东京大学验证新磁材，助力高速AI和长续航手机

东京大学研究生院工学研究科教授关真一郎的研究团队正在推进开发。该团队确认了在第三类磁性材料中可以读写构成数字信息的“0”和“1”。与传统磁体的内存相比，速度快100倍以上，并且预计可以压缩到原来的1/100……

约100年来*发现的“第三类磁性材料”被证明可以用于计算机的存储器。如果应用研究进展顺利，或能制造出比传统计算机运算速度更快的计算机和续航时间更长的智能手机。这种材料由世界上丰富的铁和硫磺制成，资源限制较少，在成本方面也具有优势。

东京大学研究生院工学研究科教授关真一郎的研究团队正在推进开发。该团队确认了在第三类磁性材料中可以读写构成数字信息的“0”和“1”。与传统磁体的内存相比，速度快100倍以上，并且预计可以压缩到原来的1/100。该材料在室温下工作，即使关闭电源，写入的信息也能够保存。

具有磁铁性质的物质被称为“磁性材料”。目前已知有两种类别，而2022年德国的研究团队发现了第三种类别。这种被称为“交替磁性材料”，物质中的微小磁铁的N极和S极的排列方式等有所不同。这一新类别的发现是约100年来*。已被美国《科学》杂志评选为“2024年十大新闻”等，成为材料研究的关注主题之一。

它由常见元素构成的“硫化铁”制成，材料成本极低。研究团队利用物质数据库，并通过计算预测特性，从数万个候选物质中发现了这一材料。目前能制造出约3毫米见方的晶体。今后将继续推进开发临时存储计算机数据的存储器。已于2024年12月在英国《自然·材料》杂志上发表。

利用磁体中微小磁铁进行信息存储的历史悠久。典型的产品是VHS等磁带以及计算机使用的硬盘（HDD）。近年来，结合半导体技术的新型存储器“磁阻随机存取存储器（MRAM）”市场也已建立。

像MRAM这样的磁存储具有保存数据不需要耗电的优势。即使关闭电源，数据也不会消失，电池续航良好。有案例显示，可以将其配备在智能手表中，在不额外充电的情况下可以使用超过一周。相反，依靠电力存储信息的内存随着时间的推移内部电流会泄漏，放置后数据会消失。作为预防性措施，需要持续供电，导致耗电量增大。

如今，电子设备的存储器几乎全部为电存储，但近年来，可以节能的磁存储备受关注。据印度调查公司MordorIntelligence预测，MRAM的市场规模到2029年将从2024年的约20亿美元扩大至约226亿美元。

另一方面，现有MRAM存在难以提高容量的课题。MRAM使用名为“铁磁性材料”类别的材料，当以很高的密度排列材料中的微小磁铁时，各个磁铁之间会相互干扰，导致无法准确读写数据。因为需要确保间隔来排列，因此容量较低。

于是，使用第三类交替磁性的MRAM引发关注。这种磁铁之间不会发生干扰。能以较小的间距排列磁铁，理论上集成率可提高到传统MRAM的100倍。读写速度也有望从以往的纳秒（1纳秒为十亿分之一秒）级别提升至皮秒（1皮秒为一万亿分之一秒）级别。

东京大学研究生院的关教授满怀信心地表示：“有望追赶（半导体存储器领域的标准性电存储产品）DRAM和SRAM”。

存储器会影响计算机的运算性能。如果配备高性能的存储器，复杂的人工智能（AI）计算速度便可加快，还能生产出充电一次可续航很长时间的智能手机。新型存储器开发是电子学研究的重要领域之一，在预定于6月在京都召开的半导体国际会议“VLSI2025”上，与存储器相关的采纳论文占元器件工艺技术领域总体的四分之一。尤其是韩国和中国，发布的成果较多。

交替磁性也适用于智能手机的存储闪存。现有闪存虽便宜，但可擦写次数有限。交替磁体MRAM理论上没有擦写次数限制。如果以材料价格低廉为武器推进量产，可能会替代现有闪存。

“交替磁性刚刚提出理论不久，实验几乎处于未开展状态”，东京大学研究生院的关教授表示。尽管*近几年发现了多种材料，但能否真正转化成产品取决于后续的开发情况。

为了实现实用化，关教授等人的团队正在推进在基板上制备薄膜的研究。今后可能会在材料加工技术和制造工艺等方面遇到障碍，但就目前而言，并未发现交替磁性存在本质性课题。设想的元件结构基本与现有MRAM相同，应用研究极有可能迅速加快。