電子スピンの自由な制御に新技術―超高密度記録素子の実現も：量子科学技術研究開発機構/高エネルギー加速器研究機構
(2019年12月3日発表)
（国）量子科学技術研究開発機構と高エネルギー加速器研究機構は12月3日、電子の磁石としての性質「スピン」を利用する次世代情報技術であるスピントロニクスに新たな道をひらく新技術を開発したと発表した。電子スピンを制御・保持する性能が最も優れている2種類の材料を積層、電子スピンを自由に制御できるようにした。省エネ特性が優れた超高密度記録素子の実現など、情報技術のさらなる進化に役立つと期待している。
量子研の李松田主任研究員、境誠司プロジェクトリーダーらが、高エネ研の雨宮健太教授、（国）物質・材料研究機構の桜庭裕弥グループリーダーらと共同で開発した。
スピントロニクスは、従来のエレクトロニクスが電子の有無を情報処理に利用するのに対し、極微の磁石としての電子スピンの向きを利用して高速性・省エネ特性を飛躍的に向上させた電子素子を実現しようというものだ。そのためにはスピンの向きを制御する電流を生み出す磁性体と、電流を伝える非磁性体を組み合わせて積層した新材料が必要とされていた。
そこで研究グループは、磁性体の中で電子スピンの制御・保持性能が最も優れているホイスラー合金の一種「CFGG（コバルト・鉄・ゲルマニウム・ガリウム）合金」の薄膜と、非磁性体の中でスピンの向きを保つ性質が最も優れているグラフェンを積層した新材料の作成を試みた。その結果、ホイスラー合金の薄膜と炭素原子が蜂の巣状に結合したシート状の炭素分子であるグラフェンを一原子層ずつ何層にもわたって積層させることに成功した。試作した積層材料を詳しく分析したところ、CFGG合金とグラフェンが本来持っているそれぞれの特性を失うことなく持っていることが確認できたという。
今回の成果について、研究チームは「磁気メモリの高記録密度化などスピントロニクスによる情報技術の発展に新しい道筋がひらかれた」として、既に新材料を用いてスピントロニクスの代表的な素子である磁気抵抗素子の開発に取り組んでいる。
