Photoinduced large magnetodielectric effect in perovskite magnetic nanogranular

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K19019
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 海住 英生 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (70396323)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西井 準治 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (60357697) ; 芥川 智行 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (60271631)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2019-03-31
• Keywords: スピントロニクス / 磁気ナノ構造 / 誘電体 / 光電流 / トンネル効果

Outline of Annual Research Achievements

絶縁体中に磁性ナノ粒子を分散させた磁気ナノグラニュラーは、室温にて磁気誘電効果を示すことから、近年、次世代の超高感度磁気センサー・高周波インピーダンスチューナブルデバイスとして大きな注目を集めている。しかしながら、その誘電率変化は最高でも数%程度となっており、応用上十分な感度を有していない。そこで、本研究課題では、新たな磁気誘電材料としてペロブスカイト型磁気ナノグラニュラーを提案し、本材料において光誘起型巨大磁気誘電効果の発現を目指す。本研究課題の推進は、光学、磁性（特にスピントロニクス）、及び誘電性が互いに融合した新たな学際領域を創出させると同時に、次世代高性能磁気センサー・高周波デバイスの実現に向けた新たな設計指針を導くと期待できる。
本研究目標を達成するため、昨年度は、光誘起型磁気誘電効果の測定システムを構築した。当該年度は、本測定システムを用いることで、Fe系磁気ナノグラニュラーの磁気インピーダンス特性を調べた。その結果、室温にて磁気誘電効果を観測することに成功した。また、磁気誘電効果の周波数特性は3種類の緩和時間を有するデバイ・フレーリッヒモデルに基づいた理論計算により定量的に説明できることがわかった。一方で、ペロブスカイト系光応答材料の光誘電特性を調べた結果、室温にて光誘電効果を観測することに成功した。これらの実験結果、及び計算結果をベースに、ペロブスカイト型磁気ナノグラニュラーにおける磁気誘電効果を理論解析した結果、巨大な誘電率変化が得られることが明らかになった。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ブラウン大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ブラウン大学
• [Journal Article] Ferroelectric Alkylamide Substituted Helicene Derivative with 2D Hydrogen-Bonding Lamellar Phase (2019)
  • Author(s): Hayato Anetai, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Higashi Kobayashi, Nozomi Saito, Masanori Shigeno, Masahiko Yamaguchi, and Tomoyuki Akutagawa
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 141 Pages: 2391-2397
  • DOI: 10.1021/jacs.8b1122
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A trinuclear iron(III) complex of a triple non-innocent ligand toward spin-structured molecular conductors (2019)
  • Author(s): Norihisa Hoshino and Tomoyuki Akutagawa
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 24 Pages: 19323-19331
  • DOI: 10.1002/chem.201804280
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic Motion of Organic Ligands in Polar Layered Cobalt Phosphonates (2018)
  • Author(s): Zhong-Sheng Cai, Norihisa Hoshino, Song-Song Bao, Tomoyuki Akutagawa, and Li-Min Zheng
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 8 Pages: 13495-13503
  • DOI: 10.1002/chem.201801301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Robustness of Voltage-induced Magnetocapacitance (2018)
  • Author(s): H. Kaiju, T. Misawa, T. Nagahama, T. Komine, O. Kitakami, M. Fujioka, J. Nishii and G. Xiao
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 8 Pages: 14709(1-10)
  • DOI: 10.1038/s41598-018-33065-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ESIPT Fluorescent Chromism and Conformational Change of 3-(2-Benzothiazolyl)-4-hydroxy-benzenesulfonic acid by Amine Sorption (2018)
  • Author(s): Yuta Nakane, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Ken-ichi Sakai, Tomoyuki Akutagawa
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C. Volume: 8 Pages: 16249－16255
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b03248
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic response of random lasing modes in a ZnO nanoparticle film deposited on a NiFe thin film (2018)
  • Author(s): H. Fujiwara, H. Kaiju, J. Nishii, and K. Sasaki
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. Volume: 113 Pages: 131108(1-4)
  • DOI: 10.1063/1.5040720
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic Molecular Assemblies Toward a New Frontier in Materials Chemistry (2018)
  • Author(s): Tomoyuki Akutagawa
  • Journal Title: Mater. Chem. Front. Volume: 2 Pages: 1064-1073
  • DOI: 10.1039/C7QM00603A
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Tunnel Magnetocapacitance in Single-layered Fe/MgF2 Granular Films (2018)
  • Author(s): R. Msiska, S. Honjo, Y. Asai, M. Arita, A. T. Fukuchi, Y. Takahashi, N. Hoshino, T. Akutagawa, O. Kitakami, M. Fujioka, J. Nishii and H. Kaiju
  • Organizer: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] ボウル状トリチアスマネン誘導体の強誘電性 (2018)
  • Author(s): Wu JianYun、武田 貴志、星野 哲久、甲山 雅也、古川 俊輔、斎藤 雅一、芥川 智行
  • Organizer: 第12回分子科学討論会2018
• [Presentation] Tunnel Magnetocapacitance in Fe/MgF2 Magnetic Nanogranular Films (2018)
  • Author(s): R. Msiska, S. Honjo, Y. Asai, M. Arita, A. T. Fukuchi, Y. Takahashi, N. Hoshino, T. Akutagawa, O. Kitakami, M. Fujioka, J. Nishii and H. Kaiju
  • Organizer: 平成30年度物質・デバイス領域共同研究拠点 展開共同研究B「新機能創出に向けたスピンダイナミクスに関する研究」研究会
• [Presentation] ジアルキルテレフタルアミド誘導体の強誘電性 (2018)
  • Author(s): 川名 萌枝子、武田 貴志、星野 哲久、芥川 智行
  • Organizer: 第12回分子科学討論会2018
• [Presentation] Study on Tunnel Magnetocapacitance in Fe/MgF2 Nanogranular Films (2018)
  • Author(s): R. Msiska, S. Honjo, Y. Asai, M. Arita, A. T. Fukuchi, Y. Takahashi, N. Hoshino, T. Akutagawa, O. Kitakami, M. Fujioka, J. Nishii and H. Kaiju
  • Organizer: 日本材料科学会第4回マテリアルズ・インフォマティクス基礎研究会
• [Presentation] 分子性材料の基礎と将来 (2018)
  • Author(s): 芥川智行
  • Organizer: 第２２８回フォトポリマー懇話会
  • Invited
• [Presentation] Magnetocapacitance effect in magnetic tunnel junctions (2018)
  • Author(s): H. Kaiju, T. Nagahama, O. Kitakami, J. Nishii, and G. Xiao
  • Organizer: 14th Hokkaido University-Nanjing University-NIMS/MANA Joint Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 力で形を変える結晶～有機強弾性 (2018)
  • Author(s): 芥川智行
  • Organizer: 第８回CSJフェスタ
  • Invited
• [Presentation] Tunnel Magnetocapacitance in Single-layered Fe/MgF2 Magnetic Granular Films (2018)
  • Author(s): R. Msiska, S. Honjo, Y. Asai, M. Arita, A. T. Fukuchi, Y. Takahashi, N. Hoshino, T. Akutagawa, O. Kitakami, M. Fujioka, J. Nishii and H. Kaiju
  • Organizer: The 19th RIES-Hokudai International Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ferroelectricity of Alkylamide-Substituted Helicene Derivatives (2018)
  • Author(s): Hayato Anetai, Takashi Takeda, Norihisa Hoshino, Higashi Kobayashi, Nozomi Saito, Masanori Shigeno, Masahiko Yamaguchi, and Tomoyuki Akutagawa
  • Organizer: The International Conference on Science and Technology of Synthetic Metals 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ferroelectric Non pi-planar Helicene Derivatives bearing Alkylamide-Chains (2018)
  • Author(s): H. Anetai, T. Takeda, N. Hoshino, H. Kobayashi, N. Saito, M. Shigeno, M. Yamaguchi, T. Akutagawa
  • Organizer: The 43rd International Conference on Coordination Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ferroelectric Bowl-to-Bowl Inversion System Based on Trithiasumanene Derivative (2018)
  • Author(s): Tomoyuki Akutagawa, Jianyun Wu, Shunsuke Furukawa, Masaichi Saito
  • Organizer: π-EJ 2018 π-System Figuration European-Japanese Workshop 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Ferroelectricity and Bowl-to-Bowl Inversion of Trithiasumanene Derivative (2018)
  • Author(s): Tomoyuki Akutagawa, Jianyun Wu, Shunsuke Furukawa, Masaichi Saito
  • Organizer: The 8th TOYOTA RIKEN International Workshop: Organic Semiconductors, Conductors, and Electronics
  • Int'l Joint Research / Invited