発表のポイント
- 磁石の向き（スピン）がどの方位にも向きやすい性質（等方性）の薄膜を使って、電流でスピンを効率よく操作できる素子を作製しました。
- 電流を流すことで、外部磁場によってエネルギーが極大になる方位（不安定点）にスピンを安定化できる「磁化の動的な安定化」を実証しました。
- 電流と外部磁場の大きさを調整することでスピンのゆらぎを最大化でき、このスピンの動きを制限ボルツマンマシンの動作原理として適用できることを提案しました。
概要
磁石の向き（スピン）を情報担体とするスピントロニクス素子は、電気を切っても磁石の向きは変わらないという情報の不揮発性から動作電力を大きく低減できます。一方で、この不揮発性を排除してスピンがあらゆる方位を向くことができる性質（等方性）を活用できれば、情報を0と1の二値ではなく連続的な値として処理する新原理の情報処理などの実現に繋がるため、等方性の磁石のスピンを効率よく操作するための材料や技術が切望されていました。
今回、東北大学金属材料研究所および先端スピントロニクス研究開発センターの紅林秀和教授と関剛斎教授、日本原子力研究開発機構 原子力科学研究所 先端基礎研究センターの山本慧研究副主幹らは、非磁性層と強磁性層を組み合わせた薄膜を使って等方性磁石を作製しました。等方化したことにより、電流印加で発生するスピントルクが高効率化され、外部磁場によってエネルギーが極大となる方位でもスピンを安定化できること（磁場と真逆の方向にスピンを向けられること）を示しました。等方性磁石ではスピンのゆらぎも最大化されるため、二値ではなく連続的な変数を使った制限ボルツマンマシンの実現などに繋がる成果です。
本成果は、2026年3月4日10:00（英国時間）に、科学誌Nature Materialsにオンライン掲載されました。
詳細
- プレスリリース本文 [PDF: 597KB]
- Nature Materials [DOI: 10.1038/s41563-026-02510-z]
図1. (a) 一軸の磁気異方性を有する磁石のエネルギーの角度依存性の模式図。南極方向からの角度θが0ºと180ºでエネルギーが極小となり、安定な状態となる。(b) 等方性磁石に外部磁場を印加したときのエネルギーの角度依存性の模式図。θ = 0ºのみがエネルギー的に安定な状態であるが、外部からスピントルク（太い赤色の矢印）を作用させることにより、まるで逆立ちした振り子が激しい振動によって直立を維持するように、本来は不安定なはずの磁場と真逆の向き（エネルギーが最も高い山の頂上の状態）』でスピンを安定して保持（動的安定化）できるようになる。