二酸化ルテニウム薄膜の「第三の磁性」を実証―省エネルギー型次世代メモリの開発に展望：物質･材料研究機構ほか
(2025年9月24日発表)
（国）物質･材料研究機構、東京大学、京都工芸繊維大学、東北大学の共同研究グループは9月24日、二酸化ルテニウム（RuO2）薄膜が第三の磁性である交代磁性を示すことを実証したと発表した。AI(人工知能)やデータセンター向け高速・高密度メモリの開発が期待されるという。
近年、情報社会の飛躍的な進展に伴い、情報処理に消費されるエネルギーも急増、省エネルギー型の次世代メモリ開発が重要な課題になっている。
この開発で注目されている物質の一つが二酸化ルテニウム（RuO2）。二酸化ルテニウムは、強磁性、反強磁性に次ぐ第3の磁性とも呼ばれる交代磁性を示す有力候補物質。
強磁性体はメモリとして実用化が進んでいるが、漏れ磁場による記録エラーのため高密度化には限界がある。反強磁性体は漏れ磁場などの外乱に強いものの、電気的な読み出しが難しく、情報読み取り効率が低いという課題がある。
これに対して交代磁性体は、外乱に強く、かつ電気的な情報の書き込みおよび読み出しが可能という特長を備えており、次世代メモリ素子としての可能性を秘めている。
二酸化ルテニウムはこれまで理論的に交代磁性の可能性が指摘されてきたが、実験的な証拠は乏しく、とりわけ均一な結晶配向をもつ薄膜試料が十分に得られていなかったため、決定的な実証には至っていなかった。
研究グループは今回、サファイア基板上に結晶の向きを揃えた単一配向RuO2薄膜を作製、X線回折、走査透過電子顕微鏡観察、X線磁気線二色性測定などを行うとともに、第一原理計算を実施した。その結果、RuO2薄膜が交代磁性体であることが実証されたという。
これは、高速・高密度の効率的な情報書き込みを可能にする特性であり、次世代メモリの開発につながる重要な成果という。今後は、膨大な電力消費が見込まれるデータセンターなどの省エネルギー化実現への貢献が期待されるとしている。
