双極子材料のナノ結晶/導電性メソ多孔体ハイブリッドマルチフェロイック材料の研究

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持続可能な社会の基盤の一つとなる新規低消費電力デバイスの開発が求められている。このようなニーズに応えるものとして、磁場で電気特性を、電場で磁気特性を制御でき、僅かな外場で大きな応答を示す材料の実現が期待されている。電気磁気効果を示す材料はその候補の一つと考えられている。電気磁気効果は、磁気双極子や電気双極子の三角格子配置に因ると考えられているが、その機能発現には大きな外場を必要とするのが現状である。本研究は、全体として、磁気双極子や電気双極子を持つナノ結晶を三角格子状に配置して、僅かな外場で大きな応答を示す材料を構築しようとするものである。当該年度の研究目的は、三角配置ナノ結晶の自己集合体を実現し、その物性応答を明らかにすることである。ナノ結晶の三角配置実現のため、メソ孔を持つ導電性材料のメソ孔中でナノ結晶を合成するという手法を当初は予定していたが、昨年度の研究において六方配列メソ孔を持つ導電性材料の作製が容易でないことが明らかとなったため、本年度はナノ結晶の自己集合を用いて三角配置を実現することとした。ナノ結晶の表面を有機分子で修飾し、分子間力によってナノ結晶の三角配置を達成した。特筆すべきはナノ結晶の結晶方位を揃えることにも成功したことである。このナノ結晶集合体は大きな磁気抵抗効果を示したが、これはトンネル伝導に起因することを明らかにした。更に、僅か15 meVのエネルギーで磁気抵抗効果を大きく変調できることを見出した。これは、僅かなエネルギーで特性を制御できることから、デバイスの低消費電力化に有利である。本研究により、三角配置された双極子材料ナノ結晶の集合体は、低消費電力デバイス構築に有効な材料であることが明らかとなった。