STT-MRAMの基礎――情報の蓄積に磁気を使う：福田昭のストレージ通信（23） 次世代メモリ、STT-MRAMの基礎（1）（2/3 ページ）

次世代不揮発メモリの候補の1つに、STT-MRAM（スピン注入磁化反転型磁気メモリ）がある。データの読み書きが高速で、書き換え可能回数も多い。今回から始まるシリーズでは、STT-MRAMの基本動作やSTT-MRAが求められている理由を、「IEDM2015」の講演内容に沿って説明していこう。

[福田昭，EE Times Japan]

エレクトロニクスとスピントロニクス

　STT-MRAM（Spin-Transfer Torque Magnetoresistive RAM）は、「スピントロニクス（spintronics）」の考え方を発展させたものである。従来の磁気工学が物質の磁気的な性質を主に取り扱うのに対し、「スピントロニクス」では磁気と電気の相互作用を主に取り扱う。

　はじめにエレクトロニクスにおける情報の輸送（伝送）と蓄積（記憶）を考える。情報を輸送するとき、情報の担い手は電荷（電子あるいは正孔）である。導体あるいは半導体の中を電荷（電子あるいは正孔）が移動することで、情報が移動する。情報を蓄積するときは、電荷を例えばキャパシターに充てんしておく。

エレクトロニクスにおける情報の移動（左）と蓄積（右）。情報の担い手は電荷である（クリックで拡大） 出典：CNRS

　スピントロニクスにおける情報の輸送と蓄積は、「スピン（spin）」から出発する。スピンとは「スピン角運動量（spin angular momentum）」の略称である。量子力学では、電子は2つのどちらかのスピン角運動量（記号は「S」）を備えていると考える。具体的には、電子スピンSの値はプラス2分の1あるいはマイナス2分の1のどちらかである。中間的な値は存在しない。

　そして全ての電子は、スピン角運動量で決まる磁気モーメント（magnetic moment）を有する。磁気モーメントの向きは、電子が原子核の周囲を周回する軌道面に対して垂直な方向で、「上向き」あるいは「下向き」のどちらかになる。

エレクトロニクスに磁気を持ち込む。電子のスピン角運動量と磁気モーメント（下） （クリックで拡大） 出典：CNRS