51探花

【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　教授　関刚斎

【発表のポイント】

• 磁石の向き（スピン）がどの方位にも向きやすい性质（等方性）の薄膜を使って、电流でスピンを効率よく操作できる素子を作製しました。
• 电流を流すことで、外部磁场によってエネルギーが极大になる方位（不安定点）にスピンを安定化できる「磁化の动的な安定化」を実証しました。
• 电流と外部磁场の大きさを调整することでスピンのゆらぎを最大化でき、このスピンの动きを制限ボルツマンマシン^（注１）の动作原理として适用できることを提案しました。

【概要】

磁石の向き（スピン）を情报担体とするスピントロニクス素子は、电気を切っても磁石の向きは変わらないという情报の不挥発性から动作电力を大きく低减できます。一方で、この不挥発性を排除してスピンがあらゆる方位を向くことができる性质（等方性）を活用できれば、情报を0と1の二値ではなく连続的な値として処理する新原理の情报処理などの実现に繋がるため、等方性の磁石のスピンを効率よく操作するための材料や技术が切望されていました。

今回、东北大学金属材料研究所および先端スピントロニクス研究開発センターの紅林秀和教授と関剛斎教授、日本原子力研究開発機構 原子力科学研究所 先端基礎研究センターの山本慧研究副主幹らは、非磁性層と強磁性層を組み合わせた薄膜を使って等方性磁石を作製しました。等方化したことにより、電流印加で発生するスピントルクが高効率化され、外部磁場によってエネルギーが極大となる方位でもスピンを安定化できること（磁場と真逆の方向にスピンを向けられること）を示しました。等方性磁石ではスピンのゆらぎも最大化されるため、二値ではなく連続的な変数を使った制限ボルツマンマシンの実現などに繋がる成果です。

本成果は、2026年3月4日10:00（英国時間）に、科学誌Nature Materialsにオンライン掲載されました。

なお本成果は、东北大学金属材料研究所の山崎匠助教、Varun K. Kushwaha特任助教、Xueyao Hou博士研究員、同大学先端スピントロニクス研究開発センターのTroy Dion助教、同大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）のGerrit E. W. Bauer教授、英リーズ大のJoseph Barker准教授、英University College LondonのHarry Youel氏、Daniel Prestwood 氏、および英Imperial College LondonのKilian D. Stenning研究員との共同研究によるものです。

図1.　 (a) 一軸の磁気異方性を有する磁石のエネルギーの角度依存性の模式図。南極方向からの角度θ が0?と180?でエネルギーが極小となり、安定な状態となる。(b) 等方性磁石に外部磁場を印加したときのエネルギーの角度依存性の模式図。θ = 0?のみがエネルギー的に安定な状態であるが、外部からスピントルク（太い赤色の矢印）を作用させることにより、まるで逆立ちした振り子が激しい振動によって直立を維持するように、本来は不安定なはずの磁場と真逆の向き（エネルギーが最も高い山の頂上の状態）』でスピンを安定して保持（動的安定化）できるようになる。

【用语解説】

注1. 制限ボルツマンマシン
复雑な组合せ最适化问题や确率的生成モデルでの学习に利用可能なニューラルネットワーク。可视层と隠れ层という二つの层からなる制限ボルツマンマシンは、同じ层内（可视层同士?隠れ层同士）には结合がないという「制限」を加えることで、一般のボルツマンマシンよりも学习や推论が计算的に扱い易くなる。

【论文情报】

タイトル：Dynamical stability by spin transfer in nearly isotropic magnets
著者：Hidekazu Kurebayashi*, Joseph Barker, Takumi Yamazaki, Varun K. Kushwaha, Kilian D. Stenning, Harry Youel, Xueyao Hou, Troy Dion, Daniel Prestwood, Gerrit E. W. Bauer, Kei Yamamoto*, and Takeshi Seki*
*责任着者：
ユニバーシティカレッジロンドン　ロンドンセンターフォーナノテクノロジー
教授　紅林 秀和
（兼）东北大学先端スピントロニクス研究开発センター
（兼）东北大学金属材料研究所
（兼）东北大学材料科学高等研究所（奥笔滨-础滨惭搁）
日本原子力研究開発機構 原子力科学研究所 先端基礎研究センター
研究副主幹　山本 慧
东北大学金属材料研究所　教授　関 剛斎
（兼）东北大学先端スピントロニクス研究开発センター
掲載誌：Nature Materials
DOI:

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学金属材料研究所
教授　関 剛斎
TEL: 022-215-2095
Email: takeshi.seki*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学金属材料研究所
情报企画室広报班
TEL: 022-215-2144
Email: press.imr*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）