室温で情報の読み書きができる交代磁性体を発見：研究開発の最前線

東京大学は、室温で情報の読み書きを可能とする交代磁性体を発見した。これまで使われてきた強磁性体とは異なる、次世代の超高密度、超高速な情報媒体としての活用が期待される。

[MONOist]

　東京大学は2024年12月13日、室温で情報の読み書きを可能とする交代磁性体を発見したと発表した。これまで使われてきた強磁性体と異なる、次世代の超高密度、超高速な情報媒体としての活用が期待される。

　近年、第3の磁性体として、反平行なスピン配列と特殊な対称性の原子配列を併せ持つ交代磁性体（Altermagnet）が注目を集めている。一般的な反強磁性体では情報を記憶するスピン状態↑↓と↓↑が平行移動により一致して2つの状態を区別できなくなるが、交代磁性体では平行移動しても一致しないため、それぞれ区別して読み出すことができる。

交代磁性体の概念図［クリックで拡大］ 出所：東京大学

強磁性体と交代磁性体におけるホール効果［クリックで拡大］ 出所：東京大学

　今回の研究では、磁性半導体のFeSに着目。FeSは、スピンが平行に整列する際の磁気秩序温度が300℃程度と高く、室温で動作可能な交代磁性体であることをX線・中性子回折実験で確認した。さらに、電場、磁場などの外場のない状態において、情報が不揮発に保たれることが分かった。

室温で情報の読み書きが可能な交代磁性体FeS［クリックで拡大］ 出所：東京大学

　また、磁化がゼロの反強磁性体ではホール効果が生じず、スピン状態を区別して読み出すことができないが、交代磁性体を第一原理計算で解析したところ、ホール効果を観察。反平行スピン配列により引き起こされた、仮想磁場が起源となっていた。このことから外部磁場の符号により、↑↓と↓↑のスピン状態を不揮発に切り替え、ホール効果によりそれぞれの状態を電気的に読み出せることが明らかとなった。

　交代磁性体は、ビット間干渉を引き起こす漏れ磁場がなく、素子の集積化に有利だ。応答速度は強磁性体の100倍以上の高速で、磁気的な外乱に対する耐性も高い。室温で情報の読み書きが可能な交代磁性体が発見されたことで、超高密度、超高速な次世代の情報媒体の開発につながる可能性が示唆された。

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