電圧駆動による安定な磁気情報書き込みの新技術を開発 -超低消費電力な不揮発性メモリーMRAMの実現へ-

2026-04-03 産業技術総合研究所

産業技術総合研究所(産総研)は、電圧によって磁気情報を書き込む新手法「電圧誘起スタティック磁化反転法」を開発し、次世代不揮発性メモリーMRAMの低消費電力化と高安定化を実現した。人工反強磁性体構造を用い、電圧により磁気異方性や層間結合を制御することで、従来困難だった広いパルス幅範囲での安定書き込みを達成。さらに電圧の極性に応じた双方向書き込みも可能とした。これにより書き込みエラー低減と大容量化が可能となり、AI・IoT時代の省エネルギー情報機器への応用が期待される。

電圧駆動による安定な磁気情報書き込みの新技術を開発 -超低消費電力な不揮発性メモリーMRAMの実現へ-
概要図 開発した電圧による磁気情報書き込み技術の概念図

<関連情報>

電圧制御磁気異方性効果によって駆動される人工反強磁性多層膜における静的磁化反転 Static magnetization switching in an artificial antiferromagnetic multilayer driven by a voltage-controlled magnetic anisotropy effect

Hiroyasu Nakayama,Takayuki Nozaki,Toshiki Yamaji,Tomohiro Nozaki,Hiroshi Imamura & Shinji Yuasa
Nature Materials  Published:03 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-026-02575-w

Abstract

Voltage-induced magnetization switching based on the voltage-controlled magnetic anisotropy (VCMA) effect is expected to be the ultimate low-power-consumption writing method for spintronic devices such as non-volatile magnetoresistive random-access memory. However, for conventional VCMA-driven dynamic magnetization switching, in which sub-nanosecond voltage pulses induce bidirectional switching by inducing a half precession of magnetization, even a small variation in the pulse widths of the order of several picoseconds can cause switching failure. This has become a major obstacle for developing voltage-controlled magnetoresistive random-access memory. Here we report VCMA-driven static magnetization switching by exploiting an artificial antiferromagnetic trilayer structure with interlayer exchange coupling. By applying bipolar voltages to the antiferromagnetic structure, we can demonstrate repeatable bidirectional switching. Unlike conventional dynamic switching, VCMA-driven static magnetization switching is induced in a wide range of pulse widths. This unconventional writing method is expected to be a key for developing various ultralow-power spintronic devices.

0403電子応用
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