発表のポイント
- 鉄（Fe）、クロム（Cr）、硫黄（S）からなる非平衡相（ピロータイト型構造）において、熱処理（焼き入れ）温度を最適化することで不純物のない「単相」の合成に成功しました。
- 1323 K（約1050 ℃）から急冷した試料において、極めて大きな磁気保磁力（38 kOe）が観測されました。
- 鉄とクロムから構成される副格子磁化の大きさが相殺する「補償型フェリ磁性体」で、片方のスピンのみが電気を流す「ハーフメタル型電子状態」を両立していることが第一原理計算の結果から示唆され、次世代の超高密度・超高速スピントロニクスデバイスの基盤材料として期待がもたれます。
概要
本研究は、ありふれた元素のみで構成され、次世代スピントロニクスへの応用が期待される「ハーフメタル補償型フェリ磁性体」の創出に向け、鉄・クロム硫化物（(Cr,Fe)7S8）の製造プロセスの最適化に挑んだ成果です。
東北大学金属材料研究所の梅津理恵教授らの研究グループは、熱処理条件を検討した結果、1323 K以上から急冷することで不純物の析出を完全に抑えた準安定相を得ることに成功しました（図1）。急冷温度を変えることで結晶内の原子空孔の規則度を制御でき、それに伴い磁化が相殺する「磁化補償温度」をチューニングすることが可能です。特に1323 Kから急冷して得た試料は、5 Kにおいて38 kOeという極めて巨大な保磁力を示しました（図3）。さらに第一原理計算により、本物質が高いスピン分極率を持つハーフメタル型電子状態を有していることが示唆され、漏れ磁場のない超高密度・高速デバイスの基盤材料として極めて有望であることを明らかにしました。本成果は、2026年8月4日（現地時間）に学術誌Smallにオンライン掲載されました。
なお本成果は、島根大学材料エネルギー学部（東北大学金属材料研究所クロスアポイント）の千星聡教授、九州大学大学院工学研究院の吉年規治准教授、国立研究開発法人海洋研究開発機構の真砂啓技術副主幹と川人洋介上席研究員、国立研究開発法人産業技術総合研究所の福島鉄也研究チーム長、大阪大学大学院工学研究科・株式会社アカデメイアの赤井久純 大阪大学名誉教授との共同研究によるものです。
詳細
- プレスリリース本文 [PDF: 921KB]
- Small [DOI: 10.1002/smll.74603]
図1(a). ピロータイト型結晶構造。六方晶NiAs型構造をa軸とc軸に2個ずつ積み上げたような構造である。(b) Fe (Cr)の層に着目すると、1層おきに空孔が規則的に配列している。高温からの急冷でその空孔の配置が不規則化し、磁化補償温度が制御可能であることが本研究で明らかになった。