AI時代を支える新磁性体、二酸化ルテニウム薄膜の「交代磁性」を実証 ～AI?データセンター向け高速?高密度メモリ開発に期待～

AI時代を支える新磁性体、二酸化ルテニウム薄膜の「交代磁性」を実証～AI?データセンター向け高速?高密度メモリ開発に期待～

2025年9月25日 10:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　教授　関刚斎

【概要】

NIMSは東京大学、京都工芸繊維大学、東北大学と共同で、二酸化ルテニウム（RuO?）薄膜が第三の磁性体である交代磁性を示すことを実証しました。「第三の磁性体」は、強磁性体を用いたメモリの問題点を解決し得るものであり、高速?高密度な次世代メモリ素子として応用が期待されています。本研究により、RuO?がその有力候補であることに加え、結晶配向制御による機能向上の可能性も示されました。研究成果は2025年9月24日付で『Nature Communications』に掲載されました。

■従来の课题
　二酸化ルテニウム（RuO₂）は、「第叁の磁性」である交代磁性⁽¹⁾を示す有力候补として注目されてきました。従来の强磁性体は外部磁场で容易に书き込める一方、漏れ磁场による记録エラーが高密度化の壁でした。反强磁性体は漏れ磁场などの外乱に强いものの、スピン（原子レベルのN极－S极）が打ち消し合うため电気的な読み出しが难しいという课题があります。そこで、外乱に强く、しかも电気的に読み取り--将来的には书き换えまで狙える--という"いいとこ取り"の磁性体が求められてきました。しかしRuO₂の交代磁性をめぐっては世界的に実験结果が一致しないことから本质解明が进まず、さらに均一な结晶配向をもつ薄膜试料が十分に得られていなかったため、决定的な実証に至っていませんでした。

■成果のポイント
　狈滨惭厂?东京大学?京都工芸繊维大学?东北大学の共同研究チームは、サファイア基板上に结晶の向きをそろえた単一配向（単一バリアント）RuO₂薄膜を作製し、基板选択と成长条件の最适化によって配向が决まる仕组みを明らかにしました。X线磁気线二色性で全体の磁化（N极－S极）が打ち消される磁気秩序とスピン配列の向きを特定し、さらにスピンの向きで电気抵抗が変わる现象（スピン分裂磁気抵抗）を観测して、スピン向きによる电子状态の违いを电気的に确认しました。これらの结果は第一原理计算とも整合し、総合してRuO₂薄膜が交代磁性体であることを実証しました［図1］。本成果は、RuO?薄膜が高速?高密度な次世代メモリ材料として有望であることを强く里付ける成果となりました。

図1：X线磁気线二色性とスピンの向きで示した単一配向RuO₂薄膜の交代磁性の概念図。

【用语解説】

(1)交代磁性
スピンが结晶构造に応じて交互に配列し、全体としては磁化を打ち消し合う一方で、电子构造がスピンの向きによって分かれる特异な磁性（図２）。外部磁场がなくても自発磁化を示す强磁性や、隣接スピンが反平行に并び磁化が相杀される反强磁性に続く「第叁の磁性体」として注目されており、微细化で问题となる漏洩磁场がなく、电流によって高速に情报を书き込めるため、省エネルギー型メモリへの応用が期待されている。

【论文情报】

題目：Evidence for single variant in altermagnetic RuO2(101) thin films
著者：Cong He, Zhenchao Wen*, Jun Okabayashi*, Yoshio Miura*, Tianyi Ma, Tadakatsu Ohkubo, Takeshi Seki, Hiroaki Sukegawa, and Seiji Mitani　*責任著者
雑誌：Nature Communications
顿翱滨：
掲载日：2025年9月24日

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