2025年 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情報】

〇金属材料研究所　助教　伊藤啓太
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 磁石の性質を示す窒化鉄（Fe₄N）の薄膜が、磁化することで結晶がひずむ大きな磁気ひずみ^（注1）を示すことを実証しました。
• 鉄の一部をコバルト（Co）で置き換えた(Fe,Co)₄N薄膜ではCo置換量に依存して磁気ひずみの符号が反転するほど磁気ひずみを大きく変調できることを発見し、実験および理論の両面から磁気ひずみのメカニズムを明らかにしました。
• 窒化鉄は電子の電気と磁気の両方を活用できるスピントロニクス機能を示すことが知られており、今回発見した磁気ひずみの特性と合わせて活用することで、ひずみセンシングなどを行うこれまでに無いフレキシブルスピントロニクス素子の新材料として期待できます。

【概要】

身につけられる柔軟なエレクロニクス素子に磁石の特性を融合させるフレキシブルスピントロニクスは、ひずみセンサシートなどを実現できる分野として期待を集めています。しかし、センサの高感度化に向けては、大きな磁気抵抗効果（磁石の向きによって電気抵抗が変化する効果）などのスピントロニクス機能と同時に、ひずみに対して磁石の向きが敏感に変化する「磁気ひずみが大きな材料」を探し出すことが切望されていました。

今回、東北大学金属材料研究所の伊藤啓太助教と関剛斎教授は、同研究所の嶋田雄介助教（研究当時、現：九州大学准教授）、大学院工学研究科の遠藤恭教授、物質?材料研究機構 磁性?スピントロニクス材料研究センターのIvan Kurniawan博士研究員、三浦良雄グループリーダー（研究当時、現：京都工芸繊維大学教授）と共同で、Fe₄N薄膜が大きな磁気ひずみを示すこと、Feの一部をCoで置き換えることで磁気ひずみの符号が反転するほど磁気ひずみを大きく変調できること、さらに実験結果と理論計算を比較することで大きな磁気ひずみが得られるメカニズムを解明しました。今回の成果は大きな磁気ひずみ特性を有するスピントロニクス材料の開発を加速し、将来のフレキシブルスピントロニクス素子の高感度化に大きく寄与すると期待されます。

本研究成果は、2025年3月26日付で材料科学分野の専門誌 Communications Materialsにオンライン掲載されました。

【用語解説】

注1. 磁気ひずみ
強磁性体材料を磁化することで結晶格子がひずむ特性。磁歪とも呼ばれる。磁化した方向に結晶が伸びる場合（磁気ひずみの符号が正）と縮む場合（磁気ひずみの符号が負）があり、材料によってその大きさと符号が異なる。逆効果として、強磁性体材料に外部応力をかけて結晶格子をひずませることで、磁化の方向を制御することも可能である。

【論文情報】

タイトル：Giant tunability of magnetoelasticity in Fe4N system as a platform to unveil correlation between magnetostriction and magnetic damping
著者：Keita Ito*, Ivan Kurniawan, Yusuke Shimada, Yoshio Miura, Yasushi Endo, and Takeshi Seki
*責任著者：東北大学金属材料研究所　助教　伊藤啓太
掲載誌：Communications Materials
DOI：10.1038/s43246-025-00784-5

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学金属材料研究所
助教　伊藤啓太
TEL:022-215-2097
Email: keita.ito.e3*tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学金属材料研究所
情報企画室広報班
TEL: 022-215-2144
Email: press.imr*grp.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）