2019 Fiscal Year Research-status Report
室温巨大磁気抵抗を示す二重ペロブスカイト型マンガン酸化物単結晶体の探索
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18K03546
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
山田 重樹 横浜市立大学, 生命ナノシステム科学研究科(八景キャンパス), 准教授 (50312822)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 室温巨大磁気抵抗 / 電荷整列 / 反強磁性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、二重ペロブスカイト型Mn酸化物の１つである NdBaMn2O6 が示す、室温巨大磁気抵抗の発現機構の解明、および、この現象のデバイスへの応用の可能性の検討を目的としている。
巨大磁気抵抗とは磁性と電気伝導特性が強く結合していることに起因している現象であるが、これまでの多結晶体による研究により報告されている電気・磁気相図では本物質がなぜこの現象を発現するのかを明らかにすることはできなかった。これは、本物質は多結晶体と単結晶体で電気・磁気相図が変わるのではないかという仮定より、本物質の中性子単結晶回折測定を行った。しかし、測定結果から得られた電気・磁気相は多結晶体と大きく異なるものではなかった。現在、実験結果のさらに詳細な解析を行っている。また、本物質の巨大磁気抵抗は、発現温度が室温であるにもかかわらず、発現磁場が 2 T 程度と比較的低いことが特徴である。このメカニズムについては示唆熱分析装置を用いた相転移に伴うエントロピー変化の解析により明らかにすることに成功した。これにより、室温・低磁場で巨大磁気抵抗効果を発現する物質を合成する指針を提案することができた。
本物質では絶縁体相で巨大磁気抵抗効果が発現する。当初本研究室で作製した単結晶体の金属-絶縁体転移温度は 290 K であったため、巨大磁気抵抗効果も 290 K 以下でしか発現しなかったが、試料作製条件を検討することで転移温度が 300 K の試料を作製することに成功した。これにより、デバイスへの応用の可能性が広がったと考えている。しかし、まだ 300 K の転移温度を有する結晶を安定的に作製することができていない。そこで、現在はさらに詳細に作製条件を検討している。また、本研究のここまでの結果の一部を査読付き学術誌に投稿しすでに掲載されている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、NdBaMn2O6 で観測された室温巨大磁気抵抗について、基礎物性と応用の観点より調べることを目的としている。
基礎物性に関しては、相転移に伴うエントロピーの変化などを定量的に観測することで、高温かつ低磁場でこの現象が発現するメカニズムを明らかにすることができ、すでに一定の成果を得ている。放射光X線や中性子線などの回折測定により、本物質の各相での、電気的および、磁気的な構造も明らかにした。現在は、これら、電気・磁気相と巨大磁気抵抗との関係について解明することを目指しより詳細な解析を進めており、研究はおおむね順調に進行している。
デバイス応用を検討するにあたり、まず、より高温で動作することが求められる。本物質の巨大磁気抵抗は、絶縁体相で発現するため、金属-絶縁体転移温度が高いことが重要となる。当初本研究室で作製した単結晶体の転移温度は 290 K であったが、作製条件を検討することで転移温度が 300 K で転移する試料の作製に成功した。これにより、室温で動作するデバイスへの応用の可能性が広がったと考えている。ただし、まだ 300 K の転移温度を有する結晶を安定して作製することができておらず、現在更なる作製条件の検討を行っている。また、結晶が安定的に作製できるようになった後に、本物質を用いた簡易的なデバイスの作製およびその動作の検証を行うことを予定している。以上のように、デバイス応用の観点に基づいた研究に関しても、おおむね順調に進行している。
現時点までの研究成果について、すでに学術誌にも発表を行っており、３年の研究期間のうち２年が過ぎた時点では想定通り研究は進行していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、NdBaMn2O6 で観測された室温巨大磁気抵抗について、基礎物性と応用の観点より調べることを目的としているので、それぞれの側面から今後の方策について示す。
まず、基礎物性研究の側面から記す。本研究では、すでに、放射光x線及び中性子線を用いた回折測定より、本物質の各相での電荷およびスピンの整列状態を明らにした。しかし、これら整列状態と巨大磁気抵抗との関係は未だ明らかになっていない。特に、絶縁体相での電気伝導特性と回折測定より得られた磁気構造には矛盾する部分がある。これが、本物質が高温・低磁場で巨大磁気抵抗を発現するカギになっているのではないかと考えている。そこで、回折実験によって得られたデータを用いて、さらに詳細な構造解析を行うことで、この矛盾の解明を目指す。
次に、応用の側面について記す。まずは 結晶の作製条件を検討することで、290 K で会った、絶縁体への相転移温度を 300 K まで上昇させることに成功し、より高温で動作するデバイスの作製への可能性を広げることに成功した。しかし、まだ 相転移温度が 300 K の単結晶体を安定して作製するまでには至っていない。そこで、さらに試料作製条件を詳細に検討することで、安定して 300 K の転移温度を有する単結晶体を作製することを目指す。もし、良質の単結晶体の作製に成功すれば、大型の結晶を用いて中性子線回折測定を再度行うことで、より結晶構造解析に適したデータを得られることも期待できる。さらに、作製した単結晶を用いて簡易的なデバイスの作製およびその動作測定を調べることを検討している。
上記の内容を、本研究の研究機関の最終年度である 2020年度に行うことを予定している。
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| Causes of Carryover |
2019年度において、本助成金を低温から室温までの幅広い温度範囲で電気伝導特性を行うことができる測定システムの構築に使用した。これは、助成金の申請時に記載したシステムであり計画通りの使用方法である。研究遂行上 2019 年度内での構築を目指したため、2020 年度の予算も前倒し申請を行うことで必要な予算を確保した。これにより、2019 年度内に目的のシステムの構築を行うことができた。次年度使用額が発生したのは以上のような理由による。発生した使用額は、ほぼ本来 2020 年度に使用する予定の金額となっている。よって、研究計画及びそれに伴う予算の使用計画に大きな変更は無く、2020 年度は当該予算を当初の計画通りに使用する予定である。
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Research Products
(2 results)
