スキルミオン分子の生成とその低電流密度での駆動に成功 高記録密度・低消費電力性を備えた磁気メモリ材料の開発に前進

電子スピンを磁気情報として利用する磁気メモリ素子は、高速、不揮発性などの特徴をもつ次世代デバイスとして期待されています。電子スピンが渦状に並んだスキルミオンは強磁性体の磁壁（磁化の向きが異なる領域間の境界領域）と異なり、障害を避ける性質を持つため、強磁性磁壁より小さな電流密度で駆動できます。1個のスキルミオンはトポロジカルチャージ（スピン渦は定められた番号を持ち、この番号のことを指す。）1を有し、これが1ビットの情報量に相当します。しかし、より高いトポロジカル チャージ をもたらす スキルミオン は、理論予測されていましたが、 これまで実測例がありませんでした。

c 理化学研究所　（a）スキルミオンと （b）スキルミオン分子の模式図。（c）強磁性体の薄膜中で観察されたトポロジカルチャージ2のスキルミオン分子

東京大学大学院工学系研究科の十倉好紀教授らの研究グループは、初めて層状マンガン酸化物La_2-2xSr_1+2xMn₂O₇中にトポロジカルチャージ2を持つスキルミオン分子を生成し、従来と比較して強磁性磁壁を駆動するために必要な電流密度の1000分の1でこのスキルミオン分子を駆動することに成功しました。これは、スキルミオン分子がもたらす磁気輸送特性、高密度・低消費電力という特性を備えた磁気メモリ素子の研究につながる重要な成果です。

本成果は、最先端研究開発支援プログラム（「強相関量子科学」（中心研究者：十倉好紀）の事業の一環として行われ、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センター（十倉好紀センター長）、物質・材料研究機構先端的共通技術部門（藤田大介部門長）の共同研究によるものです。

プレスリリース

論文情報

Yu, X.Z., Y. Tokunaga, Y. Kaneko, W.Z. Zhang, K. Kimoto, Y. Matsui, Y. Taguchi and Y. Tokura,
“Biskyrmion states and their current-driven motion in a layered manganite”,
Nature Communications 5:3198, (2014), doi: 10.1038/ncomms4198.
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