新研究：原子を正確に制御し、将来のメモリ技術を大幅に向上

Tokyoポハン工科大学（POSTECH）の研究者たちは、材料研究において重要な改善を成し遂げました。この成果により、未来のDRAMメモリにとって重要なスピン軌道トルク（SOT）材料に関する大きな進展がもたらされました。この研究チームは、物理学科のイ・デス教授と博士課程のジョ・ヨンジュ氏、そして材料工学科のチェ・シヨング教授から構成されています。彼らの研究成果は『Nano Letters』に発表されました。

重要な発見は次の点に関わっていました。

• 高効率な磁化反転を外部磁場なしで実現するスピン軌道トルク（SOT）技術の開発。
• 複合酸化物の原子レベルでの制御を使用。
• ストロンチウムルテネート（SrRuO₃）に注目。

スピン軌道トルク（SOT）は、電子の磁気特性と電気特性が相互作用する際に発生します。この相互作用により、電流の流れによってスピンの動きが磁気状態を変化させます。電気データの代わりに磁気データを使用することで、メモリの電力消費が削減されます。これは、電源がオフになってもデータを保持できる不揮発性メモリにとって非常に有用です。

研究者たちは、磁性と「スピン・ホール効果」を示す半導体や金属などのさまざまな材料を調査しています。重要な目的は、スピン軌道トルク（SOT）を活用して効率的な磁化スイッチングを実現することです。しかし、一つの層内で生じる反対方向のスピンカレントが互いに打ち消し合ってしまうという課題があります。

リー教授とチェ教授は、この問題に取り組むために材料の微細構造を変更しました。彼らは磁性とスピンホール効果を示すSrRuO3に注目しました。チームは、原子構造を調整することにより、SrRuO3の上層と下層で異なるスピンホール効果を持つ素材を作り上げました。

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彼らは特別に設計された表面を使用してスピンホール効果を調整し、磁化の方向を制御しました。磁場を使わずに効率的に磁化を切り替えることができました。また、スピン軌道トルク（SOT）を組み込んだ装置をSrRuO3で作り上げました。この装置により、電流だけで磁気の向きを変え、データの書き込みと読み取りが可能になりました。

その結果として得られたメモリ装置は以下の特徴を示しました。

• 効率性が非常に高い（2倍から130倍程度）。
• 消費電力が非常に低い（2分の1から30分の1程度）。

既知の単層で磁場を使わないシステムと比較しました。磁場を使用せずに磁化の切り替えが行われ、以前の研究で見つかったSrRuO3の通常の特性を維持しました。

李教授は、チームによって作られた非対称なSrRuO3が、強磁性とスピンホール効果の関係を研究する上で重要であると述べています。彼は、新しいスピントルク効果（SOT）のメカニズムを特定し、効率の高い室温単相SOT材料の創出につながる研究がさらに進むことを望んでいます。

この研究は、Samsungの未来技術インキュベーションプログラムと韓国国立研究財団の中堅研究者支援プログラムによって資金提供されました。