新機構が生み出す過去最小の磁気渦粒子を発見 -超高密度な次世代情報担体としての活用に期待-

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• 物質・材料研究機構
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概要

理化学研究所創発物性科学研究センターのNguyen Duy Khanh特別研究員（現所属：東京大学物性研究所）、中島多朗研究員（現所属：東京大学物性研究所）、于秀珍チームリーダーと、東京大学の関真一郎准教授（JSTさきがけ研究者兼任）、有馬孝尚教授、十倉好紀卓越教授らの研究グループは、物質・材料研究機構、高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所との共同研究を通じて、既知の化合物では過去最小となる直径1.9 nmの磁気スキルミオン（磁性体の中で現れる渦巻き状のスピン構造）を観察することに成功しました。スキルミオンは、幾何学的に保護された安定な粒子としての性質を持つため、次世代の情報担体の候補として盛んに研究が行われています。従来、スキルミオンを生み出すには、対称性の低い結晶構造が必要であると考えられてきましたが、本研究では動き回る電子が媒介する新機構を活用することにより、対称性の高い希土類合金中で過去最小のスキルミオンを実現することに成功しました。今回の発見は、極小サイズのスキルミオンを生み出すための新しい物質設計指針を与えており、超高密度な情報素子への展開に役立つことが期待されます。

本研究成果は 2020年5月18日に英国科学誌「Nature Nanotechnology」に掲載されました。

研究成果のポイント

• ◆高い対称性を持つ希土類合金（GdRu₂Si₂）中で、既知の化合物では過去最小となる直径1.9 nmの磁気スキルミオン（粒子性を持った渦状スピン構造）を観察することに成功。
• ◆従来、スキルミオンは結晶構造の低い対称性に起因して生じるとされてきたが、この物質では動き回る電子が媒介する新機構によってナノスケールのスキルミオンが実現している。
• ◆今回の発見は、極小サイズのスキルミオンの新しい設計指針を与えており、超高密度な次世代情報担体としての応用を後押しすることが期待される。