光及び電流による磁化反転の微視的理論と応用

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現在の情報社会において最も実用化へのニーズの高いデバイスは大容量高速不揮発メモリであろう。中でも微小磁性素子の磁気抵抗効果を用いたMRAM(Magnetoresistive Random Access Memory)が有望視されている。最近の研究により、スピン偏極した電流に伴うスピントルクで磁化を直接反転させることが可能であることがわかってきた。この現象はメモリの集積化において大きなメリットがあるため多くの期待を集めている。我々は中でも磁化の境界である磁壁を電流で駆動することで磁化反転を行う可能性を調べ、微視的立場からの理論定式化に成功した。その理論に基づき臨界電流の理論式の導出などいくつかの応用に向けて重要な事実を見いだした。たとえば、従来はサンプルの非均一性などからくるピン止め効果が低電流動作に大きなネックとなると推測されていたが、我々の理論計算によりそうした効果はスピントルクによる磁壁移動の場合はデバイス性能にほとんど影響がないことが明らかになった。このことは実用において非常に重要な事実である。IBMは最近磁壁移動型MRAMの実現に向けて研究を進めているが、そのなかで我々の理論的予言も実験的に確認されており、磁壁移動型MRAMの実用化に向けて我々の理論は大きな貢献をしている。さらに、スピン流は磁壁駆動だけではなく磁壁生成をおこすことを理論的に示した。また、スピン流による運動の証拠となる現象として、熱活性型運動領域で磁壁移動速度がかけた電流に対しでユニバーサルな依存性を持つことを理論的に見出した。電流による磁壁生成はMRAMの新しい書込メカニズムとなる発見である。