2022年4月18日
北海道大学
日本原子力研究開発機構
ポイント
●磁気制御研究の歴史上未観測だったワイル点に起因した新原理トルクの実証に世界で初めて成功。
●新原理を用いることにより従来よりも高効率に電気による磁化反転が可能。
●磁気メモリの大幅な省電力化が期待。
概要
北海道大学大学院情報科学研究院の山ノ内路彦准教授らの研究グループと，日本原子力研究開発機構先端基礎研究センターの荒木康史文部科学省卓越研究員，同センターの家田淳一研究主幹は，ワイル点と呼ばれる特殊な電子状態をもつ酸化物の磁石ルテニウム酸ストロンチウム（SrRuO3）において，電気による磁化反転に応用可能な新原理を実証しました。
電流による磁壁の移動を用いて電気的に磁石（磁化）の方向を反転させる手法は，磁気メモリの情報書き込みへの応用が期待されています。SrRuO3においては，この電気的な磁壁移動を高効率にできることが知られていますが，その原因は長らく不明のままでした。本研究ではこの問題を明らかにするために，電流が磁壁に及ぼす有効磁場（磁場と等価な作用）の温度依存性を詳細に調べました。その結果，有効磁場は温度に対して2つのピークをもつ特異な温度依存性を示すこと，また，有効磁場の大きさは従来機構では説明できないほど大きいことがわかりました。これらの実験結果と理論計算の比較から，この有効磁場の特異な温度依存性と大きさは，これまでの磁気制御研究の歴史上観測されていなかったワイル点に起因した新原理の機構で説明できることを初めて明らかにしました。
この新原理を用いることにより，従来原理よりも高効率に電気による磁化反転が可能になるため，高速かつ低消費電力なメモリとして注目されている磁気メモリなどの省電力化が期待されます。
なお，本研究成果は，2022年4月16日（土）公開のScience Advances誌にオンライン掲載されました。
論文名：Observation of topological Hall torque exerted on a domain wall in the ferromagnetic oxide SrRuO3（強磁性酸化物 SrRuO3において磁壁に作用するトポロジカルホールトルクの観測）
URL：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abl6192
詳細はこちら
単位電流当たりの有効磁場の温度依存性(左)，単位電界当たりの有効磁場と新原理の理論値の比較(右)
