コバルト鉄合金の磁気減衰制御効果を科学者が発見、HDDの性能向上に期待

コバルトは合金材料として非常に重要な金属であり、工業材料として広く使用されています。研究者らはHDDに一般的に見られる合金であるコバルト鉄合金の磁気状態を制御する効果を発見し、情報ストレージの性能を向上させられる可能性があると発表しました。

Phys. Rev. Lett. 122, 117203 (2019) - Giant Anisotropy of Gilbert Damping in Epitaxial CoFe Films
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.117203

The spin doctors: Researchers discover surprising quantum effect in hard disk drive material
https://phys.org/news/2019-04-doctors-quantum-effect-hard-disk.html

アメリカの国立研究所であるアルゴンヌ国立研究所やミシガン州のオークランド大学、中国の復旦大学の研究チームは、コバルト鉄合金に関する驚くべき量子的効果を発見しました。

研究チームが発見した効果は磁性体の減衰に関係するものであり、磁性体の電子スピンの向きによって磁気エネルギーの散逸を制御するというもの。アルゴンヌ国立研究所の材料科学者であるOlle Heinonen氏は研究成果を車にたとえて「風がなく平らな高速道路を走っている車は、どの方向に向かって走ろうが抗力から放散されるエネルギーは変わりません。私たちの研究が明らかにした効果によって、特定の方向へ向かって車を走らせるとエネルギーの散逸が多くなり、別の方向へ走らせれば散逸が少なくなると判明しました」と説明しています。

Heinonen氏と同じアルゴンヌ国立研究所の材料科学者・Axel Hoffmann氏は、「技術的にいえば、私たちは酸化マグネシウム基板の片面にコーティングされたナノスケールのコバルト鉄合金において、磁気減衰における大きな効果を発見しました。電子スピンを制御することにより、磁気減衰によるエネルギー散逸を決定でき、磁化の側面をコントロールできます」と述べました。

by David Bartus

コバルト鉄合金は磁気HDDに使われる材料として、長年にわたって研究が行われてきました。コバルト鉄合金が持つ特性についてもさまざまな研究がされてきたため、研究チームが新たな特性を発見したことは驚きに値するとのこと。これまではコバルト鉄合金において、磁化のために好ましい特定の電子スピン方向はないという共通見解があったそうです。

しかし、過去の研究では科学者らは高温で焼成することでコバルト鉄合金を作っており、これによってコバルトと鉄の原子が規則的な格子状に整えられ、方向による効果が排除されていました。そこで研究チームはコバルト原子と鉄原子がランダムに並んでいる未焼成のコバルト鉄合金を用いて今回の研究を行い、電子スピン方向によって発生する効果を発見することに成功しました。原子が均等な間隔で並んでいない未焼成のコバルト鉄合金を原子レベルで圧迫することにより、磁化に与える減衰作用の効果に方向性が出るとのこと。

今回の発見により磁化の制御能力を大幅に向上させることができ、ストレージデバイスはより小さなスペースでより大きな情報を格納できるようになる可能性があるそうです。また、優れた制御性能をエネルギー効率の高い電気モーターや発電機など、さまざまな用途に応用できるかもしれないと研究チームは述べています。