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スピントロニクス分野では、磁気スキルミオンを利用したスピントロニクスデバイスが、大容量、高速、低消費電力といった将来のデバイスの性能要件を満たすことが期待されています。

しかし、磁気スキルミオンは実用的なデバイスへの応用において多くの課題に直面しており、中でもスキルミオンの生成と消滅の効率的な制御は重要な課題の1つです。

この問題に対処するために、中山大学物理学部の侯宇生准教授の研究グループは、第一原理計算を使用して CrYX (Y = S、Se、Te、X = Cl、Br、I) を計算しました。固有のジャロシンスキー - モリヤ相互作用に基づく単層 ヤヌス磁性材料では、外部磁場が磁気スキルミオンの出現を誘導できることが判明しました [1]。

写真 | 侯宇生（出典：侯宇生）

これに基づいて、彼らは二次元強誘電体材料の不揮発性分極特性を考慮し、二次元ファンデルワールス多体ヘテロ接合における磁気スキルミオンを制御する理論的スキームを提案した。

2年間の探査と研究の後、彼らはCrSeIとIn 2 Te 3 から構成される二次元ファンデルワールス多体ヘテロ接合における固有の磁気スキルミオン状態と強磁性状態の間の変換を発見した。

同時に、他の二次元マルチフェロイックヘテロ接合における磁気スキルミオンの発見と制御を支援するために、彼らは磁​​気スキルミオンの範囲を正確に定義するための簡潔な記述子を提案しました。

最近、関連論文が「ファン デル ワールス マルチフェロイック ヘテロ構造における制御可能な磁気異方性を備えた固有磁気スキルミオンのスイッチング 2」というタイトルで Nano Letters に掲載され、今号の表紙に選ばれました。

中山大学の修士課程の学生である王則全氏が筆頭著者であり、侯宇生氏が責任著者を務めています。

図 | 関連論文 (出典: Nano Letters)

査読者の一人は、二次元ファンデルワールスマルチフェロヘテロ接合CrSeI/In2Te3における固有磁気スキルミオンの発見と高温強磁性状態のスイッチングを「非常に興味深い」と考えた。

同時に、この査読者は、彼らが論文で提案した磁気スキルミオン記述子は、広く研究されている二次元ファンデルワールスマルチフェロイックヘテロ接合における磁気スキルミオンを操作するための「有用なガイド」として機能する可能性があるとコメントした。

別の査読者は、制御可能な磁気異方性を利用して二次元ファンデルワールスマルチフェロイックヘテロ接合における磁気スキルミオンを制御するために今回提案された理論的スキームが新規であると信じている。

（出典：ナノレターズ）

数年以内に、この理論的結果は実用化される可能性があります。

最初のアプリケーションはトラック メモリです。

磁気スキルミオンの生成と消滅を正確に制御することで、非常に高い記憶密度を備えたレーストラック メモリを設計することが可能になります。

この種のメモリは、磁気スキルミオンのトポロジカル安定性を利用して情報の長期保存を実現すると同時に、磁気スキルミオンの移動性を利用して情報の高速な読み書きを実現します。

これにより、情報ストレージの密度と速度が大幅に向上し、将来のデータ ストレージに新しいソリューションが提供されます。

2 番目のアプリケーションは論理ゲート デバイスです。

磁気スキルミオンに基づいて論理ゲート デバイスを設計することにより、情報の高速処理と送信を実現できます。

この種の論理ゲート デバイスは、磁気スキルミオンのトポロジカルな安定性と移動性を利用して情報に対する論理演算を実装し、コンピューティング回路に新たな可能性をもたらします。

同時に、彼らが提案した磁気スキルミオン記述子は、二次元材料における磁気スキルミオンの挙動をより正確に予測および制御することができ、より優れた性能を備えた磁気スキルミオンデバイスの設計に有益です。

（出典：ナノレターズ）

現在の研究に基づいて、彼らは追跡調査の明確な計画を持っています。

一方で、磁気スキルミオンは特殊なスピン構造として、スピントロニクスの分野で大きな可能性を秘めています。

一方、ハイエントロピー材料は、その高調整性、高導電性、高耐食性などの優れた性能特性により、工学分野で広く研究・応用されている。

彼らは、磁気スキルミオンと高エントロピー材料の組み合わせに関する研究には、独自の科学研究的価値があるだけでなく、幅広い応用の可能性があると信じています。

したがって、研究チームは、高エントロピー材料における磁気スキルミオンの安定した存在と制御についてさらに研究する予定です。

彼らは、外部磁場、電場、温度などの手段を通じて、磁気スキルミオンの動的挙動の精密な制御を達成し、それによって高エントロピー材料における磁気スキルミオンの制御機構を明らかにしたいと考えている。

研究チームは、高エントロピー材料の優れた特性を組み合わせて、磁気スキルミオンに基づいた新しい複合材料を開発する予定です。これらの材料は、より優れた性能、より低いコスト、そしてより幅広い用途の見通しを持つことが期待されています。

参考文献:

1. Yusheng Hou、Feng Xue、Liang Qiu、Zhe Wang、Ruqian Wu、Npj Computational Materials、8、120 (2022)

2.Wang, ZQ, Xue, F., Qiu, L., Wang, Z., Wu, R., & Hou, Y. (2024). ファンデルワールスマルチフェロイックヘテロ構造における制御可能な磁気異方性による固有磁気スキルミオンのスイッチング。Nano Letters, 24(14), 4117-4123.

植字：何チェンロン、リウ・ヤクン

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