東大,バンドエンジニアリングで磁性制御の可能性を証明

東京大学の研究グループは,バンドエンジニアリングの概念を用いて強磁性材料の磁化容易軸を人工的に制御する新しいコンセプトを提唱し,それが実現可能であることを実験的に実証した(ニュースリリース)。

電子デバイスのさらなる低消費電力化は,IoT/IoE社会を実現する上で必要不可欠となっている。電子の電荷とともにスピンを用いる「スピントロニクス」は,新しい原理の電子材料,デバイスや情報機器をつくりその消費電力を削減する技術を創出することが可能な分野として期待されている。

スピントロニクスを用いたデバイスにおける最も大きな問題のひとつは,磁化を反転させる時に大きな消費電力を必要とすること。強磁性材料内の磁化の向きやすい方向(磁化容易軸)を人工的に制御することができれば,この消費電力を大幅に低減できることが期待される。

研究グループは,半導体でありながら強磁性を示す強磁性半導体というユニークな材料を,ナノメータ程度の非常に薄い量子井戸層として用いて,この量子井戸層の膜厚が異なり量子閉じ込めの強さが異なる様々なトンネルダイオード素子を作製した。

磁化を様々な方位に向けた状態でバイアス電圧を変えてトンネル電流を測定したところ,量子閉じ込め効果の強さとバイアス電圧によって,磁化容易軸の方向(厳密には状態密度の磁化方位依存性)が大きく変化することを初めて見い出した。

この研究は,半導体で培われてきたバンドエンジニアリングの概念を強磁性体に応用した非常にユニークな例であり,将来,新しい磁性の制御方法の実現と電子デバイスの低消費電力化につながることが期待されるという。

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