日本のRIKEN新物質科学センターの研究者らが、集束イオンビームを用いて単結晶から3次元ナノスケールデバイスを削り出す手法を開発した。磁性結晶からヘリックス構造を形成することで、電流を一方向に優先的に導くスイッチ可能なダイオードを作成した。この幾何学的アプローチにより、より効率的なエレクトロニクスが可能になる可能性がある。
この画期的な成果は、2026年にNature Nanotechnologyに掲載された論文で詳述されており、サブミクロン規模で材料を除去するための集束イオンビームによる精密彫刻を伴う。科学者らはトポロジカル磁性結晶Co₃Sn₂S₂（コバルト、錫、硫黄からなる）から微小ヘリックスを製造した。これらの微細構造は非可逆電気伝導を示し、一方向への電流が逆方向より容易に流れるダイオードとして機能する。実験により、このダイオード効果はヘリックスのキラルで曲がった壁に沿った電子散乱の不均一性に起因することが明らかになった。この挙動は材料の磁化やヘリックスのねじれ方向を変更することで切り替え可能である。また、強力な電気パルスが構造の磁化を反転させることも示され、形状、電気、磁気の双方向相互作用が強調された。この手法は、材料品質を低下させたり選択肢を制限したりする従来の製造法の限界を克服する。ほぼあらゆる結晶材料から3D設計を可能にし、AC/DC変換、信号処理、LEDなどのアプリケーション向けに小型で高性能なデバイスを約束する。論文の主任著者であるMax Birch氏は、「幾何学を材料の本質的性質と同等の対称性破壊の源として扱うことで、デバイスのレベルで電気的非可逆性を設計できる。私たちが開発した新規集束イオンビームナノ彫刻法は、3次元および曲面デバイス幾何学が新たな電子機能をどのように実現できるかを探る広範な研究の扉を開く。」と説明した。グループリーダーのYoshinori Tokura氏は、「より広範には、このアプローチによりトポロジカルまたは強相関電子状態をボリスティックまたはハイドロダイナミック輸送領域での設計された曲率と組み合わせたデバイス設計が可能になる。材料物理学とナノファブリケーションの収束は、メモリ、ロジック、センシング技術に潜在的な影響を及ぼす機能デバイスアーキテクチャを指し示す。」と付け加えた。この発見は、物理的形状が電子運動を直接操作できることを強調し、エレクトロニクスにおける幾何学駆動型イノベーションへの道を開く。
