東京大学大学院工学系研究科の小山知弘助教、同研究科の千葉大地准教授らの研究チームは、薄膜磁石と重金属を接合させた材料において、試料に直接電流を流すだけで磁化を生じさせることに成功した。電流量を制御することで、試料全体の磁化が同一方向に揃った単一磁区状態を実現できることも示した。

 近年、磁界ではなく電流を用いた磁気メモリの書き込み手法に関する研究が盛んに行われている。特に最近では、薄膜磁石/重金属接合系に電流を流すことで生じる「スピン軌道トルク」が、新たな書き込み技術として注目を集めているという。スピン軌道トルクとは、薄膜磁石と重金属を接合した試料において、試料面内に電流を流した際に基板垂直方向 に生じるスピンの流れが磁化に与えるトルクのこと。

 今回研究グループは、室温で磁化を持たない多磁区状態にあるコバルト(Co)と白金(Pt)を接合させた試料(Co/Pt系)を作製した。この試料は電流がない状態では正味の磁化を持たない多磁区状態であるが、試料に流す電流が大きくなるにつれて試料が磁化されることが分かった。また、流す電流量をコントロールすることで、磁化が同一方向に揃った単一磁区構造も実現可能であることを示した。

 磁石を磁化させるためには、外部から磁界を加えるのが常識かつ一般的な方法だ。しかし今回の研究により、磁界ではなく磁石に電流を直接加えるだけで磁化できることがわかった。多磁区⇔単磁区という磁石の状態を自在に制御するというスピン軌道トルクの新しい使い方を提案するものという。今後は多磁区⇔単磁区の超高速スイッチングに挑戦し、サブナノ秒で動作する電磁石の動作原理へ発展させる予定という。

論文情報:【Scientific Reports】 Investigation of spin-orbit torque using current-induced magnetization curve(英文)

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