磁場を使わずに磁石の極性を電場だけで反転することに成功

次世代のエレクトロニクス材料として「マルチフェロイクス」が注目されています。強磁性体（磁石）としての性質と強誘電体の性質を併せ持つ物質です。これらの中には強磁性体と強誘電体の性質がお互い強く結び付いているものがあり、電場をかけることによって磁化の方向を、磁場をかけることで電気分極の方向を制御できる可能性があります。

電場だけで磁化の方向が制御できるということは、ほとんど電流を流すことなく磁気情報を書き換えることができるようになるわけで、極めて消費電力の少ないメモリ開発などへの展開が期待できます。しかし、これまでは、磁化の反転が部分的にはできたものの結晶全体では成功していませんでした。

理研基幹研究所と東京大学の研究グループは、マルチフェロイクスとして知られるガドリウムフェライト（GdFeO3）のガドリウム（Gd）を、別の希土類元素であるジスプロシウム（Dy）とテルビウム（Tb）で置き換えて磁気的性質を変化させた「ジスプロシウム・テルビウム・フェライト」を作製しました。その性質を調べたところ、室温では強磁性を示し、マイナス270.5℃以下ではDyとTbの磁気モーメントが規則的に配列する強誘電性を併せ持つ、マルチフェロイクスになることが分かりました。

この物質に電場を与え電気分極を反転させたところ、結晶全体で磁気的な極性が反転していることを確認しました。外部から磁場を加えずに電場だけで結晶全体の磁極（N極・S極）を反転させたのは世界で初めてです。今回の成果は、電場によって磁化を自在に制御できるマルチフェロイクスの開発に向け重要な指針を与えることになります。今後、この成果をもとに、さらに高い温度で動作する物質が開発できれば、電場で磁気情報の書き換えが可能な省電力デバイスの実用化につながります。