普及型の500倍 スピンで超高感度なひずみセンシングを実現

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世界最高感度のフィルム型ひずみゲージの実用化へ道

2022-02-16 大阪大学,科学技術振興機構

ポイント
  • ハードディスクの読み取りヘッドや固体磁気メモリーに利用されているスピントロニクスデバイスをフレキシブル基板上に形成し、ひずみや圧力などの力学情報を検出するセンサーとして広く利用されている、フィルム型のひずみゲージを作製しました。
  • 広く普及しているフィルム型の金属箔ひずみゲージに比べ、約500倍ものひずみ検出感度を実現しました。
  • スピントロニクスの従来の延長線上にない社会実装展開を主導する成果であるとともに、ひずみ、加速度、慣性力などのIoT社会の高度化にとって極めて重要な力学情報を、高解像度にセンシングするデバイスとして期待されます。

大阪大学 産業科学研究所の千葉 大地 教授らの研究グループは、世界最高感度のフィルム型ひずみゲージをスピントロニクス素子で実現しました。

ひずみゲージは、材料が外力に比例して変形するひずみを、電気信号として検出するセンサーのことです。構造物のひずみや圧力検出、人体の活動から生まれるデータセンシングするデバイスなどにも活用されています。グループは柔らかいプラスチックフィルム(フレキシブル基板)上に、ハードディスクの読み取りヘッドや固体磁気メモリーに利用されているスピントロニクスデバイス=磁気トンネル接合素子を形成し、フィルム型のひずみゲージを作製しました。その結果、約1000という巨大なゲージ率を実現しました。これは広く普及しているフィルム型の金属箔ひずみゲージに比べ、500倍ものひずみ検出感度に相当します。

今回の成果は、磁気記録の高度化が主な使命であったスピントロニクスの、従来の延長線上にない社会実装を先導するものです。また、ひずみなどの力学情報は、医療やヘルスケア・仮想空間・インフラモニタリング・自動車・航空宇宙・物流など、IoT社会の広い場面で活用され、フィジカル空間における極めて重要なセンシング対象です。従って、これらの情報はSociety 5.0の実現に不可欠であるサイバー空間とフィジカル空間を高度に融合させたサイバーフィジカルシステムの高度化に大きく貢献します。さらに、磁気トンネル接合は集積化も可能であり、フィルム型のひずみゲージは柔らかいため、生体親和性を持たせることも容易です。従って今回の成果が、より解像度の高いさまざまな力学情報を人類に提供する新たな手段となり、新たな産業へと発展することが期待されます。

本研究成果は、2022年2月15日に「Applied Physics Letters」のオンライン版に掲載されました。

本研究は、以下の事業の支援を受けて行われました。

  • 科学技術振興機構(JST) 研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP)産学共同(育成型)
    [グラント番号:JPMJTR20T7]
    研究課題「ゲージ率 1000を超える超高感度フィルム型ひずみゲージの開発」
    (研究代表者:千葉 大地 大阪大学 産業科学研究所 教授)
  • 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)
    [グラント番号:JPMJCR20C6]
    研究領域「情報担体を活用した集積デバイス・システム」
    (研究総括:平本 俊郎 東京大学 生産技術研究所 教授)
    研究課題「集積スピンサイバーフィジカルシステムの構築」
    (研究代表者:千葉 大地 大阪大学 産業科学研究所 教授)

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“CoFeB/MgO-based magnetic tunnel junctions for a film-type strain gauge”
DOI:10.1063/5.0085272
<お問い合わせ先>

<研究に関すること>
千葉 大地(チバ ダイチ)
大阪大学 産業科学研究所 教授

<JST事業に関すること>
星 潤一(ホシ ジュンイチ)
科学技術振興機構 産学連携展開部 研究支援グループ

嶋林 ゆう子(シマバヤシ ユウコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ

<報道担当>
大阪大学 産業科学研究所 広報室
科学技術振興機構 広報課

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