2025/04/16 更新

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ミズグチ　マサキ
水口　将輝
MIZUGUCHI Masaki
所属
未来材料・システム研究所 材料創製部門 教授
大学院担当
大学院工学研究科
大学院工学研究科
職名
教授
外部リンク

学位 2

  1. 博士（工学） （ 2003年3月   東京大学 ） 

  2. 修士（工学） （ 2000年3月   東京大学 ） 

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研究キーワード 8

  1. 薄膜

  2. 磁性材料

  3. 磁性

  4. 熱電変換

  5. 熱磁気効果

  6. スピントロニクス

  7. スピンカロリトロニクス

  8. エネルギー材料

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研究分野 10

  1. ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 電気電子材料工学

  2. ナノテク・材料 / 金属材料物性

  3. エネルギー / 量子ビーム科学

  4. ナノテク・材料 / 薄膜、表面界面物性

  5. ナノテク・材料 / 結晶工学

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現在の研究課題とSDGs 1

  1. 熱磁気効果を利用した環境発電技術の開発

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経歴 12

  1. 名古屋大学 未来材料・システム研究所   教授

    2021年4月 - 現在

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  2. 名古屋大学 大学院 工学研究科 物質プロセス工学専攻   教授

    2020年5月 - 現在

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  3. 東北大学   金属材料研究所   准教授

    2009年5月 - 2020年4月

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  4. 東北大学   金属材料研究所   助教 (職名変更)

    2007年4月 - 2009年4月

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  5. 東北大学   金属材料研究所   助手

    2007年3月

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学歴 5

  1. 東京大学 大学院   工学系研究科   応用化学専攻 博士課程

    2000年4月 - 2003年3月

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  2. 東京大学 大学院   工学系研究科   応用化学専攻 修士課程

    1998年4月 - 2000年3月

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  3. 東京大学   工学部   応用化学科

    1996年4月 - 1998年3月

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  4. 東京大学   教養学部   理科一類

    1994年4月 - 1996年3月

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  5. 開成高等学校

    1990年4月 - 1993年3月

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所属学協会 8

  1. 応用物理学会

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  2. 日本化学会

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  3. 米国電気電子学会 (IEEE)

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  4. 日本金属学会

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  5. 日本表面真空学会

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委員歴 18

  1. 日本磁気学会   理事 (企画)  

    2021年6月 - 現在   

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    団体区分：学協会

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  2. IEEE MAG-33 Nagoya Secretary & Treasurer  

    2021年1月 - 現在   

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  3. SPRUC ナノスピントロニクス研究会   代表  

    2020年4月 - 現在   

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  4. 文部科学省 科学技術・学術政策研究所科学技術予測センター   専門調査員  

    2019年6月 - 現在   

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    団体区分：政府

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  5. 国際会議: ISSS-9 (9th International Symposium on Surface Science)   Program Committee  

    2019年1月 - 現在   

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    団体区分：学協会

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受賞 22

  1. 永井科学技術財団賞 学術賞

    2021年3月   公益財団法人永井科学技術財団  

    水口将輝

  2. 永井科学技術財団賞 学術賞

    2021年3月   永井科学技術財団  

    水口将輝

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  3. 第５回テクノバ賞

    2020年12月   株式会社 テクノバ  

    水口 将輝

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  4. 2019年度 矢崎学術賞(功績賞)

    2020年3月   公益財団法人 矢崎科学技術振興記念財団  

    水口 将輝

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  5. 2019年度（第9回）RIEC Award 東北大学研究者賞

    2019年11月   一般財団法人 電気通信工学振興会  

    水口 将輝

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論文 190

  1. Probing buried interface band dispersion of a MgO/Fe heterostructure with hard X-ray angle-resolved photoemission

    Shigenori Ueda, Masaki Mizuguchi

    Applied Physics Express   17 巻 ( 7 ) 頁： 075501 - 075501   2024年7月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：IOP Publishing  

    Abstract

    Interface band dispersion of a MgO(2 nm)/Fe(50 nm) heterostructure was detected by hard X-ray angle-resolved photoemission spectroscopy (HARPES) with the excitation photon energy of 3.29 keV by utilizing X-ray total reflection (TR). By subtracting bulk-sensitive band dispersion of the buried Fe(001) obtained by HARPES in the non-TR condition from near-interface-sensitive Fe(001) band dispersion obtained by TR-HARPES, the band-folding of Fe and the O 2p -Fe 3d hybridization at the heterointerface were clearly unveiled. These results suggest that HARPES can probe not only the bulk band but also the buried interface band of heterojunctions.

    DOI： 10.35848/1882-0786/ad5e33

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    その他リンク： https://iopscience.iop.org/article/10.35848/1882-0786/ad5e33/pdf

  2. Intermolecular Interaction Induced Magnetic Decoupling at an Organic–Inorganic Interface

    Hiroki Ono, Yoshitaka Umeda, Kaito Yoshida, Kenzaburo Tsutsui, Kohei Yamamoto, Osamu Ishiyama, Hiroshi Iwayama, Eiken Nakamura, Toshihiko Yokoyama, Masaki Mizuguchi, Toshio Miyamachi

    The Journal of Physical Chemistry C   127 巻 ( 49 ) 頁： 23935 - 23940   2023年12月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：American Chemical Society (ACS)  

    DOI： 10.1021/acs.jpcc.3c05966

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  3. Fabrication of L10-ordered FeNi films by denitriding FeNiN(001) and FeNiN(110) films

    Keita Ito, Takumi Ichimura, Masahiro Hayashida, Takahiro Nishio, Sho Goto, Hiroaki Kura, Ryusei Sasaki, Masahito Tsujikawa, Masafumi Shirai, Tomoyuki Koganezawa, Masaki Mizuguchi, Yusuke Shimada, Toyohiko J. Konno, Hideto Yanagihara, Koki Takanashi

    Journal of Alloys and Compounds   946 巻   頁： 169450 - 169450   2023年6月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Elsevier BV  

    DOI： 10.1016/j.jallcom.2023.169450

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  4. Spin Seebeck effect mediated reversal of vortex-Nernst effect in superconductor-ferromagnet bilayers

    Himanshu Sharma, Zhenchao Wen, Masaki Mizuguchi

    Scientific Reports   13 巻 ( 1 )   2023年3月

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    掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Springer Science and Business Media LLC  

    Abstract

    We report on the observation of sign reversal of vortex-Nernst effect in epitaxial NbN/Fe bilayers deposited on MgO (001) substrates. Strong coupling between vortex magnetisation and ferromagnetic magnetisation at the NbN/Fe bilayer interface is presented. In NbN/Fe bilayer thin films an apparent sign reversal of vortex-Nernst signal under a temperature gradient with magnetic field and temperature is observed when the thickness of Fe is increased up to 5 nm. This reversal of the vortex-Nernst effect is associated with the enhancement of the spin Seebeck effects (SSE) near T<sub>c</sub> due to coherence peak effect (CPE) and strong coupling of vortex magnetisation and ferromagnetic magnetisation at the interface of the NbN/Fe bilayer. The observed large SSE via inverse spin Hall effect (ISHE) is due to the CPE below and close to T<sub>C</sub>, highlighting the high spin to charge conversion efficiency of NbN in this region. This work may contribute to the development of superconducting spintronic devices by engineering the coupling of the superconductor/ferromagnet interface.

    DOI： 10.1038/s41598-023-31420-2

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    その他リンク： https://www.nature.com/articles/s41598-023-31420-2

  5. Enhancement of the anomalous Nernst effect in epitaxial Fe4N films grown on SrTiO3(001) substrates with oxygen deficient layers

    Keita Ito, Jian Wang, Yusuke Shimada, Himanshu Sharma, Masaki Mizuguchi, Koki Takanashi

    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS   132 巻 ( 13 )   2022年10月

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    記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：AIP Publishing  

    Anomalous Nernst effect of epitaxial Fe4N films on MgO(001), MgAl2O4(MAO)(001), and SrTiO3(STO)(001) substrates grown by molecular beam epitaxy was investigated. Moderately large anomalous Nernst coefficients (S-ANE) of 1.4 and 1.7 mu V/K were obtained in the Fe4N films on the MgO(001) and MAO(001) substrates, respectively, and large anomalous Hall angles (similar to 0.06) and transverse thermoelectric conductivities [similar to 1.3 A/(m K)] were derived from the experimental results. On the other hand, a large effective S-ANE of 2.8 mu V/K was obtained in the Fe4N film on the STO(001) substrate. The origin of the enhanced effective SANE is the negatively large Seebeck coefficient (S-SE) in an oxygen deficient STO layer near the surface of the STO substrate. This indicates that it is possible to enhance the effective S-ANE of ferromagnetic materials by utilizing adjacent materials with large vertical bar S-SE vertical bar such as the oxygen deficient STO layer. Published under an exclusive license by AIP Publishing.

    DOI： 10.1063/5.0102928

    Web of Science

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書籍等出版物 6

  1. Magnetic nanostructures for energy harvesting using magnetothermoelectric effects 査読有り

    Masaki Mizuguchi（ 担当： 単著）

    Elsevier  2021年 

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    総ページ数：13   担当ページ： 750-762   記述言語：英語 著書種別：学術書

  2. Energy harvesting and generation system - Overview 査読有り

    Masaki Mizuguchi（ 担当： 単著）

    Elsevier  2021年 

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    総ページ数：2   担当ページ：713-714   記述言語：英語

  3. Nanomagnetic Materials - Fabrication, Characterization and Application

    Masaki Mizuguchi（ 担当： 単著）

    Elsevier  2021年 

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  4. "L10-FeNi超格子材料の磁気特性", 次世代永久磁石の開発最前線

    水口将輝, 小嶋隆幸, 高梨弘毅（ 担当： 共著）

    エヌ・ティー・エス  2019年 

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  5. 単原子交互積層法による新規磁気異方性材料L10-FeNi薄膜の作製と特性評価, 磁性材料・部品の最新開発事例と応用技術

    高梨弘毅, 水口将輝, 藏裕彰, 後藤翔（ 担当： 共著）

    技術情報協会  2018年 

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MISC 93

  1. ナノ構造における異常ネルンスト効果の物理と応用の新展開 招待有り 査読有り

    水口将輝  

    応用物理   2021年2月

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    担当区分：筆頭著者,　最終著者,　責任著者   記述言語：日本語  

  2. 熱磁気効果をベースとした熱電材料の新展開 招待有り 査読有り

    水口将輝  

    まてりあ60 巻   頁： 558 - 561   2021年

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    担当区分：筆頭著者,　最終著者,　責任著者   記述言語：日本語   掲載種別：記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）  

  3. 新分野創成利用課題報告「ナノスケール実スピンデバイス開発に向けた新しい放射光利用」

    小野 輝男、岡本 聡、千葉 大地、水口 将輝、壬生 攻  

    SPring-8/SACLA 利用者情報／2021 年春号   2021年

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    記述言語：日本語  

  4. 磁場中熱処理によるMn<sub>53</sub>Zn<sub>2</sub>Al<sub>45</sub>の強磁性相生成

    三井好古, 小林領太, 梅津理恵, 高橋弘紀, 水口将輝, 小山佳一  

    東北大学金属材料研究所強磁場超伝導材料研究センター年次報告2019 巻   2020年

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  5. 強磁性材料合成に対する磁場効果の評価

    小林領太, 高永悠大, 三井好古, 高木観雄, 小山佳一, 高橋弘紀, 梅津理恵, 水口将輝  

    東北大学金属材料研究所新素材共同研究開発センター共同利用研究報告書(CD-ROM)2018 巻   2019年

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科研費 38

  1. ナノ超構造がもたらす熱・スピン機能変革

    研究課題/研究課題番号：21H05016  2021年7月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(S)

    水口 将輝, 小野 新平, 大江 純一郎, 小野 寛太

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    担当区分：研究代表者 

    配分額：193570000円 （ 直接経費：148900000円 、 間接経費：44670000円 ）

    スピンと熱の相関を扱う「スピンカロリトロニクス」とよばれる新しい研究分野が注目を集めている。この研究は、スピン角運動量の流れとして定義される「スピン流」と熱の相互作用を扱うものであり、興味深い物理が豊富にあるのに加え、スピンの概念を取り入れることによる新しい熱電変換素子や冷却素子などへの応用展開が期待されている。そこで、本研究ではナノメートルサイズの磁性構造を作製し、熱とスピンの相関現象に関連する革新的な物理を解明し、その機能を極限まで引き出す。
    本研究の目的は、ナノスケールの磁性ナノ超構造を基軸とし、熱とスピンの相関現象に係る革新的な物理を解明しその機能を極限まで引き出すことである。今年度は、高いゼーベック効果を示す半導体材料に磁性Fe原子を添加した構造において、比較的大きな異常ネルンスト効果が観測されることを明らかにした。多孔質薄膜において熱磁気効果を調べた結果、気孔率などのナノ構造の構造物性に応じて、ゼーベック効果や異常ネルンスト効果などの大きさが大きく変化することが分かった。また、イオン液体に電圧を印加した際に形成される電気二重層の作り出す超強電界効果を熱・スピン機能に活用するため、磁性材料薄膜の電界制御効果を調べた。その結果、強磁性薄膜の電子状態の変化に伴い、面内磁化と垂直磁化が制御することができることが明らかになった。さらに、温度勾配から励起されるスピン波スピン流、およびマグノンドラック効果による熱電効果について理論的解析を行った。磁性膜間の相互作用を反強磁性結合にすることで、スピン波の振幅と熱電効果を増大できることを示した。また、非磁性キラル物質から誘起される伝導電子スピン流に対する解析を行い、らせん結晶構造を持つ非磁性物質からスピン分極電流が得られることを示した。加えて、計測データのクラスタリング手法を開発し、既存の手法では見つけにくい微小領域のスペクトルを分類することに成功した。本手法により、新しいスピンカロリトロニクス材料について、未知の化学状態や局所反応を検出することが可能となる。
    グラニュラー構造や多層構造、高ゼーベック材料への磁性体添加構造などのナノ超構造における熱電機能の制御や増大化などの研究がおおむね計画通りに進んでいる。また、今年度の目標であったポーラス構造のデザインと創製およびその熱磁気特性の解明に関する研究も順調に進んでいる。さらに、磁性体中の熱電効果の理論的解析や、計測とマテリアルズインフォマティクスとの組み合わせによる解析の効率化も着実に進んでおり、その進捗度もおおむね順調であるため。
    今後は、磁性ナノ構造における熱・スピン機能のダイナミクスを明らかにするため、レーザーを用いたダイナミカル磁気熱効果の測定を行う。同時に、電界効果の機能を高めるため、材料と構造のスクリーニングを進める。また、化学的手法により、磁性半導体量子ドット集合体の作製を行う。作製条件を最適化することにより、量子ドットのサイズの分散が小さな集合体を得る。作製した磁性ナノ超構造の結晶性、微細構造、および構成組成を、X線回折、走査電子顕微鏡、電子線マイクロアナライザなどにより解析する。これらの磁性ナノ超構造に用いる材料や微細構造の選定のための設計指針を、VASPを用いた第一原理計算や、LLG方程式に基づいた磁化ダイナミクスのシミュレーションにより構築し、得られた指針や知見をナノ超構造の作製ノウハウにフィードバックする。磁気特性や磁化構造が明らかになったナノ超構造について、異常ネルンスト効果などの熱磁気効果の測定を行い、構造・磁気パラメータと熱磁気機能の相関を明らかにする。

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  2. スピンカロリトロニクスを基軸とした高効率テラヘルツ波発生機能の開拓

    2019年2月 - 2022年3月

    日本学術振興会  国際共同研究加速基金 (国際共同研究強化（A）) 

    研究代表者: 水口 将輝

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    担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

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  3. スピンカロリトロニクスを基軸とした高効率テラヘルツ波発生機能の開拓

    研究課題/研究課題番号：18KK0377  2019年 - 2023年

    科学研究費助成事業  国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A))

    水口 将輝

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    担当区分：研究代表者 

    配分額：15600000円 （ 直接経費：12000000円 、 間接経費：3600000円 ）

    超短パルスレーザーを用いたスピンダイナミクスの研究手法を取り入れることにより、スピンカロリトロニクスを基軸とした高効率テラヘルツ波の発生機能の開拓を目指す。成熟期に入ったスピントロニクスの発展分野の一つとして、電流・スピン流と熱流との相関を取り扱う「スピンカロリトロニクス」とよばれる新しい研究が注目を集めている。この分野で注目されている異常ネルンスト効果を基軸とした、全く新しいテラヘルツ波の発生原理を実証し、その高効率化を図る。
    本研究の目的は、超短パルスレーザーを用いたスピンダイナミクスの研究手法を取り入れることにより、全く新しい物理概念に基づいたスピンカロリトロニクス現象を創出することである。FePt薄膜にパルスレーザーを照射し、異常ネルンスト効果の時間分解測定を行った結果、高速な異常ネルンスト効果を観測することに成功した。また、Pt / FePt 二層薄膜にパルスレーザーを照射することにより、テラヘルツ波の放射を観測し、複数の物理メカニズムがテラヘルツ波の放射に寄与していることを明らかにした。これらの成果により、スピンカロリトロニクスを基軸とした高効率なテラヘルツ発振現象の実現の可能性が示唆された。
    本研究では、磁性薄膜にパルスレーザーを照射することにより、テラヘルツ波の放射を観測し、複数の物理メカニズムがテラヘルツ波の放射に寄与していることを明らかにした。そのため、熱流とテラヘルツ領域の電磁波の相関に係る包括的な物理の解明・学理の構築が図られ、学術的意義があった。また、本研究で得られた成果を応用することにより、医療分野における可視化技術や非破壊検査、あるいは近距離通信などへの応用展開が実現されることが見込まれる。そのため、新たなデバイス創成へのパラダイムを拓くことにより、市場規模の大きな分野へインパクトを与えることが見込まれ、社会的意義も大きいと考えられる。

  4. ナノ超構造体を基盤とした革新的ナノスピンカロリトロニクス機能の創出

    2017年4月 - 2021年3月

    日本学術振興会  科学研究費補助金 基盤研究 (A) 

    研究代表者: 水口 将輝

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    担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

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  5. ナノ超構造体を基盤とした革新的ナノスピンカロリトロニクス機能の創出

    研究課題/研究課題番号：17H01052  2017年4月 - 2020年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    水口 将輝, 小野 新平, 大江 純一郎

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    担当区分：研究代表者 

    配分額：44070000円 （ 直接経費：33900000円 、 間接経費：10170000円 ）

    本研究の目的は、固体金属材料において、巨大熱電効果などの革新的な熱磁気機能を創出することである。単結晶薄膜結晶における熱磁気効果の電界制御を試みた結果、異常ネルンスト効果を電圧で制御できることを実証した。また、Fe4N強磁性薄膜において異常ネルンスト効果に大きな異方性があることを発見した。さらに、グラニュラー構造において異常ネルンスト角の大きな増大効果が確認され、同構造が熱磁気効果の増大のために有効であることが明らかになった。これらの成果により、ナノスピンカロリトロニクスの包括的な物理解明・学理の構築が図られ、これまでにない機能が創出され、デバイス応用までの道筋が示された。
    本研究では、試料をナノスケールまで微小化することにより熱とスピンの相関が顕わになり、効率的にスピンカロリトロニクス機能を引き出すことが可能となった。そのため、熱流とスピン流の相関に係る包括的な物理の解明・学理の構築が図られ、学術的意義があった。また、本研究で得られた成果を応用することにより、スピン熱電素子やスピン冷却素子、スピン発振素子などへの応用展開が実現されることが見込まれる。そのため、現行の様々なシリコンデバイス技術が抱える壁を突破し、新たなデバイス創成へのパラダイムを拓くことが見込まれ、社会的意義も大きいと考えられる。

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メディア報道 1

  1. 熱電変換効率を大幅向上 新聞・雑誌

    日刊工業新聞  2020年7月

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