低消費電力磁気メモリへ 「ひずみ」で磁気相互作用を創出：人工反強磁性体に交互ひずみを導入

名古屋大学は、磁性材料に加えるひずみを層ごとに変えることで、新たな磁気相互作用を生み出せることを千葉大学と共同で実証した。材料そのものを変えず、機械的な変形やひずみを利用して磁性を制御できる可能性を示した。次世代の低消費電力磁気メモリやスピントロニクスデバイスへの応用が期待される。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

機械的な変形やひずみを利用して磁性を制御

　名古屋大学は2026年10月、磁性材料に加えるひずみを層ごとに変えることで、新たな磁気相互作用を生み出せることを千葉大学と共同で実証したと発表した。材料そのものを変えず、機械的な変形やひずみを利用して磁性を制御できる可能性を示した。次世代の低消費電力磁気メモリやスピントロニクスデバイスへの応用が期待される。

　磁石内部では、電子が持つ微小な磁気（スピン）が互いに作用しながら配列している。この配列を決める要素の1つが「Dzyaloshinskii-Moriya（DM）相互作用」と呼ばれる現象である。スキルミオンなど特殊な磁気構造の形成にも深くかかわっているという。ところが、DM相互作用を発現させるには、特殊な結晶構造や界面設計によって材料に反転対称性の破れを導入する必要があった。

　研究グループは今回、磁性金属コバルト（Co）とルテニウム（Ru）からなる人工反強磁性体に着目した。各磁性層に加わるひずみの向きを交互に変化させることで、層ごとに局所電場が反転する構造を考案した。具体的には、フレキシブル基板上にCo／Ru磁性多層膜を形成し、成膜中に基板の曲げ方向を制御することで、各層に交互または一様なひずみを導入した。このひずみによって各層内に局所電場が生じ、各層の対称性が変化するという。

左図と中央図は既存研究、右図は本研究のねらい［クリックで拡大］ 出所：千葉大学

　理論解析の結果、交互にひずみを導入すると、隣り合う層で符号が反転する「交互DM相互作用」が生じることが分かった。さらに、交互DM相互作用は従来型のDM相互作用に比べ極めて大きく、磁化反転過程に大きな影響を及ぼすことも分かった。マイクロマグネティックシミュレーションによる解析でも、交互DM相互作用を考慮した場合のみ、実験で得られた磁気応答が再現されることを確認した。

左図はフレキシブル基板を利用してCo／Ru磁性多層膜中、交互にひずみを導入する手法の概要。右上図はCo／Ru磁性多層膜中に交互ひずみがある場合とない場合の磁性曲線。右下図はマイクロマグネティックシミュレーションで再現した磁化曲線［クリックで拡大］ 出所：千葉大学

　今回の研究成果は、名古屋大学大学院工学研究科の岩田悠楽氏（当時は学部生）、古牧怜寿博士前期課程学生、林兼輔助教、飯浜賢志准教授、森山貴広教授らによる研究グループと、千葉大学大学院理学研究院の佐藤正寛教授らによるものである。