産総研、従来比3倍の高効率を実現したスピントロニクス素子を開発

　独立行政法人産業技術総合研究所(産総研)は24日、同所ナノスピントロニクス研究センターの湯浅新治研究センター長や、野崎隆行主任研究員により、電子のスピンの向きを高効率で制御できる技術を開発したことを発表した。

　電子が持つ磁気的な性質であるスピンを制御することでデータの記録や演算に利用するスピントロニクスにおいて、その制御を現在は電流で行なっている。しかし大電流を必要とするため損失が大きい。その対処として同所では、電圧を用いて制御する技術の開発を続けてきたが、それによって誘起される磁気異方性(磁力が作用しやすい向き)の変化量が小さいという課題があった。

　そこで、鉄とホウ素から成る金属磁石層を1.5nmまで薄膜化し、酸化マグネシウムの絶縁層で挟み込む構造とした新素子を作製。これは2012年に開発した大容量固体磁気メモリ素子に利用できるだけの磁気的な熱安定性を持つ素子の、金属磁石層をより薄膜化したもの。

　この素子に電圧を印加することで、正電圧を印加した場合は従来構造に比べて約3倍の磁気異方性の傾きが測定されたという。また、原因は不明であるとしながらも、従来構造とは異なり負の電圧を加えた場合でも変化を確認できたとしている。

　産総研では今回の成果について、ギガビットスケールの大容量固体磁気メモリ素子に適用できる素子を電圧で磁化制御できることで、電圧駆動型低消費電力スピントロニクス素子の実用化を大きく加速するものとしている。

研究で用いられた素子構造の模式図(右)、左は従来の素子構造

電圧印加による磁気異方性変化の実験結果。垂直磁気異方性の大きさにより測定している