理研,電場でスキルミオンの生成・消滅に成功

理化学研究所(理研)の研究グループは,次世代メモリデバイスの情報担体の有力な候補である磁気スキルミオンを,電場によって不揮発的に生成・消滅できることを初めて実証した(ニュースリリース)。

スキルミオンは一つが数十nm程度の小さな磁気渦であり,比較的小さな電流や熱流によって駆動できるなどの優れた機能性を持つことから,省電力デバイスへの応用が期待されている。特に,このスキルミオンを情報担体として用いることで,高密度・低消費電力の次世代メモリが実現できる可能性がある。

しかし,電場によるスキルミオンの生成・消滅に関する実験的な報告例はなく,スキルミオンをいかに不揮発的にそして効率よく生成・消滅させることできるかが,長年の重要な課題となっていた。

研究グループは,スキルミオンの電場制御を実現するために,磁性と誘電性が強く結合したマルチフェロイクスとしての性質を持つCu2OSeO3という物質に電場を加えてスキルミオンの安定性を制御することで,その生成・消滅が可能であると考えた。

実験の結果,スキルミオン相が正電場では安定化(拡大)し,負電場では不安定化(縮小)することが示された。また,電場を加えた際に冷却することで,スキルミオンが存在できる領域を劇的に広げることに成功した。

さらに,これらの実験から得た電場下でのスキルミオンの安定性の知見を応用することでスキルミオンの生成・消滅を電場によって不揮発的に行なえることを実証し,ジュール熱(電流が流れる際に発生する熱)によるエネルギーの損失のない制御方法を確立した。

今回の実験では100億個程度の多くのスキルミオンを一斉に制御している。今後,一つのスキルミオンだけを個別に制御できれば,省電力スキルミオンメモリの動作原理の確立につながるとしている。

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