小野輝男 化学研究所教授、Kim Kab－Jin 同助教（現・韓国科学技術院助教）、森山貴広 同准教授、Kim Sanghoon 同研究員、Kim Duck－Ho 同研究員、平田雄翔 理学研究科修士課程学生、東野隆之 同修士課程学生、奥野尭也 同博士課程学生、Ham Wooseung 同博士課程学生、塚本新 日本大学教授、Lee Kyung-Jin 高麗大学校教授、Yaroslav Tserkovnyak カリフォルニア大学ロサンゼルス校 教授らの研究グループは、フェリ磁性体（2種類以上の磁性イオンが物質中にあって、お互いの磁気モーメントが反対方向を向くが、その大きさが異なるため、全体として強磁性的な磁化を示すような磁性体）における超高速な磁壁移動を見いだしました。この新しい移動機構によって磁壁移動速度が従来の数倍（2km／s）になることが明らかとなり、本研究は基礎的にも応用的にも重要な知見と言えます。
本研究成果は、2017年9月26日午前0時に英国の科学誌「Nature Materials」でオンライン公開されました。
研究者からのコメント
本研究では、磁場によって超高速に移動する磁壁をフェリ磁性体において実現し、新しい磁壁移動機構を見いだしました。しかし、メモリとしての動作には電流による磁壁移動が不可欠です。今後は、同様のフェリ磁性体を用いて、電流による磁壁の高速移動を実現することを目指します。電流による磁壁移動の高速動作、補償温度に関する知見が得られ、磁壁メモリの実用化が大きく前進すると期待されます。
概要
強磁性体の磁区と磁区の境界を磁壁と呼びます。この磁壁は磁場によって移動させることができます。小さい磁場では、磁壁内部の磁化が固定されて磁壁が動き、ある磁場より大きくなると、磁壁内部の磁化が歳差運動を伴って磁壁が移動します。このように強磁性体において磁壁が磁場で移動する機構はよく知られていますが、反強磁性体またはフェリ磁性体での磁壁移動機構はよく分かっていませんでした。
本研究グループは、フェリ磁性体GdFeCoに注目しました。フェリ磁性体は、逆を向く2種類の磁化を持つため、全体の磁化が0となる磁化補償温度と、全体の角運動量（回転運動の大きさを表す量）が0となる角運動量補償温度を有します。GdFeCoの特徴は、磁化補償温度と角運動量補償温度が違うことです。すなわち、温度を変化させると、磁化補償温度と角運動量補償温度の影響を別々に調べることができます。現在まで、磁化補償温度の影響は調べていましたが、角運動量補償温度での磁壁ダイナミクスはよく分かっていませんでした。
そこで、今回は角運動量補償温度の付近で磁壁の移動速度を調査しました。その結果、磁壁移動速度が角運動量補償温度で急激に増加することが分かりました。最大速度は約2km／sで、従来の強磁性体での最大速度の数倍になることが分かりました。
図：磁壁移動型メモリデバイスの模式図。細線をフェリ磁性体にすれば、超高速に動作するメモリが実現可能
詳しい研究内容について
書誌情報
【DOI】
https://doi.org/10.1038/nmat4990
Kab-Jin Kim, Se Kwon Kim, Yuushou Hirata, Se-Hyeok Oh, Takayuki Tono, Duck-Ho Kim, Takaya Okuno, Woo Seung Ham, Sanghoon Kim, Gyoungchoon Go, Yaroslav Tserkovnyak, Arata Tsukamoto, Takahiro Moriyama, Kyung-Jin Lee & Teruo Ono (2017). Fast domain wall motion in the vicinity of the angular momentum compensation temperature of ferrimagnets. Nature Materials, 16, 1187-1192.
