読売新聞寄稿連載「ドキ★ワク先端科学」から~

第54回:物質創成科学研究科 細糸信好准教授  〔2017年11月15日〕
「金 ナノサイズで磁性検出」

細糸信好准教授
細糸信好准教授

 磁石を近づけると、鉄やニッケルは吸い付きますが、金や銅は反応しません。吸い付く性質を強磁性、付かないのを非磁性と呼びます。こうした応答をみるのが磁性という分野です。

 鉄と金をくっつけると、金の磁性は変化するでしょうか。鉄板の上に金貨を載せたとしても、特に変わりませんね。ですが、原子数個から数十個程度に相当する数ナノ・メートル(ナノは10億分の1)レベルの薄い膜状にした鉄と金を用意し、重ね合わせたらどうでしょうか。これが、我々が研究するナノ構造磁性という分野です。

 安定性が高く、磁性がないと考えられてきた金ですが、ナノサイズならわずかな磁性を持つことが分かったのです。ただ、研究の手法は工夫が必要でした。鉄と金を重ねた薄膜を使うので、〈1〉鉄の大きな磁力で隠れた金の微小な磁力を検出すること〈2〉金の磁力が鉄からの距離でどのように変化するかを調べること――などが重要でした。

 私たちは、兵庫県佐用町にある理化学研究所の大型放射光施設「SPring―8(スプリング8)」で薄膜の金の磁性を測ってきました。特定の元素の磁気構造を、他の元素の影響を受けずに調べることができる「円偏光(えんへんこう)共鳴エックス線磁気散乱法」という特殊な方法を採りました。

 測定結果を解析すると、鉄と接した金原子は磁力を持つことが分かりました。ただ、予想外だったのは、鉄に接していない内部の金原子にも、磁力があると分かったことです。全ての金原子が、鉄の100分の1程度の磁力を持つ状態になっていました。つまり、金全体が、弱いながらも強磁性を示していたのです。

図1
SPring-8ビームラインBL39XUに設置した測定装置

 研究を進めると、非磁性の層に生じた微弱な強磁性が薄膜全体の磁性に大きな影響を与える場合があることも分かりました。この影響も考慮し、今までにない特性を持った金属の薄膜を作ることを目指します。