東京大學驗證新磁材，助力高速AI和長續航手機

東京大學研究生院工學研究科教授關真一郎的研究團隊正在推進開發。該團隊確認了在第三類磁性材料中可以讀寫構成數字信息的“0”和“1”。與傳統磁體的內存相比，速度快100倍以上，并且預計可以壓縮到原來的1/100……

約100年來*發現的“第三類磁性材料”被證明可以用于計算機的存儲器。如果應用研究進展順利，或能制造出比傳統計算機運算速度更快的計算機和續航時間更長的智能手機。這種材料由世界上豐富的鐵和硫磺制成，資源限制較少，在成本方面也具有優勢。

東京大學研究生院工學研究科教授關真一郎的研究團隊正在推進開發。該團隊確認了在第三類磁性材料中可以讀寫構成數字信息的“0”和“1”。與傳統磁體的內存相比，速度快100倍以上，并且預計可以壓縮到原來的1/100。該材料在室溫下工作，即使關閉電源，寫入的信息也能夠保存。

具有磁鐵性質的物質被稱為“磁性材料”。目前已知有兩種類別，而2022年德國的研究團隊發現了第三種類別。這種被稱為“交替磁性材料”，物質中的微小磁鐵的N極和S極的排列方式等有所不同。這一新類別的發現是約100年來*。已被美國《科學》雜志評選為“2024年十大新聞”等，成為材料研究的關注主題之一。

它由常見元素構成的“硫化鐵”制成，材料成本極低。研究團隊利用物質數據庫，并通過計算預測特性，從數萬個候選物質中發現了這一材料。目前能制造出約3毫米見方的晶體。今后將繼續推進開發臨時存儲計算機數據的存儲器。已于2024年12月在英國《自然·材料》雜志上發表。

利用磁體中微小磁鐵進行信息存儲的歷史悠久。典型的產品是VHS等磁帶以及計算機使用的硬盤（HDD）。近年來，結合半導體技術的新型存儲器“磁阻隨機存取存儲器（MRAM）”市場也已建立。

像MRAM這樣的磁存儲具有保存數據不需要耗電的優勢。即使關閉電源，數據也不會消失，電池續航良好。有案例顯示，可以將其配備在智能手表中，在不額外充電的情況下可以使用超過一周。相反，依靠電力存儲信息的內存隨著時間的推移內部電流會泄漏，放置后數據會消失。作為預防性措施，需要持續供電，導致耗電量增大。

如今，電子設備的存儲器幾乎全部為電存儲，但近年來，可以節能的磁存儲備受關注。據印度調查公司MordorIntelligence預測，MRAM的市場規模到2029年將從2024年的約20億美元擴大至約226億美元。

另一方面，現有MRAM存在難以提高容量的課題。MRAM使用名為“鐵磁性材料”類別的材料，當以很高的密度排列材料中的微小磁鐵時，各個磁鐵之間會相互干擾，導致無法準確讀寫數據。因為需要確保間隔來排列，因此容量較低。

于是，使用第三類交替磁性的MRAM引發關注。這種磁鐵之間不會發生干擾。能以較小的間距排列磁鐵，理論上集成率可提高到傳統MRAM的100倍。讀寫速度也有望從以往的納秒（1納秒為十億分之一秒）級別提升至皮秒（1皮秒為一萬億分之一秒）級別。

東京大學研究生院的關教授滿懷信心地表示：“有望追趕（半導體存儲器領域的標準性電存儲產品）DRAM和SRAM”。

存儲器會影響計算機的運算性能。如果配備高性能的存儲器，復雜的人工智能（AI）計算速度便可加快，還能生產出充電一次可續航很長時間的智能手機。新型存儲器開發是電子學研究的重要領域之一，在預定于6月在京都召開的半導體國際會議“VLSI2025”上，與存儲器相關的采納論文占元器件工藝技術領域總體的四分之一。尤其是韓國和中國，發布的成果較多。

交替磁性也適用于智能手機的存儲閃存。現有閃存雖便宜，但可擦寫次數有限。交替磁體MRAM理論上沒有擦寫次數限制。如果以材料價格低廉為武器推進量產，可能會替代現有閃存。

“交替磁性剛剛提出理論不久，實驗幾乎處于未開展狀態”，東京大學研究生院的關教授表示。盡管*近幾年發現了多種材料，但能否真正轉化成產品取決于后續的開發情況。

為了實現實用化，關教授等人的團隊正在推進在基板上制備薄膜的研究。今后可能會在材料加工技術和制造工藝等方面遇到障礙，但就目前而言，并未發現交替磁性存在本質性課題。設想的元件結構基本與現有MRAM相同，應用研究極有可能迅速加快。

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