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世界で初めての透明強磁性体の開発に成功―新しい磁気光学効果の発見

October, 4, 2016, 仙台--東北大学などの研究グループは、全く新しい発想による透明強磁性体の開発に世界で初めて成功した。開発した材料は、ナノグラニュラー材料と呼ばれる、ナノメートルサイズの磁性金属粒子を誘電相中に分散させた金属と絶縁体(誘電体)の2相からなる薄膜材料であり、室温で大きな光透過率と強磁性を示し、かつ、透明度が磁場で制御可能な新しい磁気-光学効果を示すことを見いだした。
 研究グループは、電磁材料研究所の小林伸聖主席研究員、東北大学学際科学フロンティア研究所の増本博教授、同金属材料研究所の高橋三郎助教および日本原子力研究開発機構先端基礎研究センターの前川禎通センター長で構成。
 透明な磁性体の開発は、磁性材料研究において重要なテーマの一つ。室温で透明な強磁性体が実現すれば、磁気・電子および光学デバイスのみならず、様々な産業分野に多くの革新的な技術発展をもたらすことが期待できる。これまでに、磁性半導体や磁性酸化物において透明な磁性体の検討がされてきたが、室温では磁化が小さく、また十分な透明性が得られないなど、透明な強磁性体は実現されていなかった。研究グループは、ナノメートル(nm)の微細複合構造を持つナノグラニュラー磁性体の研究開発を進め、可視光領域において高い光透過性を持ち、かつ強磁性併せ持つ薄膜材料の開発に成功した。この材料は、粒径が数ナノメートルの鉄-コバルト合金微粒子(グラニュール)が、 フッ化アルミニウムの媒質(マトリックス)中に分散した構造をもつ。この構造により、鉄-コバルト合金による強磁性とフッ化アルミニウムによる光透過性の両方の特性を同時に発揮することができる。さらに、この材料の光透過率は磁場の大きさを変化させることによって制御できることも見出した。これは、過去に報告の無い新しい磁気-光学効果であり、鉄-コバルト合金の強磁性グラニュール間の量子力学的トンネル効果によるスピン依存電荷振動に基づく『トンネル磁気誘電効果』によって説明される。

 この新しい材料は、世界で初めて実現した室温で透明な強磁性体であって、かつ、透明度が磁場により自己調整できる機能を持つ。今後の開発の進展によって、例えば、速度、燃料計や地図を自動車や航空機のフロントガラス上に直接表示するデバイスなど、次世代透明磁気デバイスや電子機器の実現が可能となる。
詳細は、英国科学誌「Scientific Reports(サイエンティフィック レポート)」(9月28日付)。