【本学研究者情報】

〇大学院工学研究科　知能デバイス材料学専攻
助教　輕部修太郎
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 高品質な酸化ルテニウム(RuO₂)のルチル結晶構造と反強磁性^（※1）磁気秩序によって発現するスピンスプリッター効果に起因したスピン流^（※2）生成原理を発見
• 従来のスピンホール効果^（※3）では実現不可能な全方位スピン偏極スピン流の生成により外部磁場不要で垂直磁化^（※4）の反転を実証
• 情報高密度化に有利な垂直磁化HDDやMRAMの高効率動作への応用に期待

【概要】

近年の目覚ましい高度情報化に伴い、高密度情報担体や、高効率情報処理の実現は喫緊の課題となっています。なかでも電力供給がなくても記憶内容を保持できるハードディスクドライブ（HDD）や磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）などの磁気デバイスの高性能化は重要であり、これまでにスピントロニクス^（※５）では様々な取り組みがなされてきました。

東北大学大学院工学研究科の輕部修太郎助教、新田淳作名誉教授らは、ルテニウム酸化物（RuO₂）の反強磁性磁気秩序によって生成される全く新しいスピン流生成現象を発見し、さらにそれを応用することで、外部磁場を全く必要としない垂直磁化反転を実証しました。従来のスピントロニクス技術では垂直磁化反転に外部磁場のアシストが必要であり、応用上の大きな壁となっていました。本研究成果により、外部磁場無く効率的かつ、簡便なデバイス構造で磁化反転動作が可能となるため、情報保持や情報処理を担う磁気デバイスの高性能化が期待されます。

本研究成果は2022年9月19日付（米国時間）で米国の科学誌「Physical Review Letters」でオンライン公開されました。

【用語解説】

※1 反強磁性、ネールベクトル
隣り合う磁気モーメントが互いに反平行に結合している磁性を反強磁性と呼ぶ。反対向きの磁気モーメントを引き算し、2で割ったベクトルは、反強磁性磁気秩序の向きを定義するネールベクトルと呼ばれる。

※2 スピン流
アップスピン、ダウンスピン電子らが互いに反対方向に進行する際に、正味の電荷の流れを打ち消し、スピンのみの流れが誘起されている状態を指す。

※3 スピンホール効果
白金などの重金属に電流を流すと、電流と垂直方向にスピン流が生じる現象。一般的なホール効果で起こる横方向電流と、生成スピン流方向が似ていることからこのように呼ばれる。

※4 垂直磁化
磁性体薄膜では、磁化の向きやすい方向が膜面内と膜垂直方向の2種類あり、垂直方向に磁化している状態を指す。

※5 スピントロニクス
20 世紀にトランジスタなどが開発されたエレクトロニクスでは、電子や正孔の持つ「電荷」の性質を利用して優れた発明が成されてきた。一方、スピントロニクスは、「電荷」の性質に加え、電子の磁性に相当する「スピン」も積極的に利用する学術領域である。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

< 研究に関して >
東北大学大学院工学研究科
知能デバイス材料学専攻
助教 輕部 修太郎（かるべ しゅうたろう）
電話 022-795-7317 Email: karube*material.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）

< 報道に関して >
東北大学工学研究科情報広報室 担当 沼澤 みどり
TEL: 022-795-5898 Email: eng-pr*grp.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）