Giant dielectric and magnetoelectric responses in insulating nanogranular films at room temperature

大きな誘電率と磁気-誘電効果を示すナノグラニュラー材料

小林 伸聖*; 増本 博*; 高橋 三郎*; 前川 禎通

Kobayashi, Nobukiyo*; Masumoto, Hiroshi*; Takahashi, Saburo*; Maekawa, Sadamichi

これまでの誘電体材料の研究は主として結晶性セラミックスだったが、最近はマルチフェロイックスと言われる多機能性の材料が注目され、磁界による誘電率の応答特性の研究が盛んに行われている。しかしながら、その応答特性はマイナス170C程度の極低温でなければ発現せず、実用デバイスに使用することは不可能だった。今回開発された材料は、誘電体中にナノメーターサイズの磁性粒子を均一分散させることで、室温で大きな磁化を有すると共にナノ量子効果による新しい誘電特性を期待できる。さらに、この現象が発現する機構を明らかにするため、理論的考察を行った結果、新しいナノ量子効果であるスピン依存電荷分極に基づく現象であることを解明した。

The electric and magnetic properties of matter are of great interest for materials science and their use in electronic applications. Large dielectric and magnetoelectric responses of materials at room temperature are a great advantage for electromagnetic device applications. Here we present a study of FeCo-MgF nanogranular films exhibiting giant dielectric and magnetoelectric responses at room temperature; with dielectric constant '=490 and magnetoelectric response '/'=3%. In these films, Fe-Co alloy-based nanometer-sized magnetic granules are dispersed in a Mg-fluoride-based insulator matrix. Insulating nanogranular films are a new class of multifunctional materials. The giant responses are caused by spin-dependent charge oscillation between magnetic granules via quantum-mechanical tunnelling. A possible application of such insulating nanogranular materials with giant response is in the construction of a tunable device, in which impedance components such as capacitance and inductance are tunable at room temperature.