鉄とシリコンの化合物でスピントロニクス機能実現―電流によって磁化の向きの制御可能に：東京大学/東北大学/理化学研究所ほか
(2021年11月18日発表)
東京大学、東北大学、（国）理化学研究所などの共同研究グループは11月18日、地球上に豊富に存在する鉄とシリコンから成る鉄シリコン（FeSi）化合物に強いスピン軌道相互作用を示す表面状態が現れることを発見し、その表面状態を用いて、電流によって磁化の向きを制御するなどのスピントロニクス機能を実現したと発表した。スピントロニクスの研究に新局面を開く成果という。
スピントロニクスは、電子の持つ電気的な性質だけではなく磁気的な性質（スピン）も併せて活用し、現代のエレクトロニクスでは達成できない性能や機能の実現を目指す次世代の電子技術。
電子には、自転に由来する角運動量のスピンと、電子が原子核の周りを動き回るような軌道運動に由来する軌道角運動量があり、両者の間に働く力はスピン軌道相互作用と呼ばれ、その活用がスピントロニクス研究の主要な対象になっている。
研究グループは今回、内部が非磁性の絶縁体状態である鉄シリコン化合物に着目し、その詳細を調べたところ、この物質の表面は、内部の非磁性絶縁体とは異なり、強磁性の金属状態を示すこと、また、その表面状態は、近年盛んに研究されているトポロジカル絶縁体と呼ばれる物質の表面状態とは異なる新たな表面状態になっていること、さらに、それによって強いスピン軌道相互作用が発現していることなどが分かった。
この強いスピン軌道相互作用を利用すれば、電流によって磁化の向きを制御できることも分かったという。これは、磁化の向きで情報を記録する不揮発性メモリを電気的に高速制御することにつながる可能性を持った成果である。
スピントロニクスの開拓に向けて盛んに研究されているトポロジカル絶縁体は構成元素の希少性や毒性が課題視されているが、今回、こうした元素を含まない物質でも強いスピン軌道相互作用の発現が見出された。スピントロニクス機能をありふれた元素の化合物で実現する新たな道が開けたとしている。
