科學研究 - 日本發現在室溫下較弱磁場中擁有巨磁阻的材料，電流的易流動性提高100倍

日本的橫濱市立大學、東京大學及高能加速器研究機構物質構造科學研究所組成的研究小組，發現了可在室溫下、而且在相對較弱的磁場中表現出巨磁阻的物質。

巨磁阻是指不通電的物質置於磁場中之後會變成通電物質的現象。此前也發現過很多具有這種現象的物質，但都缺乏實用性，有些物質需要溫度達到零度以下才會出現這種現象，有些物質需要強磁場，必須是超導材料的電磁鐵才會產生巨磁阻，還有一些物質的電流易流動性變化緩慢。此次發現的物質在產生巨磁阻的溫度、磁場和電阻變化陡度等所有方面均優於以前發現的物質。此次的發現有望加速利用巨磁阻效應的應用研究（圖1）。

圖1：24℃時該物質的電阻（對電流阻礙作用的大小）隨所處磁場的強度而變化的情形。沒有磁場時電阻爲1。在箭頭的位置，電流突然變得容易流動。此時雖然圖上顯示幾乎爲零，但實際的電阻值是沒有磁場時的100分之1。

研究背景

磁阻（置於磁場中之後，電流的易流動性發生變化的現象）是「電流的易流動性」與「磁場」息息相關的現象，最近幾十年業界一直在積極開展探索其機制的研究等，並取得了一定進展。另外，研究人員認爲，或許可以將這種現象應用於把磁訊號轉換成電訊號，或者把電訊號轉換成磁訊號的裝置，1990年代，研究人員利用具有這種現象的物質，使能夠把磁存儲於硬碟内的訊號轉換成可在個人電腦中處理的電訊號的偵檢器成功實施了小型化，硬碟的存儲容量大幅增加。

爲該發現做出貢獻的阿爾貝·費爾博士和彼得·格林貝格博士因這項成就獲得了2007年的諾貝爾物理可用能學獎。在兩人發現的這種現象中，電流的易流動性在幾十％左右的範圍内變化，而以前所知道的只是最大在幾％左右的範圍内變化，因此這個發現可以說具有革命性的意義。

隨後，東京大學的十倉好紀教授發現了電流的易流動性變化達到幾位數的物質。這個現象就是此次的研究的源頭——「巨磁阻效應」。由於變化半徑較大，爲利用該現象，業界積極展開了研究，但此前發現的物質大多都沒達到實用標準，有些物質只能在低溫（零下幾十℃以下）下觀測到該現象，有些物質即使能在室溫下觀測到也需要強磁場（10特士拉左右），只在超導材料中才能觀測到，還有些物質電阻變化緩慢，因此目前應用研究幾乎沒有任何進展。

研究内容

本次研究中發現的具有巨磁阻效應的物質與十倉教授發現的物質一樣，是以錳（Mn）和氧（O）爲主要構成元素的「錳氧化物」的一種，結構式爲NdBaMn₂O₆（Nd爲釹，Ba爲鋇）。這種物質早在2002年前後就已經被發現，但當時尚未確立製作這種物質的單晶體的方法，只獲得了由微小的單晶聚集形成的多晶體。

在此次的研究中，研究小組成功製作了這種物質的大型（約爲數毫米見方）優質單晶體，並發現，在300K（27 ℃）左右的溫度下，電流的易流動性能發生100倍的變化。另外還發現，將該物質置於磁場中的話，強度約爲2特士拉時，能在更低的溫度下發生相同的變化。最近容易獲得的強永久磁鐵（釹磁鐵）的磁力最強約達到1特士拉左右，因此可以說，與以前發現的物質相比，2特士拉已經相當接近於實用數值。