パソコンの起動が一瞬になる？　スピントロニクスの世界

スピントロニクスとは

電子はマイナスの電荷を持つ粒子で、電子が動きまわることで電流が生じます。電子回路の半導体は、この電荷の流れを制御することで機能が成り立っています。これは「電子工学」の技術です。その一方で、電子は常に自転（スピン）して磁気を生み出す特性もあり、磁性材料として様々な場面で応用されています。これは「磁気工学」の技術です。
この2つの技術は、今までは別々に利用されてきました。しかし「電荷」も「スピン」も同じ電子の働きなので、両方の特性を同時に利用するための研究が進んでいます。それが「スピントロニクス」といわれる技術です。

ハーフメタルがスピントロニクスに革命をもたらす

スピントロニクスを飛躍させる新素材といわれているのが、金属と半導体の性質を併せ持った「ハーフメタル」という磁性材料です。金属磁性体は複数の素材を合わせると磁気構造などが変化し、まったく新しい特性を持つようになります。ハーフメタルの性質を持った磁性材料を開発しようと、世界中で研究が進んでいます。その一つが、マンガンやコバルトなどの磁性体からできた「ホイスラー合金」です。今までハーフメタルは理論上の存在でしたが、近年、ホイスラー合金の電子状態観測実験から、初めてハーフメタルの特性を持つことを確認できました。これにより、ほかの候補材料の電子状態も解析しやすくなり、研究が加速するでしょう。

スピントロニクスが未来の生活を豊かに

デバイスを生かすも殺すも材料次第です。ハーフメタルを使ったスピントロニクスデバイスが実用化されれば、パソコンの記録媒体は大幅な高性能化や小型化、省電力化が期待できます。例えば不揮発性メモリに使えばパソコンは一瞬で立ち上がるようになるでしょうし、記憶装置の容量も格段に大きくなるでしょう。医療分野では、生体センサなどに応用できるかもしれません。また、微弱な地磁気を検出する地震予知センサへの応用も期待されます。ハーフメタルによるスピントロニクスが、私たちの生活を大きく変える可能性があるのです。

参考資料

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先生情報 / 大学情報

東北大学工学部材料科学総合学科（金属材料研究所）教授梅津理恵先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

材料工学、固体物性

先生が目指すSDGs

メッセージ

高校生のあなたには、好きなこと、興味のあることを大切にしてほしいです。私も子どもの頃にワクワクした気持ちを大切にして、いろいろなことを勉強しました。今になってみると、その経験がすべて役に立っていると感じます。また、新たな情報や論文は大抵英語なので、英語力をつけることは大事です。夢は大きく、海外でも活躍できる人に成長してください。
東北大学では世界最高レベルの放射光施設を建設中です。研究が好きな人にとっては、最高の環境だと思います。

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建学以来の伝統である「研究第一」と「門戸開放」の理念を掲げ、世界最高水準の研究・教育を創造しています。また、研究の成果を社会が直面する諸問題の解決に役立て、指導的人材を育成することによって、平和で公正な人類社会の実現に貢献して行きます。社会から知の拠点として人類社会への貢献を委託されている東北大学の教職員、学生、同窓生が一丸となって、「Challenge」、「Creation」、「Innovation」を合言葉として、価値ある研究・教育を創造して、世界の人々の期待に応えていきたいと考えます。