スキルミオニクス新しい磁気構造とそのダイナミクス理化学研究所東京大学創発物性科学研究センター副センター長工学系研究科物理工学専攻永長教授直人 1 従来技術とその問題点１９７０、８０年代に精力的に研究された磁気バブルはメモリーへの応用が検討されたが、サイズがミクロンオーダーで記憶密度が小さい磁場による操作が必要、ピン止めによって運動が阻害等の問題があり、広く利用されるまでには至っていない。 2 スキルミオンとはある種の磁性体に現れる渦状の磁気構造一度できると「巻付き数」のために安定に存在 MnSi, (Fe,Co)Si, MnGe, など反転対称性を持たない磁性体でスピン軌道相互作用が働く場合サイズ約３－１００ナノメートル磁気双極子相互作用によっても実現しかしサイズは大きくなる。 3 スキルミオンの発見３次元結晶における相図と中性子散乱による観測２次元薄膜に於ける相図と電子顕微鏡による観測 4 スキルミオンの運動スキルミオンと創発電磁場のもたらす種々の現象不純物を「回転運動」によって避けて運動するスキルミオン 5 スキルミオンの運動 jcritical ≈ 106 A / m 2 10 12 2 j ≈ 10 − 10 A / m c.f. critical 磁壁の場合電気的にスキルミオンの運動を検出磁壁の電流駆動に比べて１０万分の１の電流密度で駆動できる 6 スキルミオンの生成ノッチ構造に電流を印加レーザー照射 7 新技術の特徴・従来技術との比較 • スピン軌道相互作用を使うことでナノスケールのスキルミオンが生成できることを発見。 • 従来の磁場による制御ではなく、電流による制御が可能となった。しかも磁壁の電流制御と比べて、５ケタ以上小さい電流密度（~105 A/m2)で駆動が可能。 • 本技術の適用により、バブルメモリーよりも記憶密度が104倍に、消費電力が情報量あたり105分の１に削減できることが期待される。 • スキルミオンの生成、消滅を電流や光で高速・簡便に行うことができる。 8 想定される用途 • ナノスケールの加工技術を適用することで高密度・高速メモリーへの応用が開けると考えられる。 • 上記以外に、スキルミオンを用いた論理回路が実現されることも期待される。 9 実用化に向けた課題 • 現在、スキルミオンを実現できる温度が絶対温度で３００K以下でまだ室温に至っていない点が解決すべき課題の一つである。 • ナノサイズの加工技術の開発、電子顕微鏡以外の観測技術（電気的、光学的測定）の開発を行っていく。 • 実用化に向けて、スキルミオンをナノ秒の間に、数十から数百ナノメートルの距離を正確に動かす技術を確立する必要もあり。 10 企業への期待 • 未解決のナノ加工技術については、金属・半導体技術により克服できると考えている。 • 磁性体に経験を持つ企業との共同研究を希望。 • 研究者を創発物性科学研究センターへ派遣し、協働で研究開発を行ってくれる企業を募りたい。 11 本技術に関する知的財産権 ① 発明の名称：スキルミオン駆動方法およびマイクロ素子出願番号：特願2012-232324 出願人：独立行政法人理化学研究所発明者：于秀珍十倉好紀金澤直也小野瀬佳文 ② 発明の名称：出願番号出願人発明者 ③ 絶縁材料およびその製造方法：特願2012-224294 ：独立行政法人理化学研究所：于秀珍十倉好紀関真一郎石渡晋太郎発明の名称：スキルミオンの生成、消去方法および磁気素子出願番号：特願2013-045860 出願人：独立行政法人理化学研究所発明者：永長直人望月維人岩崎惇一 12 お問い合わせ先（必須）理化学研究所連携推進部知財創出・活用課井門、今井 TEL 048-467-9762 FAX 048-467-9962 e-mail [email protected] [email protected] 13