プレスリリース・研究成果

異常ホール効果による磁化スイッチングに成功 スピントロニクス素子の従来技術とは一線を画す情報書込方法に道すじ

2019/10/21

発表のポイント

  • 鉄と白金からなる合金が、異常ホール効果(磁石に電流を流すと横方向に電圧が生じる現象)によって巨大なスピンの流れを創り出すことを発見。
  • 異常ホール効果から創り出したスピンの流れを使って、磁石の極性をスイッチさせることに初めて成功。
  • 今後、外部磁場を必要としないスピントロニクス素子における新しい情報書込技術としての進展が期待。

概要

 スピンの流れ(スピン流)を積極的に利用し、磁石の方向で情報を記憶するスピントロニクス素子は、半導体エレクトロニクスだけでは難しい機能性(例えば低消費電力化など)を実現できる次世代デバイスとして期待を集めています。しかしながら、スピントロニクス素子は、①電流とスピン流との変換効率をいかに向上させるか、さらに②どのようにスピン流を使って情報を磁石に書き込むのか、といった課題に直面しています。

 今回、東北大学金属材料研究所の関剛斎准教授および高梨弘毅教授、同大学材料科学高等研究所の飯浜賢志助教らの研究グループは、スピン流を創り出す材料として鉄と白金からなる磁石の性質を持つ合金(鉄白金合金)に着目し、上記2つの課題をクリアできることを実証しました。鉄白金合金の磁石の性質に由来した「異常ホール効果」を調べたところ、巨大なスピン流を創り出せることを発見しました。これは「スピン異常ホール効果」と呼ばれ、最近注目されるようになった現象です。これまでの報告よりも2倍近い効率で電流からスピン流へと変換できました。さらに、この鉄白金合金のスピン異常ホール効果によって創られたスピン流を、別の磁石である鉄ニッケル合金に流し込んだところ、鉄ニッケル合金磁石の向きをスイッチさせることに成功しました。これは、異常ホール効果により磁石に情報を書き込めることを意味します。

 この成果により、従来スピントロニクス素子が用いてきた技術とは一線を画す情報書込方法の道が拓かれ、研究開発が今後加速するものと期待されます。

詳細

 

 (a) L10型鉄白金(FePt)規則合金の結晶構造の模式図。(b) 今回行った実験の概念図。FePt合金層 / 銅(Cu)層 / 鉄ニッケル(FeNi)合金層から成る巨大磁気抵抗膜に対して電流を流し、FePt合金層のスピン異常ホール効果によって生成されたスピン流がFeNi合金層の磁化に与える影響を実験的に調べた。