産総研：世界最高性能の半導体系トンネル磁気抵抗素子を開発
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2016/pr20160920/pr20160920.html


ポイント

•半導体酸化ガリウムをトンネル障壁層とした全単結晶トンネル磁気抵抗（TMR）素子を開発
• 半導体系TMR素子として室温における世界最高性能（磁気抵抗変化率92 %）を達成
• 超省電力トランジスタの実現へ道を拓き、待機電力ゼロのコンピューターへの貢献に期待


概要

　国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】（以下「産総研」という）スピントロニクス研究センター【研究センター長 湯浅 新治】　半導体スピントロニクスチーム付 齋藤　秀和　企画主幹は、独自に開発した単結晶酸化ガリウム（Ga2O3）の成膜プロセスを用いて、半導体Ga2O3をトンネル障壁層とした単結晶だけからなるトンネル磁気抵抗（TMR）素子を開発した。

　今回開発したTMR素子の磁気抵抗変化率（MR比）は室温で92 ％と極めて大きい。このTMR素子は、メモリー機能をもつ縦型のスピン電界効果型トランジスタ（縦型スピンFET）の基本構造となるもので、待機電力ゼロのノーマリー・オフ・コンピューターへの貢献が期待される。この技術の詳細は、2016年9月20日(現地時間)に米国の学術誌Physical Review Appliedのオンライン版に掲載される。

　なお、この研究開発は、内閣府 革新的研究開発推進プログラム（ImPACT）「無充電で長期間使用できる究極のエコIT機器の実現（平成26～30年度）」による支援を受けて行った。

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スピン軌道相互作用による磁壁のトラップ | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160916_1/
http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2016/20160916_1/fig1.jpg
スピン軌道相互作用による磁壁のトラップ | 60秒でわかるプレスリリース | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160916_1/digest/


現在の情報機器は著しい性能向上を続けています。しかし、主メモリが揮発性のため、起動するたびに情報をメモリ上に読み込む必要があり、起動時間が長いという問題が残っています。省電力の観点からは、起動時間の大幅な短縮が求められます。そのためには、大容量かつ高速の不揮発性メモリの開発が不可欠です。現在、最も有望視され実用化されているのは「磁気抵抗メモリ（MRAM）」ですが、今後はより高密度化が必要となってきます。

そこで、不揮発性メモリの一つとして「レーストラックメモリ」に注目が集まっています。レーストラックメモリは、断面の直径がナノメートル（nm、1nmは10億分の1メートル）サイズの細線上に電流パルスを流し、“多数の磁壁（磁化の向きが揃った磁区領域の境界）を移動させること”によって、演算や情報処理を行います。磁壁を動かす技術はすでに確立していますが、磁壁をある決まった位置に素早く止めるトラップ技術はまだ確立していません。細線に作った“くびれ”を利用してする方法が考えられますが、nmサイズの細線に多くのくびれを均一に作ることは非常に難しいことなどからまだ実現していません。

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電場によるスキルミオンの生成・消滅に成功 | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160901_3/
http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2016/20160901_3/fig2.jpg
http://www.riken.jp/~/media/riken/pr/press/2016/20160901_3/fig3.jpg
電場によるスキルミオンの生成・消滅に成功 | 60秒でわかるプレスリリース | 理化学研究所
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160901_3/digest/


物質中の電子スピンの向きを磁気情報として利用する磁気メモリ素子は、高速な情報の読み書きができる素子として期待されています。しかし、その動作には1m2当たり約10億アンペアという大きな電流密度を必要とし、消費電力が大きいことが問題です。そのため、より小さな電流密度で駆動できる材料や手法が、盛んに研究されています。

そこで注目されているのが、電子スピンが渦状に並んだ磁気構造体「スキルミオン」です。スキルミオンは一つが数十ナノメートル（nm、1nmは10億分の1メートル）サイズの小さな磁気渦で、比較的小さな電流や熱流によって駆動できるなどの優れた機能性を持ちます。このスキルミオンを情報担体として用いることで、高密度・低消費電力の次世代メモリが実現できる可能性があります。省電力という点に関して、特に有力なのは“電場を用いた”スキルミオンの生成・消滅です。しかし、それに関する実験的な報告例はこれまでになく、スキルミオンをいかに不揮発的に、かつ効率よく生成・消滅させることできるかが、長年の重要な課題でした。

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日経プレスリリース
http://release.nikkei.co.jp/detail.cfm?relID=420417&lindID=5
http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0420417_01.pdf


イプシロン型－酸化鉄を磁性層とした磁気テープの開発に成功
～低ノイズ・シャープな記録再生信号を観測～


１．　発表者
　大越慎一（東京大学大学院理学系研究科化学専攻　教授）
　生井飛鳥（東京大学大学院理学系研究科化学専攻　助教）

２．　発表のポイント
　◆イプシロン型－酸化鉄（ε-Fe2O3）ナノ磁性体の鉄イオンを複数の金属イオンで置換した新型ナノ磁性粉を開発し、次世代の塗布型磁気記録媒体（磁気テープ）の開発を行いました。
　◆開発した磁気テープの磁気記録再生信号は媒体のノイズが極めて低く、非常にシャープな信号波形をしており、ε-Fe2O3ナノ磁性粒子の磁気テープが優れた特性を持つことが明らかになりました。
　◆磁気テープは、記録すべき情報の爆発的増大が進むビッグデータ時代において、大容量アーカイブ記録メディアとして需要が急伸しており、本成果はその一翼を担うものとして期待されます。

３．　発表概要
　東京大学大学院理学系研究科の大越慎一教授らの研究グループは、イプシロン型－酸化鉄（ε-Fe2O3、注１）の鉄イオンを複数の金属イオンで置換することで磁気テープに求められる磁気特性に調整した新型ナノ磁性粉を開発し、生産用実機を用いて塗布型磁気記録媒体（磁気テープ）の開発品を作製しました。
　今回開発したナノ磁性粉は、ε-Fe2O3の鉄イオンを三種類の金属イオン（ガリウムイオン、チタンイオン、コバルトイオン）で置換したε-Ga0.31Ti0.05Co0.05Fe1.59O3です（以下、GTC型イプシロン酸化鉄と呼びます）。このGTC型イプシロン酸化鉄ナノ磁性粒子では、金属置換量の調整によって磁気記録に適した３キロエルステッド（kOe）の保磁力（注２）が実現されており、磁化はε-Fe2O3と比較して４４％向上しています。開発したGTC型イプシロン酸化鉄ナノ磁性粒子の中規模生産（５kg）を行い、磁気テープの試作を行いました。製作した磁気テープの磁気記録再生信号は非常にシャープで、かつ媒体のノイズが極めて低いことが確認されました。このようなGTC型イプシロン酸化鉄ナノ磁性粒子は大容量データのアーカイブ用磁気テープの次世代磁性材料として期待されます。
　本研究成果は、日本時間２０１６年８月２４日（水）午後７時にドイツ化学会誌Angewandte　Chemie　International　Edition（アンゲバンテ・ケミー・インターナショナル・エディション）のオンライン版でHot　paperとして公開されます。

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