1原子レベルの薄膜で磁気準粒子の磁化ねじれを制御~大容量・高速・低電力な新規情報端末の幕開け~

2025-11-21 九州大学

九州大学の研究グループは、情報端末の大容量・高速・低電力化を同時に実現できる可能性をもつ磁気スキルミオンの性能を、1原子レベルの薄膜挿入によって飛躍的に改善する手法を実証した。従来のPt/Co/Ni積層構造に、希土類元素Gdを0.3nmだけ挿入したPt/Gd/Co/Ni構造を作製し、スピン軌道トルク(SOT)を測定したところ、スキルミオンを高速かつ低電流で転送可能にする高いSOT効率を示した。さらにローレンツ電子顕微鏡を用いて、ナノスケールのスキルミオンが安定に形成・保持されることを直接観察した。本成果は、これまで“三つ同時達成が困難”とされてきたスキルミオンデバイスのトリレンマを突破するもので、新世代の省エネルギー情報端末の基盤技術となる可能性がある。研究はAPL Materialsに掲載された。

1原子レベルの薄膜で磁気準粒子の磁化ねじれを制御~大容量・高速・低電力な新規情報端末の幕開け~
本研究による磁気スキルミオン可能性の拡大

<関連情報>

ローレンツTEMによるスキルミオンの直接観察とPt/Gd/Co/Ni積層システムのSOT効率の評価
Direct observation of skyrmions by Lorentz TEM and evaluation of SOT efficiency in Pt/Gd/Co/Ni laminated systems

Lin Zhang;Kazuhiko Tokunaga;Yuichiro Kurokawa;Takehiro Tamaoka;Yuto Tomita;Yasukazu Murakami;Hiromi Yuasa
APL Materials  Published:November 14 2025
DOI:https://doi.org/10.1063/5.0294523

Skyrmions, topologically protected quasiparticles, exhibit novel physical properties, such as the topological Hall effect and emergent electromagnetic dynamics, making them highly promising for spintronic applications. Their small size combined with fast transport at low power makes them attractive candidates for next-generation information carrier. However, these advantages cannot currently be realized simultaneously. One potential solution involves enhancing the spin–orbit torque (SOT) transferred from the heavy metal Pt layer to the magnetic layer. Here, we control the SOT efficiency by inserting an ultrathin layer between Pt and Co, as prior studies suggest that such an insertion layer can increase the spin-mixing conductance, thereby modulating the SOT efficiency. However, the insertion layer may also reduce the interfacial Dzyaloshinskii–Moriya interaction, a key factor in stabilizing skyrmions. In this work, we evaluated the SOT efficiency and skyrmion stability for two samples, the Pt/Co/Ni/Pt and Pt/Gd/Co/Ni/Pt systems, using Lorentz transmission electron microscopy. No significant difference was observed between the two samples, indicating that the SOT efficiency remained unaffected by the Gd insertion, and skyrmions formed in both cases.

0403電子応用
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました