東大らが反強磁性体Mn3Snで熱に頼らない超高速磁気書き込み機構を実証

ニュース紹介

「超高速量子メモリー動作を引き出す素子設計～熱に頼らない高効率な磁気情報の書き込みに向けて～」

東京大学大学院理学系研究科の松尾拓海氏（研究当時大学院生）、肥後友也氏（研究当時特任准教授、現慶應義塾大学理工学部准教授）、中辻知教授らの研究グループは、カイラル反強磁性体Mn3Sn薄膜を用いた素子において、膜厚を薄くして放熱を効率化することで、ジュール熱に頼らず、反強磁性体が本来持つピコ秒（1兆分の1秒）スケールの高速な磁気ダイナミクスを生かしたスイッチング機構を引き出せることを示したと発表しました。プレスリリースによると、Mn3Sn層の膜厚を変化させた測定から、磁気スイッチング機構が「発熱と冷却過程に支配される温度アシスト機構」から「スピン流が反強磁性秩序を直接制御する内因性機構」へ移行することが明らかになったとしています。研究成果は次世代の超高速・低消費電力ロジックやメモリー向け素子設計指針を提供するものと位置づけられています。

出典：科学技術振興機構（JST） 2026年7月13日プレスリリース（掲載誌：Nature Communications／DOI: 10.1038/s41467-026-74311-6）
https://www.jst.go.jp/pr/announce/20260713/index.html

FrontJournalの解説

反強磁性体と次世代メモリーの背景

スマートフォンやデータセンターで使われる磁気メモリー（MRAM）は現在、主に強磁性体（磁石の性質を外にはっきり示す材料）で作られています。これに対し反強磁性体は、隣り合う磁気モーメントが打ち消し合い、外向きの磁化がほぼゼロになる材料群で、外部磁場に強く、原理的にはピコ秒（1兆分の1秒）スケールの極めて速い応答が期待されるため、次世代の超高速・低消費電力メモリーの候補材料として世界的に研究が進んでいます。今回の主役Mn3Sn（マンガン3スズ）は、この反強磁性体の中でも「カイラル反強磁性体」と呼ばれ、量子効果を通じて特徴的な電気・磁気応答を示すことが知られてきました。

①「熱で書く」から「スピン流で直接書く」への移行

反強磁性体への情報書き込みには、電流によるスピン軌道トルク（SOT：Spin-Orbit Torque）を利用する方式が広く検討されています。ただしこれまでの実験では、電流が流れる際に発生するジュール熱によって磁気状態が一時的にゆるみ、それが冷える過程で新しい方向にそろう温度アシスト機構が支配的とされることが多く、反強磁性体本来の高速性を十分に引き出せているとは言いにくい状況でした。今回の研究グループは、Mn3Sn層の膜厚を薄くして発生した熱を素早く逃がす設計にすることで、書き込みの主役が温度アシスト機構から、スピン流が反強磁性秩序を直接そろえる内因性機構へ移行することを示したとしています。

②素子設計指針としての意味

プレスリリースでは、この結果を「反強磁性体の超高速磁気ダイナミクスを活用した新しい不揮発性メモリー技術の実現に向け、素子設計指針を提供するもの」と位置づけています。反強磁性体を単に材料として採用するだけでは高速性は自動的に得られず、膜厚をはじめとする素子構造の作り込みが、実際に引き出せるスイッチング機構と性能を大きく左右するという知見が、実験データに基づいて示された点が特徴です。研究成果は2026年7月13日（現地時間）付のNature Communications（オンライン版）に掲載されています。

編集部からひとこと

本発表は基礎物性研究の成果であり、具体的な製品化・実用化時期には触れられていません。反強磁性体メモリーは長らく「速いはずだが、実際に速く動かすには何が必要か」という点が課題になってきた領域であり、今回のように「熱を逃がす膜厚設計」という比較的シンプルな指針で書き込み機構を切り替えられる可能性を示したことは、後続研究や産業応用における素子設計の参考情報として位置づけられそうです。詳細はJST公式ページおよびNature Communications掲載論文をご参照ください。

FrontJournal編集部