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(In Japanese)導電性を有するパイロクロア型磁気制御性物質を用いた素子 commons

Patent code P110003087
File No. A062P87
Posted date Jun 16, 2011
Application number P2002-523400
Patent number P4193930
Date of filing Aug 23, 2001
Date of registration Oct 3, 2008
International application number JP2001007234
International publication number WO2002018274
Date of international filing Aug 23, 2001
Date of international publication Mar 7, 2002
Priority data
  • P2000-260319 (Aug 30, 2000) JP
Inventor
  • (In Japanese)前野 悦輝
  • (In Japanese)柳島 大輝
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title (In Japanese)導電性を有するパイロクロア型磁気制御性物質を用いた素子 commons
Abstract (In Japanese)本発明は、磁気制御性を有する幾何学的フラストレーション状態と、電気制御性および蓄熱利用に道を拓く良導電性という双方の有用な特性を同時に満足する新物質を開発することを目的として成されたものである。このような目的は、一般式R2Ir2O7(ただし、Rは希土類元素La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,およびYから選ばれる1種または2種以上の元素)で表されるパイロクロア構造を有する導電性物質により達成される。特に、RがLa,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Euから選ばれる1種または2種以上の元素であるものは金属電気伝導特性を有するため、磁気制御性を有する機能電子材料および大熱容量蓄熱材料として有用である。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


固体中の磁性イオンと電気伝導を担う電子系との相互作用による量子効果を利用した従来の電子機能素子としては、各種磁気記憶素子や巨大磁気抵抗素子などが挙げられる。これらの機能性物質で利用される磁気状態は、与えられた条件のもとでエネルギー的に安定となる長距離秩序状態である。



これに対し、結晶格子上の磁性元素の幾何学的な配置とその磁性元素の磁気モーメント(スピン)の間の相互作用がある条件を満たせば、「幾何学的フラストレーション」のためにスピンの配列は原理的に一義的には決まらず、たとえ絶対零度近傍でも等しいエネルギーをもつ多くの状態が縮重して存在することになる。



しかし、そのような場合でも、外部磁場などの外的条件を加えることによりその縮重が破れ、各状態のエネルギーに差が生じるようになることがある。これは、外部磁場等によってその結晶の磁気状態を制御することが可能となることを意味する。また、物質内の局所磁場による異常ホール効果等の量子現象が生じることも知られている。



その一方で、希土類元素を含む化合物では電子の軌道角運動量とスピンの結合のため、結晶場効果も重要となってくる。この効果によってもまた、磁場によりそのエネルギー準位を変化させることができる。その結果、磁気状態を制御することが可能である。



第1図に示すパイロクロア構造の酸化物では、頂点を共有した(酸素Oを中心とする)正四面体構造のために、正四面体Tの各頂点に磁性元素Rがあると幾何学的フラストレーションが生じる。また、これに希土類元素を用いることにより結晶場効果も重要になる。すなわち、幾何学的フラストレーションと結晶場効果がともに重要な系となる。



なお、一部のパイロクロア構造酸化物では、このような幾何学的フラストレーション状態は、その酸素-磁性イオンの配置と氷の結晶における酸素-水素の空間配置との等価性から、スピンアイス状態とも呼ばれている(M.J. Harris et al., Phys. Rev. Lett. 79, 2554-2557 (1997))。



これまでに知られているそのような化合物には、Ti系(例えば、Ho2Ti2O7:M.J. Harris et al., Phys. Rev. Lett. 79, 2554-2557 (1997); Dy2Ti2O7:A.R. Ramirez et al., Nature 399, 333-335 (1999))およびSn系パイロクロア型酸化物がある。しかし、これらはいずれも絶縁体であるため、電子機能素子への応用範囲はきわめて限られてくる。



一方、Mo系(例えば、Y2Mo2O7:M.J.P. Gingras et al., Phys. Rev. Lett. 78, 947-950 (1997))、Mn系、Ru系パイロクロア型酸化物では導電性物質も一部存在するが、いずれの場合にも物質に含まれる不規則性や比較的高温で起こる構造相転移のために、スピングラス秩序や反強磁性秩序など従来からよく知られた磁気秩序状態が生じ、幾何学的フラストレーションが存在する場合に発現するべき低温における大きな比熱が存在しない。



上記の通り、幾何学的フラストレーションを持った状態は外部磁場等を加えることによりその磁気状態を制御することが可能な「制御性を含んだ磁気状態」ということができるが、産業的には、その制御を行う何らかのデバイス、あるいは、その磁気状態を検出するための何らかのセンサ等と組み合わせることができなければ、その応用範囲は極めて限られたものとなる。そこで、その産業界への応用のために、スピンアイス状態若しくはそれに類似した機能の状態を示し、なおかつ良導電性である物質の開発が待望されている。



また、低温まで長距離磁気秩序状態への磁気転移を起こさない物質は、広い温度域にわたって大きな比熱をもち得ることも大きな特長として挙げることができる。しかし、この性質を利用した蓄熱材料への応用に際しては、熱交換のために伝熱率の高いことがきわめて重要であり、この点からも絶縁体ではなく金属または良導電体であることが強く望まれる。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、結晶中における磁性イオンと電気伝導を担う電子系との相互作用を利用した電子機能材料、および広範囲の温度域で大きな熱容量を持つ良熱伝導性(伝熱性)の蓄熱材料に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
組成式Pr2Ir2O7で表される、導電性を有するパイロクロア型磁気制御性物質を用い、温度10K以下で使用することを特徴とする磁気センサ。

【請求項2】
 
組成式Pr2Ir2O7で表される、導電性を有するパイロクロア型磁気制御性物質を用い、温度10K以下で使用することを特徴とする磁気スイッチング素子。

【請求項3】
 
組成式Pr2Ir2O7で表される、導電性を有するパイロクロア型磁気制御性物質を用い、温度10K以下で使用することを特徴とする磁気記憶素子。

【請求項4】
 
組成式Pr2Ir2O7で表される、導電性を有するパイロクロア型磁気制御性物質を用い、温度10K以下で使用することを特徴とする冷凍機用蓄熱素子。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2002523400thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) CREST Phenomena of Extreme Conditions AREA
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