理研,電流パルスで磁壁をトラップする技術を開発

理化学研究所(理研),物質・材料研究機構の共同研究チームは,電流パルスにより磁壁を決まった位置に素早く止めるトラップ技術を理論的に発見した(ニュースリリース)。

高密度の次世代不揮発性メモリで磁気抵抗メモリ(MRAM)やレーストラックメモリが注目されている。レーストラックメモリは,断面の直径がnmサイズの細線上に電流パルスを流し,多数の磁壁を移動させることによって演算や情報処理を行なう。

電流パルスにより磁壁を動かす技術はすでに確立しているが,磁壁をある決まった位置に素早く止めるトラップ技術はまだ確立していない。トラップの方法としてはこれまで,細線に“くびれ”を作り,くびれの幾何学的な「ピン止めポテンシャル」を用いる方法が議論されてきた。

しかし,ナノメートルサイズの細線に多数のくびれを均一に作ることは非常に難しく,多数の磁壁を確実にトラップし,また必要なときにそれらを開放することは実現していなかった。

研究チームは今回,幾何学的なくびれを用いずに磁壁をトラップする新しい理論を提案した。この方法では、「ラシュバ型スピン軌道相互作用」と呼ばれる相対論的効果を利用する。この相互作用は重い金属の表面や界面で現れるもので,磁性体の磁気モーメント(あるいはスピン)と電流を強く結合させる働きがある。

磁壁をトラップすべき位置に,この相互作用を局所的に作用させることにより,電流パルスを流した際に強い局所的磁場を発生させる。研究チームはその際に,磁壁に対して強いピン止めポテンシャルが発生することを利用し,動いている磁壁を確実に決まった位置にトラップすることができることを理論的に示した。

ラシュバ型スピン軌道相互作用の導入は,重い金属の薄膜を積層させることで容易にかつ精度よく実現することができる。そのため,この研究で示した理論はレーストラックメモリなどの多数の磁壁の制御に基づいた次世代メモリの実現を前進させると期待できるとしている。

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