光で情報を書き換える新しい磁気メモリ材料を開発～超高速で省エネな次世代メモリ実現へ前進～

2026-06-08 量子科学技術研究開発機,兵庫県立大学,高輝度光科学研究センター

量子科学技術研究開発機構（QST）、兵庫県立大学、高輝度光科学研究センター（JASRI）などの共同研究グループは、レーザー光パルスのみで電子スピンを反転させ、情報を書き換えられる新しい磁気メモリ材料を開発した。研究では、従来の磁気メモリで広く用いられる高スピン偏極率材料CoFeBに着目し、ガドリニウム（Gd）やコバルト（Co）との多層構造からなる人工フェリ磁性体を設計した。NanoTerasuの高輝度放射光とXMCD分光を活用して原子レベルで構造を最適化した結果、超短パルスレーザーを1回照射するだけでスピンを確実かつ繰り返し反転できることを世界で初めて実証した。従来の電流による磁化反転と比べて約1000倍高速で、発熱を抑えた低消費電力動作が期待される。今後、AI、データセンター、IoT機器向けの高速・省エネルギーな不揮発性メモリや、光通信と電子回路を融合する次世代情報基盤技術への応用が期待される。

図１．作製した材料において光照射によって電子スピンの向きが反転する様子

＜関連情報＞

CoFeB系人工フェリ磁性体における全光スイッチング
All-optical switching in CoFeB-based artificial ferrimagnets

S. Li ;T. Ueno;R. Takahashi;H. Wadati;M. Ono;M. Notomi;Y. Ohtsubo;Y. Kotani;P. D. Bentley;S. Sakai
Applied Physics Letters Published:June 08 2026
DOI:https://doi.org/10.1063/5.0328535

We demonstrate deterministic all-optical switching (AOS) triggered by single femtosecond laser pulses in CoFeB-based artificial ferrimagnets consisting of Co/Gd/CoFeB trilayers. We show that AOS in this trilayer system is primarily governed by the energetics of nonequilibrium demagnetization, rather than by the magnetic anisotropy barrier in equilibrium. Unlike existing AOS multilayer systems in which CoFeB layers are coupled indirectly through a nonmagnetic layer, each layer in our system, including the CoFeB layer, is directly antiferromagnetically exchange-coupled by a strong interfacial proximity effect. This direct coupling enables a purely thermal toggle switching process across the entire stack, facilitating ultrafast optical writing. Moreover, these thin film structures are fully compatible with the high-magnetoresistance CoFeB/MgO/CoFeB tunnel junction architecture, making this system a promising building block for the development of all-optically driven magnetic tunnel junctions, which are a key component for future high-speed, low-power logic and memory applications.