東京大學研究生院理學系研究科的研究生朝倉海寬與肥後友也特任副教授、中辻知教授等組成的研究團隊發現，備受關注的新一代非易失性存儲材料——反鐵磁外爾（Weyl）半金屬Mn₃Sn的磁序可以透過交換偏置進行控制。該發現不僅向實施基於反鐵磁體的超高速、超低功耗新一代記憶體邁出了重要一步，還有望應用於類腦計算和多值記錄等新原理運算中。相關研究成果已發表在期刊《Advanced Materials》上。
圖1：MTJ元件構造（供圖：東京大學）
爲因應數據通訊量的增長，在無需耗電即可保持資料非易失性的記憶體——磁阻記憶體（MRAM）的商業化和實用化進程正在取得進展。在MRAM内部，目前用於非易失性資料記錄功能的磁隧道結（MTJ）元件使用的是鐵磁體，而若能將其更換爲反鐵磁體，工作頻率將從千兆赫茲頻帶躍升至太赫茲頻帶。因此，爲了實施兼具非易失性（低功耗）和超高速性的記憶體，研究人員正在積極開發適用於MRAM的反鐵磁體。
此前，研究團隊曾開發出一種具有重要拓撲電子態的反鐵磁外爾半金屬材料Mn₃Sn，並對其在MRAM應用中所必需的非易失性資料（磁性狀態）的電寫入和電擷取性能進行了驗證，證明Mn₃Sn是一種適合替代鐵磁體的反鐵磁性存儲材料。
本次研究中，研究人員發現在Mn₃Sn與不同種類磁性材料的界面上會出現交換偏置，而且Mn₃Sn的磁性狀態可以透過交換偏置進行控制。交換偏置作爲穩定MTJ元件中特定鐵磁層磁性狀態的一個手段，在傳統的MRAM中也被用於降低資料讀寫錯誤率和提高熱穩定性。此次的研究成果表明，透過交換偏置穩定反鐵磁性存儲材料磁性狀態，將在實施超高速、超低功耗記憶體的基礎上與寫入、擷取功能一樣將發揮核心作用。
此外，本次的研究結果是在以濺射法在熱氧化硅基底層上製備的多晶材料之間的界面上獲得的，這意味着可以使用與現有半導體和MRAM高度相容的製造工藝來控制反鐵磁體的磁性狀態。此外，本次觀察到的交換偏置本身也具有可在類腦計算和多值記錄等新原理運算中應用的特殊性質，其應用有望推動高速、低功耗資訊處理技術研究的進一步隊形變換。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Advanced Materials
論文：Observation of Omnidirectional Exchange Bias at All-Antiferromagnetic Polycrystalline Heterointerface
DOI：10.1002/adma.202400301
