世界初、室温における二次元層状磁石の電気的磁気制御~層状物質の隙間を電気的に精密制御し、二次元磁石の磁気特性を効率的に操作~

2025-08-29 九州大学

九州大学理学研究院の飯森陸助教・木村崇教授らの研究グループは、二次元層状磁石の磁気特性を室温で電気的に制御することに世界で初めて成功しました。研究チームは強磁性体 Fe₃GaTe₂ 薄膜を強誘電体基板(PMN-PT)上に作製し、基板への電圧印加による歪みや分極を利用して層間の隙間を精密に制御。その結果、磁気異方性が大きく変調され、特異な磁区構造の形成も示唆されました。Fe₃GaTe₂は強い垂直磁気異方性と優れた熱電特性を併せ持つため、省電力スピントロニクスや熱電発電素子への応用が期待されます。本成果は、従来の三次元結晶では難しかった電気的磁気制御を実現し、消費電力低減と高機能デバイス開発に貢献する基盤技術となるもので、他の二次元材料への波及効果も大きいと考えられます。研究成果は2025年8月27日付で Advanced Science に掲載されました。

世界初、室温における二次元層状磁石の電気的磁気制御~層状物質の隙間を電気的に精密制御し、二次元磁石の磁気特性を効率的に操作~
図. PMN-PT強誘電体基板を用いた二次元磁石 Fe3GaTe2 磁気特性の電気的制御の例

<関連情報>

強誘電体PMN-PT単結晶を用いたファンデルワールス強磁性体Fe₃GaTe₂における磁区構造の電気的制御 Electrical Manipulation of Magnetic Domain Structure in van der Waals Ferromagnetic Fe3GaTe2 Using Ferroelectric PMN-PT Single Crystal

Riku Iimori, Yuta Kodani, Shaojie Hu, Takashi Kimura
Advanced Science  Published: 27 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/advs.202503530

Abstract

2D van der Waals (vdW) ferromagnets have emerged as promising materials for spintronic applications due to their unique magnetic properties and tunability. Controlling ferromagnetism via external stimuli is critical for both fundamental research and device integration. In particular, modulation of magnetic anisotropy and exchange interactions through strain offers a viable pathway for functional control. Owing to their weak interlayer coupling, vdW ferromagnets exhibit pronounced sensitivity to strain, enabling effective tuning of their magnetic states. In this study, electric-field-induced magnetoelectric coupling is investigated in the above-room-temperature vdW ferromagnet Fe3GaTe2 integrated on a ferroelectric PMN-PT substrate. It is demonstrated that application of an electric field leads to a substantial reduction in coercive force along with dynamic reconfiguration of the magnetic domain structure. These effects are attributed to electric-field-induced modulation of the vdW interlayer gap and enhancement of the Dzyaloshinskii–Moriya interaction. These findings reveal a strong interplay between electric fields and magnetism in vdW systems, offering a viable route toward the development of low-power, multifunctional magnetic devices. This work establishes a foundation for the electric-field control of magnetic properties in vdW ferromagnets and highlights their potential in next-generation spintronic technologies.

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