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Research News

電子スピンの渦「スキルミオン」のサイズと渦の向きを制御

スキルミオンを利用する省電力メモリ素子の実現に前進

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工学系研究科・工学部
2013/09/26

© Mari Ishida, Kiyou Shibata, and Yoshinori Tokura, スキルミオンの大きさとスピンの作る渦の向きはスピン軌道相互作用の強さと符号によって調整することができる。組成勾配を持つ2つの結晶ドメイン中で変形したスキルミオンのイメージ図。

現在、磁石の源である電子スピンの向きを情報記録に用いる磁気メモリ素子の研究分野では、磁気構造体を電気的に動かして情報を高速に読み書きする動作原理の研究が盛んに行われています。近年発見された渦状のスピン構造であるスキルミオンは、他の磁気構造体と比べ10万分の1程度の微小電流で動かせるため、高速で省電力な磁気メモリ素子への応用が期待できます。しかし、スキルミオンを集積化して素子に利用するには、そのサイズや渦の向きを自在に制御する手法が必要です。

今回、最先端研究開発支援プログラム(強相関量子科学)の事業の一環として、東京大学大学院工学系研究科の十倉好紀教授(理化学研究所創発物性科学研究センター センター長)と柴田基洋大学院生らの共同研究グループは、様々な組成のMn1-xFexGe(マンガン(Mn)、鉄(Fe)、ゲルマニウム(Ge))において電子顕微鏡を用いた観察・分析を行い、マンガンと鉄の組成に応じてスキルミオンのサイズが連続的に変化すること、ある組成(x ~ 0.8)を境にスキルミオンの渦の向きが反転することを明らかにしました。これらの結果は、組成変化に伴って変わるスピン軌道相互作用の強さを通じて、スキルミオンのサイズと渦の向きが制御できることを示しています。

本成果は、スキルミオンを利用する省電力磁気メモリ素子の実現に有用な設計指針を提供するものと期待されます。

プレスリリース

論文情報

Kiyou Shibata, Xiuzhen Yu, Toru Hara, Daisuke Morikawa, Naoya Kanazawa, Koji Kimoto, Shintaro Ishiwata, Yoshio Matsui, and Yoshinori Tokura,
“Towards control of the size and helicity of skyrmions in helimagnetic alloys by spin-orbit coupling”,
Nature Nanotechnology Advanced Online Publication: 2013/9/9 AM 2:00(Japan time), doi: 10.1038/NNANO.2013.174.
論文へのリンク

リンク

大学院工学系研究科

大学院工学系研究科 物理工学専攻

大学院工学系研究科 物理工学専攻 十倉・賀川研究室

理化学研究所 最先端研究開発支援プログラム「強相関量子科学」

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