次世代メモリ技術に革新をもたらす新材料が開発される
東京科学大学と神奈川県立産業技術総合研究所、名古屋工業大学などの研究グループが、電力消費を大幅に削減できる次世代磁気メモリの実現に向けた新しい材料を開発しました。2025年11月28日に国際学術誌「Journal of the American Chemical Society」に掲載されたこの研究成果は、AI やクラウド技術の急速な発展に伴う情報機器の電力問題解決に大きな期待が寄せられています。
研究の背景と目標
現在、AI やクラウドの普及により、情報処理量が爆発的に増加しています。これに伴い、情報機器の電力消費が深刻な問題となっており、業界全体で低消費電力・不揮発性の次世代メモリデバイスの開発が急務となっていました。そのような中で、注目を集めているのが「マルチフェロイック物質」と呼ばれる材料です。これは磁性と強誘電性（電気分極）を両方兼ね備えた物質で、新しい原理に基づくメモリ技術への応用が期待されています。
開発された新材料の特性
研究グループが開発したのは、ペロブスカイト型酸化物である鉄酸ビスマス（BiFeO₃）を改良した材料です。この鉄酸ビスマスのビスマスをカルシウムで、鉄をルテニウムやイリジウムで置換することで、全く新しい機能を付与することに成功しました。
改良前の鉄酸ビスマスは、磁性と強誘電性を持っていましたが、スピン（電子の自転）の配列がサイクロイド変調という複雑な構造をしており、磁化が打ち消し合ってしまうため、実質的な自発磁化が現れていませんでした。これが実用化を妨げる大きな課題でした。
しかし、複数の元素を同時に置換することで、スピンの配列が傾斜した状態に変化し、磁化が打ち消し合わずに強磁性が発現するようになったのです。同時に、電気分極に直交した自発磁化も現れ、強誘電性と強磁性が共存する状態を実現しました。
保磁力の大幅な向上
特に注目すべき成果は、保磁力（磁石の強さを保つ力）の大幅な向上です。従来、鉄をコバルトで置換した場合と比較すると、今回開発した材料の保磁力は約4倍程度に上昇しています。この向上により、メモリデバイスに応用した際にデータの記録がより安定し、長期間にわたって情報を正確に保持できるようになります。
もう一つの重要な機能：負熱膨張
今回の研究でもう一つの大きな発見が、室温での負熱膨張の実現です。通常、ほとんどの物質は温めると膨張しますが、この新材料は反対に温めると収縮する特性を示します。この負熱膨張は、以下のような実際の応用場面で極めて有用です。
- 熱膨張による位置ずれの問題を解決できる
- 異種材料の接合界面の剥離を防ぐことができる
- 精密機器の安定性を向上させられる
特に半導体や電子機器など、わずかな膨張も性能に大きく影響する分野での利用が期待されています。
低消費電力メモリへの応用
今回開発された材料の最大の価値は、強磁性と強誘電性が相関するという点にあります。これまでは、磁性と電気的特性を別々に制御する必要がありましたが、この材料ではそれらが結びついているため、新しい原理に基づく制御が可能になります。
具体的には、以下のようなメリットが期待されます。
- 低消費電力での動作が可能
- データへの高速アクセスが実現可能
- 不揮発性（電源を切ってもデータが消えない）を維持
- データ記録の高い安定性
これらの特性により、AI 処理やクラウドストレージなど、大量のデータ処理を行うシステムにおいて、電力消費を大幅に削減できる可能性があります。
研究チームと実施体制
この研究は、東京科学大学物質工学院の畑山華野大学院生、三宅潤大学院生、総合研究院の東正樹教授、西久保匠特定助教らを中心に、複数の大学と研究機関の協力のもと実施されました。研究には、科学技術振興機構（JST）や日本学術振興会の支援が行われており、産業界との協働も進められています。
今後の展開
研究グループは、今後の展開について以下の方針を明示しています。
まず、次世代磁気メモリ素子の実現を目指し、半導体製造工程で使用される微細加工技術を駆使した素子作成に取り組む予定です。保磁力の大幅な向上がデータ記録の安定性をもたらすことから、実用的な素子開発の段階に進む準備を進めています。
また、負熱膨張材料としての応用も視野に入れており、水熱合成法などのより安価な合成方法の確立に取り組む方針です。この取り組みにより、コスト面での課題を解決し、より広範な産業への応用が可能になると考えられています。
意義と影響
本研究成果は、単なる学術的な成果にとどまりません。現在、世界中のデータセンターやスマートフォン、コンピュータなど、あらゆる情報機器が膨大な電力を消費しており、これは地球規模の環境問題につながっています。今回開発された材料により、次世代メモリが実現されれば、情報機器全体の電力消費削減に大きく貢献する可能性があります。
さらに、この研究は基礎研究から実用化への道を示すモデルケースとなり、他の研究グループの同様の取り組みに刺激を与えることも期待されます。東京科学大学を中心とした研究チームの今後の進展に注目が集まっています。
