WO2017029976A1 - 電子デバイス、トポロジカル絶縁体、トポロジカル絶縁体の製造方法およびメモリ装置 - Google Patents

電子デバイス、トポロジカル絶縁体、トポロジカル絶縁体の製造方法およびメモリ装置 Download PDF

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electronic device
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龍太郎 吉見
将孝 茂木
直人 永長
雅司 川▲崎▼
十倉　好紀
航 小椎八重
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国立研究開発法人理化学研究所
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Definitions

  • the present invention relates to a topological insulator, an electronic device using the topological insulator, a memory device using the topological insulator, and a method for manufacturing the topological insulator.
  • Quantum Hall effect (for example, see Non-Patent Document 1) is known as the principle of electrical conduction with no energy dissipation or very small electrical conductivity. However, for electrical conduction using the quantum Hall effect, a large external magnetic field of about several T (tesla) must be applied (see Non-Patent Document 1).
  • Non-patent Document 1 K. v. Klitzing, G. Dorda, and M. Pepper, "New Method for High-Accuracy Determination of the Fine-Structure Constant Based on Quantized Hall Resistance", Phys. Rev. Lett. 45, 494 ( 1980).
  • Non-Patent Document 2 R. Yoshimi, A. Tsukazaki, Y. Kozuka, J. Falson, JG Checkelsky, KS Takahashi, N. Nagaosa, M. Kawasaki and Y. Tokura., “Quantum Hall Effect on Top and Bottom Surface States of Topological Insulator (Bi 1-x Sb x ) 2 Te 3 Films ", Nature Communications, doi: 10.1038 / ncomms7627
  • a device that does not require a large external magnetic field is desired.
  • the first drive electrode, the second drive electrode spaced apart from the first drive electrode, and both the first drive electrode and the second drive electrode are in contact with each other;
  • the topological insulator having magnetism is a first region having a first holding force and a second region having a second holding force different from the first holding force. And a topological insulator.
  • a method of manufacturing a topological insulator the step of preparing a topological insulator having magnetism and a first coercive force, and irradiation of ions to a partial region of the topological insulator
  • a manufacturing method includes a step of forming a second region having a second holding force different from the first holding force.
  • a memory device comprising: the electronic device according to the first aspect; and a detection unit that detects the respective magnetization directions of the first region and the second region of the electronic device. To do.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a surface of a topological insulator 20.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of magnetization curves of a first region 21 and a second region 22.
  • FIG. It is a schematic diagram showing a change in the magnetization direction of the first region 21 and the second region 22 in the process of decreasing the external magnetic field.
  • 2 is a schematic diagram showing a surface of an electronic device 200 using a topological insulator 20.
  • the potential difference between the first detection electrode 211 and the second detection electrode 212 and the potential difference between the third detection electrode 213 and the fourth detection electrode 214 when the external magnetic field is increased and decreased are It is the figure expressed as resistance. It is a figure which shows the measurement result of the electrical resistance R at the time of changing the external magnetic field B applied to the electronic device 200. FIG. It is a figure which shows the measurement result of the electrical resistance R at the time of changing the external magnetic field B applied to the electronic device 200. FIG. It is a figure which shows the measurement result of the electrical resistance R at the time of changing the external magnetic field B applied to the electronic device 200. FIG. It is a figure which shows the change of the retention strength of the 2nd area
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating another example of the surface structure of the electronic device 200.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a method for manufacturing the topological insulator 20.
  • 3 is a block diagram illustrating an example of a memory device 300.
  • FIG. 1 is a schematic view of a cross section of a structure 100 having a topological insulator 20 having magnetism.
  • the topological insulator refers to an insulator that is formed of an insulating material including a strong spin-orbit interaction and behaves as an insulator inside, but whose surface is in a metallic state having electrical conductivity.
  • the surface of the topological insulator is in a “Dirac state” where electrical conduction with very little energy dissipation is possible.
  • the structure 100 includes a substrate 10, a topological insulator 20, an insulating film 12, and an electrode 14.
  • the substrate 10 is, for example, an InP substrate.
  • the substrate 10 is not limited to the InP substrate as long as the topological insulator 20 can be formed on the surface.
  • the topological insulator 20 has magnetism in addition to the characteristics of the topological insulator described above.
  • the topological insulator 20 generates a magnetic field in a direction perpendicular to the surface of the topological insulator 20 (which is also a direction perpendicular to the surface of the substrate 10 in this example).
  • the topological insulator 20 has a thin film shape and generates a magnetic field in a direction perpendicular to the surface of the thin film.
  • topological insulator 20 When the topological insulator 20 generates a magnetic field in the vertical direction, electrons moving on the surface of the topological insulator 20 receive a force in a direction toward the edge of the topological insulator 20. For this reason, electrons move along the edge of the topological insulator 20.
  • Electrons that move on the surface of the topological insulator 20 receive a force from the magnetic field according to the traveling direction. For this reason, the direction in which the electrons move is opposite at the opposing edges of the topological insulator 20. Since the direction in which electrons move at each edge is determined, the effect of scattering of electrons due to impurities or the like is suppressed. For this reason, the electric conduction at the surface of the topological insulator 20 has zero or very small energy dissipation.
  • the quantum Hall effect was confirmed by changing the voltage applied to the electrode 14 and measuring the electrical conduction on the surface of the topological insulator 20. In this way, by providing magnetism to the topological insulator 20 itself, it is possible to control electrical conduction with substantially no energy dissipation without applying an external magnetic field.
  • the insulating film 12 is formed on the surface of the topological insulator 20.
  • the insulating film 12 is an insulating film such as aluminum oxide.
  • the electrode 14 is formed on the surface of the insulating film 12.
  • the electrode 14 is an electrode in which, for example, titanium and gold are laminated. The number of electrons existing on the surface of the topological insulator 20 can be controlled by the voltage applied to the electrode 14.
  • the topological insulator 20 includes a first region 21 having a first holding force and a second region 22 having a second holding force different from the first holding force.
  • the coercive force corresponds to the magnitude of the external magnetic field necessary to reverse the direction of magnetization of the magnetic material.
  • the first region 21 and the second region 22 are exposed on the surface of the topological insulator 20.
  • the topological insulator 20 may be formed of a material having a first holding force, and the second region 22 may be formed in a partial region on the surface side of the topological insulator 20.
  • the second region 22 may be formed from the surface of the topological insulator 20 to a predetermined depth that does not reach the back surface, or may be formed from the surface of the topological insulator 20 to the back surface.
  • the direction of the magnetic field can be controlled for each region.
  • the direction of the magnetic field in each region can be controlled by applying an external magnetic field.
  • the topological insulator 20 can be used as a memory by controlling the direction of the magnetic field in each region in accordance with information to be stored. In this case, the topological insulator 20 can store binary data having the same number of bits as the number of regions.
  • the information stored in the topological insulator 20 can be read if the direction of the magnetic field in each region can be detected. As will be described later, the potential difference between the edges of each region of the topological insulator 20 changes according to the direction of the magnetic field in each region. For this reason, the information stored in the topological insulator 20 can be read by detecting the potential difference between the edges of the respective regions of the topological insulator 20.
  • the energy dissipation of electrical conduction at the edge of the topological insulator 20 is substantially zero. For this reason, the power consumption of the information processing which the topological insulator 20 memorize
  • the topological insulator 20 may have a composition obtained by adding an element that gives magnetism to the composition of the topological insulator.
  • the element which gives magnetism is Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, or Cu, for example.
  • the topological insulator 20 may be a material represented by the following formula 1, or a material having a superlattice structure composed of a material represented by the formula 1 and a material not including the element M. .
  • Formula 1 M z (Bi 2-x Sb x ) 1-z (Te 3-y Se y )
  • M is any one of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu, and 0 ⁇ x ⁇ 2, 0 ⁇ y ⁇ 3, and 0 ⁇ z ⁇ 1.
  • the topological insulator 20 may be a material represented by the following formula 2, or a material having a superlattice structure composed of a material represented by the formula 2 and a material not including the element M. Good.
  • Formula 2 TlM z M ′ 1-z X 2
  • M is any one of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu
  • M ′ is Bi or Sb
  • X is S or Se
  • the topological insulator 20 may be a material represented by the following formula 3 or a material having a superlattice structure composed of a material represented by the formula 3 and a material not including the element M. .
  • Formula 3 M z Pb 1-z (Bi 1-x Sb x ) 2 Te 4
  • M is any one of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu, and 0 ⁇ x ⁇ 1 and 0 ⁇ z ⁇ 1.
  • the topological insulator 20 may be a material represented by the following formula 4, or a material having a superlattice structure composed of a material represented by the formula 4 and a material not including the element M. .
  • Formula 4 (M z (Ge x Pb 1-x) 1-z Te) n (M y (Bi a Sb 1-a) 2-y Te 3) m
  • M is any one of Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, and Cu, and 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ a ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 2, 0 ⁇ z ⁇ 1 , N and m are arbitrary integers.
  • the second region 22 can be formed by irradiating a predetermined region of a part of the surface of the topological insulator having the first holding force.
  • damage can be applied to the region of the topological insulator to change the holding force.
  • the ions include argon ions, but are not limited to argon ions.
  • ions of Group 18 elements other than argon may be used.
  • elements other than these elements can be used as long as the holding power of the topological insulator can be changed.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the surface of the topological insulator 20. As described above, both the first region 21 and the second region 22 having different holding forces are exposed on the surface of the topological insulator 20. Further, the first region 21 and the second region 22 may be adjacent to each other on the surface of the topological insulator 20.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the magnetization curves of the first region 21 and the second region 22.
  • the direction from the substrate 10 to the topological insulator 20 is the positive direction of magnetization and magnetic field
  • the direction from the topological insulator 20 to the substrate 10 is the negative direction of magnetization and magnetic field.
  • the magnitude of the external magnetic field whose magnetization direction is reversed in the process of increasing or decreasing the external magnetic field is different.
  • the magnetization direction changes in the same direction as the external magnetic field at the magnetic field B1.
  • the magnetization direction of the second region 22 changes in the same direction as the external magnetic field at the magnetic field B2 that is larger than the magnetic field B1.
  • the direction of magnetization changes to the same direction as the external magnetic field at the magnetic field ⁇ B1.
  • the magnetization direction of the second region 22 changes in the same direction as the external magnetic field at the magnetic field ⁇ B2 having an absolute value larger than the magnetic field ⁇ B1.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing changes in the magnetization directions of the first region 21 and the second region 22 in the process of decreasing the external magnetic field.
  • the magnetization in the positive direction is indicated by a circle having a point at the center
  • the magnetization in the negative direction is indicated by a circle having a straight line intersecting inside.
  • the initial state is a state in which both the first region 21 and the second region 22 are magnetized in the positive direction.
  • the magnetization directions of the first region 21 and the second region 22 do not change when the external magnetic field B is in the range of ⁇ B1 ⁇ B. Further, the external magnetic field is decreased, and when the external magnetic field B is in the range of ⁇ B2 ⁇ B ⁇ ⁇ B1, the magnetization direction of the first region 21 having a relatively weak coercive force is reversed. Further, the external magnetic field is decreased, and when the external magnetic field B is in the range of B ⁇ ⁇ B2, the magnetization direction of the second region 22 is also reversed. Even if the application of the external magnetic field is stopped, the magnetization directions of the first region 21 and the second region 22 are preserved.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing changes in the magnetization directions of the first region 21 and the second region 22 in the process of increasing the external magnetic field.
  • the state in which both the first region 21 and the second region 22 are magnetized in the negative direction is the initial state.
  • the magnetization directions of the first region 21 and the second region 22 do not change when the external magnetic field B is in the range of B ⁇ B1.
  • the magnetization direction of the first region 21 having a relatively weak coercive force is reversed.
  • the magnetization directions of two regions having different coercive forces can be controlled independently for each region. For this reason, information can be stored in the topological insulator 20 by adjusting the external magnetic field.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the surface of the electronic device 200 using the topological insulator 20.
  • the electronic device 200 includes a topological insulator 20, a first drive electrode 201, a second drive electrode 202, a first detection electrode 211, a second detection electrode 212, a third detection electrode 213, and a fourth detection electrode. 214.
  • the first drive electrode 201, the second drive electrode 202, the first detection electrode 211, the second detection electrode 212, the third detection electrode 213, and the fourth detection electrode 214 are on the surface of the substrate 10. Is provided.
  • the second drive electrode 202 is separated from the first drive electrode 201 on the surface of the substrate 10.
  • the topological insulator 20 is in contact with both the first drive electrode 201 and the second drive electrode 202.
  • the topological insulator 20 of this example is sandwiched between the first drive electrode 201 and the second drive electrode 202.
  • the topological insulator 20 has a first edge 25 and a second edge 26 located between the first drive electrode 201 and the second drive electrode 202, respectively.
  • the topological insulator 20 has a thin film shape, and the first edge 25 and the second edge 26 are edges facing each other on a predetermined surface of the thin film shape.
  • the first edge 25 and the second edge 26 have the same length and extend parallel to each other.
  • the planar shape of the topological insulator 20 may be a rectangle.
  • the first region 21 and the second region 22 having different holding forces are arranged in order in the direction from the first drive electrode 201 to the second drive electrode 202.
  • the first drive electrode 201, the first region 21, the second region 22, and the second drive electrode 202 are arranged in this order.
  • the boundary 28 between the first region 21 and the second region 22 extends from the first edge 25 to the second edge 26.
  • the first edge 25 and the second edge 26 extend parallel to each other, and the boundary 28 extends in a direction perpendicular to the first edge 25 and the second edge 26.
  • the areas of the first region 21 and the second region 22 may be substantially the same or different.
  • the first detection electrode 211 is electrically connected to the first region 21 at the first edge 25.
  • the second detection electrode 212 is electrically connected to the second region 22 at the first edge 25. That is, the first detection electrode 211 and the second detection electrode 212 sandwich the boundary 28 at the first edge 25.
  • the third detection electrode 213 is electrically connected to the first region 21 at the second edge 26.
  • the fourth detection electrode 214 is electrically connected to the second region 22 at the second edge 26. That is, the third detection electrode 213 and the fourth detection electrode 214 sandwich the boundary 28 at the second edge 26.
  • the first region 21 and the second region are detected by detecting a potential difference between at least one pair of the detection electrodes in a state where a current flows between the first drive electrode 201 and the second drive electrode 202.
  • Information on the magnetization direction of 22 can be acquired. As described above, even if a current is passed between the first drive electrode 201 and the second drive electrode 202, the energy dissipation of electrical conduction at the surface of the topological insulator 20 is substantially zero, so the first region The current consumption of the electronic device 200 when acquiring information on the magnetization directions of the 21 and the second regions 22 can be made substantially zero.
  • FIG. 7A is a diagram for explaining a potential difference between the detection electrodes when the magnetization directions of the first region 21 and the second region 22 are both negative.
  • each detection electrode is schematically shown by a straight line.
  • a current from the first drive electrode 201 toward the second drive electrode 202 flows through the first edge 25.
  • the voltage of the entire first edge 25 becomes the same voltage VL as that of the first drive electrode 201.
  • a current from the second drive electrode 202 toward the first drive electrode 201 flows through the second edge 26. Since there is no energy dissipation in the electrical conduction at the second edge 26, there is no voltage drop at the second edge 26. In this case, the voltage across the second edge 26 is the same voltage V R and the second drive electrode 202.
  • FIG. 7B is a diagram for explaining a potential difference between the detection electrodes when the magnetization direction of the first region 21 is a positive direction and the magnetization direction of the second region 22 is a negative direction.
  • the current passes in the order of the first drive electrode 201, the second edge 26, the boundary 28, the first edge 25, and the first drive electrode 201.
  • the current passes in the order of the second drive electrode 202, the second edge 26, the boundary 28, the first edge 25, and the second drive electrode 202.
  • the voltage of the portion corresponding to the first region 21 in the second edge 26 becomes the same voltage VL as that of the first drive electrode 201. Further, among the second edge 26, the voltage of the portion corresponding to the second region 22 becomes the same voltage V R and the second drive electrode 202.
  • the voltage at the boundary 28 is an average voltage (V L + V R ) / 2 of the voltage V L of the first drive electrode 201 and the voltage V R of the second drive electrode 202.
  • the voltage of the entire first edge 25 is also (V L + V R ) / 2 like the boundary 28.
  • FIG. 7C is a diagram illustrating a potential difference between the detection electrodes when the magnetization directions of the first region 21 and the second region 22 are both positive.
  • a current from the second drive electrode 202 toward the first drive electrode 201 flows through the first edge 25.
  • the first edge 25 across the voltage is the same voltage V R and the second drive electrode 202.
  • a current from the first drive electrode 201 toward the second drive electrode 202 flows through the second edge 26.
  • the voltage across the second edge 26 is the same voltage VL as that of the first drive electrode 201.
  • FIG. 8 shows the potential difference between the first detection electrode 211 and the second detection electrode 212 and the third detection electrode 213 and the fourth detection electrode 214 when the external magnetic field is increased and decreased. It is a figure expressing potential difference as electric resistance.
  • the potential difference between the first detection electrode 211 and the second detection electrode 212 shown in resistors R T indicates the potential difference between the third detection electrode 213 and the fourth detection electrode 214 by the resistance R B. Multiplying the current flowing through the electric resistance corresponds to the potential difference between the detection electrodes. Note that the electric resistance does not represent actual electric resistance but merely represents a potential difference. In the first edge 25 and the second edge 26, no energy dissipation occurs, so the actual power consumption is zero.
  • R T resistor or resistor R B when the magnetization direction of the first region 21 and second region 22 are different, R T resistor or resistor R B is non-zero. That is, as described in FIGS. 4 and 5, the external magnetic field B is in the range of B1 ⁇ B ⁇ B2, the resistance R B has a value of non-zero in the case where increasing the external magnetic field. When the external magnetic field is decreased, the resistance RT is a non-zero value when the external magnetic field B is in the range of ⁇ B2 ⁇ B ⁇ ⁇ B1.
  • the substrate 10 is an InP substrate
  • the composition of the topological insulator 20 is Cr 0.2 (Bi 0.22 Sb 0.78 ) 1.8 Te 3 .
  • the thickness of the topological insulator 20 was 8 nm.
  • a topological insulator 20 was formed on the substrate 10 and placed in a vacuum chamber. The degree of vacuum in the vacuum chamber is 3 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa or less.
  • a part of the surface of the topological insulator 20 in the vacuum chamber was irradiated with argon ions.
  • the acceleration voltage of argon ions was 800 V
  • the amount of current supplied to the ion gun generating argon ions was 30 mA
  • the irradiation angle of argon ions with respect to the surface of the topological insulator 20 was 45 degrees
  • the irradiation time of argon ions was 1 second.
  • FIG. 9A shows the resistance R 1-3 according to the potential difference between the first detection electrode 211 and the third detection electrode 213 and the potential difference between the second detection electrode 212 and the fourth detection electrode 214.
  • a resistor R 2-4 is shown.
  • the waveform of the resistor R 1-3 corresponds to the magnetization curve of the first region 21.
  • the waveform of the resistor R 2-4 corresponds to the magnetization curve of the second region 22.
  • FIG. 9A it can be seen that the holding force changes between the first region 21 and the second region 22 by irradiating with argon ions.
  • FIG. 9B shows the resistance R 2-3 according to the potential difference between the second detection electrode 212 and the third detection electrode 213 and the potential difference between the fourth detection electrode 214 and the first detection electrode 211.
  • a resistor R4-1 is shown.
  • FIG. 9B also shows that the holding force changes between the first region 21 and the second region 22 by irradiation with argon ions.
  • FIG. 9C shows the resistance R 2-1 according to the potential difference between the second detection electrode 212 and the first detection electrode 211, and the potential difference between the fourth detection electrode 214 and the third detection electrode 213.
  • a resistor R 4-3 is shown. Resistor R 4-3 corresponds to the resistance R B of FIG. 8, the resistor R 2-1 corresponds to R T resistor shown in FIG. FIG. 9C also shows that the holding force changes between the first region 21 and the second region 22 by irradiating with argon ions. Further, as shown in FIGS. 9A to 9C, it can be seen that the magnetization directions of the first region 21 and the second region 22 can be detected based on each resistance.
  • 9A, FIG. 9B, and FIG. 9C are diagrams obtained by subtracting surplus resistance that is not related to quantum electrical conduction. The surplus resistance includes, for example, contact resistance between each electrode and the topological insulator 20.
  • FIG. 10A, FIG. 10B, and FIG. 10C are diagrams showing changes in the holding force of the second region 22 when the acceleration voltage of argon ions is changed.
  • the argon ion irradiation time was 5 seconds.
  • Other conditions are the same as in the example of FIGS. 9A to 9C. 10A, 10B, and 10C, the magnetization curve of the first region 21 is indicated by a resistor R1-3 , and the magnetization curve of the second region 22 is indicated by a resistor R2-4 .
  • FIG. 10A shows the case where the acceleration voltage of argon ions is 300V. In this case, the holding force of the second region 22 is almost the same as the holding force of the first region 21.
  • FIG. 10B shows the case where the acceleration voltage of argon ions is 400V. It can be seen that the holding force of the second region 22 is larger than the holding force of the first region 21.
  • FIG. 10C shows the case where the acceleration voltage of argon ions is 500V. It can be seen that the holding force of the second region 22 is further increased.
  • the holding force of the second region 22 can be controlled by the acceleration voltage of argon ions. If the difference in coercive force between the first region 21 and the second region 22 is small, it becomes difficult to independently control the magnetization directions of the first region 21 and the second region 22 by an external magnetic field. However, it can be seen that the difference in holding force can be sufficiently increased by adjusting the acceleration voltage of argon ions.
  • FIG. 11A, FIG. 11B, and FIG. 11C are diagrams showing changes in the holding force of the second region 22 when the argon ion irradiation time is changed.
  • the acceleration voltage of argon ions was 300V.
  • Other conditions are the same as in the example of FIGS. 9A to 9C.
  • FIG. 11A shows a case where the irradiation time of argon ions is 5 seconds. That is, the conditions are the same as in FIG. 10A. In this case, the holding force of the second region 22 is almost the same as the holding force of the first region 21.
  • FIG. 11B shows a case where the irradiation time of argon ions is 7 seconds. Even if the irradiation time is increased, the holding force of the second region 22 hardly changes.
  • FIG. 11C shows a case where the irradiation time of argon ions is 9 seconds. It can be seen that the holding force of the second region 22 hardly changes even when the irradiation time is further increased.
  • the holding force of the second region 22 hardly changes depending on the argon ion irradiation time.
  • the irradiation time of argon ions may be short as long as the holding force of the second region 22 can be changed.
  • Argon ion irradiation time may be 5 seconds or less, and may be 1 second or less.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing another example of the surface structure of the electronic device 200.
  • the topological insulator 20 of this example has a first region 21, a second region 22, a third region 23, and a fourth region 24.
  • the number of regions may be 3, or 5 or more.
  • the plurality of regions are arranged in order between the first drive electrode 201 and the second drive electrode 202.
  • the first edge 25 and the second edge in each region have detection electrodes (in this example, the first detection electrode 211, the second detection electrode 212, the third detection electrode 213, and the fourth detection electrode).
  • the fifth detection electrode 215, the sixth detection electrode 216, the seventh detection electrode 217, and the eighth detection electrode 218) are connected.
  • the plurality of regions may be arranged in the order of the strength of the holding force between the first drive electrode 201 and the second drive electrode 202.
  • the position of the boundary 28 of the region where the magnetization direction is reversed can be controlled by the external magnetic field.
  • information can be stored in the electronic device 200 depending on the position of the boundary 28.
  • the region having the first holding force and the region having the second holding force may be alternately arranged.
  • the third region 23 has the same holding force as that of the first region 21, and the fourth region 24 has the same holding force as that of the second region 22. That is, a plurality of sets of regions shown in FIG. 6 are arranged repeatedly.
  • the electronic device 200 may average the voltages of the detection electrodes connected to the same edge in the region having the same holding force. For example, the voltages of the first detection electrode 211 and the fifth detection electrode 215 may be averaged. With such a configuration, it is possible to reduce the influence of variations such as contact resistance between the detection electrode and the topological insulator 20.
  • FIG. 13 is a flowchart showing an example of a method for manufacturing the topological insulator 20.
  • a topological insulator having magnetism and a first holding force is prepared (S400).
  • a thin-film topological insulator may be formed on the top surface of an InP substrate or the like.
  • ions such as argon are irradiated onto a partial region of the surface of the prepared topological insulator (S402).
  • argon ions are accelerated at an acceleration voltage of, for example, 400 V or more, and the surface of the topological insulator is irradiated. Due to the ion irradiation, a part of the topological insulator is damaged and the holding force is changed. Thereby, the topological insulator 20 having a plurality of regions having magnetism and different holding forces can be manufactured.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating an example of the memory device 300.
  • the memory device 300 is a device that stores information, and includes an electronic device 200 and a detection unit 302.
  • the electronic device 200 is any one of the electronic devices 200 described with reference to FIGS.
  • the detection unit 302 detects the respective magnetization directions of the first region 21 and the second region 22 in the topological insulator 20 included in the electronic device 200. For example, as described with reference to FIGS. 7A to 7C, the detection unit 302 may detect the magnetization direction based on the potential difference between a plurality of sets of detection electrodes. The magnetization direction of each region corresponds to 1-bit information.
  • the potential difference between the first detection electrode 211 and the second detection electrode 212 is zero
  • the potential difference between the third detection electrode 213 and the fourth detection electrode 214 is zero
  • the direction both the negative direction of the magnetization of the first region 21 and second region 22 determination To do may use a sign of a potential difference between the first detection electrode 211 and the third detection electrode 213. In this case, the detection unit 302 detects, for example, 2-bit information “00”.
  • the potential difference between the first detection electrode 211 and the second detection electrode 212 is zero
  • the potential difference between the third detection electrode 213 and the fourth detection electrode 214 is zero
  • the potential difference between the first detection electrode 211 and the third detection electrode 213 is V R ⁇ V L
  • the magnetization directions of the first region 21 and the second region 22 are both determined to be negative.
  • the detection unit 302 may use a sign of a potential difference between the first detection electrode 211 and the third detection electrode 213. In this case, the detection unit 302 detects, for example, 2-bit information “11”.
  • Detection unit 302 when the potential difference between the third detection electrode 213 and the fourth detection electrode 214 is V L -V R, the direction of magnetization of the first region 21 is the forward direction, the second region 22 The magnetization direction may be determined as the negative direction. In this case, the detection unit 302 detects, for example, 2-bit information “10”.
  • Detection unit 302 when the potential difference between the first detection electrode 211 and the second detecting electrode 212 is V L -V R, the direction of magnetization of the first region 21 is negative, the second region 22 The magnetization direction may be determined as the positive direction. In this case, the detection unit 302 detects, for example, 2-bit information “01”.
  • the power consumption of the memory device 300 when the detection unit 302 reads information can be extremely reduced. Even when the storage capacity of the memory device 300 is increased, the rate of increase in power consumption with respect to the rate of increase in storage capacity is very small.
  • the memory device 300 may further include a writing unit that writes information to the electronic device 200.
  • the intensity of the external magnetic field to be applied to the topological insulator 20 is set in advance when information is written in each region.
  • the strength of the external magnetic field can be set from the magnetization curve of each region of the topological insulator 20.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Substrate, 12 ... Insulating film, 14 ... Electrode, 20 ... Topological insulator, 21 ... First region, 22 ... Second region, 23 ... First 3 region, 24 ... 4th region, 25 ... 1st edge, 26 ... 2nd edge, 28 ... boundary, 100 ... structure, 200 ... electronic device , 201 ... 1st drive electrode, 202 ... 2nd drive electrode, 211 ... 1st detection electrode, 212 ... 2nd detection electrode, 213 ... 3rd detection electrode 214, fourth detection electrode, 215, fifth detection electrode, 216, sixth detection electrode, 217, seventh detection electrode, 218, eighth detection electrode. , 300 ... Memory device, 302 ... Detection unit

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Abstract

第１の駆動電極と、第１の駆動電極と離間している第２の駆動電極と、第１の駆動電極および第２の駆動電極の双方に接し、磁性を有するトポロジカル絶縁体とを備え、トポロジカル絶縁体は、第１の保持力を有する第１の領域と、第１の保持力とは異なる第２の保持力を有する第２の領域とを有する電子デバイスを提供する。また、トポロジカル絶縁体の製造方法であって、磁性および第１の保持力を有するトポロジカル絶縁体を準備する段階と、トポロジカル絶縁体の一部の領域にイオンを照射することで、第１の保持力とは異なる第２の保持力を有する第２の領域を形成する段階とを備える製造方法を提供する。

Description

電子デバイス、トポロジカル絶縁体、トポロジカル絶縁体の製造方法およびメモリ装置
　本発明は、トポロジカル絶縁体、トポロジカル絶縁体を用いた電子デバイス、トポロジカル絶縁体を用いたメモリ装置およびトポロジカル絶縁体の製造方法に関する。
　一般に、電子デバイスは電気抵抗によるエネルギー散逸を有する。このエネルギー散逸が電子デバイスの電力消費の源になっている。このため、エネルギー散逸がない、または、非常に小さい電気伝導を実現すれば、消費電力が極めて小さい電子デバイスを提供できる。
　エネルギー散逸がない、または、非常に小さい電気伝導の原理として量子ホール効果（例えば、非特許文献１参照）が知られている。しかし、量子ホール効果を用いた電気伝導は、数Ｔ（テスラ）程度の大きい外部磁場を印加しなければならない（非特許文献１参照）。
　関連する先行技術文献として、下記の文献がある。
　［先行技術文献］
　［非特許文献］
　非特許文献１　K. v. Klitzing, G. Dorda, and M. Pepper, "New Method for High-Accuracy Determination of the Fine-Structure Constant Based on Quantized Hall Resistance", Phys. Rev. Lett. 45, 494 (1980).
　非特許文献２　R. Yoshimi, A. Tsukazaki, Y. Kozuka, J. Falson, J. G. Checkelsky, K. S. Takahashi, N. Nagaosa, M. Kawasaki and Y. Tokura., "Quantum Hall Effect on Top and Bottom Surface States of Topological Insulator (Bi1-xSbx)2Te3 Films", Nature Communications, doi: 10.1038/ncomms7627
　大きい外部磁場が不要なデバイスが望まれている。
　本発明の第１の態様においては、第１の駆動電極と、第１の駆動電極と離間している第２の駆動電極と、第１の駆動電極および第２の駆動電極の双方に接し、磁性を有するトポロジカル絶縁体とを備え、トポロジカル絶縁体は、第１の保持力を有する第１の領域と、第１の保持力とは異なる第２の保持力を有する第２の領域とを有する電子デバイスを提供する。
　本発明の第２の態様においては、磁性を有するトポロジカル絶縁体であって、第１の保持力を有する第１の領域と、第１の保持力とは異なる第２の保持力を有する第２の領域とを備えるトポロジカル絶縁体を提供する。
　本発明の第３の態様においては、トポロジカル絶縁体の製造方法であって、磁性および第１の保持力を有するトポロジカル絶縁体を準備する段階と、トポロジカル絶縁体の一部の領域にイオンを照射することで、第１の保持力とは異なる第２の保持力を有する第２の領域を形成する段階とを備える製造方法を提供する。
　本発明の第４の態様においては、第１の態様に係る電子デバイスと、電子デバイスの第１の領域および第２の領域のそれぞれの磁化の方向を検出する検出部とを備えるメモリ装置を提供する。
　なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
磁性を有するトポロジカル絶縁体２０を有する構造体１００の断面の模式図である。 トポロジカル絶縁体２０の表面を示す模式図である。 第１の領域２１および第２の領域２２の磁化曲線の模式図である。 外部磁場を減少させる過程における、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化の方向の変化を示す模式図である。 外部磁場を増加させる過程における、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化の方向の変化を示す模式図である。 トポロジカル絶縁体２０を用いた電子デバイス２００の表面を示す模式図である。 第１の領域２１および第２の領域２２の磁化方向がともに負方向の場合における、各検出電極間の電位差を説明する図である。 第１の領域２１の磁化方向が正方向、第２の領域２２の磁化方向が負方向の場合における、各検出電極間の電位差を説明する図である。 第１の領域２１および第２の領域２２の磁化方向がともに正方向の場合における、各検出電極間の電位差を説明する図である。 外部磁場を増加および減少させた場合の、第１の検出電極２１１および第２の検出電極２１２の間の電位差と、第３の検出電極２１３および第４の検出電極２１４の間の電位差を、電気抵抗として表現した図である。 電子デバイス２００に印加する外部磁場Ｂを変化させた場合の電気抵抗Ｒの測定結果を示す図である。 電子デバイス２００に印加する外部磁場Ｂを変化させた場合の電気抵抗Ｒの測定結果を示す図である。 電子デバイス２００に印加する外部磁場Ｂを変化させた場合の電気抵抗Ｒの測定結果を示す図である。 アルゴンイオンの加速電圧を変化させた場合の、第２の領域２２の保持力の変化を示す図である。 アルゴンイオンの加速電圧を変化させた場合の、第２の領域２２の保持力の変化を示す図である。 アルゴンイオンの加速電圧を変化させた場合の、第２の領域２２の保持力の変化を示す図である。 アルゴンイオンの照射時間を変化させた場合の、第２の領域２２の保持力の変化を示す図である。 アルゴンイオンの照射時間を変化させた場合の、第２の領域２２の保持力の変化を示す図である。 アルゴンイオンの照射時間を変化させた場合の、第２の領域２２の保持力の変化を示す図である。 電子デバイス２００の表面構造の他の例を示す模式図である。 トポロジカル絶縁体２０の製造方法の一例を示すフローチャートである。 メモリ装置３００の一例を示すブロック図である。
　以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
　図１は、磁性を有するトポロジカル絶縁体２０を有する構造体１００の断面の模式図である。トポロジカル絶縁体とは、強いスピン軌道相互作用を含む絶縁材料で形成されており内部は絶縁体としてふるまうが、表面は電気伝導性を有する金属状態となる絶縁体を指す。トポロジカル絶縁体の表面は、エネルギー散逸が非常に小さい電気伝導が可能な「ディラック状態」になる。
　構造体１００は、基板１０、トポロジカル絶縁体２０、絶縁膜１２および電極１４を有する。基板１０は、例えばＩｎＰ基板である。ただし基板１０は、トポロジカル絶縁体２０を表面に形成できればよく、ＩｎＰ基板に限定されない。
　トポロジカル絶縁体２０は、上述したトポロジカル絶縁体の特性に加えて、磁性を有する。トポロジカル絶縁体２０は、トポロジカル絶縁体２０の表面と垂直な方向（本例では、基板１０の表面と垂直な方向でもある）に磁場を生成する。本例においてトポロジカル絶縁体２０は薄膜形状であり、薄膜の面と垂直な方向に磁場を生成する。
　トポロジカル絶縁体２０が垂直方向に磁場を生成することで、トポロジカル絶縁体２０の表面を運動する電子は、トポロジカル絶縁体２０のエッジに向かう方向に力を受ける。このため、トポロジカル絶縁体２０のエッジに沿って電子が運動する。
　トポロジカル絶縁体２０の表面を運動する電子は、その進行方向に応じて磁場から力を受ける。このため、トポロジカル絶縁体２０の対向するエッジにおいて、電子が運動する方向は逆向きとなる。それぞれのエッジにおいて電子が運動する方向が決まっているので、不純物などによる電子の散乱の効果が抑制される。このため、トポロジカル絶縁体２０の表面における電気伝導は、エネルギー散逸がゼロか、または、非常に小さくなる。
　このように、トポロジカル絶縁体２０の材料の特性を利用することで、比較的に高温で、エネルギー散逸がゼロかまたは非常に小さい電気伝導を実現できる。本例のトポロジカル絶縁体２０においては、電極１４に印加する電圧を変化させて、トポロジカル絶縁体２０の表面における電気伝導を測定することで、量子ホール効果を確認できた。このように、トポロジカル絶縁体２０自体に磁性を持たせることで、外部磁場を印加せずとも、エネルギー散逸が実質的にない電気伝導を制御できる。
　絶縁膜１２は、トポロジカル絶縁体２０の表面に形成される。絶縁膜１２は、例えば酸化アルミ等の絶縁膜である。電極１４は、絶縁膜１２の表面に形成される。電極１４は、例えばチタンおよび金を積層した電極である。電極１４に印加する電圧により、トポロジカル絶縁体２０の表面に存在する電子の数を制御することができる。
　また、トポロジカル絶縁体２０は、第１の保持力を有する第１の領域２１と、第１の保持力とは異なる第２の保持力を有する第２の領域２２とを備える。保持力は、磁性体の磁化の方向を逆転させるのに必要な外部磁場の大きさに対応する。
　第１の領域２１および第２の領域２２は、トポロジカル絶縁体２０の表面に露出する。トポロジカル絶縁体２０は第１の保持力を有する材料で形成され、トポロジカル絶縁体２０の表面側の一部の領域に第２の領域２２が形成されてよい。第２の領域２２は、トポロジカル絶縁体２０の表面から、裏面まで到達しない所定の深さまで形成されてよく、トポロジカル絶縁体２０の表面から裏面まで形成されてもよい。
　トポロジカル絶縁体２０が、保持力の異なる２つの領域を有することで、領域毎に磁場の方向を制御することができる。例えば外部磁場を印加することで、それぞれの領域の磁場の方向を制御することができる。例えば、記憶すべき情報に応じてそれぞれの領域の磁場の方向を制御することで、トポロジカル絶縁体２０をメモリとして用いることができる。この場合、トポロジカル絶縁体２０は、領域数と同一のビット数の２値データを記憶することができる。
　トポロジカル絶縁体２０をメモリとして用いる場合、各領域の磁場の方向を検出できれば、トポロジカル絶縁体２０が記憶した情報を読み出すことができる。後述するように、各領域の磁場の方向に応じて、トポロジカル絶縁体２０の各領域のエッジ間の電位差が変化する。このため、トポロジカル絶縁体２０の各領域のエッジ間の電位差を検出することで、トポロジカル絶縁体２０が記憶した情報を読み出すことができる。
　上述したようにトポロジカル絶縁体２０のエッジにおける電気伝導のエネルギー散逸は実質的にゼロである。このため、トポロジカル絶縁体２０が記憶した情報処理の消費電力を極めて小さくすることができる。また、トポロジカル絶縁体２０自体が磁場を生成するので、外部磁場を印加しないとき、不揮発の情報が保持される。このように、保持力の異なる複数の領域を有するトポロジカル絶縁体２０を用いることで、メモリ等の電子デバイスの消費電力を極めて小さくすることができる。
　トポロジカル絶縁体２０は、トポロジカル絶縁体の組成に、磁性を持たせる元素を追加した組成を有してよい。磁性を持たせる元素は、例えばＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれかである。
　一例としてトポロジカル絶縁体２０は、下記の式１で表される材料であるか、または、式１で表される材料と元素Ｍを含まない材料とからなる超格子構造を有する材料であってよい。
　式１：Ｍｚ（Ｂｉ２－ｘＳｂｘ）１－ｚ（Ｔｅ３－ｙＳｅｙ）
　ただし、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれかであり、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜３、０＜ｚ＜１である。
　また、トポロジカル絶縁体２０は、下記の式２で表される材料であるか、または、式２で表される材料と元素Ｍを含まない材料とからなる超格子構造を有する材料であってもよい。
　式２：ＴｌＭｚＭ'１－ｚＸ２
　ただし、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれかであり、Ｍ'はＢｉまたはＳｂであり、ＸはＳまたはＳｅであり、０＜ｚ＜１である。
　また、トポロジカル絶縁体２０は、下記の式３で表される材料であるか、または、式３で表される材料と元素Ｍを含まない材料とからなる超格子構造を有する材料であってよい。
　式３：ＭｚＰｂ１－ｚ（Ｂｉ１－ｘＳｂｘ）２Ｔｅ４
　ただし、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれかであり、０＜ｘ＜１、０＜ｚ＜１である。
　また、トポロジカル絶縁体２０は、下記の式４で表される材料であるか、または、式４で表される材料と元素Ｍを含まない材料とからなる超格子構造を有する材料であってよい。
　式４：（Ｍｚ(ＧｅｘＰｂ１－ｘ)１－ｚＴｅ）ｎ（Ｍｙ(ＢｉａＳｂ１－ａ)２－ｙＴｅ３）ｍ
　ただし、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれかであり、０＜ｘ＜１、０＜ａ＜１、０＜ｙ＜２、０＜ｚ＜１であり、ｎおよびｍは任意の整数である。
　また、第２の領域２２は、第１の保持力を有するトポロジカル絶縁体の表面の一部の領域に、所定のイオンを照射することで形成できる。トポロジカル絶縁体の表面にイオンを照射することで、トポロジカル絶縁体の当該領域にダメージを印加して保持力を変化させることができる。イオンは、例えばアルゴンイオン等があげられるが、アルゴンイオンに限定されない。例えばアルゴン以外の第１８族元素のイオンを用いてよい。また、これらの元素以外であっても、トポロジカル絶縁体の保持力を変化させることができれば、用いることができる。
　図２は、トポロジカル絶縁体２０の表面を示す模式図である。上述したようにトポロジカル絶縁体２０の表面には、保持力の異なる第１の領域２１および第２の領域２２の両方が露出する。また、トポロジカル絶縁体２０の表面において、第１の領域２１および第２の領域２２は隣接していてよい。
　図３は、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化曲線の模式図である。図３においては、基板１０からトポロジカル絶縁体２０に向かう方向を磁化および磁場の正方向として、トポロジカル絶縁体２０から基板１０に向かう方向を磁化および磁場の負方向としている。
　上述したように第１の領域２１および第２の領域２２は保持力が異なるので、外部磁場を増加または減少させていく過程において、磁化の方向が逆転する外部磁場の大きさが異なる。本例の第１の領域２１は、外部磁場を増加させる過程において、磁場Ｂ１で磁化の方向が外部磁場と同一の方向に変化する。第２の領域２２は、外部磁場を増加させる過程において、磁場Ｂ１より大きい磁場Ｂ２で磁化の方向が外部磁場と同一の方向に変化する。
　また、第１の領域２１は、外部磁場を減少させる過程において、磁場－Ｂ１で磁化の方向が外部磁場と同一の方向に変化する。第２の領域２２は、外部磁場を減少させる過程において、磁場－Ｂ１より絶対値の大きい磁場－Ｂ２で磁化の方向が外部磁場と同一の方向に変化する。
　図４は、外部磁場を減少させる過程における、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化の方向の変化を示す模式図である。図４においては、正方向の磁化を、中心に点を有する円で示し、負方向の磁化を、内部に交差する直線を有する円で示している。また、図４の例では、第１の領域２１および第２の領域２２の両方とも、正方向に磁化されている状態を初期状態としている。
　初期状態から、外部磁場を減少させていくと、外部磁場Ｂが－Ｂ１＜Ｂの範囲では、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化の方向は変化しない。更に外部磁場を減少させていき、外部磁場Ｂが－Ｂ２＜Ｂ≦－Ｂ１の範囲では、保持力が比較的に弱い第１の領域２１の磁化の方向が反転する。更に外部磁場を減少させていき、外部磁場ＢがＢ≦－Ｂ２の範囲では、第２の領域２２の磁化の方向も反転する。なお、外部磁場の印加を停止させても、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化の方向は保存される。
　図５は、外部磁場を増加させる過程における、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化の方向の変化を示す模式図である。図５の例では、第１の領域２１および第２の領域２２の両方とも、負方向に磁化されている状態を初期状態としている。
　初期状態から、外部磁場を増加させていくと、外部磁場ＢがＢ＜Ｂ１の範囲では、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化の方向は変化しない。更に外部磁場を増加させていき、外部磁場ＢがＢ１≦Ｂ＜Ｂ２の範囲では、保持力が比較的に弱い第１の領域２１の磁化の方向が反転する。更に外部磁場を増加させていき、外部磁場ＢがＢ２≦Ｂの範囲では、第２の領域２２の磁化の方向も反転する。なお、外部磁場の印加を停止（つまり、Ｂ＝０）させても、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化の方向は保存される。
　図４および図５に示すように、外部磁場を調整することで、保持力の異なる２つの領域の磁化の方向を、領域毎に独立して制御することができる。このため、外部磁場を調整することで、トポロジカル絶縁体２０に情報を記憶させることができる。
　図６は、トポロジカル絶縁体２０を用いた電子デバイス２００の表面を示す模式図である。電子デバイス２００は、トポロジカル絶縁体２０、第１の駆動電極２０１、第２の駆動電極２０２、第１の検出電極２１１、第２の検出電極２１２、第３の検出電極２１３および第４の検出電極２１４を備える。
　本例において第１の駆動電極２０１、第２の駆動電極２０２、第１の検出電極２１１、第２の検出電極２１２、第３の検出電極２１３および第４の検出電極２１４は、基板１０の表面に設けられる。第２の駆動電極２０２は、基板１０の表面において第１の駆動電極２０１と離間している。
　トポロジカル絶縁体２０は、第１の駆動電極２０１および第２の駆動電極２０２の双方に接している。本例のトポロジカル絶縁体２０は、第１の駆動電極２０１および第２の駆動電極２０２に挟まれている。
　トポロジカル絶縁体２０は、第１の駆動電極２０１および第２の駆動電極２０２の間にそれぞれ位置する第１のエッジ２５および第２のエッジ２６を有する。本例ではトポロジカル絶縁体２０は薄膜形状を有しており、第１のエッジ２５および第２のエッジ２６は、薄膜形状の予め定められた表面において対向するエッジである。一例として第１のエッジ２５および第２のエッジ２６は同一の長さを有して互いに平行に延伸する。トポロジカル絶縁体２０の平面形状は、長方形であってよい。
　保持力の異なる第１の領域２１および第２の領域２２は、第１の駆動電極２０１から第２の駆動電極２０２に向かう方向において順番に並んでいる。本例では、第１の駆動電極２０１、第１の領域２１、第２の領域２２、第２の駆動電極２０２の順に並んでいる。
　第１の領域２１および第２の領域２２の境界２８は、第１のエッジ２５から第２のエッジ２６まで延伸している。本例において第１のエッジ２５および第２のエッジ２６は互いに平行に延伸しており、境界２８は第１のエッジ２５および第２のエッジ２６と垂直な方向に延伸している。第１の領域２１および第２の領域２２の面積は略同一であってよく、ことなっていてもよい。
　第１の検出電極２１１は、第１のエッジ２５において第１の領域２１に電気的に接続する。第２の検出電極２１２は、第１のエッジ２５において第２の領域２２に電気的に接続する。つまり、第１の検出電極２１１および第２の検出電極２１２は、第１のエッジ２５において境界２８を挟む。
　第３の検出電極２１３は、第２のエッジ２６において第１の領域２１に電気的に接続する。第４の検出電極２１４は、第２のエッジ２６において第２の領域２２に電気的に接続する。つまり、第３の検出電極２１３および第４の検出電極２１４は、第２のエッジ２６において境界２８を挟む。
　第１の駆動電極２０１および第２の駆動電極２０２の間に電圧を印加すると、第１の駆動電極２０１および第２の駆動電極２０２の間のトポロジカル絶縁体２０の表面に電流が流れる。このとき、トポロジカル絶縁体２０が、表面に対して垂直な磁場を生成しているので、伝導電子は第１のエッジ２５および第２のエッジ２６に沿って流れる。
　第１の駆動電極２０１および第２の駆動電極２０２の間に電流を流している状態で、少なくとも１組の検出電極の間の電位差を検出することで、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化方向に関する情報を取得することができる。上述したように、第１の駆動電極２０１および第２の駆動電極２０２の間に電流を流しても、トポロジカル絶縁体２０の表面における電気伝導のエネルギー散逸が実質的にゼロなので、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化方向に関する情報を取得する場合の電子デバイス２００の消費電流をほぼゼロにすることができる。
　図７Ａは、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化方向がともに負方向の場合における、各検出電極間の電位差を説明する図である。なお、第１の駆動電極２０１に印加する電圧をＶＬ、第２の駆動電極２０２に印加する電圧をＶＲとする。図７Ａ等においては、各検出電極を模式的に直線で示している。
　本例では、第１のエッジ２５には、第１の駆動電極２０１から第２の駆動電極２０２に向かう電流が流れる。第１のエッジ２５における電気伝導にはエネルギー散逸が生じないので、第１のエッジ２５では電圧降下が生じない。この場合、第１のエッジ２５全体の電圧は第１の駆動電極２０１と同一の電圧ＶＬになる。
　また、第２のエッジ２６には、第２の駆動電極２０２から第１の駆動電極２０１に向かう電流が流れる。第２のエッジ２６における電気伝導にはエネルギー散逸が生じないので、第２のエッジ２６では電圧降下が生じない。この場合、第２のエッジ２６全体の電圧は第２の駆動電極２０２と同一の電圧ＶＲになる。
　この場合、第１の検出電極２１１と、第２の検出電極２１２との間には電位差が生じない。同様に、第３の検出電極２１３と、第４の検出電極２１４との間にも電位差が生じない。また、第１の検出電極２１１と、第３の検出電極２１３との間にはＶＬ－ＶＲの電位差が生じる。同様に、第２の検出電極２１２と、第４の検出電極２１４との間にもＶＬ－ＶＲの電位差が生じる。これらの検出電極間の電位差の情報の一部または全部から、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化方向がともに負方向であることが判定できる。また、第１の検出電極２１１と第４の検出電極２１４との間の電位差、および、第２の検出電極２１２と第３の検出電極２１３との間の電位差を用いてもよい。
　図７Ｂは、第１の領域２１の磁化方向が正方向、第２の領域２２の磁化方向が負方向の場合における、各検出電極間の電位差を説明する図である。本例では、第１の領域２１においては、第１の駆動電極２０１、第２のエッジ２６、境界２８、第１のエッジ２５、第１の駆動電極２０１の順番で電流が通過する。また、第２の領域２２においては、第２の駆動電極２０２、第２のエッジ２６、境界２８、第１のエッジ２５、第２の駆動電極２０２の順番で電流が通過する。
　この場合、第２のエッジ２６のうち、第１の領域２１に対応する部分の電圧は、第１の駆動電極２０１と同一の電圧ＶＬになる。また、第２のエッジ２６のうち、第２の領域２２に対応する部分の電圧は、第２の駆動電極２０２と同一の電圧ＶＲになる。また、境界２８の電圧は、第１の駆動電極２０１の電圧ＶＬと、第２の駆動電極２０２の電圧ＶＲの平均電圧（ＶＬ＋ＶＲ）／２になる。第１のエッジ２５全体の電圧も、境界２８と同様に（ＶＬ＋ＶＲ）／２になる。
　本例では、第１の検出電極２１１と、第２の検出電極２１２との間には電位差が生じないが、第３の検出電極２１３と、第４の検出電極２１４との間には電位差ＶＬ－ＶＲが生じる。また、第１の検出電極２１１と、第３の検出電極２１３との間には（ＶＲ－ＶＬ）／２の電位差が生じる。同様に、第２の検出電極２１２と、第４の検出電極２１４との間にも（ＶＲ－ＶＬ）／２の電位差が生じる。また、第１の検出電極２１１と第４の検出電極２１４との間の電位差、および、第２の検出電極２１２と第３の検出電極２１３との間の電位差を用いてもよい。これらの検出電極間の電位差の情報の一部または全部から、第１の領域２１の磁化方向が正方向であり、第２の領域２２の磁化方向が負方向であることが判定できる。
　第１の領域２１の磁化方向が負方向であり、第２の領域２２の磁化方向が正方向の場合も、同様に検出電極間の電位差の情報から判別できる。ただしこの場合、第１の領域２１における第２のエッジ２６の電圧がＶＲとなり、第２の領域２２における第２のエッジ２６の電圧がＶＬとなる。他の電圧は図７Ｂの例と同様である。
　図７Ｃは、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化方向がともに正方向の場合における、各検出電極間の電位差を説明する図である。本例では、第１のエッジ２５には、第２の駆動電極２０２から第１の駆動電極２０１に向かう電流が流れる。この場合、第１のエッジ２５全体の電圧は第２の駆動電極２０２と同一の電圧ＶＲになる。
　また、第２のエッジ２６には、第１の駆動電極２０１から第２の駆動電極２０２に向かう電流が流れる。この場合、第２のエッジ２６全体の電圧は第１の駆動電極２０１と同一の電圧ＶＬになる。
　この場合、第１の検出電極２１１と、第２の検出電極２１２との間には電位差が生じない。同様に、第３の検出電極２１３と、第４の検出電極２１４との間にも電位差が生じない。また、第１の検出電極２１１と、第３の検出電極２１３との間にはＶＲ－ＶＬの電位差が生じる。当該電位差は、図７Ａの例とは符号が逆になっている。同様に、第２の検出電極２１２と、第４の検出電極２１４との間にもＶＲ－ＶＬの電位差が生じる。また、第１の検出電極２１１と第４の検出電極２１４との間の電位差、および、第２の検出電極２１２と第３の検出電極２１３との間の電位差を用いてもよい。これらの検出電極間の電位差の情報の一部または全部から、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化方向がともに正方向であることが判定できる。
　図８は、外部磁場を増加および減少させた場合の、第１の検出電極２１１および第２の検出電極２１２の間の電位差と、第３の検出電極２１３および第４の検出電極２１４の間の電位差を、電気抵抗として表現した図である。第１の検出電極２１１および第２の検出電極２１２の間の電位差を抵抗ＲＴで示し、第３の検出電極２１３および第４の検出電極２１４の間の電位差を抵抗ＲＢで示している。当該電気抵抗に流れる電流を乗じたものが、検出電極間の電位差に相当する。なお当該電気抵抗は、実際の電気抵抗を示しているのではなく、電位差を表現しているにすぎない。第１のエッジ２５および第２のエッジ２６においては、エネルギー散逸が生じないので、実際の消費電力はゼロである。
　図７Ａから図７Ｃにおいて説明したように、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化方向が異なる場合に、抵抗ＲＴまたは抵抗ＲＢが非ゼロになる。つまり、図４および図５において説明したように、外部磁場を増加させている場合において外部磁場ＢがＢ１≦Ｂ＜Ｂ２の範囲で、抵抗ＲＢが非ゼロの値となる。また、外部磁場を減少させている場合において外部磁場Ｂが－Ｂ２＜Ｂ≦－Ｂ１の範囲で、抵抗ＲＴが非ゼロの値となる。
　図９Ａ、図９Ｂおよび図９Ｃは、電子デバイス２００に印加する外部磁場Ｂを変化させた場合の電気抵抗Ｒの測定結果を示す。本例において基板１０はＩｎＰ基板であり、トポロジカル絶縁体２０の組成はＣｒ０．２（Ｂｉ０．２２Ｓｂ０．７８）１．８Ｔｅ３である。また、トポロジカル絶縁体２０の厚みを８ｎｍとした。基板１０上にトポロジカル絶縁体２０を形成して真空チャンバ内に配置した。真空チャンバ内の真空度は３×１０－４Ｐａ以下である。
　真空チャンバ内のトポロジカル絶縁体２０の表面の一部の領域にアルゴンイオンを照射した。アルゴンイオンの加速電圧を８００Ｖ、アルゴンイオンを生成するイオンガンに供給する電流量を３０ｍＡ、トポロジカル絶縁体２０の表面に対するアルゴンイオンの照射角度を４５度、アルゴンイオンの照射時間を１秒とした。
　図９Ａは、第１の検出電極２１１と第３の検出電極２１３との電位差に応じた抵抗Ｒ１－３、および、第２の検出電極２１２と第４の検出電極２１４との電位差に応じた抵抗Ｒ２－４を示している。抵抗Ｒ１－３の波形は、第１の領域２１の磁化曲線に対応する。また、抵抗Ｒ２－４の波形は、第２の領域２２の磁化曲線に対応する。図９Ａに示すように、アルゴンイオンを照射することで、第１の領域２１および第２の領域２２の間で保持力が変化していることがわかる。
　図９Ｂは、第２の検出電極２１２と第３の検出電極２１３との電位差に応じた抵抗Ｒ２－３、および、第４の検出電極２１４と第１の検出電極２１１との電位差に応じた抵抗Ｒ４－１を示している。図９Ｂによっても、アルゴンイオンを照射することで、第１の領域２１および第２の領域２２の間で保持力が変化していることがわかる。
　図９Ｃは、第２の検出電極２１２と第１の検出電極２１１との電位差に応じた抵抗Ｒ２－１、および、第４の検出電極２１４と第３の検出電極２１３との電位差に応じた抵抗Ｒ４－３を示している。抵抗Ｒ４－３は、図８に示した抵抗ＲＢに対応し、抵抗Ｒ２－１は、図８に示した抵抗ＲＴに対応する。図９Ｃによっても、アルゴンイオンを照射することで、第１の領域２１および第２の領域２２の間で保持力が変化していることがわかる。また、図９Ａ－Ｃに示すように、各抵抗に基づいて第１の領域２１および第２の領域２２の磁化方向を検出可能であることがわかる。なお、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは、量子電気伝導に関わりのない余剰抵抗を差し引いた図である。余剰抵抗とは、例えば各電極とトポロジカル絶縁体２０との間の接触抵抗等を含む。
　図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃは、アルゴンイオンの加速電圧を変化させた場合の、第２の領域２２の保持力の変化を示す図である。ただし、アルゴンイオンの照射時間は５秒とした。他の条件は、図９Ａから図９Ｃの例と同一である。また、図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃにおいては、第１の領域２１の磁化曲線を抵抗Ｒ１－３で示し、第２の領域２２の磁化曲線を抵抗Ｒ２－４で示している。
　図１０Ａは、アルゴンイオンの加速電圧を３００Ｖとした場合を示す。この場合、第２の領域２２の保持力は、第１の領域２１の保持力とほとんど変わらない。図１０Ｂは、アルゴンイオンの加速電圧を４００Ｖとした場合を示す。第２の領域２２の保持力が、第１の領域２１の保持力よりも大きくなっていることがわかる。図１０Ｃは、アルゴンイオンの加速電圧を５００Ｖとした場合を示す。第２の領域２２の保持力が更に大きくなっていることがわかる。
　このように、第２の領域２２の保持力は、アルゴンイオンの加速電圧によって制御できる。第１の領域２１および第２の領域２２の保持力の差異が小さいと、外部磁場によって、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化方向を独立に制御することが困難となる。しかし、アルゴンイオンの加速電圧を調整することで、保持力の差異を十分大きくできることがわかる。
　図１１Ａ、図１１Ｂおよび図１１Ｃは、アルゴンイオンの照射時間を変化させた場合の、第２の領域２２の保持力の変化を示す図である。ただし、アルゴンイオンの加速電圧は３００Ｖとした。他の条件は、図９Ａから図９Ｃの例と同一である。
　図１１Ａは、アルゴンイオンの照射時間を５秒とした場合を示す。つまり、図１０Ａと同一の条件である。この場合、第２の領域２２の保持力は、第１の領域２１の保持力とほとんど変わらない。図１１Ｂは、アルゴンイオンの照射時間を７秒とした場合を示す。照射時間を長くしても、第２の領域２２の保持力がほとんど変化していない。図１１Ｃは、アルゴンイオンの照射時間を９秒とした場合を示す。照射時間を更に長くしても、第２の領域２２の保持力がほとんど変化しないことがわかる。
　このように、第２の領域２２の保持力は、アルゴンイオンの照射時間によってはほとんど変化しない。このため、アルゴンイオンの照射時間は、第２の領域２２の保持力を変化させることができれば短くてよい。アルゴンイオンの照射時間は５秒以下であってよく、１秒以下であってもよい。
　図１２は、電子デバイス２００の表面構造の他の例を示す模式図である。本例のトポロジカル絶縁体２０は、第１の領域２１、第２の領域２２、第３の領域２３および第４の領域２４を有する。領域の数は、３であってもよく、５以上であってもよい。複数の領域は、第１の駆動電極２０１および第２の駆動電極２０２の間に順番に並んでいる。各領域における第１のエッジ２５および第２のエッジには、それぞれ検出電極（本例では、第１の検出電極２１１、第２の検出電極２１２、第３の検出電極２１３、第４の検出電極２１４、第５の検出電極２１５、第６の検出電極２１６、第７の検出電極２１７、第８の検出電極２１８）が接続している。
　複数の領域は、第１の駆動電極２０１および第２の駆動電極２０２の間において、保持力の強さの順番に並んでいてよい。このような構成により、磁化方向が反転する領域の境界２８の位置を、外部磁場によって制御することができる。例えば境界２８の位置によって、電子デバイス２００に情報を記憶することができる。
　また、第１の駆動電極２０１および第２の駆動電極２０２の間において、第１の保持力を有する領域と、第２の保持力を有する領域とが交互に並んでもよい。例えば、第３の領域２３は第１の領域２１と同一の保持力を有し、第４の領域２４は第２の領域２２と同一の保持力を有する。つまり、図６に示した領域の配列が、複数組繰り返して並んでいる。
　電子デバイス２００は、同一の保持力を有する領域における同一のエッジに接続されている検出電極の電圧を平均化してよい。例えば、第１の検出電極２１１および第５の検出電極２１５の電圧を平均化して用いてよい。このような構成により、検出電極とトポロジカル絶縁体２０との間の接触抵抗等のばらつきの影響を低減することができる。
　図１３は、トポロジカル絶縁体２０の製造方法の一例を示すフローチャートである。まず、磁性および第１の保持力を有するトポロジカル絶縁体を準備する（Ｓ４００）。Ｓ４００においては、ＩｎＰ基板等の上面に、薄膜形状のトポロジカル絶縁体を形成してよい。
　次に、準備したトポロジカル絶縁体の表面の一部の領域に、アルゴン等のイオンを照射する（Ｓ４０２）。Ｓ４０２においては、例えば４００Ｖ以上の加速電圧でアルゴンイオンを加速して、トポロジカル絶縁体の表面に照射する。イオン照射により、トポロジカル絶縁体の一部の領域がダメージを受け、保持力が変化する。これにより、磁性を有し、且つ、保持力の異なる複数の領域を有するトポロジカル絶縁体２０を製造することができる。
　図１４は、メモリ装置３００の一例を示すブロック図である。メモリ装置３００は、情報を記憶する装置であって、電子デバイス２００および検出部３０２を備える。電子デバイス２００は、図１から図１２において説明したいずれかの電子デバイス２００である。
　検出部３０２は、電子デバイス２００が備えるトポロジカル絶縁体２０における、第１の領域２１および第２の領域２２のそれぞれの磁化の方向を検出する。検出部３０２は、例えば図７Ａから図７Ｃにおいて説明したように、複数組の検出電極間の電位差に基づいて、磁化の方向を検出してよい。各領域の磁化の方向が１ビットの情報に対応する。
　例えば検出部３０２は、第１の検出電極２１１および第２の検出電極２１２の間の電位差がゼロであり、第３の検出電極２１３および第４の検出電極２１４の間の電位差がゼロであり、且つ、第１の検出電極２１１および第３の検出電極２１３の間の電位差がＶＬ－ＶＲの場合に、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化の方向が共に負方向と判別する。検出部３０２は、第１の検出電極２１１および第３の検出電極２１３の間の電位差の符号を用いてもよい。この場合検出部３０２は、例えば「００」の２ビットの情報を検出する。
　検出部３０２は、第１の検出電極２１１および第２の検出電極２１２の間の電位差がゼロであり、第３の検出電極２１３および第４の検出電極２１４の間の電位差がゼロであり、且つ、第１の検出電極２１１および第３の検出電極２１３の間の電位差がＶＲ－ＶＬの場合に、第１の領域２１および第２の領域２２の磁化の方向が共に負方向と判別する。検出部３０２は、第１の検出電極２１１および第３の検出電極２１３の間の電位差の符号を用いてもよい。この場合検出部３０２は、例えば「１１」の２ビットの情報を検出する。
　検出部３０２は、第３の検出電極２１３および第４の検出電極２１４の間の電位差がＶＬ－ＶＲの場合に、第１の領域２１の磁化の方向が正方向、第２の領域２２の磁化の方向が負方向と判別してよい。この場合検出部３０２は、例えば「１０」の２ビットの情報を検出する。
　検出部３０２は、第１の検出電極２１１および第２の検出電極２１２の間の電位差がＶＬ－ＶＲの場合に、第１の領域２１の磁化の方向が負方向、第２の領域２２の磁化の方向が正方向と判別してよい。この場合検出部３０２は、例えば「０１」の２ビットの情報を検出する。
　上述したように、トポロジカル絶縁体２０のエッジに流れる電流のエネルギー散逸はゼロなので、検出部３０２が情報を読み出す場合の、メモリ装置３００の消費電力を非常に小さくすることができる。また、メモリ装置３００の記憶容量を増大させた場合でも、記憶容量の増加割合に対する消費電力の増加割合は非常に小さい。
　また、メモリ装置３００は、電子デバイス２００に情報を書き込む書込み部を更に備えてよい。書込み部には、それぞれの領域に情報を書き込む場合に、トポロジカル絶縁体２０に印加すべき外部磁場の強さが予め設定される。当該外部磁場の強さは、トポロジカル絶縁体２０の各領域の磁化曲線から設定できる。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
　請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
１０・・・基板、１２・・・絶縁膜、１４・・・電極、２０・・・トポロジカル絶縁体、２１・・・第１の領域、２２・・・第２の領域、２３・・・第３の領域、２４・・・第４の領域、２５・・・第１のエッジ、２６・・・第２のエッジ、２８・・・境界、１００・・・構造体、２００・・・電子デバイス、２０１・・・第１の駆動電極、２０２・・・第２の駆動電極、２１１・・・第１の検出電極、２１２・・・第２の検出電極、２１３・・・第３の検出電極、２１４・・・第４の検出電極、２１５・・・第５の検出電極、２１６・・・第６の検出電極、２１７・・・第７の検出電極、２１８・・・第８の検出電極、３００・・・メモリ装置、３０２・・・検出部

Claims (14)

  1. 　第１の駆動電極と、
    　前記第１の駆動電極と離間している第２の駆動電極と、
    　前記第１の駆動電極および前記第２の駆動電極の双方に接し、磁性を有するトポロジカル絶縁体と
    　を備え、
    　前記トポロジカル絶縁体は、第１の保持力を有する第１の領域と、前記第１の保持力とは異なる第２の保持力を有する第２の領域とを有する電子デバイス。
  2. 　前記トポロジカル絶縁体は、前記第１の駆動電極および前記第２の駆動電極の間にそれぞれ位置する第１のエッジおよび第２のエッジを有し、
    　前記第１の領域および前記第２の領域の境界が、前記第１のエッジから前記第２のエッジまで延伸している
    　請求項１に記載の電子デバイス。
  3. 　前記トポロジカル絶縁体は薄膜形状を有し、
    　前記第１のエッジおよび前記第２のエッジは、前記薄膜形状の予め定められた面において対向するエッジである
    　請求項２に記載の電子デバイス。
  4. 　前記第１のエッジにおいて前記第１の領域に接続した第１の検出電極と、
    　前記第１のエッジにおいて前記第２の領域に接続した第２の検出電極と
    　を更に備える請求項２または３に記載の電子デバイス。
  5. 　前記第２のエッジにおいて前記第１の領域に接続した第３の検出電極と、
    　前記第２のエッジにおいて前記第２の領域に接続した第４の検出電極と
    　を更に備える請求項４に記載の電子デバイス。
  6. 　前記トポロジカル絶縁体は、前記第１の保持力を有する第３の領域を更に有し、
    　前記第２の領域が、前記第１の領域および前記第３の領域の間に位置している
    　請求項２から５のいずれか一項に記載の電子デバイス。
  7. 　前記トポロジカル絶縁体は、前記第１の保持力および前記第２の保持力とは異なる第３の保持力を有する第３の領域を更に有し、
    　前記第１の領域、前記第２の領域および前記第３の領域が、前記第１の駆動電極および前記第２の駆動電極の間において保持力の強さの順番に並んでいる
    　請求項２から５のいずれか一項に記載の電子デバイス。
  8. 　前記トポロジカル絶縁体が、式１で表される材料であるか、または、式１で表される材料と元素Ｍを含まない材料とからなる超格子構造を有する材料である
    　式１：Ｍｚ（Ｂｉ２－ｘＳｂｘ）１－ｚ（Ｔｅ３－ｙＳｅｙ）　ただし、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれかであり、０＜ｘ＜２、０＜ｙ＜３、０＜ｚ＜１である
    　請求項１から７のいずれか一項に記載の電子デバイス。
  9. 　前記トポロジカル絶縁体が、式２で表される材料であるか、または、式２で表される材料と元素Ｍを含まない材料とからなる超格子構造を有する材料である
    　式２：ＴｌＭｚＭ'１－ｚＸ２　ただし、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれかであり、Ｍ'はＢｉまたはＳｂであり、ＸはＳまたはＳｅであり、０＜ｚ＜１である
    　請求項１から７のいずれか一項に記載の電子デバイス。
  10. 　前記トポロジカル絶縁体が、式３で表される材料であるか、または、式３で表される材料と元素Ｍを含まない材料とからなる超格子構造を有する材料である
    　式３：ＭｚＰｂ１－ｚ（Ｂｉ１－ｘＳｂｘ）２Ｔｅ４　ただし、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれかであり、０＜ｘ＜１、０＜ｚ＜１である
    　請求項１から７のいずれか一項に記載の電子デバイス。
  11. 　前記トポロジカル絶縁体が、式４で表される材料であるか、または、式４で表される材料と元素Ｍを含まない材料とからなる超格子構造を有する材料である
    　式４：（Ｍｚ(ＧｅｘＰｂ１－ｘ)１－ｚＴｅ）ｎ（Ｍｙ(ＢｉａＳｂ１－ａ)２－ｙＴｅ３）ｍ　ただし、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれかであり、０＜ｘ＜１、０＜ａ＜１、０＜ｙ＜２、０＜ｚ＜１であり、ｎおよびｍは任意の整数である
    　請求項１から７のいずれか一項に記載の電子デバイス。
  12. 　磁性を有するトポロジカル絶縁体であって、
    　第１の保持力を有する第１の領域と、
    　前記第１の保持力とは異なる第２の保持力を有する第２の領域と
    　を備えるトポロジカル絶縁体。
  13. 　トポロジカル絶縁体の製造方法であって、
    　磁性および第１の保持力を有するトポロジカル絶縁体を準備する段階と、
    　前記トポロジカル絶縁体の一部の領域にイオンを照射することで、前記第１の保持力とは異なる第２の保持力を有する第２の領域を形成する段階と
    　を備える製造方法。
  14. 　請求項１から１１のいずれか一項に記載の電子デバイスと、
    　前記電子デバイスの前記第１の領域および前記第２の領域のそれぞれの磁化の方向を検出する検出部と
    　を備えるメモリ装置。
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