産総研など、半導体ダイオードより3倍高感度なスピンダイオードを開発

このような背景から、磁性素子はポストCMOS素子として期待されている。しかし、既存のダイオードやトランジスタといった半導体素子の性能指数を上回る磁性素子は実現していない。

研究グループは2005年に、磁気抵抗効果と磁極の首振り運動を利用したスピントルクダイオード効果を発見した。スピントルクダイオードは従来の半導体ダイオードと原理が異なり、携帯電話などで広く用いられるマイクロ波の検出機能(ダイオード効果)において半導体ダイオードを上回る可能性があると期待されたが、発見当時の性能指数は感度3800V/Wと半導体ダイオードを下回るものだった。今回、スピントルクダイオードの性能を向上させ、半導体ダイオードの約3倍のダイオード感度1万2000V/Wを実証したのに加え、素子の小型化により、S/N比のさらに向上させた。

半導体ダイオードでは、流す電流の向きにより空間電荷層と呼ばれる電流が流れにくい層の厚さが変化し、負方向よりも正方向で電流が流れにくくなる。このため、交流電流を流すと正味の直流電圧が生じる。このダイオード効果により、マイクロ波の検出が可能となる。しかし、半導体ダイオードの性能は動作温度により一意的に定まるため、性能向上は難しいとされている。