磁性・スピントロニクス材料研究室

エネルギーに関わる磁性・スピントロニクス材料に関する研究

■磁性・スピントロニクス材料は、モータやトランスなどの電気機器から磁気ストレージやメモリなどの情報記録デバイスまで、幅広い工業応用製品で用いられています。これら材料の特性向上は、電気機器の高効率化や記録デバイスの大容量化に繋がり、省エネルギー社会の推進に直結します。また、最近では、IoTデバイスの自立型電源に適するエネルギー・ハーベスティング・デバイスにおいて、逆磁歪効果を用いた振動発電や異常ネルンスト効果を用いた熱電変換で新たな磁性・スピントロニクス材料の活用が期待されており、超スマート社会を構築していく上でも欠かせない材料となっています。そのため、高機能な磁性・スピントロニクス材料の創出は、これら問題の解決に繋がる重要技術課題です。

■特性向上や新機能発現のためには、材料が潜在的に持つ性質を十分に引き出すことが重要で、構造をナノから原子レベルで制御することが鍵となります。本研究室では、熱的平衡から非平衡までの広範な状態領域で、結晶構造や格子内元素配置、ナノ構造を制御し、更に、多元素化によるシナジー効果を利用することで、高機能磁性・スピントロニクス材料の創出に取り組んでいます。研究目的を基本物性解明から工業応用製品の高性能化とし、一連の元素を体系的に扱い、結晶構造や原子間結合の特徴を踏まえることにより、各種磁性・スピントロニクス材料の結晶成長機構の解明と形成技術の基礎構築を行っています。研究具体例を以下に示します。

[基礎研究]
・磁性・スピントロニクス材料のエピタキシャル成長のメカニズム解析と磁気・スピン特性制御
・準安定構造を持つ磁性・スピントロニクス薄膜の創生と安定構造への変態メカニズム解析
・回転磁界および交番磁界中における磁性材料の磁化と磁歪挙動の解析

[応用研究]
・元素戦略目標達成に向けたモータ用重希土類フリー永久磁石材料の創製
・モータの高効率化に向けた軽元素添加と結合状態制御に基づく新規軟磁性材料の創生
・トランスの低損失化と低騒音化を実現させる低磁歪鉄基合金材料の創出
・Tb/in²級の超高密度磁気記録への展開に向けた磁性規則合金による記録媒体の作製技術
・量子ストレージへの応用に向けた窒化物スピントロニクス材料の創出
・磁歪式および新規振動発電デバイスの開発と適用可能な磁性材料の探索
・熱電変換デバイスへの応用に向けたスピントロニクス材料の探索

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“Development of Media Nanostructure for Perpendicular Magnetic Recording,” Journal of the Magnetics Society of Japan, 41, 108 (2017).
“Metastable Ordered Phase Formation in CoPt and Co₃Pt Alloy Thin Films Epitaxially Grown on Single-Crystal Substrates,” IEICE Transactions on Electronics, E96-C, 1460 (2013).
“Influence of magnetic material composition of Fe_100-xB_x coated tip on the spatial resolution of magnetic force microscopy,” Journal of Applied Physics, 111, 07E339 (2012).
“Microstructure and Magnetic Properties of bcc-Co Films Epitaxially Grown on GaAs(110)_B3 Single-Crystal Substrates,” Applied Physics Express, 4, 013006 (2011).
“Epitaxial Growth of Sm(Co,Cu)₅ Thin Film on Al₂O₃ Single-Crystal Substrate,” Journal of Crystal Growth, 311, 2251 (2009).

キーワード： 結晶成長，磁性材料，スピントロニクス材料，エネルギーハーベスト，電磁エネルギー変換，メモリ・ストレージ