閃光で一瞬！スピンデバイスを作る

―ミリ秒光パルス照射で、磁気メモリ・センサの熱処理を約1.7秒で完了―

2026年5月13日 10:00

研究者情報

〇国際放射光イノベーション・スマート研究センター（SRIS） ナノマテリアル機能創造スマートラボ　教授　千葉大地
研究室ウェブサイト

発表のポイント

ミリ秒スケールの光パルスの繰り返し照射により、磁気メモリや磁気センサに用いられる磁気トンネル接合（MTJ）^※1を、約1.7秒で実用的な性能に到達させる超高速熱処理技術を実証
従来の熱処理では、MTJの結晶化と元素拡散を適切に制御し、実用的な性能を得るために熱処理炉による数十分〜数時間の過熱が必要だった
スピントロニクス^※2デバイスの製造プロセスの高速化・低消費エネルギー化につながり、次世代メモリや高感度磁気センサ、さらにはフレキシブル基材上のスピン力学センサの量産技術への展開に期待

発表概要

大阪大学産業科学研究所の今井亜希子助教、千葉大地教授（兼 東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター センター長）らの研究グループは、荒木徹平准教授、関谷毅教授、同大学 超高圧電子顕微鏡センターの山﨑順教授らと共同で、フラッシュランプアニール（閃光熱処理）^※3と呼ばれるミリ秒スケールの光パルスを用いた熱処理手法により、磁気メモリや磁気センサに用いられる代表的なスピントロニクスデバイスである磁気トンネル接合（MTJ）を、約1.7秒で実用的な性能に到達させることに成功しました（図1）。
フラッシュランプアニールは半導体分野などで知られる技術ですが、本研究ではこれをMTJに適用し、短時間の非平衡加熱によって機能発現を実現しました。MTJの熱処理では、デバイスを構成する多層ナノ薄膜（ナノは1メートルの10億分の1）の結晶化と元素拡散の制御が重要であり、従来は数十分〜数時間におよぶ長時間の加熱によって最適化されてきました。本手法により、デバイス形成に要する処理時間を、最大で数千分の1まで大幅に短縮できることを示しました。
本成果は、スピントロニクスデバイスの製造プロセスの高速化・低消費エネルギー化につながるとともに、次世代メモリや高感度磁気センサ、さらにはフレキシブル基材上に形成するスピン力学センサなどへの応用が期待されます。
本研究成果は、米国科学誌 『npj spintronics』（オンライン）に、5月12日（火）18時（日本時間）に掲載されました。



フラッシュランプアニールによる磁気トンネル接合の瞬間熱処理のイメージ。

用語解説

※1　磁気トンネル接合 （MTJ）
2層の磁性ナノ薄膜の間に、非常に薄い絶縁体薄膜（トンネル障壁）を挟み込んだ構造を持つ代表的なスピントロニクスデバイスです。磁化状態（N極－S極の向き）に応じて電気抵抗が変化する特性を利用し、超微小な磁界を検出する磁気センサや、ハードディスクの読み取りヘッド、固体磁気メモリ（MRAM）の記録素子として実用化されています。
※2　スピントロニクス
電子が持つ「電荷」の自由度に加えて量子的な性質である「スピン」の自由度も利用することで、従来のエレクトロニクスでは実現できなかった機能を有するデバイスの実現を目指す研究分野です。
※3　フラッシュランプアニール（閃光熱処理）
Xe（キセノン）ランプによる高エネルギーのフラッシュでミリ秒単位の超高速な熱処理を実現する手法です。超高速ゆえに、元素の拡散を抑えながら、材料表面のみを局所的に熱処理できるという特徴があります。

論文情報

タイトル："Ultrafast flash lamp annealing of magnetic tunnel junctions"
著者名：Akiko Imai, Shinya Ota, Jun Yamasaki, Teppei Araki, Yasushi Kanai, Tomohiro Koyama, Tsuyoshi Sekitani, and Daichi Chiba
DOI：10.1038/s44306-026-00145-z

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

東北大学 国際放射光イノベーション・スマート研究センター（SRIS） 戦略室
TEL： 022-217-5139
E-mail: sris-senryaku*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）






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