コンピュータメモリの高密度化はこれまで、メモリをより狭い領域に作り込む微細加工技術に支えられてきたが、それもほぼ限界を迎えている。そこで、原子レベルでメモリとして機能する物質の開発に期待が高まっている。その有力な候補物質として、磁性体であり強誘電体でもある「ビスマスフェライト」が注目されてきた。

東京大学物性研究所の徳永将史准教授らの研究グループは、産業技術総合研究所、福岡大学、上智大学、青山学院大学と協力、瞬間的に大きな磁場を発生できるパルスマグネットを用いた精密な実験を行った。


その結果、これまで知られていなかった新たな方向の電気分極を発見し、その電気分極が磁場によって制御できることを示した。

この電気分極は、一度磁場を加えると元と異なる状態に変化し、磁場を除いた後でも、変化後の状態を保持し続ける。

電気分極の向きで情報を記録するメモリとして使用することを考えると、今回観測された効果は、特定の状態を保持するのにエネルギーを必要としない、不揮発性メモリ効果で、その効果は室温でも観測されている。

電場で磁気状態を制御すると、消費電力が少なく、磁石を近づけても情報が乱されない磁気メモリ材料に応用できると期待できる。

産総研ら、未来の磁気メモリ材料開発で新たな電気分極成分を発見
模式的に示した磁気モーメントと新規電気分極成分の関係


ビスマスフェライトの結晶における分極配向の模式図
ビスマスフェライトの結晶における分極配向の模式図

図の Y 方向に磁場を印加すると、左図にある3つの Q 方向(Q1, Q2, Q3)で表される磁気構造のうち Q2 の構造が安定になり(右図)、Y 方向に正味の電気分極が生じる。

模式的に表した3値メモリ
模式的に表した3値メモリ

3方向の Q のうち一つを磁場または電場で選択することで、電気分極方向が120度異なる3つの状態を表現できる。