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Magnetic-electric-optical multi-functionality of nano-granular film by controlling the shape of magnetic nano-particle

Research Project

Project/Area Number 19K21102
Project/Area Number (Other) 18H05936 (2018)
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund (2019)
Single-year Grants (2018)
Review Section 0401:Materials engineering, chemical engineering, and related fields
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Aoki Hanae  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (60733920)

Project Period (FY) 2018-08-24 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywordsナノ粒子 / トンネル磁気抵抗効果 / トンネル磁気誘電効果 / 扁平 / ナノグラニュラー / 磁性ナノ粒子 / ナノグラニュラー薄膜 / 楕円 / 磁気誘電効果 / 磁気抵抗効果 / 誘電体 / 高周波 / ナノグラニュラー膜 / トンネル磁気光学効果
Outline of Research at the Start

次世代の多機能電子デバイス用の材料開発には、複数の機能性を同時に併せ持つ高効率でエネルギー変換可能な「複機能磁性材料」の開発が求められる。磁性ナノ粒子が誘電体中に分散する「ナノグラニュラー薄膜」は、室温における磁場変化で誘電率εが変化する「トンネル磁気誘電(TMD)効果」が知られるが、球状の磁性粒子が均一分散した膜でしか報告されていない。
本研究は、粒子形状を「縦長楕円形」および「横長楕円形」にしたナノグラニュラー膜を作製し、TMD効果およびトンネル磁気抵抗(TMR)効果などの「複機能磁性」に与える粒子形状の影響を体系的に調べ、新機能・高機能「複機能磁性材料」を開発することを目的とする。

Outline of Final Research Achievements

Nano-granular films, where the ferromagnetic nano-granules are dispersed in an insulative ceramics matrix, are known to exhibit the tunneling magneto-dielectric and magneto-resistance effect at room temperature. Instead of the conventional spherical shape of nano-granules, we change the nano-particle to ellipsoidal and lateral shape in this study. The film exhibits different multi-functionality independently along film plane and out-of-plane, respectively.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

次世代の多機能電子デバイス用の材料開発には、複数の機能性を同時に併せ持ち、かつ高効率でエネルギー変換可能な「複機能磁性材料」の開発が求められる。本研究では、従来の等方的な球形磁性ナノ粒子の常識を破り、粒子を「縦長楕円形」および「横長楕円形」にすることで、膜の面内と垂直で異なる複機能性を同時に発現させることに成功した。直流と交流の磁気変換特性を数ナノメートルの微小領域で制御できることから、デバイスの小型化・省電力化への貢献が期待される。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Large magnetodielectric effect based on spin-dependent charge transfer in metal?insulator type Co-(BaF2) nanogranular films2020

    • Author(s)
      Kijima-Aoki Hanae、Cao Yang、Kobayashi Nobukiyo、Takahashi Saburo、Ohnuma Shigehiro、Masumoto Hiroshi
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 128 Issue: 13 Pages: 133904-133904

    • DOI

      10.1063/5.0021636

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] High-Frequency Soft Magnetic Properties of Co-SiO2 Nanogranular Films With Large Out-of-Plane Magnetic Anisotropy2018

    • Author(s)
      Kijima-Aoki Hanae、Takeda Shigeru、Ohnuma Shigehiro、Masumoto Hiroshi
    • Journal Title

      IEEE Magnetics Letters

      Volume: 9 Pages: 1-5

    • DOI

      10.1109/lmag.2018.2849713

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 粒子の形状制御によるナノグラニュラー膜の磁気異方性制御2021

    • Author(s)
      青木英恵、曹洋、大沼繁弘、小林伸聖、増本博
    • Organizer
      日本金属学会春季講演大会 2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁性ナノ粒子を扁平化したCo-BaF2ナノグラニュラー膜の電気・磁気特性2021

    • Author(s)
      打越雄央、青木英恵、小林伸聖、大沼繁弘、増本博
    • Organizer
      日本金属学会春季講演大会 2021
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] トンネル効果に与える Co-BaF2 ナノグラニュラー層状膜の Co 粒子の形状と周期性の影響2020

    • Author(s)
      青木英恵、曹 洋、大沼繁弘、小林伸聖、 増本博
    • Organizer
      日本金属学会秋季講演大会 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Co-MgO 系ナノコンポジット薄膜の電気および磁気特性2020

    • Author(s)
      木村萌、曹 洋、青木英恵、大沼繁弘、小林伸聖、増本博
    • Organizer
      日本金属学会秋季講演大会 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属 - 絶縁体ナノグラニュラー薄膜の微細構造と特性2020

    • Author(s)
      本田祥基、大沼正人、 増本博、大沼繁弘、青木英恵、木村萌
    • Organizer
      日本金属学会秋季講演大会 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Tunneling Magneto-Dielectric Effects of Crystallized Co-BaF2 Nano-granular Films at MHz Frequencies2019

    • Author(s)
      H. Kijima-Aoki, Y. Cao, Y. Endo, N. Kobayashi, S. Ohnuma, and H. Masumoto
    • Organizer
      Joint MMM-Intermag Conference
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Low-loss nanogranular Co based soft magnetic films for 10 GHz application2018

    • Author(s)
      H. Kijima-Aoki and H. Masumoto
    • Organizer
      International Union of Materials Research Societies-International Conference on Electromagnetic Materials (IUMRS-ICEM2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 大きな垂直磁気異方性を有するCo-SiO2ナノグラニュラー膜の 10GHz帯高周波軟磁気特性2018

    • Author(s)
      青木英恵、武田茂、大沼繁弘、増本博
    • Organizer
      日本磁気学会学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Co-BaF2ナノグラニュラー膜の磁気-誘電効果2018

    • Author(s)
      青木英恵、曹洋、小林伸聖、大沼繁弘、増本博
    • Organizer
      日本金属学会秋季講演大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Book] Surfaces and Interfaces of Metal Oxide Thin Films, Multilayers, Nanoparticles and Nano-composites2021

    • Author(s)
      Roca, A.G., Mele, P., Kijima-Aoki, H., Fantechi, E., Vejpravova, J.K., Kalbac, M., Kaneko, S., Endo, T.
    • Total Pages
      220
    • Publisher
      Springer International Publishing
    • ISBN
      9783030740726
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2018-08-27   Modified: 2024-03-26  

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