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【創刊37周年特集】スピントロニクス研究の最新動向

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特集にあたって
A Preface

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極微細高性能磁気トンネル接合素子の開発
Development of Highly Scalable Magnetic Tunnel Junctions

　本論文では,MRAMの大容量化・高性能化を実現するために必要となる,極微細MTJ素子向け成膜プロセス,材料開発への取り組みについて紹介する。特に高MR比を維持した低抵抗MTJ素子の実現と,Irを用いた高性能SAF構造の開発について詳細を報告する。また,これらの開発によって30nmスケールのMTJ素子が問題なく動作することを示す。

【目次】
1. はじめに
2. 量産向けMgO成膜プロセスと低抵抗MTJ素子の開発
3. Irを用いた参照層の磁気特性改善
4. 極微細素子におけるMTJ素子性能評価

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電圧スピン制御技術の進展
Recent Progress in the Voltage-Controlled Magnetism

　電圧によるスピン制御はスピントロニクスデバイスの駆動電力を低減する次世代技術として期待されている。本稿ではその代表的なアプローチの1つである,電圧による磁気異方性制御技術に関して,物理機構の解明,電圧誘起ダイナミック磁化反転の安定性向上,および電圧磁気異方性変化効率増大に向けた新材料探索に関する最近の進展について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 電圧磁気異方性変化の物理起源
3. 電圧ダイナミック磁化反転の安定性向上
4. VCMA効率増大に向けた新材料探索
5. さいごに

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スピントロニクスの高周波応用
Spintronics for High-Frequency Applications

　スピントルク発振素子は,ナノサイズの自励発振器で直流電流を入力するとマイクロ波帯の交流信号を発生する。スピン流が誘起するスピンダイナミクスの基礎物理,ならびに,小型マイクロ波素子,センサーなどのデバイス応用の両面から研究開発が活発に行われている。本稿では,我々の研究成果を中心にスピントルク発振素子の開発状況を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. スピントルク発振の原理
3. 種々の素子と発振特性
4. デバイス応用にむけて
　4.1　電圧制御発振器への応用
4.2　その他の応用
5. まとめ

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スピントロニクスメモリによる省電力化最新動向―STT-MRAMから電圧制御スピントロニクスメモリ―
Progresses of Spintronics Memory Technologies for Saving Energy Consumption-STT-MRAM to VoCSM (Voltage Control Spintronics Memory)-
　
　単体ビットレベルでは揮発性メモリの書き込みエネルギーに近づく高効率書き込みを可能とするVoCSM(Voltage Control Spintronics Memory)を開発した。Cacheメモリ用途と高集積用途のメモリアーキテクチャも提案し,実用化開発も可能な状況となっている。5〜10年後にVoCSMがメモリーチップとして実用化されれば,「不揮発性は大きな書き込みエネルギーを必要とする」という歴史的なメモリのジレンマを解消できる可能性がある。

【目次】
1. はじめに
2. 垂直方式STT-MRAMによる書き込み時の省電力化の推移
3. 電圧制御スピントロニクスメモリ(VoCSM)による省電力化の推移
4. 電圧制御スピントロニクスメモリ(VoCSM)の応用例
　4.1　不揮発性ロジックとしての応用
　4.2　L2-Cacheメモリとしての応用
　4.3　Last-Level Cacheメモリとしての応用
　4.4　高集積メモリとしての応用
5. まとめ

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スピントロニクス技術を応用した高感度生体磁気センサ技術
Super High Sensitivity Magnetic Field Detection Technology Using Spintronics Technology

　室温で生体からの磁場を測定する高感度TMRセンサを開発した。信号の積算をすることなく心臓からの磁場信号(MCG)のR波を,また,信号を数10秒間積算すればS/N比の良いQRS信号を観測できた。さらに脳からの磁場信号(MEG)に関しても10Hz前後のα波の観測に成功した。これらの知見は,TMRセンサを用いたさまざまな室温アプリケーションにつながると期待される。

【目次】
1. はじめに
2. 磁気抵抗素子を用いた高感度磁気センサ表面窒素化合物の調製とその性状
　2.1　磁気抵抗素子センサの動作原理
　2.1　磁気抵抗素子センサの動作原理
3. TMR素子を用いた高感度生体磁気センサの開発
　3.1　高磁場感度を示す集積化TMRセンサモジュールの開発
　3.2　TMRセンサモジュールを用いた心磁(MCG)測定
　3.3　TMRセンサモジュールを用いた脳磁(MEG)測定
　3.4　TMRセンサの多様な応用
4. TMR高感度生体磁気センサの将来展望

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スピントロニクス材料の進展― 規則合金を中心にして ―
Progress of Spintronic Materials Based on Ordered Alloys

　スピントロニクス材料の要件として,高いスピン偏極率(PS),高い磁気異方性(Ku),低い磁気ダンピング定数(α)という観点から,規則合金の有用性について述べる。具体的には,高PS材料としてハーフメタルホイスラー合金を利用した膜面垂直通電型巨大磁気抵抗効果(CPP-GMR)の研究と,CPP-GMRの応用としての高周波発振素子の開発,および高Ku材料としてL10型FePtの磁化反転に関する研究と,新奇な高Ku規則合金作製の試みについて,我々の研究成果を中心にして現状を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 高スピン偏極材料
　2.1　ハーフメタルホイスラー合金とCPP-GMR素子への応用
　2.2　ホイスラー合金を用いた高周波発振素子の開発
3. 高磁気異方性材料
　3.1　L10型規則合金材料
　3.2　L11型規則合金材料
4. まとめ

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[ Material Report -R&D- ]

シリコンフォトニクスによる新しい光ネットワーク
New Optical Network Based on Silicon Photonics

　ネットワークの消費電力削減が喫緊の課題となっている。光スイッチで動的に回線交換を行うダイナミック光パスネットワークは,超大容量かつ超低消費電力,超低遅延である。産総研ではシリコンフォトニクスを利用して,その鍵となる光スイッチの開発を進めてきたが,実用的な性能が得られたのを機に東京都内にテストベッドを構築し運用を開始した。

【目次】
1. はじめに
2. ダイナミック光パスネットワーク
3. シリコンフォトニクス光スイッチ
　 3.1　基本特性
　3.2　カスケード動作
4. DOPN都内テストベッド
　 4.1　都内テストベッドの概要
　4.2　長期安定性の評価
　4.3　4Kテレセッション
5. おわりに

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[ Material Report -R&D- ]

高純度,無臭性　流動パラフィン―特性と適用―
High-purity and Odorless Liquid Paraffin ― Characteristics and Applications

　流動パラフィン(LP)製造の精製工程に,高度精製処理工程を導入し,臭気成分及び低沸点成分を完全に除去した高純度,無臭性LPの製造技術を確立した。この高純度LPは,より高い安全性と高純度化が求められる香粧品,食品工業,医療材・医薬品,電子部材や包装材料等の素材として適用することができる。LPの精製技術と,高純度,無臭性LPの特性,主要な適用例について報告する。
　
【目次】
1. はじめに
2. 高純度化,無臭性LP製造法及び特性
　2.1　高純度,無臭性LPの製造法
　2.2　高純度,無臭性LPの特性,適合規制及び主要な用途
　　2.2.1　高純度,無臭性　流動パラフィンNo.70-SP
　　2.2.2　高純度,無臭性　流動パラフィンNo.380-SP
　　2.2.3　高純度,無臭性　流動パラフィンNo.530-SP
3. おわりに