世界で初めての透明強磁性体の開発に成功
― 新しい磁気光学効果の発見 ―

公益財団法人電磁材料研究所(理事長：荒井賢一)の小林伸聖主席研究員、国立大学法人東北大学(総長：里見進）学際科学フロンティア研究所の増本博教授、同金属材料研究所の高橋三郎助教および国立研究開発法人日本原子力研究開発機構(理事長：児玉敏雄)先端基礎研究センターの前川禎通センター長の研究グループは、全く新しい発想による透明強磁性体の開発に世界で初めて成功しました。開発した材料は、ナノグラニュラー材料^1、２）と呼ばれる、ナノメートルサイズの磁性金属粒子を誘電相中に分散させた金属と絶縁体(誘電体)の2相からなる薄膜材料であり、室温で大きな光透過率^３）と強磁性を示し、かつ、透明度が磁場で制御可能な新しい磁気-光学効果^４）を示すことを見いだしました。

透明な磁性体の開発は、磁性材料研究において重要なテーマの一つです。室温で透明な強磁性体が実現すれば、磁気・電子および光学デバイスのみならず、様々な産業分野に多くの革新的な技術発展をもたらすことが期待できます。これまでに、磁性半導体や磁性酸化物において透明な磁性体の検討がされてきましたが、室温では磁化が小さく、また十分な透明性が得られないなど、透明な強磁性体は実現されていませんでした。我々は、ナノメートル(1/1000000ミリメートル)の微細複合構造を持つナノグラニュラー磁性体の研究開発を進め、可視光領域において高い光透過性を持ち、かつ強磁性併せ持つ薄膜材料の開発に成功しました。この材料は、粒径が数ナノメートルの鉄-コバルト合金微粒子(グラニュール)が、 フッ化アルミニウム^５）の媒質（マトリックス）中に分散した構造を有します。この構造により、鉄-コバルト合金による強磁性とフッ化アルミニウムによる光透過性の両方の特性を同時に発揮することができます。さらに、この材料の光透過率は磁場の大きさを変化させることによって制御できることも見出しました。これは、過去に報告の無い新しい磁気-光学効果であり、鉄-コバルト合金の強磁性グラニュール間の量子力学的トンネル効果によるスピン依存電荷振動^６）に基づく『トンネル磁気誘電効果』によって説明されます。

この新しい材料は、世界で初めて実現した室温で透明な強磁性体であって、かつ、透明度が磁場により自己調整できる機能を持ちます。今後の開発の進展によって、例えば、速度、燃料計や地図を自動車や航空機のフロントガラス上に直接表示するデバイスなど、次世代透明磁気デバイスや電子機器の実現が可能となります。

なお、本研究成果は、英国科学誌「Scientific Reports（サイエンティフィック レポート）」（9月28日付）に掲載されます。