高効率な電圧スピン制御:磁気メモリー用材料を開発

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~低消費電力の電圧制御型磁気メモリーの実用化に前進~

国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)スピントロニクス研究センター【研究センター長 湯浅 新治】電圧スピントロニクスチーム 野﨑 隆行 研究チーム長は、国立大学法人 東北大学 電気通信研究所の辻川 雅人 助教、国立研究開発法人 物質・材料研究機構の大久保 忠勝 グループリーダー、国立大学法人 大阪大学の三輪 真嗣 准教授、公益財団法人 高輝度光科学研究センターの鈴木 基寛 チームリーダーらと共同で、電圧制御型の磁気メモリー(電圧トルクMRAM注1))用の新材料を開発し、高効率な電圧スピン制御を実現した。

電圧をかけて金属磁石薄膜の磁化の向きやすい方向(磁気異方性注2))を制御する電圧スピン制御注3)技術は不揮発性固体磁気メモリー(MRAM注1))の駆動電力を低減するキーテクノロジーとして注目されている。今回、典型的な磁石材料である鉄(Fe)に低濃度のイリジウム(Ir)を添加したFeIr超薄膜磁石では、実用上求められる垂直磁気異方性注2)を保ちつつ、電圧スピン制御効率注3)が従来よりも約3倍高効率化することを見いだした。これにより電圧トルクMRAMの実用化に向けた性能目標が初めて達成された。電圧トルクMRAMは、現在のMRAM開発の主流である電流方式よりも書き込みに必要なエネルギーを大幅に低減できる可能性が有り、待機電力が不要で、駆動電力が小さい新たな不揮発性メモリー注4)の実現につながると期待される。この成果の詳細は、2017年12月1日(英国現地時間)に「NPG Asia Materials (ネイチャー・パブリッシング・グループ アジアマテリアルズ)」にオンライン掲載される。

今回開発した鉄イリジウム超薄膜磁石の特性(赤星印)と素子構造の模式図

今回開発した鉄イリジウム超薄膜磁石の特性(赤星印)と素子構造の模式図

垂直磁気異方性と電圧スピン制御効率の双方で実用化に向けた性能目標を初めて達成した。

本成果は、以下のプログラム・研究開発課題によって得られました。

内閣府 革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)
http://www.jst.go.jp/impact/

プログラム・マネージャー
佐橋 政司

研究開発プログラム
「無充電で長期間使用できる究極のエコIT機器の実現」

研究開発課題
「電圧駆動MRAMのための新材料素子の開発」

研究開発責任者
野﨑 隆行(産業総合技術研究所)

研究期間
平成26年度~平成30年度

本研究開発課題では、電圧トルクMRAM実現に向けた要素技術として、電圧効果用新材料の探索、電圧効果用新材料の探索、電圧効果ダイナミクスの解明と高性能化、および超微細加工技術の研究開発に取り組んでいます。

 

<佐橋 政司 プログラム・マネージャーのコメント>

PM

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