チップ：超薄膜でも磁気特性を維持
· BehindLines 編集部
米国の Brown 大学の研究者らは、消費エネルギーの非常に少ないチップを作るうえでの大きな障害を取り除いたと述べています。Brown のプレスリリースを再掲した ScienceDaily の文章によると、この技術を使えば、厚さがわずか数オングストロームのビスマスフェライト薄膜を、重要な電気的・磁気的性質を失わずに作ることができます。
「デッドレイヤー」という問題
マルチフェロイック材料は、電気的性質と磁気的性質を兼ね備えており、ごく低い電圧でその両方をまとめて制御できます。文章によれば、この材料はメモリーや論理素子の製造に使えるため、人工知能による需要の高まりへの対応も含め、将来の電子機器のエネルギー効率を大きく高める可能性があります。
主な障害は次のとおりです。こうした素子に収まるほど材料を薄くすると、通常、その価値を生み出している電気的・磁気的な挙動が失われます。科学者はこれを「デッドレイヤー」効果と呼んでいます。文章によれば原因は二つあり、原子構造がゆがむことと、内部の電場が分極を乱し、分極を保てなくなることです。
層構造
Brown の工学助教授 Lucas Caretta が率いるチームは、ビスマスフェライトをジスプロシウムスカンデートの基板の上に堆積させました。これは希土類の化合物です。この基板は結晶構造の寸法がわずかに小さく、ビスマスフェライトを圧縮して、その原子構造を保つのに役立ちます。さらに、2つ目の金属層が不要な電場を打ち消します。
文章は Lucas Caretta の言葉を引用しています。「デッドレイヤーは取り除けることを確認しました。この材料は、ほとんど望みどおりの薄さにでき、数オングストロームまで薄くしても、強誘電性と磁性を保ちます。」成果は学術誌『Nature Materials』に掲載されています。
予想外の磁性
文章によると、この製法ではオルターマグネティズムも現れます。これは、強磁性と反強磁性それぞれの利点を併せ持つ状態です。Lucas Caretta によれば、強磁性材料は比較的動作が遅く、漏れ磁場のためにチップ上で密に並べることが難しく、反強磁性材料はより高速ですが信号の検出がはるかに難しいとのことです。オルターマグネット材料は、高速で小型にでき、強い電気的な読み出し信号も得られる可能性があります。
『Nature Materials』論文の要旨は、新たに現れるオルターマグネティズムの「兆候」に触れています。要旨は、4つの単位格子の厚さの場合について、d 波のオルターマグネティズム秩序を持つ共線的な単斜晶相を記述しており、磁気円二色性とスピン分解光電子分光の測定がそれを裏づけているとしています。
なぜ重要か
Lucas Caretta によれば、この結果はマルチフェロイック材料を、低消費電力のメモリーや計算素子での実用に近づける可能性があります。ただし文章は、この技術が市販のチップに組み込まれる前にさらに開発が必要だと明記しており、材料に長年あった制約を乗り越えられることを研究が示しているとも付け加えています。確認した情報源の中で読めたのは、『Nature Materials』論文の要旨だけでした。