反強磁性体で大きなTMR効果 超高速MRAM実現の可能性：TMRが最大で約1000％に達する

[馬本隆綱，EE Times Japan]

ノンコリニア反強磁性体とMgOを組み合わせてMTJを設計

　東京大学とJSR、東京都立大学、東北大学の研究グループは2026年4月、ノンコリニア反強磁性体を用いた磁気トンネル接合（MTJ）を設計し、大きなトンネル磁気抵抗（TMR）効果が現れることを理論的に予測したと発表した。研究成果は、高密度で極めて高速に動作する不揮発性磁気メモリの開発につながるとみている。

　磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）は、MTJに情報を保持しており、TMR効果を用いて記憶した情報を読み出すことができる。このTMR効果については、反強磁性体を用いる研究が進んでいる。

　例えば、有力な候補の1つであるノンコリニア反強磁性体「Mn₃Sn」は、電気的書き込みやTMR効果による読み出しなどの動作が実証されてきた。しかし、設計指針を打ち出すまでには至らなかったという。

　そこで今回、Mn₃Snを用いたMTJの性能をさらに高め、MRAM開発につなげていくための設計指針を確立していくことにした。具体的には、トンネル接合の絶縁体となる酸化マグネシウム（MgO）と、Mn₃Snを組み合わせた磁気トンネル接合について、第一原理計算を用いて理論的に設計した。

　設計した接合におけるTMR効果を計算した。この結果、2つのMn₃Sn層を持つ磁気モーメントの向きが、平行・反平行の状態間で、トンネル伝導特性が明確に変化した。しかも、TMR比が最大で約1000％に達するなど、巨大になることを確認した。設計したMTJ構造は、電気的書き込みに有用であることも分かった。

Mn₃Sn／MgO／Mn₃Sn磁気トンネル接合（MgO絶縁層は10層）と、予測されたTMR比［クリックで拡大］ 出所：東京大学他

　今回の研究成果は、東京大学大学院理学系研究科物理学専攻の田中克大特任助教、見波将特任助教、中辻知教授、有田亮太郎教授（兼理化学研究所創発物性科学研究センターのチームディレクター）、JSR RDテクノロジー・デジタル変革センターの栂裕太主事、東京都立大学大学院理学研究科物理学専攻の野本拓也准教授、東北大学大学院理学研究科物理学専攻の是常隆教授らによるものである。