相転移温度近傍における電気／磁気双極子秩序の同時制御による新奇冷却素子の創製

微小領域における高精度な温度制御に必要な、駆動部を持たず小型化の可能な冷却技術として、制御の容易な電場を用いる電気熱量効果を利用する冷却技術が注目されている。その作業物質には、電場によって電気双極子の秩序が大きく変化する強誘電－常誘電相転移温度を動作温度付近に有する強誘電体が有力な候補となっている。一方、電気と磁気の間に電気磁気効果とよばれる交差相関が見られ、印加した電場によって分極だけでなく磁気スピンも制御することが可能とされる「マルチフェロイクス物質」を作業物質に用いることができれば、分極と磁気スピンの両方のエントロピー変化を同時に利用することで、より効率の良い冷却システムの構築が期待できる。本研究では、高電場印加の可能な電気絶縁性に優れた高品質薄膜作製プロセスを確立し、マルチフェロイクス物質の相転移温度近傍における分極と磁気スピンの相関について明らかにすることで、新規冷却素子の創生についての知見を得ることを目的としている。今年度は、ドメインの形態を制御した薄膜の作製と、分極および磁気スピン秩序の相関の評価について取り組んだ。しかしながら、年度当初に成膜装置が故障し、修理部品の入手が困難であったために復旧が年度末となり、当初計画していた薄膜作製を進めることができなかった。そこで、過年度までに作製していた薄膜を用いて、分極および磁気スピン秩序の相関を評価するため、既存の走査型プローブ顕微鏡にて、同一視野における圧電応答および磁気応答を観察するための測定系を構築した。

微小領域における高精度な温度制御に必要な、駆動部を持たず小型化の可能な冷却技術として、制御の容易な電場を用いる電気熱量効果を利用する冷却技術が注目されている。その作業物質には、電場によって電気双極子の秩序が大きく変化する強誘電－常誘電相転移温度を動作温度付近に有する強誘電体が有力な候補となっている。一方、電気と磁気の間に電気磁気効果とよばれる交差相関が見られ、印加した電場によって分極だけでなく磁気スピンも制御することが可能とされる「マルチフェロイクス物質」を作業物質に用いることができれば、分極と磁気スピンの両方のエントロピー変化を同時に利用することで、より効率の良い冷却システムの構築が期待できる。本研究では、高電場印加の可能な電気絶縁性に優れた高品質薄膜作製プロセスを確立し、マルチフェロイクス物質の相転移温度近傍における分極と磁気スピンの相関について明らかにすることで、新規冷却素子の創生についての知見を得ることを目的としている。今年度は、ドメインの形態を制御した薄膜の作製と、分極および磁気スピン秩序の相関の評価について取り組んだ。しかしながら、年度当初に成膜装置が故障し、修理部品の入手が困難であったために復旧が年度末となり、当初計画していた薄膜作製を進めることができなかった。そこで、過年度までに作製していた薄膜を用いて、分極および磁気スピン秩序の相関を評価するため、既存の走査型プローブ顕微鏡にて、同一視野における圧電応答および磁気応答を観察するための測定系を構築した。