磁性と強誘電性を備える物質を160℃の高温で動作：新機能デバイスへの応用に期待

東北大学の研究グループは、磁性と強誘電性を併せ持つ物質「マルチフェロイクス」を、約160℃という高い温度で動作させることに成功した。高温動作を実現したことで、光デバイスやスピントロニクスデバイスなど新機能デバイスへの応用が期待される。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

モリブデン酸テルビウム「Tb2（MoO4）3」に着目

　東北大学の研究グループは2024年12月、磁性と強誘電性を併せ持つ物質「マルチフェロイクス」を、約160℃という高い温度で動作させることに成功したと発表した。高温動作を実現したことで、光デバイスやスピントロニクスデバイスなど新機能デバイスへの応用が期待される。

　マルチフェロイクスと呼ばれる物質は、電気的に磁性を制御することや、磁気的に電気分極を制御できる「電気磁気効果」が確認されている。また、マジックミラーのような機能（光の一方向性）も観測されているという。ただ、マルチフェロイクスの動作が確認されているのはこれまで、室温以下という低温環境のみで、実用化に向けては高温での動作が課題となっていた。

　研究グループは今回、モリブデン酸テルビウム「Tb₂（MoO₄）₃」が、結晶格子の変形によって強誘電性を発現することに着目した。この物質は強誘電体でありながら強弾性体でもあり、ひずみと電気分極が強く結合している。また、Tb（テルビウム）イオンは磁気モーメントを持ち、その方向に依存してひずむ効果があることも分かっていた。

高温マルチフェロイクス物質「Tb₂（MoO₄）₃」［クリックで拡大］ 出所：東北大学

Tb₂（MoO₄）₃におけるひずみと電気分極の結合［クリックで拡大］ 出所：東北大学

　Tb₂（MoO₄）₃を用いて実験を行った。この結果、約160℃という高温環境で磁場によって磁気モーメントを90°回転させたところ、電気分極の反転に成功した。これにより、マルチフェロイクスが高温でも動作することを実証した。

Tb₂（MoO₄）₃におけるひずみを介した電気と磁気の結合を利用した電気磁気効果［クリックで拡大］ 出所：東北大学

　今回の研究成果は、東北大学大学院理学研究科の田島史門大学院生、同大学金属材料研究所の増田英俊助教、新居陽一准教授、木村尚次郎准教授、小野瀬佳文教授らによるものである。