| 研究課題/領域番号 |
22H00287
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分29:応用物理物性およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
梅津 理恵 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (60422086)
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| 研究分担者 |
千星 聡 島根大学, 学術研究院機能強化推進学系, 教授 (00364026)
福島 鉄也 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究チーム長 (00506892)
吉年 規治 九州大学, 工学研究院, 准教授 (60586494)
赤井 久純 大阪大学, 大学院工学研究科, 招へい教授 (70124873)
真砂 啓 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(地球情報科学技術センター), 技術副主幹 (70510551)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
42,380千円 (直接経費: 32,600千円、間接経費: 9,780千円)
2024年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円)
2023年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円)
2022年度: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)
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| キーワード | ハーフメタル / スピントロニクス / 電子状態 / 完全補償型フェリ磁性体 / 磁気転移温度 / 反強磁性型ハーフメタル / スピントロ二クス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
スピントロニクスの研究分野では、ハーフメタル型の電子状態を有する強磁性体から、反強磁性体（＝完全補償型フェリ磁性体）を用いた電子デバイスの研究へと移行している。本研究では、第一原理計算に基づく物質予測により当研究グループが世界で3例目、カルコゲナイド化合物では世界で初めての例となる候補物質を発見したことにより、関連物質において新規反強磁性型ハーフメタル物質の探索を行うと同時に電子状態の直接観測を行い、さらには反強磁性型ハーフメタル物質の普遍的な物質設計指針を確立することを目的としている。
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| 研究実績の概要 |
スピントロニクスの研究分野では、ハーフメタル型の電子状態を有する強磁性体から、完全補償型フェリ磁性体を用いた電子デバイスの研究へと移行している。本研究では、第一原理計算に基づく物質予測により当研究グループが世界で3例目、カルコゲナイド化合物では世界で初めての例となる候補物質を発見したことにより、関連物質において新規フェリ磁性型ハーフメタル物質の探索を行うと同時に電子状態の直接観測を行い、これら物質の普遍的な設計指針を確立することを目的としている。
令和5年度は、(Cr,Fe)Se系化合物で物質探索を行った。S系と同様に、化学両論組成より3～4％ほどSeリッチ側でNiAs型結晶構造の単相が得られた。Se系においても単相の得られる組成領域はさほど広くはないが、S系よりは熱的安定性が高く、750℃からの急冷でもほぼ単相が得られることが判明した。しかしながら、磁気特性の結果より完全補償型のフェリ磁性体ではなく、Neelの提唱した分類でいうところのR型のフェリ磁性体であった。S系とSe系で磁気特性が異なる要因を調べるために、SとSeの混晶系の試料を作製して磁気特性の変化を調べている。現時点では、Se濃度の増加に伴い、補償温度が低下することが分かっている。
(Co,V)Sや(Cr,Mn,Fe)S, (Ti,Ni)S系などのように3d遷移元素の組み合わせを変えて探索する系を増やしているが、NiAs型結晶構造の相は得られるものの、フェリ磁性体を示すものは(Cr,Fe)Sや(Cr,Fe)Se以外では今のところ見つかっていない。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
反強磁性型ハーフメタル物質の有力な候補物質としてCrFeS化合物を報告してきたが、今年度の研究遂行により、CrFeSe化合物においてもNiAs型の単相が得られ、フェリ磁性を示すことが分かった。S系と同様に、単相の得られる組成や温度域を明らかにした。
一方で、特異な電子状態と物性を関連付けて議論するためには輸送特性測定の重要性が指摘されてきたが、その測定には至らなかった。再焼結させることでバルクの塊状試料が得られることから、次年度はその試料にて輸送特性を調べることが課題である。以上のことより、総合的に「概ね順調に進展している」と判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は、ハーフメタル型電子状態を有する完全補償型フェリ磁性体Cr23Fe23S54化合物の輸送特性を調べることを目的とする。これまでの粉末体を焼結した試料は非常に脆く、輸送特性の評価が困難であった。一度焼結した試料を圧粉し、再焼結することで短冊状試料の切り出しが可能な試料が得られた。それを用いて電気抵抗の温度依存性、磁気抵抗、磁気抵抗の角度依存性などの測定を行い、電子状態と関連づけて議論を進めていく。さらには、中性子回折測定による磁気構造解析や、磁気共鳴の周波数特性を調べることを計画している。第一原理計算の結果をもとに、(Co,V)Sや(Cr,Mn,Fe)S, (Ti,Ni)S化合物などのように系を拡張し、新規物質の探索も引き続き行っていく。
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