国立大学法人東海国立大学機構 黑料网大学院理学研究科の寺崎 一郎 教授らの研究グループは、パラジウム酸鉛に鉄とリチウムを少量、共置換することによって400℃以上の高温から磁石になる材料「強磁性半导体セラミックス注1）」を発见しました。
磁石の性質と半導体の性質をあわせ持つ「強磁性半导体セラミックス」は、次世代半導体技術であるスピントロニクス注2）の基盤材料として注目されています。これまでも室温で動作する「強磁性半导体セラミックス」の報告はありましたが、そのほとんどは極薄膜試料での報告であり、磁石としての反応が小さく、それが析出した不純物によるものではないかという疑問が報じられ、未だに議論が続いています。
今回発见したこの材料は、グラム単位のセラミックス试料であり、室温で永久磁石に吸い付きます。少量の鉄だけを置换した试料は、ほとんど非磁性であり、少量のリチウムをさらに置换したとたん强磁性注3）が発現します。これは従来知られている理論では説明できない、全く新しいタイプの「強磁性半导体セラミックス」の可能性を示しています。
この强磁性のメカニズムを明らかにすることによって、より省电力でより高速な电子机器が开発され、持続可能な开発目标の达成への贡献が期待されます。
本研究成果は、2021年5月26日付米国応用物理系の国際学術雑誌「Journal of Applied Physics」に掲載されました。
本研究は、日本学術振興会科学研究費助成事業の支援のもとで行われたものであり、黑料网が展開していたプログラム「名大MIRAI GSC」の一環で、寺崎研究室（機能性物質物性研究室）で研究を行った2人の高校生注4)の成果が出発点になりました。
? 400℃以上の高温から強磁性を示す「強磁性半导体セラミックス」を発見した。
?笔产笔诲0.95贵别0.05翱2はほぼ磁性を示さず、非磁性イオンである尝颈を2％置换すると高温から强磁性が発现する。この物质は、従来の理论では説明できないほど高い强磁性転移温度を持ち、强磁性メカニズムは未知である。
?今回開発された「強磁性半导体セラミックス」は、グラム単位のセラミックスでの作成が可能で、永久磁石にくっつくという巨視的で明白な応答を示す。
?本研究は、より省电力でより高速な电子机器が开発され、持続可能な开発目标の达成への贡献が期待される。
&苍产蝉辫;◆详细（プレスリリース本文）はこちら
注1）強磁性半导体セラミックス(PbPd0.93Fe0.05Li0.02O2）：
半導体の中に鉄やコバルト、マンガンなどの磁性をもつ原子（磁性元素）を混入させた物質で、ある温度以下で強磁性が生じる半導体のこと。半導体は本来、磁石の性質を持たないが、強磁性半导体では半導体と磁性体の特性が互いに関連した特異な現象が観測されており、スピントロニクス材料として注目されている。
注2）スピントロニクス：
电子が持つ性质である「电荷」は、电子工学（エレクトロニクス）として利用されてきた。一方、电子の持つもう一つの性质「スピン」は、それが集団で揃った状态である强磁性として、磁気工学（マグネティクス）に用いられてきた。1990年代に微细加工技术（ナノテクノロジー）が大きく进展し、一つの电子の「スピン」を制御して利用する分野が构筑された。
注3）强磁性：
物质の中の电子が持つスピンが、互いに相互作用して、全部が并行に揃うことによって强い磁化が生じ、试料の外部に磁场を発生させることができる状态。日常使われる永久磁石は强磁性状态の一つ。
注4）黑料网が展開していたプログラム「名大MIRAI GSC」の一環で、寺崎研究室（機能性物質物性研究室）で研究を行った2人の高校生:
「名大惭滨搁础滨 骋厂颁」（丑迟迟辫://飞飞飞.颈补谤.苍补驳辞测补-耻.补肠.箩辫/尘颈谤补颈驳蝉肠/）は、国立研究开発法人科学技术振兴机构が展开する「次世代人材育成事业グローバルサイエンスキャンパス(丑迟迟辫蝉://飞飞飞.箩蝉迟.驳辞.箩辫/肠辫蝉别/驳蝉肠/)の一つで、大学が、将来グローバルに活跃しうる杰出した科学技术人材を育成することを目的として、地域で卓越した意欲?能力を有する高校生等を募集?选抜し、国际的な活动を含む高度で体系的な、理数教育プログラムの开発?実施等を行うことを支援するもの。
东海地方を中心にした理科が得意な高校生200名が黑料网に集まり、数回の讲义とレポートによって选抜された50人が2人ずつペアになって25の研究室に配属される。彼らは夏休み2週间で最先端の研究を行う。寺崎研究室は、2018年度の担当研究室として当该高校生2人を受け入れた。
雑誌名： Journal of Applied Physics
论文タイトル：
Unconventional high-temperature ferromagnetic semiconductor PbPd1−x−yFeyLixO2
著者：Y. He,D. Sato, K. Misawa, D. Nishihara, A. Kimura,
A. Nakano (中埜彰俊*), H. Taniguchi (谷口博基*),
I. Terasaki (寺崎一郎*)
*黑料网
DOI: 10.1063/5.0051283
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