室温で磁性を保つ半導体候補が発見——次世代メモリ応用に期待

AI エージェントと研究チームが、スピントロニクス応用に適した特異な磁性半導体の候補 2 つを設計・同定した。YBaMnFeO₅ は新規設計、KV[Cr(CN)₆] は 1999 年に初めて合成された既存材料で、どちらも室温付近で磁性を維持し、反強磁性と強磁性の性質を併せ持つと予測されている。

AI エージェントと著者の研究チームが、スピントロニクス用の次世代コンピュータメモリに向けた磁性半導体 2 つの候補を特定した。1 つは YBaMnFeO₅ という新規設計材料であり、もう 1 つは 1999 年に初めて合成された KV[Cr(CN)₆] である。計算予測によれば、両者とも室温付近で磁性を保ち、スピン分別と反強磁性・強磁性の両方の特性を併せ持つとみられている。

新規設計候補 YBaMnFeO₅ の性能

YBaMnFeO₅ はイットリウム、バリウム、マンガン、鉄、酸素の 5 つの元素からなる化合物であり、これまで磁性半導体候補として提案されたことがない。計算予測では、バンドギャップが 2.35 eV となり、ホール用スピンウィンドウは 1.0 eV、電子用は 1.4 eV である。室温の熱揺動は約 26 meV であるため、これらの値は十分に大きく、スピン分別が室温で機能する可能性があるとされている。

磁性保持温度については、生シミュレーションでは 420 K、キャリブレーション後の予測では 490 K とされている。一方、YBaMnFeO₅ の市松配置が崩壊する温度は 950 K である。ただし、YBaMnFeO₅ は製造が困難である可能性があり、標準的な合成方法では結晶構造がランダムになるとみられている。酸化物の合成温度は 900 ℃ から 1300 ℃ の範囲である。

既存材料 KV[Cr(CN)₆] の可能性

KV[Cr(CN)₆] は 1999 年に初めて合成された化合物で、プルシアンブルー（300 年前の顔料）と同じ族に属する。計算予測では、バンドギャップが 2.1 eV となり、ホール用スピンウィンドウは 2.6 eV、電子用は 1.6 eV である。1999 年の試料は 376 K（103 ℃）まで磁気秩序を保ち、残留磁気モーメントは 1 式単位あたり 0.125 ボーア磁子と小さかった。この試料は細孔に水を含む粉末であり、完全な結晶では磁気モーメントがゼロになると予測されている。

2008 年の研究では、ハイブリッド汎関数を用いて KV[Cr(CN)₆] の電子状態をスピンごとにプロットされている。ただし、KV[Cr(CN)₆] のバンドギャップとスピン分別については、まだ実測されていないとされている。

2025 年の研究では、ルッティンジャー補償型の半導体予測が他に 2 つ報告されているが、それらは室温以下で磁気秩序を失う。

筆者の見立て

• 次世代スピントロニクスに必要な材料は既に存在し、認識されるのを待っている可能性を示唆している
• 次のステップは KV[Cr(CN)₆] を再び合成し、スピン分別を直接測定することと予想している

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出典

Vals AI「Two Room-Temperature Antiferromagnetic Semiconductor Candidates」https://www.vals.ai/blogs/room-temperature-magnetic-semiconductors（2026年10月4日公開）