東大ら，非磁性体の磁力の制御に成功

東京大学，電力中央研究所らの研究チームは，自然界に存在する状態では非磁性体の金属として知られる「パラジウム（Pd）」に磁力を持たせ，その磁力の大きさを電圧を加えることによって制御できることを明らかにした（ニュースリリース）。

近年，一方の電極が磁石の薄膜であるコンデンサの構造を用いて，電気的に磁力や磁極の向きやすい方向などを制御する研究が盛んに行なわれている。キャパシタ構造に電圧を加えると，磁石の薄膜中の電荷が充放電される。つまり，電子の濃度が変わる。これが磁石の特性変化の要因であると考えられている。

これまで研究チームは，磁石であるコバルトの磁力を，この方法によって消したり元に戻したりすることができることを明らかにしている。今回，研究チームは，「自然界では磁石として存在しない金属に電圧を加えることによって，磁力をもたせることもできるのではないだろうか」という仮説を立て，研究を進めてきた。

研究チームは，非磁性体の中でも磁石に近い性質を持っているパラジウムに注目。さらに，パラジウムの強磁性近接効果も利用した。これは，コバルトなどの強磁性金属とパラジウムを隣接させることで，パラジウムが磁力をもつ効果。パラジウムにあらかじめ磁力を持たせた試料を用いて，パラジウムの磁力を電圧で制御できるかを調べた。

具体的には，7原子層程度（1.7nm）のパラジウム超薄膜を，平坦なシリコン基板上にあらかじめ製膜した1原子層程度（もしくはそれ以下）のコバルト超薄膜上に製膜し，パラジウムに磁力を持たせた。また，電圧を加えてパラジウム中の電子の濃度を大きく制御するため，イオン液体を用いた電気二重層キャパシタを作製した。

このようにして作製したキャパシタ構造に±2Vの電圧を加え，試料全体の磁力の大きさを測定した。一般に，キャパシタ構造に電圧を加えると，電極金属がもつ自らの遮蔽効果のために，電極表面の1原子層程度にのみ電荷が蓄積することが知られている。したがってこのキャパシタ構造では，電圧で最表面のパラジウムのみの電荷が変化することになる。

その結果，磁力の大きさが電圧によって変化することが明確に観測された。電圧による磁力の強さの変化量は低い温度ほど大きく，正の電圧の印加を加えてパラジウム表面の電子濃度を増加させたとき（+2V）のほうが，電子濃度が減少したとき（-2V）に比べて磁力が強くなっていることがわかった。この結果は，パラジウムの磁力の大きさを，正負の電圧によってコントロールできることを意味している。

電圧を加えていない段階でパラジウムは磁力を備えており，磁石の状態であるということができる。しかし，今回，パラジウムのようなもともとは磁石として存在しない非磁性金属においても，電圧でその磁気的性質がコントロールできることがわかった。つまり，非磁性金属を電気的に磁石にできる可能性を見出したといえる。

元々，磁性を帯びていない材料に電圧を加えて磁石にしたり，また元に戻したりすることが容易に可能になれば，現在では磁気工学の分野で用いられていない物質も活用できることになるため，磁気デバイスに使われる材料の幅がさらに拡がると期待される。今後研究チームは，今回得られた知見をもとに，非磁性体物質の電気的手法による磁石化への道を切り拓いていくとしている。