東京大学,産業技術総合研究所,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和６年１２月３日

東京大学
産業技術総合研究所
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

高周波でも安定：新規スピントルクダイオード効果の発見

～Ｂｅｙｏｎｄ ５Ｇ超高速磁気デバイスへ新たな展望～

ポイント

東京大学 物性研究所の坂本 祥哉 助教と三輪 真嗣 准教授は、同大学 大学院理学系研究科、同大学 先端科学技術研究センター、産業技術総合研究所 新原理コンピューティング研究センター、高輝度光科学研究センターと共同で、新材料「カイラル反強磁性体」において従来材料である強磁性体よりも高い周波数で安定動作可能なスピントルクダイオード効果を発見しました。

カイラル反強磁性体と呼ばれる特殊な磁気構造を持つマンガン化合物（Ｍｎ３Ｓｎ）を１０ナノメートル以下の極限まで薄くし、マイクロ波電流（高周波電流）を印加すると直流電圧が出現することを発見しました。交流電流が直流電圧を生む効果はダイオード効果として広く知られており、半導体を使ったものが整流ダイオードとして一般社会に普及しています。スピントルクダイオード効果では、電子の自転に対応するスピンの首振り運動が整流効果を生み出し、半導体における整流ダイオードと同様の効果をもたらします。これまでに強磁性体を用いたスピントルクダイオードにおいて、半導体ダイオードでのマイクロ波電流の検出感度を超える報告がありましたが、周波数が高くなるとそれに反比例して信号（電圧）の強さが急激に減少するという問題がありました。本研究では、交換相互作用という高いエネルギーが顕在化する反強磁性体の特性を活かし、周波数が高くなっても、強磁性体と比べ１０～１００倍ほどの安定性で信号の強度を維持できるダイオード効果を実現しました。この新しいスピントルクダイオードの実現により、次世代のスピントロニクスおよび高速通信の発展につながると期待されます。

本成果は、英国科学誌の「Ｎａｔｕｒｅ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」に、２０２４年１２月３日オンライン掲載されます。

本研究は、日本学術振興会 科学研究費助成事業（課題番号：ＪＰ１９Ｈ０５８２５、ＪＰ２１Ｈ０４４３７、ＪＰ２２Ｈ００２９０、２２Ｈ０４９６４、２３Ｈ０１８３３、２４Ｈ０２２３４）、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 未来社会創造事業（課題番号：ＪＰＭＪＭＩ２０Ａ１）、同 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ（課題番号：ＪＰＭＪＣＲ１８Ｔ３）、同 さきがけ（課題番号：ＪＰＭＪＰＲ２０Ｌ７）、文部科学省 次世代Ｘ－ｎｉｃｓ半導体創生拠点形成事業（ＪＰＪ０１１４３８）、スピントロニクス学術研究基盤と連携ネットワーク拠点の支援により実施されました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Antiferromagnetic spin-torque diode effect in a Kagome Weyl semimetal”
ＤＯＩ：10.1038/s41565-024-01820-0

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Stable even at high frequencies: Discovery of a novel spin torque diode effect”

前に戻る