ナノ磁石の磁気特性を層ごとに独立設計 ―原子の疎密をナノの世界に埋め込み、材料設計に新たな自由度を―

2026-10-26 大阪大学

大阪大学産業科学研究所と東北大学の研究チームは、ナノ磁石の多層薄膜において、各層の磁気特性を独立して設計する技術を開発した。研究では、柔軟なポリイミド基板を異なる方向に引き伸ばしながら、2層のコバルト薄膜を順番に成膜する手法を採用した。基板を元の状態に戻すことで、各層に異なる方向・大きさの圧縮ひずみを導入し、磁化の向きやすさ（磁気異方性）を層ごとに制御することに成功した。2層の間には厚さ3ナノメートルの非磁性金属層を挟んでいるが、各層は互いの磁気特性に大きく依存せず、独立した性質を示した。さらに、磁化しやすい方向が互いに直交する多層膜も実現した。原子の組成を変えるのではなく、原子間隔をひずみによって設計して材料機能を作り分ける新しい手法であり、次世代スピントロニクス、フレキシブル電子デバイス、高感度磁気センサなどへの応用が期待される。

図１：1枚の薄膜の各層の磁気特性を独立に設計し、埋め込むことに成功：

＜関連情報＞

コバルト二重層における内部歪みの層別プログラミング
Layer-by-layer programming of built-in strain in Co bilayers

Toshiaki Morita; Daichi Chiba
Applied Physics Letters Published: October 29 2026
DOI:https://doi.org/10.1063/5.0349990

We demonstrate layer-by-layer programming of built-in strain in sputter-deposited Co bilayers on flexible substrates. Conventional strain engineering, whether epitaxial or based on post-deposition actuation, does not readily allow the strain state to be set independently for each layer of a multilayer. Here, we use the substrate tension during each deposition step as a layer-specific writing parameter, sputter-depositing two Co layers separated by a 3 nm-thick Pt spacer under independently chosen uniaxial tensions. This yields an asymmetrically strained bilayer, in which only one Co layer carries built-in strain, and a cross-strained bilayer, in which the two Co layers carry mutually orthogonal built-in strains. Magnetization measurements show that each Co layer exhibits the magnetic anisotropy expected from its programmed strain state. This layer-specific response is preserved even though the two Co layers are separated by only a few nanometers, providing magnetic evidence for an abrupt change in the effective built-in strain state across the spacer, which we interpret as a nanoscale elastic discontinuity that would be difficult to realize in a coherent epitaxial strain field. These results establish deposition-defined built-in strain as a depth-selective design variable for thin-film heterostructures.