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研究成果

公開日:2019.02.08

電場による磁石極性の反転に成功
- 次世代低消費電力磁気メモリー実現の道拓く -

研究成果 工学

 東京工業大学 科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所の清水啓佑大学院生(当時、現同大学博士研究員)、東正樹教授、大場史康教授、同大学元素戦略研究センターの熊谷悠特任准教授(当時)、九州大学大学院総合理工学研究院の北條元(はじめ)准教授、名古屋工業大学大学院工学研究科の壬生攻教授らの研究グループは、磁石の性質(強磁性)と電気を蓄える性質(強誘電性)が共存したセラミックス結晶について、室温で電場により磁石の極性を反転(磁化反転)させることに成功しました。電場による磁化反転は次世代磁気メモリー実現の鍵として注目されていながらも、これまでに室温で実証されたことはありませんでした。
 同研究グループは強磁性と強誘電性が共存した「コバルト酸鉄酸ビスマス」を薄膜形態で安定化させ、その磁気ドメインと強誘電ドメインの構造を走査プローブ顕微鏡(用語5)で調べました。その結果、両ドメインの構造は類似しており、強磁性と強誘電性には相関が存在することが明らかとなりました。さらに走査型プローブ顕微鏡の探針を用いて電場を印加し、電気分極を反転させることにより、磁化の方向を反転させることに成功しました。電場により制御可能な低消費電力の磁気メモリー実現につながる成果と期待されます。
 同研究グループには東工大の川邊諒大学院生、清水陽樹大学院生、山本孟大学院生(いずれも当時)、勝俣真綸大学院生、重松圭助教が参画しました。
 研究成果は米国化学会誌「Nano Letters(ナノレターズ)」のオンライン版で2月7日(日本時間)に公開されました。

図1:コバルト酸鉄酸ビスマスの磁気構造の模式図。スピンが傾斜しているため、磁化は打ち消し合わずに、自発磁化が電気分極に直交した方向に現れる。

図2:電気分極反転前(上)と電気分極反転後(下)のコバルト酸鉄酸ビスマス薄膜の室温における圧電応答顕微鏡像(左)と磁気力応答顕微鏡像(右)。それぞれ、強誘電ドメイン構造と磁気ドメイン構造に対応する。色は、それぞれ電気分極の薄膜面内成分および磁化の薄膜面外方向の成分を表している。上左図の強誘電ドメインが寒色であることは、電気分極の面外成分が紙面の奥方向を向いていることに対応する。下左では電気分極の方向が反転したため、強誘電ドメインの色が暖色に変化している。また、右上下を比較すると、電気分極の反転により、磁化の面外成分が反転していることがわかる。

研究に関するお問い合わせ先

北條 元 総合理工学研究院 准教授

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