2007年（第23回）

日本国際賞受賞記念講演会

平成 19 年 4 月 18 日 ( 水 )13:00 ～ 16:00
経団連会館

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2007年（第23回）日本国際賞受賞者

アルベール・フェール博士（フランス）
フランス・パリ南大学教授
1938 年生れ
授賞業績：
巨大磁気抵抗効果 (GMR) の発見と革新的スピンエレクトロニクス・デバイスの創生

スピントロニクスの起源、展開、そして未来
スピントロニクスはエレクトロニクスと磁気学の反平行かで電気伝導度が異なるという理論を境界領域における研究と技術の新しい分野で最初に提唱したのはモットで、 強磁性体におす。 これは電子の伝導特性に与えるスピンのけるキュリー温度付近での電気伝導度の変化効果を利用した新しいタイプのエレクトロニクスを説明するためでした。 1960 年代末になると、と言えるでしょう。 スピントロニクス研究の起源

この理論は一連の実験によって検証され、 さは、 強磁性金属の電気伝導のスピン依存性らに、 スピン依存性の大きな散乱断面積をもについての昔の研究にまでさかのぼりますが、つ不純物を強磁性体にドープすることにより上本当の出発点は 1980 年代半ばになって厚さ向きスピンと下向きスピンの電流経路におけるが数ナノメートルにも満たない薄い層を重ねた伝導性に極めて大きな違いが生じる可能性が磁性多層膜を作製できるようになったところにあることが示されました。 実際のところ、 正反あります。 このことによって、 1986 年のペー対のスピン非対称性をもつ 2 種類の不純物をター ・ グリュンベルク博士による層間交換結合ドープした金属を用いた実験の一部に GMRの発見、 それに続く 1988 年の巨大磁気抵抗の概念を予見させるような結果がありました。

効果 （GMR） の発見へと至ったのです。 時をその後 1980 年代中頃になって高品質の多層経ずして、 この GMR は重要な実用的応用に膜の作製が可能となり、鉄 （Fe） ／クロム （Cr）役立つばかりでなく、 電子のスピンによって誘多層膜を用いた実験が行われ、 層間交換結発される数々の輸送現象を内包した新しい物

合と GMR の存在が明らかにされたのです。 こ理学の分野を切り拓くものであることが明らかれをきっかけに GMR の研究は俄に活性化しになりました。 今日スピントロニクスと呼ばれてました。 この研究のメインステージについて、いる分野がそれです。 講演では、 スピントロニ

とりわけ、 ハードディスクの読み出しヘッドや各クスの歴史、 とくにその始まりと現在の新たな種デバイスに使われているいわゆるスピンバル方向性についてお話しします。

ブ構造の開発については、 グリュンベルク博

電子のスピンの向きが磁化の方向と平行か士が記念講演でご説明くださると思います。

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スピントロニクスにおいてもうひとつ注目すべバイスを得るという難題の解決のためには多数

き重要な現象は、 強磁性電極を持つトンネルの STNO の同期化が必要ですが、 このことは、接合である磁気トンネル接合 （MTJ） におけ非線形ダイナミクスの興味深い新たな問題をるトンネル磁気抵抗 （TMR） です。 MTJ の提起します。

抵抗は、 対抗する電極の磁化状態が平行か

半導体スピントロニクスも、 半導体固有の機逆平行かで異なり、 現在ではこれを応用して、能 （ゲートによる電流の制御、 光学系との結MRAM （Magnetic Random Access Memory 磁合など） と磁性体固有の機能 （スピン操作気ランダムアクセスメモリ） と呼ばれる新しいタによる電流の制御、 不揮発性など） を組みイプの磁気メモリに情報を蓄積できるようにな合わせることができるので、 極めて魅力的でりました。 TMR の研究は現在極めて盛んに進す。 幾通りかの方法が行われています。 そのめられており、 最近になり、 非晶質アルミナのひとつは、 強磁性金属と半導体を結合させたトンネル障壁に代えて、 単結晶、 特に、 酸化ハイブリッド構造です。 いわゆる 「伝導度のマグネシウム (MgO) をトンネル障壁とした MTJ不整合」 の問題を解決するために、 強磁性に移行するという極めて重要な進展がありまし

金属との接合部分でスピン偏極電流を半導体た。 単結晶障壁は、 トンネル波動関数の対称に注入／抽出するためにスピン依存性の界面性をフィルタするため、 TMR は電極における抵抗 （通常はトンネル接合） が必要とされま

特定の対称性をもつ波動関数についてのみスす。 トンネル接合を通した金属からのスピンのピン偏極依存性を示し、 この結果極めて大き注入／抽出は、 スピン発光ダイオード （スピな TMR が発現するものと思われます。 もうひン LED） において実証されています。 二つ目

とつの有望な方向性は、 高いスピン偏極率をは、 強磁性半導体の作成をベースとするものもつハーフメタルと呼ばれる材料の研究です。

です。 GaMnAs はたいへん興味深い特性をスピン輸送現象の研究は、 今日のスピントロ示しています。 強磁性特性をゲート電圧で制ニクスにおいて最も期待される新しい研究分御できる可能性と、 大きな TMR 効果と TAMR野です。 スピン輸送の実験では、 磁場によら（Tunnelling Anisotropic Magnetoresistance）ず、 スピン偏極電流からのスピン角運動量の効果です。 しかしそのキュリー温度は室温より移送のみで、 強磁性体の磁気モーメントを操低いため、 実用化の可能性はほとんど排除さ作することができます。 この概念はスロンチェれてしまいます。 室温強磁性半導体が数種類フスキー博士によって導入されたものですが、発表されましたが、 この分野での状況はまだたとえばメモリセルにおける磁気モーメントの明白ではありません。 三つ目として現在は、 ス

反転、 あるいはマイクロ波振動数領域におけピン軌道相互作用によって誘発されるスピン偏る振動の発生のいずれかに利用できます。 ス

極電流を利用する研究が盛んに進められていピン輸送は、 次世代 MRAM における書き込ます。

みプロセスに使用されることは確実です。 ままた最近新たに注目されている方向性とした、 将来有望な新しいタイプの高周波振動子て、 分子スピントロニクスがあります。 理論上である STNO （Spin Transfer Nano-Oscillator

では、 GMR や TMR のような極めて大きな効スピン輸送ナノ振動子） の開発にも応用され果が予測されています。 実験的には、 スピンるでしょう。 十分なマイクロ波電力を有するデ偏極電極間に炭素ナノチューブを置くことに

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9:46:47よって、 スピン情報を大きな電気信号に変換できることが最近の刊行物で発表されました。
炭素ベースの分子の利点は、 炭素のスピン軌道結合が弱いことから、 スピン寿命が長い点にあります。 グラフェン系のデバイスも極めて有望です。
この 20 年弱の間に、 スピントロニクスによってハードディスクの容量は飛躍的に増え、 この技術がコンピュータの RAM や携帯電話のマイクロ波エミッタにすぐにでも応用できる状況になりつつあります。 半導体スピントロニクスや分子スピントロニクスの研究も大いに期待されます。 もう一つの展望は、 この講演の主題を外れますが、 さらに革新的な応用をめざす量子コンピューティングのために、 スピンの真に量子力学的な性質やスピンの長いコーヒレンス時間を利用することです。 今世紀のテクノロジーにおいてスピントロニクスが今後とも重要な位置を占めるであろうことは間違いないでしょう。

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財団法人 国際科学技術財団
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