東大ら,鉄シリコン化合物でスピントロニクス実現

東京大学,理化学研究所,東北大学は,地球上に豊富に存在する鉄(Fe)とシリコン(Si)から成る化合物FeSiにおける新しいトポロジカル表面状態を発見し,強いスピン軌道相互作用に由来したスピントロニクス機能を実現した。また東京大学,総合科学研究機構,日本原子力研究開発機構,高エネルギー加速器研究機構は,FeSi表面における強磁性スピン状態を直接観測した(ニュースリリース)。

スピントロニクス技術は,特に近年発見されたトポロジカル絶縁体によって,その表面状態における高効率・省電力なスピン操作が可能となる。

そのためトポロジカル絶縁体は,有望な物質基盤になると期待されている一方,トポロジカル絶縁体をはじめとした既存の候補物質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課題があった。

研究グループは,地球上に豊富に存在する鉄(Fe)とシリコン(Si)から成る化合物FeSiに強いスピン軌道相互作用を示す表面状態が存在することを明らかにし,さらに電流誘起磁化反転といった不揮発性メモリにおける情報の記録技術に応用可能なスピントロニクス機能を実現した。

比較的原子番号の小さい軽元素で構成された化合物における強いスピン軌道相互作用の発現は,これまでの常識を打ち破るものであり,トポロジーの概念を用いたスピントロニクス物質設計の新しいパラダイムが拓かれたとする。

これにより,環境負荷の小さく資源として豊富に存在する元素の化合物に潜むトポロジカル物性・機能の開拓が促進され,電子デバイスの省電力化や高機能化に繋がることが期待され,情報化社会の持続的発展を支える物質基盤の確立に貢献することが期待される。

研究グループは,今後もFeSiで発見されたトポロジカル表面状態への多角的な実験や,デバイス応用に向けたスピントロニクス機能の向上が望まれるとしている。

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