反強磁性体を用いたトンネル磁気抵抗効果の理論予測

―次世代高密度・超高速磁気メモリの開発に貢献―

2026年4月17日 10:00

研究者情報

〇大学院理学研究科物理学専攻　教授　是常隆
研究室ウェブサイト

発表のポイント

ノンコリニア反強磁性体を用いた磁気トンネル接合を理論的に設計し、大きなトンネル磁気抵抗効果が現れることを計算により予測しました。
応用上有望なノンコリニア反強磁性材料と、代表的な絶縁材料を用いた、反強磁性トンネル接合の実用化につながる理論予測です。
本研究の成果は、高密度・超高速・低消費電力で動作する磁気メモリの開発の設計指針となることが期待されます。

発表概要

東京大学大学院理学系研究科物理学専攻の田中克大特任助教（研究当時）、見波将特任助教（研究当時）、中辻知教授、有田亮太郎教授（兼：理化学研究所創発物性科学研究センター チームディレクター）、JSR株式会社RDテクノロジー・デジタル変革センターの栂裕太主事、東京都立大学大学院理学研究科物理学専攻の野本拓也准教授、東北大学大学院理学研究科物理学専攻の是常隆教授は、第一原理計算（注1）を用いて、ノンコリニア反強磁性体（注2）Mn3Snと酸化マグネシウムを組み合わせた磁気トンネル接合（MTJ）（注3）を設計し、巨大なトンネル磁気抵抗（TMR）効果（注3）が現れることを理論的に予測しました。この成果は、反強磁性トンネル接合デバイスの設計開発の指針となり、将来的に超高速・低消費電力で動作する高密度な不揮発性磁気メモリ（注4）の開発につながることが期待されます。
本研究成果は2026年4月16日に米国物理学会誌Physical Review Materialsに掲載され、注目論文としてEditors' Suggestionに選出されました。
なお、本研究成果は東京大学とJSR株式会社との共同研究、社会連携講座「トポロジカル物質・デバイス創造講座」での研究活動を通して得られたものです。



Mn₃Sn/MgO/Mn₃Sn磁気トンネル接合。

用語解説

（注1）第一原理計算
物質の性質を量子力学の基本原理に基づいて計算する方法です。第一原理計算では、実験データや経験的に決まるパラメータを用いず、原子の種類と位置の情報のみから直接的に物質の電子状態や物性を予測するため、物質の個性を取り入れた高精度な予測が可能となります。
（注2）反強磁性体、ノンコリニア反強磁性体
磁性体中の磁気モーメントが互いに打ち消し合うことで、磁化が全体としてゼロとなる磁性体を反強磁性体と呼びます。反強磁性体のなかでもとくに、磁気モーメントが平行に並んでいないものをノンコリニア反強磁性体と呼びます。
（注3）磁気トンネル接合（MTJ）、トンネル磁気抵抗（TMR）効果
二つの磁性金属層と、その間に絶縁体薄膜層を挟んで接合した多層膜系を磁気トンネル接合（MTJ）と呼びます。磁気トンネル接合では、量子力学的なトンネル効果によって電流が流れますが、二つの磁性金属層の持つ磁気モーメントの相対的な向きが平行な状態と反平行な状態とで電気抵抗値が変化することがあり、これをトンネル磁気抵抗（TMR）効果と呼びます。MTJ、およびTMR効果の評価指標として、その二つの状態間での電気抵抗比で表される、TMR比があります。二つの磁性金属層の持つ磁気モーメントが平行・反平行な場合におけるMTJの抵抗値をそれぞれR_P、R_APとしたとき、TMR比は(R_AP-R_P)/R_P×100 [%]で与えられます。このTMR比が高いほど、情報読み出しの感度が高くなり、より優れた磁気メモリとして動作するようになります。

論文情報

雑誌名：Physical Review Materials
題　名：Ab initio study of magnetoresistance effect in Mn3Sn/MgO/Mn3Sn antiferromagnetic tunnel junction
著者名：Katsuhiro Tanaka, Yuta Toga, Susumu Minami, Satoru Nakatsuji, Takuya Nomoto, Takashi Koretsune, and Ryotaro Arita
DOI:10.1103/xt7z-sf3x

詳細（プレスリリース本文）

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