電子スピンの制御と保持の性能に優れるホイスラー合金/グラフェン積層材料を開発――高記録密度/省エネ磁気メモリの実現に前進 量研など

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(左)グラフェン/ホイスラー合金積層材料(右)材料表面のグラフェンの原子

量子科学技術研究開発機構(量研)は2019年12月3日、電子スピンの制御性能に優れるホイスラー合金と保持性能に優れるグラフェンからなる積層材料を開発したと発表した。なお、この研究は、高エネルギー加速器研究機構と物質・材料研究機構と共同で行われた。

スピントロニクスでは、電子の有無だけでなく、電子のスピンの向きもデジタル情報として扱う。それにより、電子のある/なしだけを情報処理に用いる従来のエレクトロニクスに比べ、飛躍的に高速で省エネルギーなデバイスを実現できる。

電子のスピン

一方、スピンを制御して情報処理を行うには、電子スピンの向きが揃った電流(スピン偏極電流)を生み出す磁性体とスピン偏極電流を伝える非磁性体を組み合わせる必要がある。そのため、スピントロニクスデバイスには、磁性体と非磁性体を積層した材料が用いられる。

磁気メモリの構成要素である磁気抵抗素子

研究チームは今回、磁性体の中でスピンの向きを揃える性質に最も優れるホイスラー合金と、非磁性体の中でスピンの伝達能力に最も優れるグラフェンに注目。これらを積層化する技術の開発に着手した。そして、マグネトロンスパッタリング法と化学気相成長法を用いることで、ホイスラー合金とグラフェンを順次成長させることに成功。さらに、作製条件を最適化することで、ホイスラー合金の一種であるCFGG合金薄膜の表面に、厚さ1原子層のグラフェンを作製することに成功した。グラフェン/ホイスラー合金積層材料の実現は世界で初めてだという。

研究チームは、この新しい積層材料により、磁気メモリの高記録密度化など情報技術の発展に新しい道筋が開かれたと説明。現在、この積層材料を使用し、磁気メモリの構成要素である磁気抵抗素子の開発を進めているという。

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