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磁性金属-強誘電体ナノ複相構造薄膜の作製による新複機能物性材料の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17H03385
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 無機材料・物性
研究機関東北大学

研究代表者

増本 博  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 教授 (50209459)

研究分担者 小林 伸聖  公益財団法人電磁材料研究所, その他部局等, 研究員(移行) (70205475)
青木 英恵  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (60733920)
曹 洋  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (50804598)
池田 賢司  公益財団法人電磁材料研究所, その他部局, 研究員(移行) (40769569)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2019年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2018年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2017年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
キーワードトンネル磁気誘電効果 / トンネル磁気光学効果 / トンネルファラデー効果 / ナノ複相構造薄膜 / 複機能物性 / 新複機能物性材料 / トンネル磁気抵抗効果 / 磁性金属 / 強誘電体 / 新機能物性材料 / 誘電体 / 光物性
研究成果の概要

磁性ナノ金属粒子とセラミックスマトリックスとで構成されるナノ複相構造薄膜は、ナノ量子効果に基づく新奇特性が次々と生まれている。本研究では、磁場変化により誘電率を制御できる「トンネル磁気誘電効果」の特性向上を、材料の組み合わせ、成膜方法の改良、膜微細組織の構造制御により実現した。さらに、光通信に用いられる波長(1550nm)の光に対して、実用材料であるビスマス鉄ガーネットの約40倍もの巨大なファラデー効果を示す、全く新しい発想による磁気光学材料「トンネルファラデー効果」をFeCo-Y-F系ナノ複相構造薄膜によって見いだした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

新しい産業の創出には、新しい特性を有する材料の創製が重要なカギを握っている。本研究では、本グループで発見した「トンネル磁気誘電効果」および「トンネル磁気光学効果」の更なる特性向上に成功した。近未来において、全く新しいコンセプトに基づく磁気・光・誘電電子デバイスなどが創出される原動力になると予想される。特に本研究期間中に発見した「トンネルファラデー効果」は、現在使用されているYAG系材料が発見されて以来、45年ぶりにファラデー効果の特性を大幅に向上させた材料であり、今後の光デバイスの高機能化・小型化に貢献することが期待される。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (47件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (38件) (うち国際学会 13件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Permeability Measurement up to 30 GHz of a Magnetically Isotropic Thin Film Using a Short-Circuited Coaxial Line2019

    • 著者名/発表者名
      Takeda S.、Kijima-Aoki H.、Masumoto H.、Suzuki H.
    • 雑誌名

      Journal of the Magnetics Society of Japan

      巻: 43 号: 5 ページ: 91-98

    • DOI

      10.3379/msjmag.1909R001

    • NAID

      130007700445

    • ISSN
      1882-2924, 1882-2932
    • 年月日
      2019-09-01
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tailored tunneling magneto-dielectric effects in Co-MgF2 granular nanostructures by in-situ insertion of thin MgF2 layers2018

    • 著者名/発表者名
      Cao Yang、Kobayashi Nobukiyo、Ohnuma Shigehiro、Masumoto Hiroshi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 113 号: 2 ページ: 022906-022906

    • DOI

      10.1063/1.5040779

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High-Frequency Soft Magnetic Properties of Co-SiO2 Nanogranular Films With Large Out-of-Plane Magnetic Anisotropy2018

    • 著者名/発表者名
      Kijima-Aoki Hanae、Takeda Shigeru、Ohnuma Shigehiro、Masumoto Hiroshi
    • 雑誌名

      IEEE Magnetics Letters

      巻: 9 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1109/lmag.2018.2849713

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Tunnel-Type Magneto-Dielectric Effect and Its Annealing Study in Co–SiO<sub>2</sub> Granular Films2018

    • 著者名/発表者名
      Cao Yang、Kobayashi Nobukiyo、Ohnuma Shigehiro、Masumoto Hiroshi
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 59 号: 4 ページ: 585-589

    • DOI

      10.2320/matertrans.MBW201712

    • NAID

      130006549548

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 多層化したナノグラニュラー膜の外部磁界に対する高周波電磁応答性2018

    • 著者名/発表者名
      青木(木嶌)英恵、遠藤 恭、増本 博、大沼繁弘
    • 雑誌名

      マグネティックス研究会Proceedings

      巻: - ページ: 75-78

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] FeCo-(Al,Y-F)系ナノグラニュラー膜の巨大ファラデー効果2018

    • 著者名/発表者名
      小林伸聖、池田賢司、BoGu、高橋三郎、増本博、前川禎通
    • 雑誌名

      マグネティックス研究会Proceedings

      巻: - ページ: 79-84

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Giant Faraday Rotation in Metal-Fluoride Nanogranular Films2018

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi N.、Ikeda K.、Gu Bo、Takahashi S.、Masumoto H.、Maekawa S.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 号: 1 ページ: 4978-4978

    • DOI

      10.1038/s41598-018-23128-5

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Tunable frequency response of tunnel-type magneto-dielectric effect in Co-2-MgF2 granular films with different content of Co2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Cao, A. Umetsu, N. Kobayashi, S. Ohnuma, H. Masumoto
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 111 号: 12 ページ: 122901-122901

    • DOI

      10.1063/1.4985335

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Enhanced spin-dependent charge transport of Co-(Al-fluoride) granular nanocomposite by co-separate sputtering2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Cao, N. Kobayashi, Y. Zhang, S. Ohnuma, H. Masumoto
    • 雑誌名

      JOURNAL OF APPLIED PHYSICS

      巻: 122 号: 13 ページ: 133903-133903

    • DOI

      10.1063/1.5005620

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Tunneling Magneto-Dielectric Effects of Crystalized Co-BaF2 Nano-granular Films at MHz Frequencies2019

    • 著者名/発表者名
      H. Kijima-Aoki, Y. Cao, Y. Endo, N. Kobayashi, S. Ohnuma and H. Masumoto
    • 学会等名
      Intermag 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Metal-Ceramics Nano-Composite Films for Multi-Functional Properties2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi MASUMOTO, Nobukiyo Kobayashi
    • 学会等名
      2019 IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics (ISAF)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Modification of titanium surface environment by ECR plasma oxidation, and calcification behavior2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi MASUMOTO
    • 学会等名
      2nd Global Forum on Advanced Materials and Technologies for Sustainable Development (GFMAT-2)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Tunneling Magneto-Dielectric (TMD) effect: Recent advances and future perspectives2019

    • 著者名/発表者名
      Cao Yang, Masumoto Hiroshi
    • 学会等名
      The 10th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM10)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structure, Magnetic and Dielectric Properties of Co-SrTiO3 Nano-composite Films2019

    • 著者名/発表者名
      Moe Kimura, Yang Cao, Hanae Aoki, Nobukiyo Kobayashi, Shigehiro Ohnuma, and Hiroshi Masumoto
    • 学会等名
      The 10th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing (PRICM10)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Emerging Tunneling Magneto-Dielectric (TMD) Effect and Recent Progress2019

    • 著者名/発表者名
      Cao Yang, Masumoto Hiroshi
    • 学会等名
      The 11th China-Japan Symposium on Ferroelectric Materials and Their Applications
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structure and Magneto-dielectric Properties in Co-F-C Nanocomposites2019

    • 著者名/発表者名
      Yang Cao, Nobukiyo Kobayashi, Shigehiro Ohnuma, and Hiroshi Masumoto
    • 学会等名
      The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies (PACRIM13)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of magneto-dielectric properties of Co-Al2O3 nano-composite films by optimization for preparation conditions2019

    • 著者名/発表者名
      Moe Kimura, Yang Cao, Hanae Aoki, Nobukiyo Kobayashi, Shigehiro Ohnuma, and Hiroshi Masumoto
    • 学会等名
      The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies (PACRIM13)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Fe on tunneling magneto-dielectric response in CoFe-MgF granular nanocomposites2019

    • 著者名/発表者名
      Yang Cao, Hanae-Kijima Aoki, Nobukiyo Kobayashi, Shigehiro Ohnuma, and Hiroshi Masumoto
    • 学会等名
      第57回セラミックス基礎科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] (CoxFe100-x)-(MgF2) films with large improved Tunneling Magneto-Dielectric Responses2019

    • 著者名/発表者名
      曹 洋、青木英恵、小林伸聖、大沼繁弘、増本博
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
  • [学会発表] Improved tunnel magneto-dielectric properties of (Co-Fe)-(Mg-F) granular films by optimizing the composition of Co-Fe alloys2019

    • 著者名/発表者名
      Yang Cao, Hanae-Kijima Aoki, Nobukiyo Kobayashi, Shigehiro Ohnuma, and Hiroshi Masumoto
    • 学会等名
      The Ceramic Society of Japan
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] エネルギーを変換する新材料の開発2019

    • 著者名/発表者名
      増本 博
    • 学会等名
      材料技術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 差動圧力スパッタ法により作製したCo-SrTiO3系ナノ複相薄膜におけるトンネル磁気-誘電効果の発現2019

    • 著者名/発表者名
      木村 萌、曹 洋、青木英恵、小林伸聖、大沼繁弘、増本博
    • 学会等名
      令和元年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] アモルファスFe-B 微粒子の静的・動的磁気特性に関する研究2019

    • 著者名/発表者名
      方 冰川、青木 英恵、宮崎 孝道、増本 博、遠藤 恭
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Improved tunnel magneto-dielectric properties of (Co-Fe)-(Mg-F) granular films by optimizing the composition of Co-Fe alloys2019

    • 著者名/発表者名
      曹 洋、青木英恵、小林伸聖、大沼繁弘、増本博
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2019年年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Large enhancement of magneto-dielectric effect in CoMgF2 nano composites by minor addition of Si2018

    • 著者名/発表者名
      Yang Cao, Nobukiyo Kobayashi, Shigehiro Ohnuma, and Hiroshi Masumoto
    • 学会等名
      Intermag2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation of metal-ceramics nano-granular films for multi-functional properties2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Masumoto
    • 学会等名
      International Conference on Ceramic Materials and Components for Energy and Environmental Applications (CMCEE 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Low-loss nanogranular Co based soft magnetic films for 10 GHz applications2018

    • 著者名/発表者名
      Hanae Kijima-Aoki and Hiroshi Masumoto
    • 学会等名
      International Union of Materials Research Societies - International Conference on Electronic Materials 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Tunable frequency response of tunneling-magneto-dielectric effect in CoMg2/MgF2 granular films2018

    • 著者名/発表者名
      曹 洋、青木英恵、小林伸聖、大沼繁弘、増本博
    • 学会等名
      第31回日本セラミックス協会秋期シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      青木英恵、武田茂、大沼繁弘、増本博
    • 学会等名
      第42回日本磁気学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Dielectric and Tunneling Magneto-Dielectric Responses in Composition-graded Granular Films of Co-MgF22018

    • 著者名/発表者名
      曹 洋、青木 英恵、小林 伸聖、大沼 繁弘、増本 博
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Co-BaF2ナノグラニュラー膜の磁気-誘電効果2018

    • 著者名/発表者名
      青木英恵、武田茂、大沼繁弘、増本博
    • 学会等名
      日本金属学会2018年秋期大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Ceramic-metal granular-type functional gradient materials (g-FGM) with giant dielectric response2018

    • 著者名/発表者名
      曹 洋、青木英恵、小林伸聖、大沼繁弘、増本博
    • 学会等名
      平成30年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Effect of Fe on tunneling magneto-dielectric response in CoFe-MgF granular nanocomposites2018

    • 著者名/発表者名
      曹 洋、青木英恵、小林伸聖、大沼繁弘、増本博
    • 学会等名
      第57回セラミックス基礎科学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Tunneling Magneto-Dielectric Effects of Crystalized Co-BaF2 Nano-granular Films at MHz Frequencies2018

    • 著者名/発表者名
      H. Kijima-Aoki, Y. Cao, Y. Endo, N. Kobayashi, S. Ohnuma and H. Masumoto
    • 学会等名
      Intermag 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 多層化したナノグラニュラー膜の外部磁界に対する高周波電磁応答性2018

    • 著者名/発表者名
      青木(木嶌)英恵、遠藤 恭、増本 博、大沼繁弘
    • 学会等名
      マグネティックス研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] FeCo-(Al,Y-F)系ナノグラニュラー膜の巨大ファラデー効果2018

    • 著者名/発表者名
      小林伸聖、池田賢司、BoGu、高橋三郎、増本博、前川禎通
    • 学会等名
      マグネティックス研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Tunneling Magneto-Dielectric Response Enhancement of Co-Sr-F Nano-Composite Thin Films by Gd Doping2018

    • 著者名/発表者名
      Cheng Wang, Yang Cao, Yiwen Zhang, Shigehiro Ohnuma, Nobukiyo Kobayashi and Hiroshi Masumoto
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2018年年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Enhancement effect of minor addition of Si on magneto-dielectric properties in Co<sub>2</sub>Fe?MgF<sub>2</sub> nano-granular films2018

    • 著者名/発表者名
      Cao Yang・Kobayashi Nobukiyo・Ohnuma Shigehiro・Masumoto Hiroshi
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2018年年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Large Enhanced Tunneling Magneto-Dielectric response in Co-MgF2 Films by Addition of Si2018

    • 著者名/発表者名
      Yang Cao, Nobukiyo Kobayashi, Shigehiro Ohnuma, and Hiroshi Masumoto
    • 学会等名
      日本金属学会2018年春期大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Giant Enhancement of Tunnel-type Magneto-Dielectric Effect in Co2Fe-MgF2 Granular Films2017

    • 著者名/発表者名
      曹 洋、小林 伸聖、大沼 繁弘、増本 博
    • 学会等名
      日本金属学会2017年秋期大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 金属-フッ化物ナノグラニュラー膜のTMD 効果に基づく磁気光学効果2017

    • 著者名/発表者名
      小林 伸聖、池田 賢司、増本 博、高橋 三郎、前川 禎通
    • 学会等名
      日本金属学会2017年秋期大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 多元分離式スパッタリング法により作製したCo-Sr-F ナノ複層薄膜のトンネル磁気誘電特性2017

    • 著者名/発表者名
      王 誠、曹 洋、張 亦文、小林 伸聖、大沼 繁弘、増本 博
    • 学会等名
      日本金属学会2017年秋期大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] マグネトロンスパッタ法により作製したCo-SrF2ナノ複相薄膜の構造とトンネル磁気誘電特性2017

    • 著者名/発表者名
      王 誠・曹 洋・張 亦文・大沼 繁弘・小林 伸聖・増本 博
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第30回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Nano-structured surface modification on Ti-6Al-4V alloy by electron cyclotron resonance plasma oxidation2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Masumoto, Mayumi Shiraishi, Yusuke Orii, Naru Shiraishi,Takahisa Anada, Osamu Suzuki and Keiichi Sasaki
    • 学会等名
      29th Symposium and Annual Meeting of ISCM (Bioceramics 29)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Dielectric and magneto-dielectric responses in (Co-Fe-Si)-(Mg-F) nanocomposite films2017

    • 著者名/発表者名
      Yang Cao・Nobukiyo Kobayashi・Shigehiro Ohnuma・Hiroshi Masumoto
    • 学会等名
      平成29度 日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Tunneling magneto-dielectric property of Co-Sr-F nano-composite thin films deposited by co-sputtering2017

    • 著者名/発表者名
      Cheng WANG・Yang CAO・Yiwen ZHANG・Shigehiro OHNUMA・Nobukiyo KOBAYASHI・Hiroshi MASUMOTO
    • 学会等名
      平成29度 日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 光透過性を有する磁性金属-フッ化物 ナノグラニュラー膜の磁気光学効果2017

    • 著者名/発表者名
      小林伸聖、池田賢司、増本 博、高橋三郎、前川禎通
    • 学会等名
      第41回 日本磁気学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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