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理研と東大、低電流による磁気渦「スキルミオン」の生成・消滅・移動の制御に成功

発表日:2020年6月18日

低電流でのスキルミオン制御に成功

-省エネで情報操作可能な電子デバイス機能を創出-

理化学研究所(理研)創発物性科学研究センター電子状態マイクロスコピー研究チームの于秀珍チームリーダー、強相関量子構造研究チームの有馬孝尚チームリーダー(東京大学大学院新領域創成科学研究科教授)、強相関理論研究グループの永長直人グループディレクター(東京大学大学院工学系研究科教授)、強相関物性研究グループの十倉好紀グループディレクター(東京大学卓越教授/東京大学国際高等研究所東京カレッジ)らの共同研究グループ(※)は、低電流密度のパルス電流によって、直径約1万分の1ミリサイズの磁気渦「スキルミオン[1]」の生成・消滅・移動を制御することに成功しました。

本研究成果は、省エネで大容量の情報処理ができる電子デバイスの開発につながると期待できます。

スキルミオンは、微小電流で移動を制御できることがこれまでにも提唱されていますが、単一スキルミオンではまだ実証されていませんでした。

今回、共同研究グループは、小さな「切り欠き」をつけたらせん磁性体 FeGe(Fe:鉄、Ge:ゲルマニウム)のマイクロデバイスを作製しました。このデバイスに、レーストラック・メモリ[2]で使用される電流密度より3桁低い微小電流の超短パルスを流した結果、直径80ナノメートル(nm、1nmは10億分の1メートル)の単一スキルミオンとスキルミオン格子[1]が生成・消滅・移動することが分かりました。さらに、スキルミオンクラスター(凝集体)の回転運動を初めて直接観察しました。

本研究は、科学雑誌『Science Advances』の掲載に先立ち、オンライン版(6月17日付:日本時間6月18日)に掲載されます。

*参考画像は添付の関連資料を参照

※共同研究グループ

 理化学研究所 創発物性科学研究センター

  電子状態マイクロスコピー研究チーム

   テクニカルスタッフI 中島 清美(なかじま きよみ)

   チームリーダー 于 秀珍(う しゅうしん)

  強相関量子構造研究チーム

   特別研究員(研究当時)森川 大輔(もりかわ だいすけ)(現 東北大学 多元物質科学研究所 助教)

   基礎科学特別研究員(研究当時)柴田 基洋(しばた きよう)(現 東京大学 生産技術研究所 助教)

   チームリーダー 有馬 孝尚(ありま たかひさ)(東京大学 大学院新領域創成科学研究科 物質系専攻 教授)

  強相関理論研究グループ

   グループディレクター 永長 直人(ながおさ なおと)(東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻 教授、科学技術振興機構(JST)CREST 研究代表者)

  強相関物性研究グループ

   グループディレクター 十倉 好紀(とくら よしのり)(東京大学卓越教授/東京大学 国際高等研究所東京カレッジ)

 東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻

  講師 金澤 直也(かなざわ なおや)

■研究支援

本研究は日本学術振興会(JSPS)科学研究費補助金基盤研究(A)「電子顕微鏡によるトポロジカルスピン構造とそのダイナミクスの実空間観察(研究代表者:于秀珍)」、JST 戦略的創造研究推進事業 CREST「ナノスピン構造を用いた電子量子位相制御(研究代表者:永長直人)」による支援を受けて行われました。

*以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

参考画像

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0535911_01.jpg

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0535911_03.pdf

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