東北大学、海洋研究開発機構(JAMSTEC)、大阪大学(阪大)の3者は6月28日、「遷移金属元素の価電子数を合計で10にする」という独自の開発指針を基に、鉄、クロム、硫黄で構成され、低温で完全に磁化を消失し、なおかつある温度(補償温度)以上では最大3.8Tの高保磁力を有する反強磁性的なハーフメタルの開発に成功したと発表した。

同成果は、東北大 金属材料研究所の千星聡准教授、同・梅津理恵教授、JAMSTECの川人洋介上席研究員、阪大大学院 工学研究科の赤井久純招へい教授(研究当時・東京大学 物性研究所)らの共同研究チームによるもの。詳細は、英オンライン総合学術誌「Scientific Reports」に掲載された。

ハーフメタルと呼ばれる物質群は、金属と絶縁体(半導体)の両方の電子状態を併せ持つ物質であり、ハーフメタル磁性体に電流を流すと、電荷情報に加えてスピンの情報も伝えることができることから、スピントロニクス分野での応用として、次世代の超高密度磁気メモリや高感度磁気センサなどの実現が期待されている。

これまでの研究においては、ハーフメタルにおけるスピン情報の確度を向上させるために磁気モーメントの向きが揃った強磁性体の研究が中心になされてきたという。しかし、もし反強磁性的(完全補償型フェリ磁性)ハーフメタルを開発できれば、磁性体の内部で磁化を打ち消し合うことから外部への漏れ磁場が発生せず、高密度に集積してもデバイス内での磁気的相互作用による擾乱が一切起こらないというメリットを得られることが期待されることから、反強磁性的ハーフメタルの探索が長年行われているが、今のところ2例が見出されているのみだったという。

  • 一般的な強磁性体とハーフメタル強磁性体の電子状態と電荷の流れ

    一般的な強磁性体とハーフメタル強磁性体の電子状態と電荷の流れ (出所:東北大プレスリリースPDF)