小野輝男 化学研究所教授、Kim Kab-Jin 同助教、森山貴広 同助教、上田浩平 氏（現マサチューセッツ工科大学研究員）、平松亮 氏（現産業技術総合研究所研究員）、理学研究科博士後期課程学生の吉村瑶子氏、谷口卓也氏、東野隆之氏らは、電気通信大学の仲谷栄伸 教授、山田啓介 氏との共同研究により、磁壁のトポロジーが不変である新しい磁壁移動機構を発見しました。この新しい移動機構によって磁壁が従来機構の数倍の速さで移動することも明らかとなり、本研究は基礎的にも応用的にも重要な知見といえます。
本研究成果は、英国科学誌「Nature Physics」誌に英国時間2015年11月9日午後4時にオンライン公開されました。
研究者からのコメント
左から小野教授、Kim助教、吉村博士後期課程学生
磁壁の移動を利用した磁壁メモリは次世代磁気メモリとして期待されています。本研究成果は、デバイスを設計する際に重要となる膜構造と次元性に対する指針を与えたという点でも特筆すべき成果といえます。
概要
強磁性体の磁区と磁区の境界を磁壁と呼びます。この磁壁は磁場によって移動させることができます（図1）。小さい磁場では、磁壁内部の磁化が固定されて磁壁が動き（steady motion）、ある磁場（Walker磁場）より大きくなると、磁壁内部の磁化が歳差運動を伴って磁壁が移動（precessional motion）します。このように磁壁が磁場で移動する機構はよく知られていますが、磁性層と非磁性層の界面における効果が磁壁の移動に与える影響はよく分かっていませんでした。
研究チームは、磁壁移動に対する界面効果（ここではジャロシンスキー・守谷相互作用のことをさす）を調査するため、2種類の異なるタイプの試料を用意しました。結果、界面効果のある系では、Walker磁場より大きな磁場を印加しても磁壁のトポロジーが不変である新しい磁壁移動機構を持つことが明らかとなりました。さらに、この移動機構は、細線が2次元の場合にのみ成り立ち、1次元の場合には成り立たないことも見出しました。
磁壁内部の磁化角度の時間変化（シミュレーション結果）。Dは界面効果の大きさを表す。D=0（界面効果のない系：赤色）では、磁化角度が周期的に変化しているのに対してD=1（界面効果のある系：青色と緑色）では磁化角度がπ/2で一定である。
詳しい研究内容について
書誌情報
[DOI] http://dx.doi.org/10.1038/nphys3535
Yoko Yoshimura, Kab-Jin Kim, Takuya Taniguchi, Takayuki Tono, Kohei Ueda, Ryo Hiramatsu, Takahiro Moriyama, Keisuke Yamada, Yoshinobu Nakatani and Teruo Ono
"Soliton-like magnetic domain wall motion induced by the interfacial Dzyaloshinskii–Moriya interaction"
Nature Physics, Published online 09 November 2015
