東京大学,科学技術振興機構（JST）

2025（令和7）年6月17日

東京大学
科学技術振興機構（JST）

ワイル反強磁性体による交換バイアスの室温制御に成功

～新奇な磁気秩序を活かした機能設計が導く、スピントロニクス技術の新展開～

ポイント

東京大学 大学院理学系研究科の朝倉 海寛 大学院生、肥後 友也 特任准教授（研究当時）、中辻 知 教授らによる研究グループは、ワイル反強磁性体Mn3Snと強磁性体との接合界面において、磁気的な結合に由来した交換バイアス効果が現れること、この結合・交換バイアス効果が室温において外部磁場によって制御可能であることを明らかにしました。

交換バイアス効果は、低消費電力・高耐久性などの利点を持つ不揮発性メモリーとして実用化が進む磁気抵抗メモリー（MRAM）において、磁気情報を記録する強磁性層の特性を別の磁性層（一般には反強磁性層）との磁気的な結合によって安定化・制御する手法として広く用いられています。しかし、この効果は従来、室温において、温度を変えずに形成・制御することが困難と考えられていました。

本研究では、反強磁性層として、カイラル反強磁性秩序という特徴的な磁気秩序を持つワイル反強磁性体Mn3Snを用いて、強磁性層との磁気的な結合に関する評価を行いました。その結果、Mn3Snのカイラル反強磁性秩序と強磁性層の強磁性秩序（磁化)との間に、磁気的な結合が形成されることを確認しました。さらにこの結合により生じる交換バイアス効果が、①一般的な磁場中冷却手法に加え、②室温で磁場を印加するだけの簡便な方法（等温過程）、③接合する強磁性体材料を変更することによっても制御可能であることを明らかにしました。

これらの成果は、特徴的な磁気秩序を持つ反強磁性体を用いることで、強磁性体の磁化状態を柔軟に制御する新しい設計原理を提示するものであり、磁気メモリー素子の作製工程の簡略化につながる可能性があります。また、強磁性体と反強磁性体の新規な磁気結合を活かしたスピントロニクスデバイスのさらなる高機能化に貢献することが期待されます。とりわけ、科学技術振興機構（JST） 未来社会創造事業において推進されているスピントロニクスと光電技術の融合デバイス開発に対し、本研究はその中核を担うワイル反強磁性体Mn3Snに新たな電子機能を付加する成果であり、磁気結合がもたらす磁気情報の新たな制御手法の実現は、次世代情報デバイスの設計と実装に向けた大きな一歩となることが期待されます。

本研究成果は、2025年6月17日（米国東部夏時間）に「Nano Letters」に掲載されました。

本研究は、科学技術振興機構（JST） 未来社会創造事業 大規模プロジェクト型「トリリオンセンサ時代の超高度情報処理を実現する革新的デバイス技術」研究領域（運営統括：大石 善啓）における研究課題「スピントロニクス光電インターフェースの基盤技術の創成」課題番号 JPMJMI20A1（研究代表者：中辻 知）、同 先端国際共同研究推進事業（ASPIRE） 量子分野（研究主幹：川上 則雄）における研究課題「トポロジカル物質に基づく革新的量子エレクトロニクスの創成」課題番号 JPMJAP2317（研究代表者：中辻 知）、同 戦略的創造研究事業 さきがけ「材料の創製・循環」（研究総括：北川 進）における研究課題「トポロジーと磁性に基づく革新的半金属材料の創製」課題番号JPMJPR24M8（研究代表者：肥後 友也）、村田学術振興・教育財団における研究課題（研究代表者：肥後 友也）などの一環として行われました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Magnetic Field Switching of Exchange Bias in a Metallic FM/AFM Heterostructure at Room Temperature”
DOI：10.1021/acs.nanolett.5c00988

＜お問い合わせ先＞

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