光で情報を書き換えられる磁気メモリ材料を開発：従来方式より約1000倍も高速動作

量子科学技術研究開発機構（QST）と兵庫県立大学および高輝度光科学研究センター（JASRI）らによる研究グループは、東京科学大学やNTTと共同で、レーザー光パルス照射により、電子スピンの向きを書き換えることができる「磁気メモリ材料」を開発した。電流によって電子スピンの向きを反転させる従来方式に比べ、約1000倍も高速な動作が可能となる。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

CoFeBにGdやCoを積層し、原子レベルで構造を最適化

　量子科学技術研究開発機構（QST）高崎量子技術基盤研究所量子機能創製研究センターの境誠司グループリーダーと兵庫県立大学および高輝度光科学研究センター（JASRI）らによる研究グループは2026年6月、東京科学大学やNTTと共同で、レーザー光パルス照射により、電子スピンの向きを書き換えることができる「磁気メモリ材料」を開発したと発表した。電流によって電子スピンの向きを反転させる従来方式に比べ、約1000倍も高速な動作が可能となる。

　磁気メモリは、電子スピンの向きを情報として記憶し、その向きを反転させることで情報を書き換える。記録した情報は無電力で保存でき、書き換えに必要なエネルギーも小さい、という特長がある。一方、電流でスピンを反転させる従来方式は、書き込み動作速度の限界や、発熱による消費電力の増大といった課題もあった。

　研究グループは今回、光によって電子スピンが反転される「フェリ磁性体」に着目した。ただ、これまで用いられてきた磁性材料「コバルト・鉄・ホウ素（CoFeB）」では、この現象が起きないため、新たに「人工フェリ磁性体」を設計し成膜をした。

作製した材料が光照射によって電子スピンの向きが反転する様子［クリックで拡大］ 出所：QST

　具体的には、CoFeBにガドリニウム（Gd）やコバルト（Co）といった異なる磁性材料を積層し、原子レベルで構造を最適化した。各層の厚みは0.1nm以下の精度で制御し、多層構造全体の厚みは10nm以下とした。この結果、超短パルスレーザーによる光パルスを1回照射しただけで、CoFeBを含む各層のスピンが一斉に反転した。光パルス照射を繰り返し行っても、安定して再現できることを確認した。

人工フェリ磁性体の構造模式図と内部構造写真［クリックで拡大］ 出所：QST

さまざまな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を繰り返す様子［クリックで拡大］ 出所：QST