塚﨑研究室|東北大学

Research Highlights

研究ハイライト

トポロジカル磁性体の磁気熱電効果で起電力生成に成功
ゼロ磁場下でも熱電変換動作が可能で創エネや省エネに期待

・トポロジカル磁性体を代表するコバルト系強磁性化合物の薄膜を用いて 元素置換により電子状態を制御することで、 異常ネルンスト効果による熱起電力の符号を制御することに初めて成功しました。
・符号の異なる薄膜を組み合わせたサーモパイル素子を作製し、異常ネルンスト 効果を用いる熱電変換素子の起電力生成とゼロ磁場下での熱電変換動作を実証しました。
・電子状態に着目した材料開発により、磁気熱電変換素子の高性能化を通して 創エネ化や省エネ化の取り組みに貢献するものと期待されます。

【関連文献】

Bipolarity of large anomalous Nernst effect in Weyl magnet-based alloy films
S. Noguchi, K. Fujiwara, Y. Yanagi, M. Suzuki, T. Hirai, T. Seki, K. Uchida, A. Tsukazaki
Nature Physics, online publication Jan. 8 (2024) LINK

バンドトポロジーの性質、アモルファス薄膜で発見
応用に適した新材料で次世代センサや素子の開発を加速

・結晶ではホットな研究テーマであるバンドトポロジーについて、これまで研究の対象外であったアモルファスでの評価に取り組みました。
・鉄(Fe)とスズ(Sn)のアモルファス薄膜でも結晶と同等の巨大な異常ホール効果および異常ネルンスト効果を観測し、その機構としてトポロジカルな電子状態の寄与を初めて解明しました。
・アモルファスベースの高性能磁気センサや熱流センサの実現に向けての前進が期待されます。

【関連文献】

Berry curvature contributions of kagomelattice fragments in amorphous Fe–Sn thin films
K. Fujiwara, Y. Kato, H. Abe, S. NoguchiJ. Shiogai, Y. Niwa, H. Kumigashira, Y. Motome, A. Tsukazaki
Nature Communications 14, 3399 (2023), DOI: 10.1038/s41467-023-39112-1. LINK

単一強磁性体素子で3次元磁場検出を実現
3次元磁気センサの小型化に向けた新たな設計指針を提示

・強磁性体Fe-Sn ナノ結晶の薄膜は、外部磁場に依存して巨大な異常ホール効果と磁気抵抗効果を示すことから、磁気センサの基盤材料として有望です。
・異常ホール効果、一方向性磁気抵抗効果及び異方性磁気抵抗効果を組み合わせることで、平面型単一素子による3 次元磁場ベクトルの検出を実証しました。
・磁気センサの小型化に向けた素子開発への新たな設計指針となります。

【関連文献】

Three-dimensional sensing of the magnetic-field vector by a compact planar-type Hall device
J. ShiogaiK. Fujiwara, T. Nojima, A. Tsukazaki
Communications Materials 2, 102 (2021).LINK (Open access)

磁性ワイル半金属の表面に潜む金属伝導を初検出
表面伝導を活用した新型素子開発に前進

・Co3Sn2S2薄膜の磁性ワイル半金属状態における金属的表面伝導を実証しました。
・汎用的かつ信頼性の高い膜厚制御に基づく表面伝導評価を確立しました。
・表面伝導を用いた新型素子原理の検証につながる本成果は素子化研究へのブレークスルーとなります。

【関連文献】

Two-dimensionality of metallic surface conduction in Co3Sn2S2 thin films
J. IkedaK. FujiwaraJ. Shiogai, T. Seki, K. Nomura, K. Takanashi, A. Tsukazaki
Communications Physics 4, 117 (2021).LINK (Open access)