【本学研究者情報】

〇電気通信研究所　准教授　金井駿
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 約70年にわたり仮定されてきた磁石の「反転試行時間」を、初めて実験的に決定しました。
• 長年1ナノ秒程度の定数と仮定されてきた反転試行時間が、ナノ磁石の形状や材料に依存して変化する設計可能なパラメータであることを示しました。
• 本成果は、ハードディスクや磁気メモリー、確率計算素子などの設計を高精度化し、次世代磁気デバイス開発の基盤となります。

【概要】

磁石のN極/S極の向きは、エネルギーの「丘」を越えることで切り替わります。この現象はアレニウス則で記述され、ハードディスクや磁気メモリーの設計に用いられています。しかしアレニウス則に含まれる「どれくらいの頻度で丘を越えようと試みているか」を表す「反転試行時間」の実験的な決定は極めて困難で、約70年にわたり1ナノ秒程度と仮定されていました。

今回、東北大学の金井駿准教授、早川佳祐大学院学生（当時）、Mehrdad Elyasi（エリヤシ　メフルダード）准教授、Gerrit Bauer（ゲリット　バウアー）教授、深見俊輔教授らの研究チームは、温度を変えずにアレニウス則を調べる新しい実験・解析手法を確立し、ナノ磁石の熱ゆらぎを室温で精密に測定しました。その結果、磁石が向きを変えようとする反転試行時間を世界で初めて実験的に決定しました。さらに、用いた試料では磁石内部で生じるスピンの集団的挙動がスイッチング過程に影響し、この反転試行時間が従来の予想よりも10倍以上長いことを明らかにしました。本成果は、磁気メモリーや確率計算素子などの設計を高精度化し、次世代磁気デバイス開発の基盤を提供するものです。

本成果は2026年4月21日付で、材料科学分野の専門誌Communications Materials に掲載されました。

図1. 磁石のS→Nの向き（磁化の向き）が熱的に反転する様子。

【論文情報】

タイトル：Stochastic switching time constant and instability in nanomagnets
著者：Shun Kanai*, Keisuke Hayakawa, Mehrdad Elyasi, Keito Kobayashi, Junta Igarashi, Butsurin Jinnai, William A. Borders, Gerrit E. W. Bauer, Hideo Ohno, and Shunsuke Fukami*
*責任著者：東北大学電気通信研究所・准教授・金井駿、同・教授・深見俊輔
掲載誌：Communications Materials
DOI：10.1038/s43246-026-01149-2

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

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東北大学電気通信研究所
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（兼）東北大学大学院工学研究科電子工学専攻
（兼）東北大学先端スピントロニクス研究開発センター（CSIS）
（兼）東北大学高等研究機構 新領域創成部
（兼）東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）
（兼）量子科学技術研究開発機構（QST）

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