超高密度磁気メモリーなどエレクトロニクスと磁性の融合した技術としてスピントロニクスが注目を集めていますが、そのようなデバイスに用いる材料は伝導電子が高いスピン偏極率を持つことが必要です。金属材料と比べて、磁性酸化物では、このスピン偏極率を高くすることができ、一方向のスピンを持った電子だけが電気伝導を担う「ハーフメタル」を実現することも可能です。
　研究グループでは、ペロブスカイト構造酸化物のAおよびBサイトにおいて、複数の元素が規則配列した新しいA-Bサイト秩序型ペロブスカイト構造酸化物CaCu₃Fe₂Re₂O₁₂を合成することに成功し、この物質が室温よりはるかに高い磁気転移温度と大きな磁化を持つフェリ磁性金属であることを見いだしました。さらに、電子状態の理論計算と多結晶粒界トンネル磁気抵抗効果の測定から、この材料が電気伝導特性を担う電子のスピンが偏極したハーフメタルであることも実証しました。この材料の磁気転移温度560 Kというのは、ハーフメタルとして知られている従来材料の転移温度と比べてかなり高く、また磁気転移温度以下で測定される磁化の値もはるかに大きいものです。このように室温よりはるかに高い転移温度を持つ材料を使うことで、実用温度域で安定して動作するデバイスを作製することができるようになります。また、大きな磁化や磁気抵抗を利用することで、従来よりも高密度・高感度なデバイスやセンサーなどを作製することも可能となります。

図1 A-Bサイト秩序型ペロブスカイト構造酸化物CaCu₃Fe₂Re₂O₁₂の磁気構造と磁気転移温度

　本研究の成果は、材料構成元素の秩序配列を設計・合成する固体化学的物質開発に基づくものです。新物質の発見により、多彩な機能を融合する酸化物エレクトロニクスにおける材料バリエーションが広がり、この分野での研究開発を大きく発展させる成果です。

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本研究の一部は、JST戦略的創造研究推進事業（CREST）研究領域「元素戦略を基軸とする物質・材料の革新的機能の創出」（玉尾 皓平研究総括）の研究課題「異常原子価および特異配位構造を有する新物質の探索と新機能の探求」（研究代表者:島川教授）によって支援されました。
また、学術創成研究（19GS0207）、科学研究費補助金（22740227）、文部科学省特別経費「統合物質創製化学推進事業」、JST戦略的国際科学技術協力推進事業「日英研究交流」、平成23年度京都大学 化学研究所 「若手研究者国際短期受入事業」からの支援も受けました。

Chen, W.-T.; Mizumaki, M.; Seki, H.; Senn, M. S.; Saito, T.; Kan, D.; Attfield, J. P.; Shimakawa, Y., A Half-metallic A- and B-site-ordered Quadruple Perovskite Oxide CaCu₃Fe₂Re₂O₁₂ with Large Magnetization and a High Transition Temperature, Nature Communications., DOI: 10.1038/ncomms4909 (2014).