東北大など、大きな誘電率と磁気-誘電効果のナノグラニュラー材料を開発

 

東北大学、電磁材料研究所、日本原子力研究開発機構(JAEA)は7月22日、ナノグラニュラー材料と呼ばれるナノ磁性粒子を誘電相中に分散させた金属と絶縁体の2相からなる薄膜誘電体材料が、室温で大きな誘電率と磁気-誘電効果を示すことを見出したと発表した。

同成果は、電磁材料研究所の小林伸聖主席研究員、東北大 学際科学フロンティア研究所の増本博教授、東北大 金属材料研究所の高橋三郎助教、JAEA 先端基礎研究センターの前川禎通センター長らによるもの。詳細は、英国科学誌「Nature Communications」のオンライン版に掲載された。

これまで、誘電体材料では結晶性セラミックスが主に研究されてきたが、最近はマルチフェロイックスと言われる多機能性の材料が注目され、磁界による誘電率の応答特性の研究が盛んに行われている。しかし、その応答特性は-170℃程度の極低温でなければ発現せず、実用デバイスに使用することは不可能だった。今回、研究グループが開発した材料は、誘電体中にナノメーターサイズの磁性粒子を均一分散させることで、室温で大きな磁化を有するとともにナノ量子効果による新しい誘電特性が期待できる。さらに、この現象が発現する機構を明らかにするため、理論的考察を行った結果、新しいナノ量子効果であるスピン依存電荷分極に基づく現象であることを解明したという。

同材料は、必要な周波数に対応して材料特性を磁場により自己調整できることから、今後開発が進めば、従来別々の受信機が必要だった低周波帯域(VHF)のアナログ放送と高周波帯域(UHF)のデジタル放送の両方を1つの機器で受信が可能となるなど、自己調整機能を持つ新しい電子部品への応用が期待される。このように、従来にない特性を持つ機能材料であることから、今後新たな用途開発が見込まれるとコメントしている。

(a)ナノグラニュラー構造材料の模式図、(b)ナノグラニュラー材料の高分解能透過電子顕微鏡像。暗い粒子状の部分がFe-Co合金のグラニュールで、明るい部分がMgF2誘電体相のマトリックス



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