ナノドラムを用いた物質相転移の解明(Decoding material phase transitions with nanodrums)

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2025-03-12 オランダ・デルフト工科大学(TUDelft)

デルフト工科大学の研究者たちは、ナノメートルスケールのドラム型共振器(ナノドラム)を用いて、磁性ナノ材料の相転移を高感度かつ高精度に検出する新しい手法を開発しました。このナノメカニカル手法は、従来の方法では困難だった磁気相転移の検出を可能にし、ナノ材料の物性研究における新たな道を開きます。具体的には、二次元材料であるFePS₃を用いたナノドラム共振器を作製し、その共振周波数の変化を測定することで、材料内の磁気相転移を検出しました。この方法は、ナノ材料の磁気特性や相転移の研究において、非破壊かつ高感度な測定手段として期待されています。この研究成果は、ナノスケールでの物質の相転移理解を深め、将来的には新しい磁性材料の開発やナノデバイスの設計に寄与する可能性があります。

<関連情報>

相転移に近いナノドラムの非線形ダイナミクスと磁気弾性 Nonlinear dynamics and magneto-elasticity of nanodrums near the phase transition

Makars Šiškins,Ata Keşkekler,Maurits J. A. Houmes,Samuel Mañas-Valero,Maciej Koperski,Eugenio Coronado,Yaroslav M. Blanter,Herre S. J. van der Zant,Peter G. Steeneken & Farbod Alijani
Nature Communications  Published:12 March 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-57317-4

ナノドラムを用いた物質相転移の解明(Decoding material phase transitions with nanodrums)

Abstract

Nanomechanical resonances of two-dimensional (2D) materials are sensitive probes for condensedmatter physics, offering new insights into magnetic and electronic phase transitions. Despite extensive research, the influence of the spin dynamics near a phase transition on the nonlinear dynamics of 2D membranes has remained largely unexplored. Here, we investigate nonlinear magneto-mechanical coupling to antiferromagnetic order in suspended FePS3-based heterostructure membranes. By monitoring the motion of these membranes as a function of temperature, we observe characteristic features in both nonlinear stiffness and damping close to the Néel temperature TN. We account for these experimental observations with an analytical magnetostriction model in which these nonlinearities emerge from a coupling between mechanical and magnetic oscillations, demonstrating that magneto-elasticity can lead to nonlinear damping. Our findings thus provide insights into the thermodynamics and magneto-mechanical energy dissipation mechanisms in nanomechanical resonators due to the material’s phase change and magnetic order relaxation.

1700応用理学一般
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