Daniel C. Worledge (ダニエル・ウォーレッジ) 氏は、IBM基礎研究所（アルマデン）の主席研究員および磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）部門のシニアマネージャーです。スピントロニクス分野で先駆的な研究を行い、世界初の垂直型CoFeB/MgOトンネル接合およびスピン移行トルク（Spin-Transfer Torque, STT）MRAMの開発に貢献しました。スタンフォード大学で応用物理学の博士号、カリフォルニア大学バークレー校で物理学と応用数学の学士号を取得しています。IEEE Cledo Brunetti賞（2025年）をはじめ様々な賞を受賞されており、またAPSフェローおよびIEEEフェローにも選出されております。

本講演では、スピン移行トルク（Spin-Transfer Torque, STT）MRAMの基礎から最新の研究動向までを概観します。まず、STTの原理（John Slonczewskiによる提案）、MgOトンネル障壁における高いトンネル磁気抵抗の発見、そしてCoFeB/MgO薄膜における垂直磁気異方性の発見という、STT-MRAMを実現するための3つの重要な物理的要素を紹介します。続いて、IBMが2009年に行った垂直磁気トンネル接合の開発と、安定な書き込み動作の実証について説明します。講演の後半では、スイッチング電流を低減するための材料設計やデバイス構造の工夫（ダブル磁気トンネル接合や規則合金の活用など）を取り上げ、250ピコ秒での高速スイッチングの実験結果も紹介します。

Spin-transfer torque was invented at IBM by John Slonczewski in the early 1990s.  By using a spin-polarized current, instead of a magnetic field, to switch a magnetic layer in a magnetic tunnel junction, the switching current naturally decreases with area, providing attractive scaling for memory technology.  The discovery of high magnetoresistance in MgO tunnel barriers at IBM by Stuart Parkin, and later independently by Shinji Yuasa, enabled sufficient signal to efficiently read magnetic tunnel junctions.  The discovery of perpendicular magnetic anisotropy in thin CoFeB/MgO layers at IBM and independently by Tohoku University enabled a dramatic reduction in the spin-transfer torque switching current, and opened the way to practical perpendicular magnetic tunnel junctions for dense Spin-Transfer-Torque MRAM. 

This talk will provide an overview of Spin-Transfer-Torque MRAM, including the physics of the three basic building blocks described above: spin-transfer torque, tunnel magnetoresistance, and perpendicular magnetic anisotropy.  I will then discuss the research at IBM in 2009 that led to our discovery of perpendicular anisotropy in thin CoFeB/MgO layers, and our use of these layers to make the first practical perpendicular magnetic tunnel junctions and the first demonstration of reliable writing in Spin-Transfer-Torque MRAM.  The second half of the talk will review our recent results on methods to lower the spin-transfer torque switching current, including optimized magnetic materials, double magnetic tunnel junctions, and ordered alloys.  In particular, the theory of double magnetic tunnel junctions will be reviewed, and experimental data on the double spin-torque magnetic tunnel junction will be shown, including our demonstration of reliable 250 ps switching.