界面マルチフェロイク構造で電圧印加による磁化方向制御の仕組みを解明：研究開発の最前線

東京大学らは、強磁性体と圧電体の2層からなる界面マルチフェロイク構造で、電圧印加による磁化方向制御の仕組みを解明し、磁性層中の元素特有の役割を確認した。

[MONOist]

　東京大学は2024年1月11日、強磁性体と圧電体の2層から成る界面マルチフェロイク構造で、電圧印加による磁化方向制御の仕組みを解明したと発表した。大阪大学、東京工業大学との共同研究による成果だ。

　研究グループは、Co系ホイスラー合金磁石の1つであるCo₂FeSiを強磁性体とし、圧電性能が高いPMN-PTを圧電体として組み合わせた界面マルチフェロイク構造が、効率的に磁化方向を制御できることを発見している。

　この構造に電圧を印加しながら、X線磁気円二色性（XMCD）分光測定技術でスピン磁気モーメントと軌道磁気モーメントの変化を検出した。その結果、正負の電圧印加により、Co₂FeSi中のFeの軌道磁気モーメントに変化が引き起こされることが明らかとなった。

（a）界面マルチフェロイク構造の模式図。（b）FeとCoに関する電界印加中のX線磁気円二色性（XMCD）スペクトル［クリックで拡大］ 出所：東京大学

　実験結果と第一原理計算を用いた考察により、この変化は圧電体層で生じるひずみによるものであり、磁化方向の制御に関わることが示された。研究グループはこの現象を「軌道弾性効果」とし、磁性層中の元素特有の役割が確かめられたとしている。

Co2FeSiの状態密度の模式図［クリックで拡大］ 出所：東京大学

　界面マルチフェロイク構造は、多様な材料を選択でき、動作可能な温度領域が広い。同構造を用いた磁化方向制御技術は、磁化方向に対応付けて情報を不揮発に記録するスピントロニクスメモリデバイスでの書き込み技術として注目されている。磁化方向制御の仕組みの解明により、より高性能な界面マルチフェロイク構造の開発につながることが期待される。

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