磁気スカーミオンを用いた非平衡熱力学の構築

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K14419
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 杉本 聡志 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究センター, 主任研究員 (90812610)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 磁気スカーミオン / 薄膜 / 磁性 / 非線形応答 / 遷移金属化合物 / トポロジカル絶縁体

研究成果の概要

粒子状のトポロジカル磁気構造である磁気スカーミオンについて、これまで注目を集めていた固定質点近似される線形運動ではなく、あらたに長距離集団運動を示す非線形応答についての研究を進めた。既存の群速度と分布勾配の定量的なモデルの構築に加え、スカーミオン個数制御手法を新たに検証した。これらを用いて、物理リザーバーに要求される(i)多次元性、(ii)メモリ効果、(iii)非線形性の３つの特性を担保することで、磁気スカーミオンをもちいたリザーバーコンピューティングを初めて実証した。加えて、高温・低磁場下で有効なスカーミオン安定材料の開発と、高効率駆動に向けた異方性トルクの生成研究も行われた。

自由記述の分野

スピントロニクス

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の成果は、L2クラスメモリとして注目を集める不揮発性メモリの研究開発に直結する。磁気スカーミオンは小型、かつトポロジカル効果による低電流駆動が可能な磁区構造として、その採用は、不揮発性メモリの障壁であった書き込み電流の大幅な低下を実現する可能性を秘めている。また、本研究で確認された非線形応答は、そのまま物理リザーバーの構築に適用できることが検証され、古典的なメモリデバイスの枠を超えた新規デバイス構築の実現性も示唆される結果となった。また、研究の一環で観察された異方性トルクは、電流操作磁化反転においても極めて新規的な性質を示している。