反強磁性体を用いたトンネル磁気抵抗効果の理論予測 ~次世代高密度・超高速磁気メモリーの開発に貢献~

2026-04-17 東京大学,JSR株式会社,京都大学,東京都立大学,東北大学,理化学研究所,科学技術振興機構

本研究は、東京大学などの研究グループが、ノンコリニア反強磁性体を用いた磁気トンネル接合(MTJ)において、大きなトンネル磁気抵抗(TMR)効果が生じる可能性を第一原理計算により理論予測したものである。具体的には、反強磁性材料Mn₃Snと絶縁体MgOを組み合わせた構造を設計し、従来は難しいとされてきた反強磁性体での高効率なスピン輸送を実現できることを示した。反強磁性体は外部磁場の影響を受けにくく高速応答が可能なため、本成果は高密度・超高速・低消費電力の次世代磁気メモリー開発に向けた重要な設計指針となる。特にスピントロニクス分野において、従来の強磁性材料に依存しない新たなデバイス実現への道を開く成果である。

反強磁性体を用いたトンネル磁気抵抗効果の理論予測 ~次世代高密度・超高速磁気メモリーの開発に貢献~
Mn3Sn/MgO/Mn3Sn 磁気トンネル接合。

<関連情報>

磁気抵抗効果の第一原理研究マンガン3Sn/MgO/マンガン3⁢Sn反強磁性トンネル接合 Ab initio study of magnetoresistance effect in Mn3Sn/MgO/Mn3⁢Sn antiferromagnetic tunnel junction

Katsuhiro Tanaka, Yuta Toga, Susumu Minami, Satoru Nakatsuji, Takuya Nomoto, Takashi Koretsune, and Ryotaro Arita
Physical Review Materials  Published: 16 April, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/xt7z-sf3x

Abstract

The antiferromagnets with the time-reversal symmetry broken magnetic structures possess a finite spin splitting in the momentum space, and may contribute to a realization of a finite tunnel magnetoresistance (TMR) effect even with magnets with zero net spin polarization. In this paper, we study the TMR effect with the noncollinear antiferromagnet Mn3⁢Sn whose inverse 120 antiferromagnetic order breaks the time-reversal symmetry. In particular, we employ the representative barrier material MgO as the tunnel insulator, and calculate the TMR effect in the Mn3⁢Sn⁡(01⁢‾‾1⁢0)/MgO⁡(110)/Mn3⁢Sn magnetic tunnel junctions (MTJs), which has an optimal geometry for the spin-orbit torque switching of the magnetic configurations. We show that a finite TMR ratio reaching ≳1000% appears in the Mn3⁢Sn/MgO/Mn3⁢Sn MTJs, which is due to the spin splitting properties of Mn3⁢Sn in the momentum space combined with the screening effect of MgO.

0403電子応用
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