強磁性窒化鉄において磁気ひずみの巨大変調を実証 フレキシブルなスピントロニクス素子のための新材料として期待

強磁性窒化鉄において磁気ひずみの巨大変調を実証フレキシブルなスピントロニクス素子のための新材料として期待

2025年4月 3日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　助教　伊藤启太

【発表のポイント】

磁石の性质を示す窒化鉄（贵别₄狈）の薄膜が、磁化することで结晶がひずむ大きな磁気ひずみ^（注¹^）を示すことを実証しました。
鉄の一部をコバルト（颁辞）で置き换えた(贵别,颁辞)₄狈薄膜では颁辞置换量に依存して磁気ひずみの符号が反転するほど磁気ひずみを大きく変调できることを発见し、実験および理论の両面から磁気ひずみのメカニズムを明らかにしました。
窒化鉄は电子の电気と磁気の両方を活用できるスピントロニクス机能を示すことが知られており、今回発见した磁気ひずみの特性と合わせて活用することで、ひずみセンシングなどを行うこれまでに无いフレキシブルスピントロニクス素子の新材料として期待できます。

【概要】

身につけられる柔软なエレクロニクス素子に磁石の特性を融合させるフレキシブルスピントロニクスは、ひずみセンサシートなどを実现できる分野として期待を集めています。しかし、センサの高感度化に向けては、大きな磁気抵抗効果（磁石の向きによって电気抵抗が変化する効果）などのスピントロニクス机能と同时に、ひずみに対して磁石の向きが敏感に変化する「磁気ひずみが大きな材料」を探し出すことが切望されていました。

今回、东北大学金属材料研究所の伊藤啓太助教と関剛斎教授は、同研究所の嶋田雄介助教（研究当時、現：九州大学准教授）、大学院工学研究科の遠藤恭教授、物質?材料研究機構磁性?スピントロニクス材料研究センターのIvan Kurniawan博士研究員、三浦良雄グループリーダー（研究当時、現：京都工芸繊維大学教授）と共同で、Fe₄狈薄膜が大きな磁気ひずみを示すこと、贵别の一部を颁辞で置き换えることで磁気ひずみの符号が反転するほど磁気ひずみを大きく変调できること、さらに実験结果と理论计算を比较することで大きな磁気ひずみが得られるメカニズムを解明しました。今回の成果は大きな磁気ひずみ特性を有するスピントロニクス材料の开発を加速し、将来のフレキシブルスピントロニクス素子の高感度化に大きく寄与すると期待されます。

本研究成果は、2025年3月26日付で材料科学分野の専門誌 Communications Materialsにオンライン掲載されました。

図1. Fe_4-xMn_x狈、贵别₄狈および贵别_4-yCo_y狈の结晶构造。逆ペロブスカイト型磁性窒化物と呼ばれる材料群である。

【用语解説】

注1. 磁気ひずみ
强磁性体材料を磁化することで结晶格子がひずむ特性。磁歪とも呼ばれる。磁化した方向に结晶が伸びる场合（磁気ひずみの符号が正）と缩む场合（磁気ひずみの符号が负）があり、材料によってその大きさと符号が异なる。逆効果として、强磁性体材料に外部応力をかけて结晶格子をひずませることで、磁化の方向を制御することも可能である。

【论文情报】

タイトル：Giant tunability of magnetoelasticity in Fe4N system as a platform to unveil correlation between magnetostriction and magnetic damping
著者：Keita Ito*, Ivan Kurniawan, Yusuke Shimada, Yoshio Miura, Yasushi Endo, and Takeshi Seki
*责任着者：东北大学金属材料研究所　助教　伊藤启太
掲載誌：Communications Materials
顿翱滨：

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