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» 2021年07月16日 10時30分 公開

慶應大、332%のTMC比を観測しメカニズムも解明理論計算では1000%超えも可能に

慶應義塾大学とブラウン大学の研究グループは、トンネル磁気キャパシタンス(TMC)の変化率として332%を観測し、そのメカニズムも解明した。今回の研究成果は、電気容量検出型の高感度磁気センサーや磁気メモリの開発につながるとみられている。

[馬本隆綱,EE Times Japan]

電気容量検出型高感度磁気センサーや磁気メモリの開発に期待

 慶應義塾大学とブラウン大学の研究グループは2021年7月、トンネル磁気キャパシタンス(TMC)の変化率として332%を観測し、そのメカニズムも解明したと発表した。今回の研究成果は、電気容量検出型の高感度磁気センサーや磁気メモリの開発につながるとみられている。

 TMC効果は、磁場によってキャパシタンス(電気容量)が変化する現象。2つの磁性層の間に薄い絶縁層を挟んだ磁気トンネル接合で観測することができるという。磁気感度を示すTMCの変化率(TMC比)はこれまで155%が最大であった。研究グループは今回、「電圧」に注目し、世界最大となるTMC比の実現を目指した。

電圧誘起TMC効果の概念(左は電池なし、右は電池あり) 出典:慶應義塾大学

 具体的には、マグネトロンスパッタ技術を用い、2つの鉄コバルトホウ素磁性膜の間に薄い酸化マグネシウム絶縁膜を挟んだ磁気トンネル接合を作製した。これを磁場中に置き、キャパシタンスが変化する様子を観測した。この結果、試料に電圧を加えるとTMC比は332%まで上昇することを確認した。

電圧を加え332%のキャパシタンス変化率を実現 出典:慶應義塾大学

 研究グループは、誘電体理論に量子力学と統計論を取り入れた新たな計算手法により、理論的な検討も行った。理論計算によれば、スピン分極率がさらに大きい磁性材料を用いると、TMC比は1000%を超えることが分かったという。

実験結果と計算結果の比較 出典:慶應義塾大学

 今回の成果は、慶應義塾大学大学院理工学研究科の緒方健太郎氏(修士2年生)や中山雄介氏(修士2年生)および、同大学理工学部の海住英生准教授らと、ブラウン大学物理学科のシャオ ガン教授との共同研究によるものである。

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