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2020 年度 実績報告書

磁性ナノ粒子の楕円化による新しい磁気-電気-光複機能ナノグラニュラー膜の高機能化

研究課題

研究課題/領域番号 19K21102
研究機関東北大学

研究代表者

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

研究期間 (年度) 2020-02-01 – 2021-03-31
キーワード磁性ナノ粒子 / ナノグラニュラー薄膜 / トンネル磁気誘電効果 / トンネル磁気誘電効果
研究実績の概要

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。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「横長扁平形」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した。
令和2年度は、1) Co相を層状から横扁平形状ナノ粒子まで変化させたCo-BaF2膜、ならびに2)ナノ粒子形状を横扁平形状から縦長楕円形状まで変化させたCo-SiO2膜を作製し、それぞれタンデムスパッタ法で粒子形状および粒子配列を制御するための成膜条件を明らかにした。1)横扁平ナノ粒子が面内に配列するCo-BaF2膜は、粒子の密度および間隔が面内・面直で異なるために、面内(扁平方向)には低電気抵抗、面直(短軸方向)には高電気比抵抗を示す。電気抵抗値の違いから、面内にTMR効果、面直にはTMD効果と、ひとつの膜で性質の異なるトンネル効果を得ることに成功した。2)ナノ粒子形状を横扁平から縦楕円に変化させたCo-SiO2膜は、粒子が横扁平および縦楕円形状で、それぞれ面内および垂直磁気異方性を示した。特に垂直磁気異方性の大きさは縦楕円粒子の長軸の長さに比例して増加することを明らかにした。
1)の成果から、直流-交流の両方のトンネル特性をハイブリッドした機能性材料への展開と2)の成果から、ナノ粒子の形状制御による新規磁気物性制御法の展開が期待できる。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Large magnetodielectric effect based on spin-dependent charge transfer in metal-insulator type Co-(BaF2) nanogranular films2020

    • 著者名/発表者名
      Kijima-Aoki Hanae、Cao Yang、Kobayashi Nobukiyo、Takahashi Saburo、Ohnuma Shigehiro、Masumoto Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 128 ページ: 133904~133904

    • DOI

      10.1063/5.0021636

    • 査読あり
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      青木英恵、曹洋、大沼繁弘、小林伸聖、増本博
    • 学会等名
      日本金属学会春季講演大会 2021
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      打越雄央、青木英恵、小林伸聖、大沼繁弘、増本博
    • 学会等名
      日本金属学会春季講演大会 2021
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      青木英恵、曹 洋、大沼繁弘、小林伸聖、 増本博
    • 学会等名
      日本金属学会秋季講演大会 2020
  • [学会発表] Co-MgO 系ナノコンポジット薄膜の電気および磁気特性2020

    • 著者名/発表者名
      木村萌、曹 洋、青木英恵、大沼繁弘、小林伸聖、増本博
    • 学会等名
      日本金属学会秋季講演大会 2020
  • [学会発表] 金属 - 絶縁体ナノグラニュラー薄膜の微細構造と特性2020

    • 著者名/発表者名
      本田祥基、大沼正人、 増本博、大沼繁弘、青木英恵、木村萌
    • 学会等名
      日本金属学会秋季講演大会 2020
  • [図書] Surfaces and Interfaces of Metal Oxide Thin Films, Multilayers, Nanoparticles and Nano-composites2021

    • 著者名/発表者名
      Roca, A.G., Mele, P., Kijima-Aoki, H., Fantechi, E., Vejpravova, J.K., Kalbac, M., Kaneko, S., Endo, T.
    • 総ページ数
      220
    • 出版者
      Springer International Publishing
    • ISBN
      978-3-030-74072-6

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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