次世代磁性材料：反強磁性体の持つ普遍的機能性の実証～デバイス形状にとらわれない巨大磁気応答～

2021-02-26

2021-02-25 東京大学,理化学研究所,科学技術振興機構

ポイント

次世代磁性材料として世界的に注目が集まる反強磁性体において、試料形状によらず任意の方向に指向可能な巨大磁気応答を観測。
不揮発性磁気メモリー開発へつながる新たな多値記憶機能を実証。
デバイス形状の自由度が高く、磁場擾乱（じょうらん）に強い異常ネルンスト熱流センサーを開発。

東京大学大学院理学系研究科肥後友也　特任准教授（研究当時：東京大学物性研究所　特任助教）、東京大学大学院理学系研究科、新領域創成科学研究科、物性研究所およびトランススケール量子科学国際連携研究機構の中辻知　教授らの研究グループは、同研究所・同機構大谷義近　教授（理化学研究所創発物性科学研究センター　チームリーダー併任）、理化学研究所創発物性科学研究センター近藤浩太　上級研究員、米国ＪｏｈｎｓＨｏｐｋｉｎｓ大学Ｃ．Ｌ．Ｃｈｉｅｎ　教授らの研究グループと共同で、省電力・超高速・超高密度化が求められるビヨンド５Ｇ世代の磁気デバイスの中心素材として注目を集めている反強磁性体であるマンガン化合物Ｍｎ_３Ｓｎにおいて、これまでデバイス作製の際に課題となっていた形状（形状磁気異方性）の影響を受けずに、全方向へ指向可能な巨大磁気応答を得られるという特性を見いだしました。また、この特性を用いて、次世代のメモリー開発に有用な新たな多値記憶機能の実証や、デバイス形状の自由度が高く、外部磁場擾乱に強い異常ネルンスト熱流センサーの開発に成功しました。

反強磁性体は（ｉ）スピンのダイナミクスがテラヘルツ帯と強磁性体の場合に比べて２～３桁ほど速い、（ｉｉ）漏れ磁場を作らない、（ｉｉｉ）材料選択の自由度が高い、という特性を持ちます。そのため、既存の磁気デバイスで用いられている強磁性体を代替することで、デバイスのさらなる高速・高密度化が期待できます。今回本研究グループが実証した（ｉｖ）形状磁気異方性が無視できるほど小さく、デバイス形状の自由度が高い、という特性は、上記（ｉ）～（ｉｉｉ）の特性と併せて、反強磁性体を用いた次世代の磁気デバイス開発にブレークスルーをもたらすことが期待できます。

本研究成果はドイツ国際科学誌「ＡｄｖａｎｃｅｄＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ」において、２０２１年２月２５日付け（中央ヨーロッパ時間）オンライン版に公開される予定です。

本研究は、科学技術振興機構（ＪＳＴ）戦略的創造研究推進事業チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）「トポロジカル材料科学に基づく革新的機能を有する材料・デバイスの創出」研究領域（研究総括：上田正仁）における研究課題「電子構造のトポロジーを利用した機能性磁性材料の開発とデバイス創成」課題番号ＪＰＭＪＣＲ１８Ｔ３（研究代表者：中辻知）、同ＣＲＥＳＴ「微小エネルギーを利用した革新的な環境発電技術の創出」研究領域（研究総括：谷口研二、研究副総括：秋永広幸）における研究課題「トポロジカルな電子構造を利用した革新的エネルギーハーヴェスティングの基盤技術創製」課題番号ＪＰＭＪＣＲ１５Ｑ５（研究代表者：中辻知）、文部科学省科学研究費補助金新学術領域「Ｊ－Ｐｈｙｓｉｃｓ：多極子伝導系の物理」課題番号１５Ｈ０５８８２（研究代表：播磨尚朝）における研究計画班「Ａ０１：局在多極子と伝導電子の相関効果」課題番号１５Ｈ０５８８３（研究代表者：中辻知）、科研費（Ｎｏ．１６Ｈ０６３４５，強相関物質設計と機能開拓－非平衡系・非周期系への挑戦－）、新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）「ＮＥＤＯ先導研究プログラム／エネルギー・環境新技術先導研究プログラム／ワイル磁性体を用いた熱発電デバイスの研究開発」の一環として行われました。

詳しい資料は≫