次世代メモリ材料における水素の拡散運動を解明：高密度のReRAM開発につながる？（1/2 ページ）

東北大学らの研究グループは、素粒子「ミュオン」を用いて、二酸化バナジウム（VO2）における水素の拡散運動を解明したと発表した。研究成果は高密度の抵抗変化型メモリ（ReRAM）開発につながる可能性が高いとみられる。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

高密度抵抗変化型メモリ（ReRAM）の開発に期待

　東北大学と茨城大学、高エネルギー加速器研究機構（KEK）および物質・材料研究機構（NIMS）らの研究グループは2024年3月、素粒子「ミュオン」を用いて、二酸化バナジウム（VO₂）における水素の拡散運動を解明したと発表した。研究成果は高密度の抵抗変化型メモリ（ReRAM）開発につながる可能性が高いとみられる。

　次世代メモリ材料として注目されているVO₂は、物質中にある水素の挙動によって電気抵抗が変化するといわれている。ただ、その具体的な動きや与える影響までは十分に解明されていなかった。

　そこで研究グループは、物質中で水素原子のように振る舞うミュオンを用い、VO₂における水素の拡散機構を原子レベルで調べることにした。具体的には、大強度陽子加速器施設（J-PARC）物質・生命科学実験施設（MLF）のミュオン科学実験施設（MUSE）Sラインで生成した擬水素（ミュオジェン）と呼ばれるミュオンを、外部から測定対象に入射して、ミュオンスピン回転／緩和／共鳴（μSR ）の実験を行った。

正の電荷を持つミュオンは物質中の電子を捕獲して水素原子とよく似た擬水素（ミュオジェン）を作る［クリックで拡大］ 出所：東北大学他

　μSR の実験結果から、ミュオンのホッピング率（ν）と核磁気分布幅（Δ）の温度依存性が得られた。実験から得られたΔの値と第一原理計算で求めたポテンシャルエネルギーを比較したところ、ミュオンは酸素に取り囲まれたトンネル状の空洞に存在していることが分かった。

μSR実験で得られた擬水素のホッピング率と核磁気分布幅の温度依存性［クリックで拡大］ 出所：東北大学他

VO₂のμSR時間スペクトル（測定温度範囲は−265〜110℃）と結晶構造（高温相）［クリックで拡大］ 出所：東北大学他

VO₂中の内部磁場分布［クリックで拡大］ 出所：東北大学他