東京大学(東大)と高エネルギー加速器研究機構(KEK)は10月4日、強相関電子系酸化物「LaTiO3」と酸化物「SrTiO3」基板との界面に形成される2次元電子ガスに純スピン流注入し、世界最大級の効率でスピン流電流変換を実現することに成功したと発表した。

同成果は、東大大学院 工学系研究科 電気系工学専攻の金田(髙田)真悟大学院生、同・荒井勝真大学院生(研究当時)、同・新居拓眞大学院生、同・岡野諒大学院生(研究当時)、同・レ・デゥック・アイン准教授、同・小林正起准教授(附属スピントロニクス学術連携研究教育センター(CSRN)兼任)、同・関宗俊准教授(CSRN兼任)、同・工学系研究科 バイオエンジニアリング専攻の田畑仁教授(電気工学専攻/CSRN兼任)、同・工学系研究科 電気系工学専攻の田中雅明教授(CSRN兼任)、同・大矢忍准教授(CSRN兼任)、KEK 物質構造科学研究所の北村未歩助教、同・堀場弘司准教授(現・量子科学技術研究開発機構 次世代放射光施設 整備開発センター 上席研究員)、東北大学 多元物質科学研究所の組頭広志教授らの共同研究チームによるもの。詳細は、英オンライン科学誌「Nature Communications」に掲載された。

急激に増加するデータ処理に必要な消費電力の低減に向けた次世代不揮発性メモリの研究開発が進められている。その中の1つMRAMはすでに実用化されているが、現在のMRAMは磁化の向きを変えるために大きな電力を必要とすることが課題とされている。

そこで、より消費電力の少ない高効率な磁化反転を実現するため、スピン流と電流の相互変換現象が注目されており、特に異なる物質同士の界面は空間反転対称性の破れにより、電子のスピンと軌道間の相対論的な相互作用が強くなることで、スピン流と電流の高効率な変換が示されているという。

絶縁体「LaAlO3」をSrTiO3上に製膜すると、その界面には2次元的に電子(2次元電子ガス)が蓄積する。その2次元電子ガスを用いると高いスピン流電流変換効率が得られるが、スピン流を同ガスに注入する際、スピン流がLaAlO3において減衰してしまうことが大きな課題だったという。

そこで研究チームは今回、LaAlO3の代わりにLaTiO3を用いることで高性能化を目指したという。