独立行政法人 産業技術総合研究所【理事長 吉川 弘之】（以下「産総研」という）エレクトロニクス研究部門【部門長 伊藤 順司】と、科学技術振興事業団【理事長 沖村 憲樹】（以下「科技団」という）は、スピン偏極共鳴トンネル効果という新しい現象を発見し、ナノ構造電極を持つ新型TMR素子を世界で初めて開発した。これにより、強磁性体を用いた新しいトランジスタ（スピン・トランジスタ）の開発に道筋が開かれた。この研究成果は、米科学誌サイエンスに掲載される（2002年7月12日）。

○スピン偏極共鳴トンネル効果を発見
TMR素子の電極の中に量子井戸準位を生成すると磁気抵抗が巨大な振動を起こすことを発見した。これは「スピン偏極共鳴トンネル効果」という新しい物理現象によるものである。

○単結晶ナノ構造電極を持つTMR素子を世界で初めて開発
単結晶薄膜作製技術を用いて、非常に薄い（厚さ3 ナノメートル以下）単結晶の非磁性金属（銅）と強磁性金属（コバルト）から成るナノ構造電極を持つTMR素子を世界で初めて作製した。特質すべき点として、この素子は室温でもスピン偏極共鳴トンネル効果を示す。

○スピン・トランジスタの実現に道筋
スピン偏極共鳴トンネル効果を利用すれば、情報の記憶機能とスイッチング機能を併せ持つ新しい素子（スピン・トランジスタ）の実現が可能になる。室温で動作するスピン・トランジスタは、超高密度MRAMや新規の不揮発性論理素子を実現するためのキーテクノロジーとなると期待される。さらに、このような電子スピンの干渉効果を固体中で制御する技術は、量子コンピュータへの応用の点からも注目されている。

○米科学誌サイエンスに掲載
題目："Spin-Polarized Resonant Tunneling in Magnetic Tunnel Junctions"、著者：湯浅新治、長浜太郎、鈴木義茂、2002年7月12日。

なお、上記の研究は、産総研と科技団との共同研究契約に基づき、戦略的創造研究推進事業の中の研究領域「電子・光子等の機能制御」【研究総括 菅野 卓雄（東洋大学 理事長）】における研究テーマ「固体中へのスピン注入による新機能創製」【研究代表者 鈴木義茂】の一環として行われた。

　1995年に巨大な磁気抵抗効果（TMR効果）を示す素子（TMR素子）【図１(A)参照】が開発され、これを利用した新しい不揮発性メモリ（ MRAM、Magnetoresistive Randam Acess Memory ）が考案された。MRAMは、DRAMに代わる大容量で高速な不揮発性メモリとして世界的に開発が行われている。このように固体中の電子スピンを利用した新しいエレクトロニクス分野は「スピントロニクス」と呼ばれ、最近急速に発展している。
TMR素子は、磁性体の特徴である不揮発記憶の機能を持つメモリ素子である。これは、従来の半導体素子では実現できない機能である。しかし一方で、半導体素子の特徴である整流機能（ダイオード）やスイッチング機能（トランジスタ）などの機能を、TMR素子は持ち合わせていない。実際のMRAMでは、TMR素子と半導体トランジスタ（CMOS）を組み合わせて用いており、情報の記憶をTMR素子が担い、情報の選択（メモリ上のアドレスの指定）をCMOSが担っている。このため、シリコンLSI上にTMR素子を作製する必要があり、MRAMの構造や製造プロセスが複雑になる等の問題が生じる。さらに、TMR素子よりも大きなCMOS大きさでMRAMの集積度が限定されてしまうという問題もある。もしトランジスタ機能を持ったTMR素子（スピン・トランジスタ）を実現できれば、CMOSを必要としない新型MRAMや新規の不揮発性論理素子が可能となり、スピントロニクス分野に更なる飛躍的発展をもたらすと期待される。スピン・トランジスタを実現するためには、ナノメートルサイズの強磁性体で起こると考えられている特殊なトンネル効果（スピン偏極共鳴トンネル効果）を用いることが最も有効と考えられる。しかし、多数の世界的に著名な研究グループがスピン偏極共鳴トンネル効果の実現を試みてきたが、これまで極低温においてさえ成功した例はなかった。
産総研と科技団は、今回、ナノ構造電極を持つ新型TMR素子を開発し、世界で初めてスピン偏極共鳴トンネル効果を室温で実現することに成功した。

　今後、スピン偏極共鳴トンネル効果を利用したスピン・トランジスタの実現を目指す。