光で情報を書き換える新しい磁気メモリ材料 「従来に比べ1000倍高速」 QST、兵庫県立大などが共同開発

[ITmedia]

　量子科学技術研究開発機構（QST）と兵庫県立大学、高輝度光科学研究センターは6月8日、電流の代わりに光で磁気メモリの記録を書き換えられる材料の開発に世界で初めて成功したと発表した。「従来方法に比べて約1000倍高速かつ省エネルギーな次世代磁気メモリ実現に道を開く」（研究チーム）という。

作製した材料において光照射によって電子スピンの向きが反転する様子（ニュースリリースから引用、以下同）

　磁気メモリは、電荷を情報記憶に用いるメモリと異なり、電子の自転で生じる磁石の性質「電子スピン」の向きをデジタル情報における0と1として扱い、記録に活用している。従来型は電流で電子スピンの向きを変えるが、発熱や消費電力、書き込み速度の向上に限界があるといった問題を抱えていた。

　そこで研究チームはNTTや東京科学大学と協力し、電子スピンの向きをレーザー光パルスの照射だけで書き換える「人工フェリ磁性体」を新たに設計した。フェリ磁性体は、電流でなく光によって電子スピンの向きを変える「光スイッチ」現象が見られる。

　ただ、従来型磁気メモリに使われるコバルト・鉄・ホウ素合金（CoFeB）では光スイッチ現象が見られなかった。これまで光スイッチが見られたフェリ磁性体も、電子スピンの向きのそろい度合いが悪く、0と1を明確に区別できなかった。

　そこで研究チームは、CoFeBやガドリニウム、コバルトなどを三層に積層した素材を新たに設計。さらにQSTなどが運営する研究施設「NanoTerasu」での材料分析を通して原子レベルで構造を最適化し、CoFeBでの電子スピン反転を再現性の高い形で実証したという。

多層構造の新規人工フェリ磁性体の構造の模式図と内部構造写真

エネルギーの光パルスを照射して人工フェリ磁性体が初期状態から磁化反転（光スイッチ）を繰り返す時の様子

　「本材料により磁気メモリの高速・省エネルギー化が実現されることで、AIやデータセンターにおける電力消費の課題解決に貢献するとともに、光通信と電子回路をつなぐ次世代高速情報基盤を支える中核技術としての展開が期待される」（研究チーム）

　研究結果は、国際学術誌「Applied Physics Letters」に8日付で掲載された。