北海道大学 研究シーズ集

Nanotechnology / Materials

新規なスピントロニクス・デバイスの探索および低次元電子ガスのエネルギースペクトラムの理論研究

近藤 憲治 准教授 Kenji Kondo
博士(工学)

省電力デバイスを目指して

トポロジカル絶縁体やスカーミオンと呼ばれるトポロジーが現象を支配している物質や構造を物性理論を使って研究している。同時に、その過程でこれらのトポロジカル絶縁体やスカーミオンを利用した新規なスピンデバイスの提案と実現を目指して研究しています。

研究の内容

現在主流のCMOS素子を性能面と電力面で超えるスピンデバイスを提案し、その性能を物性理論で解析する研究をしています。この研究によって、CMOSデバイスを超える性能を持ちながら、省電力なデバイスを創生することが主な研究目的です。普段は、新規なスピンデバイスの性能を計算するために、場の量子論や相対論を用いてスピン伝導率などを計算しています。現在、研究している対象はトポロジカル絶縁体とスカーミオンですが、トポロジカル絶縁体はバルクでは絶縁体であるが、表面のみ自発的にスピン流が流れる物質であるので、上手くデバイスに応用できれば、トポロジカル絶縁体自体は無散逸なので超省電力のデバイスの作製が可能になります。またスカーミオンは磁性体に発生する特異な渦であり、これも電流駆動することでスイッチの役割を果たすことが期待されます。

  • 図1:トポロジカル絶縁体のバンド構造

  • 図2: 図1の電子密度の等高線図

  • 図3:Neel-typeのスカーミオンの構造の計算結果

社会実装への可能性

  • ・省電力デバイス
  • ・大規模メモリ
  • ・Beyond CMOS素子
  • ・不揮発性メモリ

産業界や自治体等へのアピールポイント

理論だけでは実際にはデバイスを作れないので、理論予想したデバイスを共に実現してくれる会社が存在してくれれば、嬉しいです。その際には、理論計算において予想された結果などの説明と、以前はソニーに在籍して実験もしていたので、実現のための道筋を話せると思います。

2018/4/3公開