トポロジカル反強磁性金属の超高速スピン反転を実証 ~テラヘルツ電子デバイスの実現に道~

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2021-04-15 東京大学,東北大学,理化学研究所,科学技術振興機構

ポイント
  • 反強磁性金属における超高速スピン反転の観測に初めて成功
  • 反強磁性金属のスピン反転が10ピコ秒以下であることを実証
  • 読み出し/書き込み速度が実用化されている不揮発性メモリーと比較して10~100倍速いテラヘルツ電子デバイスの開発に大きな一歩

東京大学 物性研究所・トランススケール量子科学国際連携研究機構の三輪 真嗣 准教授、同研究所・同機構・東京大学 大学院理学系研究科の中辻 知 教授は、同研究所の冨田 崇弘 特任助教、Ikhlas Muhammad 大学院生、坂本 祥哉 助教、同研究科の肥後 友也 特任准教授、同研究所・同機構の大谷 義近 教授(理化学研究所 創発物性科学研究センター チームリーダー)、同大学 大学院工学系研究科の野本 拓也 助教、有田 亮太郎 教授(理化学研究所 創発物性科学研究センター チームリーダー)、東北大学 学際科学フロンティア研究所の飯浜 賢志 助教、同大学 材料科学高等研究所の水上 成美 教授と共同で、物質中の電子がもつ磁石としての性質、すなわちスピンの反転速度が反強磁性金属では10ピコ秒(1000億分の1秒)と極めて速いことを実証しました。

ナノサイズの磁石を利用するエレクトロニクス技術をスピントロニクスと呼びます。スピンを電荷とともに利用することで、これまでの技術では実現できなかった新しい機能を持つ電子デバイスの創出が期待されています。代表的なデバイスとしては超高密度ハードディスクドライブ用磁気ヘッドや不揮発性メモリーMRAMがあります。これまでスピントロニクスでは磁石材料として強磁性金属が用いられました。一方で反強磁性金属は強磁性金属と比べてスピンの反転速度が10~100倍速いピコ秒台と予想され、新たな電子デバイス材料として注目されています。しかし、反強磁性金属におけるスピンの動きを時間軸で観測した例はなく超高速性は予測に過ぎませんでした。本研究ではトポロジカル反強磁性金属と呼ばれる特殊なマンガン合金を用いてスピンの動きを実時間で捉えることに成功し、その反転速度が10ピコ秒以下と超高速であることを実証しました。これは実用化されているMRAMに比べて10~100倍程度速く読み書きができることに相当し、本材料を用いた電子デバイスを作製すれば、超高速動作が可能になります。

本研究成果は国際科学雑誌「Small Science」において、2021年4月15日(中央ヨーロッパ夏時間)にオンライン版に公開される予定です。

本研究はJST-CREST(JPMJCR18T3)、科学研究費補助金(JP18H03880)等の一環として行われました。

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“Giant effective damping of octupole oscillation in an antiferromagnetic Weyl semimetal”
DOI:10.1002/smsc.202000062
<お問い合わせ先>

<研究に関すること>
三輪 真嗣(ミワ シンジ)
東京大学 物性研究所/トランススケール量子科学国際連携研究機構 准教授

<JST事業に関すること>
嶋林 ゆう子(シマバヤシ ユウコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ

<報道担当>
東京大学 物性研究所 広報室
東北大学 材料科学高等研究所(AIMR) 広報戦略室
東京大学 大学院理学系研究科・理学部 広報室
理化学研究所 広報室 報道担当
科学技術振興機構 広報課

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