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スキルミオン駆動方法およびマイクロ素子 NEW 新技術説明会

国内特許コード P190016282
整理番号 08092
掲載日 2019年8月21日
出願番号 特願2012-232324
公開番号 特開2014-086470
登録番号 特許第6116043号
出願日 平成24年10月19日(2012.10.19)
公開日 平成26年5月12日(2014.5.12)
登録日 平成29年3月31日(2017.3.31)
発明者
  • 于 秀珍
  • 十倉 好紀
  • 金澤 直也
  • 小野瀬 佳文
出願人
  • 国立研究開発法人理化学研究所
発明の名称 スキルミオン駆動方法およびマイクロ素子 NEW 新技術説明会
発明の概要 【課題】スキルミオン駆動用マイクロ素子のスキルミオンを低消費電力で駆動する。
【解決手段】磁場の印加によりスキルミオンが誘起された、らせん磁性体であるFeGeにより形成される厚さ100nm以下の二次元材料10に、電流を印加することにより、スキルミオンを駆動する。スキルミオンが誘起された材料に電流を流すと、通過する伝導電子にスキルミオンから実効的な磁場が加わり、トポロジカルホール効果など新規な電磁気現象が現れ、伝導電子のスピンの向きが変わり、伝導電子のスピンの向きの変化に応じて、スキルミオンのスピンも変化するため、スキルミオンが回転したり電流方向へ移動し(スピントランスファートルク効果)、材料中のスキルミオンを駆動することが可能となる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要 磁性体の磁化方向(電子スピンの向き)をデジタル情報として利用する磁気素子は、不揮発性・耐放射線などの特徴をもつエレクトロニクスデバイスとして注目されており、その磁気情報を電気的に操作する試みが近年盛んに行われている。

従来使われている磁気抵抗メモリ(MRAM)等の磁気メモリ素子では、強磁性材料に電流を流して磁壁を移動させることにより、磁化反転が可能になり情報を書き込むことができる。しかし、磁壁を移動させるには、最低でも1平方センチメートル(cm2)あたり約10万アンペア(A)という大電流密度が必要であった(例えば、特許文献1~3および非特許文献1~5参照)。このため、素子中に大量のジュール熱が生じ、消費電力が大きい。このため、より低い電流密度で磁気情報担体を操作する方法が望まれている。

一方、最近一部の特殊な金属の中で、電子のスピンが「スキルミオン」と呼ばれる渦巻き構造をつくることが発見されている。図8は、スキルミオンの電子スピンの配列を模式的に示す図であり、図中の各矢印は電子スピンの方向を示している。スキルミオンは、らせん型のスピン配列をとるらせん磁性体に、所定の温度条件下で磁場を印加することにより、蜂の巣状の格子(スキルミオン結晶)を組むように形成される。スキルミオン101の半径は数ナノ~数十ナノメートルと非常に小さく、安定した粒子としての性質を持つことから、将来的に演算素子、磁気記憶素子としての利用が期待されている。

また、スキルミオンを磁気記憶素子として用いることを想定した場合、スキルミオンは結晶中の欠陥などに捕捉されにくい性質があるために、従来の磁気記憶素子において磁壁を駆動する場合に比べて、遥かに低い電流密度で駆動できるという利点があることも予測される。
産業上の利用分野 本発明は、スキルミオン駆動方法およびスキルミオン駆動用マイクロ素子に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】
少なくとも部分的に二次元材料として形成され、前記二次元材料と略直交する方向に磁場を印加し、1又は複数のスキルミオンが誘起された前記二次元材料に、平行に電流を流すことにより、前記1又は複数のスキルミオンを移動させるスキルミオン駆動方法。

【請求項2】
前記スキルミオンが誘起された材料の前記二次元材料として形成された部分の厚さは、100nm以下であることを特徴とする請求項1に記載のスキルミオン駆動方法。

【請求項3】
前記二次元材料の温度の上昇に従い減少する温度依存性を有する臨界電流以上の電流を前記二次元材料に流す
請求項1又は2に記載のスキルミオン駆動方法。

【請求項4】
前記スキルミオンが誘起された材料は、FeGeであることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のスキルミオン駆動方法。

【請求項5】
少なくとも部分的に二次元材料として形成される材料と、
前記二次元材料として形成された部分に、該二次元材料の二次元平面と平行な方向に電流を印加するように、前記材料に接続された複数の電極と、
前記二次元材料と略直交する方向に磁場を印加して、1又は複数のスキルミオンを誘起
する磁場発生部と、
を備えるスキルミオン駆動用マイクロ素子。

【請求項6】
前記材料の前記二次元材料として形成された部分の厚さは、100nm以下であることを特徴とする請求項5に記載のマイクロ素子。

【請求項7】
前記材料は、FeGeであることを特徴とする請求項5又は6に記載のマイクロ素子。
国際特許分類(IPC)
画像

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