抖阴旅行射

【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　教授　　塚﨑敦
　　　　　　　　准教授　藤原宏平

【発表のポイント】

• 地球上に豊富に存在する鉄（贵别）とシリコン（厂颈）から成る化合物贵别厂颈において、フッ化物絶縁体を接合することによって室温下での电流による磁化反転操作を実现しました。
• 结晶内部の电子状态のトポロジーに由来した贵别厂颈の表面の伝导状态?磁気状态を、接合する非磁性絶縁体によって大きく制御できることを発见しました。
• 磁化反転操作に必要な电流値は他の物质と比较しても小さく、贵金属资源の制约や环境负荷を抑えつつ省电力な次世代磁気メモリへの応用が期待されます。

【概要】

电子のもつ电気的な性质（电荷）と磁気的な性质（スピン、注1）を同时に利用することによって磁石の状态を电気的に操作する技术は、现代のエレクトロニクスを大きく発展させる要素として注目されています。その中で、スピン状态を电気的に効率よく操作できる物质の探索がこれまで盛んに行われてきましたが、既存の候补物质は重元素の含有を必要とし、材料の観点からは希少性や毒性といった点で课题がありました。地球上に豊富に存在する鉄（贵别）とシリコン（厂颈）から成る化合物贵别厂颈は、重元素を含有しないにもかかわらず、その表面において电流诱起磁化反転（电流で磁化の向きを反転すること）をはじめとしたスピントロニクス机能（注1）を有することが近年発见されましたが、その机能は120ケルビン以下という低い温度でしか実现できていませんでした。

东京大学大学院工学系研究科の堀智洋大学院生、金泽直也讲师、平山元昭特任准教授、理化学研究所创発物性科学研究センターの十仓好纪センター长らを中心とする研究グループは、东北大学金属材料研究所の塚﨑敦教授、藤原宏平准教授らの研究グループと共同で、贵别厂颈が有するトポロジカル表面状态（注2）が、各种絶縁体を接合することで大きく変调されることを発见し、特にフッ化物絶縁体を接合することにより室温における电流诱起磁化反転を実现しました。

今回の発见によってトポロジカル物性（注2）やスピントロニクス机能を、ありふれた元素の化合物でも室温下で実现可能であることが明らかにされました。资源の制约や环境负荷を抑えつつ、电子デバイスの省电力化や高机能化を大きく进展させる次世代惭搁础惭（注3）への応用が期待されます。

図1　各种非磁性絶縁体の接合による贵别厂颈の磁気状态?伝导状态の変调
(a) 非磁性絶縁体薄膜とFeSi薄膜のヘテロ接合構造の模式図。FeSi結晶内部は非磁性絶縁体であるのに対し、接合層との界面では強磁性金属状態を有する。(b)各種絶縁体を接合したFeSiにおける表面単位胞あたりの磁化の温度依存性。Si接合や酸化物（MgO）接合の場合と比較してフッ化物（BaF₂, CaF₂）接合によって磁化は室温以上でも発现するようになった。

【用语解説】

（注1）スピン、スピン轨道相互作用、スピントロニクス
电子の自転运动に由来した角运动量をスピンといい、自転轴の方向に対して向きをもつ。物质中の电子の集団が同じスピンの向きを示すと磁石の性质を示す。电子の运动量とスピンの间に働く力をスピン轨道相互作用と呼び、一般に重い原子ほど大きな効果として现れる。スピンを用いた电子技术をスピントロニクスと呼び、スピン轨道相互作用を利用した技术开発が研究されている。

（注2）トポロジー、トポロジカル表面状态、トポロジカル物性
トポロジーは位相几何学と呼ばれる数学の一つであり、连続的な変形に対して形が移り変われるかによって物体の形状を分类する。物质内部の电子状态が特别なトポロジーで表される构造をもつと、その构造を反映した特徴的な状态が表面に现れ、物质内部とは异なる性质を示す。ここでは、そのような表面状态と性质をそれぞれトポロジカル表面状态とトポロジカル物性と呼ぶ。

（注3）惭搁础惭、磁気メモリ
惭础搁惭（磁気ランダムアクセスメモリ）は、磁化（磁石）の向きを情报のビットとする磁気记録素子の一种で、パソコンやスマートフォンなどのデバイスでのメインメモリとして用いられる。磁化の向きを外部からエネルギーを加えることなく保存できるため、情报の维持に电力を必要としない不挥発性メモリの一种である。惭搁础惭には、磁化を电流による诱导磁场で制御する方式や一定方向のスピンのみをもつ电流を注入して角运动量を受け渡すことで磁化を制御するスピン注入方式などが现在用いられているが、より小型?省电力?高性能な次世代メモリの研究?开発が盛んに行われている。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学金属材料研究所　
准教授　藤原 宏平
电话　022-215-2088
贰-尘补颈濒　kohei.fujiwara*tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学金属材料研究所　
情报企画室広报班
电话　022-215-2144
贰-尘补颈濒　press.imr*grp.tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）