Wintz,Elina Zhakina,Markus Weigand,Claire Donnelly & Dirk Grundler
Nature Nanotechnology Published: 04 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41565-025-02055-3

ねじれナノチューブが示す磁気情報伝達の新原理(The twisted nanotubes that tell a story)

Abstract

Spin chirality is a fundamental property that manifests non-reciprocal transport—magnetochiral anisotropy (MChA). However, the application of MChA in technology is constrained by the necessity for an external magnetic field, complex non-centrosymmetric crystal synthesis and cryogenic environments. Here we overcome these challenges by imprinting geometric chirality onto a nickel tube via three-dimensional nanoengineering. We use two-photon lithography to create a structurally twisted polymeric template with micrometre-sized pitch and diameters and cover it with a uniform 30-nm-thick nickel shell. The nickel tube exhibits spontaneous MChA—non-reciprocal transport at zero magnetic field and room temperature. X-ray magnetic circular dichroism microscopy confirms helical spin textures stabilized by the torsion- and curvature-engineered shape anisotropy, while inelastic light scattering spectroscopy demonstrates robust non-reciprocal magnon transport at remanence, reconfigurable via magnetic field history. The chiral parameter in our device surpasses that of natural chiral magnets such as Cu2OSeO3. Analytical theory and micromagnetic simulations demonstrate that the non-reciprocity is further enhanced by downscaling the feature sizes. Our results establish a scalable, geometry-driven nanotechnology that imprints spin chirality on non-chiral ferromagnets and may enable nanoscale integration of chirality-enhanced magnonics and spintronics for real-world use cases.

0403電子応用
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