理化学研究所（理研）創発物性科学研究センター強相関量子伝導研究チームの吉見龍太郎基礎科学特別研究員、十倉好紀チームリーダー（東京大学大学院工学系研究科教授）、安田憲司客員研究員（マサチューセッツ工科大学ポストドクトラルアソシエイト）、強相関界面研究グループの川﨑雅司グループディレクター（東京大学大学院工学系研究科教授）、東北大学金属材料研究所の塚﨑敦教授らの共同研究グループ^※は、マルチフェロイクス^[1]材料において、電流を流すことで磁化^[2]が反転する現象を観測しました。

本研究成果は、電流により磁化を制御する手法の新原理を実証したものです。今後、電流で磁気情報を書き換える低消費電力のメモリデバイスなどへの応用が期待できます。

通常、エレクトロニクスにおける磁化の制御には外部から磁場を加える方法が用いられますが、近年、省電力化などの観点から、電流や電場を利用する磁化^[2]の制御方法が模索されています。特に、電流からスピン流^[2]を生成するラシュバ?エデルシュタイン効果^[3]を用いた磁化の制御が注目されていますが、強誘電体^[4]ではまだ実現していませんでした。

今回、共同研究グループは、強誘電性を持つ半導体のGeTe（Ge：ゲルマニウム、Te：テルル）に磁性元素のMn（マンガン）を添加したマルチフェロイクス材料「(Ge,Mn)Te」にパルス電流を加えて、磁化が反転する現象を観測しました。さらに、この磁化の反転効率は試料の正孔^[5]濃度を増やすことで増大することが分かりました。

本研究は、米国のオンライン科学雑誌『Science Advances』（12月7日付け：日本時間12月8日）に掲載されます。

図　マルチフェロイクス材料において、電流を流すことで磁化が反転する現象のイメージ

[1] マルチフェロイクス
強磁性体と強誘電性の性質を併せ持つ物質。

[2] 磁化、スピン流、強磁性
電子の磁石としての性質（地球の自転に似た電子の角運動量）のことをスピンといい、結晶全体で合計した角運動量を磁化と呼ぶ。外部から磁場を加えなくても自発的に磁化の向きがそろう性質を強磁性という。電子の電荷の流れである電流に対して、スピンの流れをスピン流と呼ぶ。

[3] ラシュバ?エデルシュタイン効果
通常の物質では、物質内を流れる電子が持つスピンはバラバラであらゆる方向を向いている。しかし、電気的な極性を持つ材料では、電子が流れる向きとその電子が持つスピンの向きは直角に固定されるという性質を持つ。このような材料に電流を流すことで、特定の方向を向いたスピン流を取り出すのがラシュバ?エデルシュタイン効果である。

[4] 強誘電体
外部から電場を加えると、結晶内部に正と負の電荷の分布にずれが生じる。これを誘電分極と呼ぶが、外部から電場を加えなくても、結晶内部に自発的に誘電分極を生じる物質を強誘電体という。

[5] 正孔
半導体中では、マイナスの電荷を持つ電子またはプラスの電荷を持つ正孔（ホール）が動くことで電流が流れる。半導体には、電子を輸送するn型と正孔を輸送するp型があるが、本研究で用いたマルチフェロイクス材料はp型半導体で、内部に流れているのは正孔である。

詳細（プレスリリース本文）

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