室温で単一スキルミオンの電流駆動に成功 ~スキルミオンの電子デバイスへの応用に期待~

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2021-11-24 理化学研究所,東京大学,科学技術振興機構

理化学研究所(理研) 創発物性科学研究センター 電子状態マイクロスコピー研究チームのPeng Licong 基礎科学特別研究員、于 秀珍 チームリーダー、強相関物質研究グループの軽部 皓介 研究員、田口 康二郎 グループディレクター、永長 直人 副センター長(理研 創発物性科学研究センター 強相関理論研究グループ グループディレクター、東京大学 大学院工学系研究科 教授)、十倉 好紀 センター長(理研 創発物性科学研究センター 強相関物性研究グループ グループディレクター、東京大学 卓越教授/東京大学 国際高等研究所 東京カレッジ)らの研究グループは、室温で単一の「スキルミオン」を電流によって駆動することに成功し、その動的な振る舞いを観察しました。

本研究成果は、スキルミオンを用いた電子デバイスへの応用研究に寄与するものと期待できます。

これまで、キラル磁性体中の単一のスキルミオンは、マイナス150度の低温条件下では電流によって駆動できることが報告されていましたが、室温で駆動させた例はありませんでした。

今回、研究グループは、キラル磁性体CoZnMn(Co:コバルト、Zn:亜鉛、Mn:マンガン)の薄板にナノ秒(ns、1nsは10億分の1秒)のパルス電流を流すことにより、室温で約100ナノメートル(nm、1nmは10億分の1メートル)サイズの単一スキルミオンを生成させ、その運動を追跡することに成功しました。その際、磁場の向きを反転させてスキルミオンのトポロジカル数の符号が反転すると、そのホール運動の方向も反転することが分かりました。

本研究成果は、オンライン科学雑誌「Nature Communications」(2021年11月24日付:日本時間2021年11月24日)に掲載されます。

本研究の一部は、日本学術振興会(JSPS) 科学研究費補助金基盤研究(A)「電子顕微鏡によるトポロジカルスピン構造とそのダイナミクスの実空間観察(研究代表者:于 秀珍)」、科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 CREST「Beyond Skyrmionを目指す新しいトポロジカル磁性科学の創出(研究代表者:于 秀珍)」「ナノスピン構造を用いた電子量子位相制御(研究代表者:永長 直人)」による助成を受けて行われました。

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“Dynamic transition of current-driven single-skyrmion motion in a room-temperature chiral-lattice magnet”
DOI:10.1038/s41467-021-27073-2
<お問い合わせ先>

<研究に関すること>
Peng Licong(ポン・リソン)
理化学研究所 創発物性科学研究センター 電子状態マイクロスコピー研究チーム 基礎科学特別研究員

于 秀珍(ウ シュウシン)
理化学研究所 創発物性科学研究センター 電子状態マイクロスコピー研究チーム チームリーダー

軽部 皓介(カルベ コウスケ)
理化学研究所 創発物性科学研究センター 強相関物質研究グループ 研究員

田口 康二郎(タグチ ヤスジロウ)
理化学研究所 創発物性科学研究センター 強相関物質研究グループ グループディレクター

永長 直人(ナガオサ ナオト)
理化学研究所 創発物性科学研究センター 副センター長/創発物性科学研究センター 強相関理論研究グループ グループディレクター
東京大学 大学院工学系研究科 教授

十倉 好紀(トクラ ヨシノリ)
理化学研究所 創発物性科学研究センター センター長/創発物性科学研究センター 強相関物性研究グループ グループディレクター
東京大学 卓越教授/東京大学 国際高等研究所東京カレッジ

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