微小な「らせん型デバイス」でダイオード効果を観測：FIBを用い3次元デバイスを作製

理化学研究所（理研）は、磁性体の単結晶から直接、ナノスケールの「らせん型デバイス」を削り出す技術を開発したと発表。作製した立体構造は、電流が一方向のみに流れやすいダイオード的な挙動を示した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

強い一軸異方性と高い移動度を併せ持つワイル強磁性体を採用

　理化学研究所（理研）創発物性科学研究センター強相関物性研究グループのマックス・バーチ研究員、十倉好紀グループディレクター、トポロジカルエレクトロニクス研究チームの川村稔チームディレクターらによる研究グループは2026年1月、磁性体の単結晶から直接、ナノスケールの「らせん型デバイス」を削り出す技術を開発したと発表した。作製した立体構造は、電流が一方向のみに流れやすいダイオード的な挙動を示した。

　研究グループは今回、集束イオンビーム（FIB）を用い、ワイル強磁性体である「Co₃Sn₂S₂」の塊状結晶から微小片を切り出し、極めて小さい3次元らせん型デバイスを削り出した。この結晶片を基板に固定し、電極を取り付けて電気抵抗を測定した。Co₃Sn₂S₂を用いたのは、強い一軸異方性と高い移動度を併せ持つためだ。

　実験では、作製したらせん型デバイスを冷やし、磁場を加えて非相反電気伝導性を測定した。この結果、磁化の向きあるいは、らせん構造の巻く方向を反転させた時に、非相反抵抗の符号が反転するのを確認した。ちなみに、直線状の非キラルデバイスでは非相反性が確認できなかったという。

FIB加工の概念図と、らせん型デバイスの走査電子顕微鏡像［クリックで拡大］ 出所：理研

磁性らせん構造における非相反抵抗の対称性則［クリックで拡大］ 出所：理研

　さらに研究グループは、さまざまな寸法のらせん型デバイスを複数作製し、非相反抵抗の温度依存性を調べた。この結果、低温で非相反性は顕著に増えた。また、非相反抵抗の逆効果として、印加する電流の方向により磁化の向きを制御できる可能性があるという。今回は、200μAの正負電流パルスを加え、らせん構造の磁化を反転できることを実証した。

試作したCo₃Sn₂S₂らせん型デバイスの走査型電子顕微鏡像［クリックで拡大］ 出所：理研