二次元層状物質は、高い伝導性、柔軟性、透明性など、さまざまな魅力的な特性を持つため、多彩なアプリケーションが提案されており、特に次世代エレクトロニクスの新材料として大きな注目を集めています。近年、強磁性を示す二次元層状物質も発見され、「二次元磁石」として磁気記録やスピントロニクスへの応用が期待されています。特に、最近発見された Fe3GaTe2 は、室温で磁性を維持し、磁気の向きが面に垂直な方向に向きやすい (垂直磁気異方性) ため、スピンメモリや熱電デバイスへの応用が期待されています。しかしながら、室温において、垂直磁気異方性の強度が不十分なため、磁場を印加しない状態では磁気の向きを垂直に保つことができませんでした。
本研究では、この二次元層状磁石に圧力を加えることで、垂直磁気異方性が著しく向上することを世界で初めて明らかにしました。九州大学 大学院理学府 博士課程 3 年の飯森 陸 氏と理学研究院の木村 崇 教授らの研究グループは、絶縁基板上に転写された Fe3GaTe2 薄膜に微細電極を取り付けたホール効果測定素子を、独自に開発した微細圧力セル内に設置し、同薄膜の垂直磁気異方性が圧力によってどのように変化するかを評価しました。その結果、圧力の印加に伴い垂直磁気異方性が飛躍的に向上し、室温で磁場を加えない状態でも磁気の向きが垂直に保たれる (完全垂直磁化状態) ことを明らかにしました。
本成果は、スピントロニクスデバイスにおける課題であった垂直磁気異方性の増強に大きく貢献することが期待され、二次元層状磁石の可能性を大きく広げるものです。また、熱電デバイス応用においても、より高温領域での効率的な動作が可能となり、二次元層状物質への圧力の印加はさまざまなデバイスの性能向上に大きく寄与することが期待されます。
本成果は、2024 年 10 月 23 日 (現地時間) に英国 Nature Publishing Group の科学誌Communication Materials のオンライン版に掲載されました (https://doi.org/10.1038/s43246-024-00665-3)。
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