科学研究 - 日本发现在室温下较弱磁场中拥有巨磁阻的材料，电流的易流动性提高100倍

日本的横滨市立大学、东京大学及高能加速器研究机构物质构造科学研究所组成的研究小组，发现了可在室温下、而且在相对较弱的磁场中表现出巨磁阻的物质。

巨磁阻是指不通电的物质置于磁场中之后会变成通电物质的现象。此前也发现过很多具有这种现象的物质，但都缺乏实用性，有些物质需要温度达到零度以下才会出现这种现象，有些物质需要强磁场，必须是超导材料的电磁铁才会产生巨磁阻，还有一些物质的电流易流动性变化缓慢。此次发现的物质在产生巨磁阻的温度、磁场和电阻变化陡度等所有方面均优于以前发现的物质。此次的发现有望加速利用巨磁阻效应的应用研究（图1）。

图1：24℃时该物质的电阻（对电流阻碍作用的大小）随所处磁场的强度而变化的情形。没有磁场时电阻为1。在箭头的位置，电流突然变得容易流动。此时虽然图上显示几乎为零，但实际的电阻值是没有磁场时的100分之1。

研究背景

磁阻（置于磁场中之后，电流的易流动性发生变化的现象）是“电流的易流动性”与“磁场”息息相关的现象，最近几十年业界一直在积极开展探索其机制的研究等，并取得了一定进展。另外，研究人员认为，或许可以将这种现象应用于把磁信号转换成电信号，或者把电信号转换成磁信号的装置，1990年代，研究人员利用具有这种现象的物质，使能够把磁存储于硬盘内的信号转换成可在个人电脑中处理的电信号的检测器成功实现了小型化，硬盘的存储容量大幅增加。

为该发现做出贡献的阿尔贝·费尔博士和彼得·格林贝格博士因这项成就获得了2007年的诺贝尔物理学奖。在两人发现的这种现象中，电流的易流动性在几十％左右的范围内变化，而以前所知道的只是最大在几％左右的范围内变化，因此这个发现可以说具有革命性的意义。

随后，东京大学的十仓好纪教授发现了电流的易流动性变化达到几位数的物质。这个现象就是此次的研究的源头——“巨磁阻效应”。由于变化幅度较大，为利用该现象，业界积极展开了研究，但此前发现的物质大多都没达到实用标准，有些物质只能在低温（零下几十℃以下）下观测到该现象，有些物质即使能在室温下观测到也需要强磁场（10特斯拉左右），只在超导材料中才能观测到，还有些物质电阻变化缓慢，因此目前应用研究几乎没有任何进展。

研究内容

本次研究中发现的具有巨磁阻效应的物质与十仓教授发现的物质一样，是以锰（Mn）和氧（O）为主要构成元素的“锰氧化物”的一种，结构式为NdBaMn₂O₆（Nd为钕，Ba为钡）。这种物质早在2002年前后就已经被发现，但当时尚未确立制作这种物质的单晶体的方法，只获得了由微小的单晶聚集形成的多晶体。

在此次的研究中，研究小组成功制作了这种物质的大型（约为数毫米见方）优质单晶体，并发现，在300K（27 ℃）左右的温度下，电流的易流动性能发生100倍的变化。另外还发现，将该物质置于磁场中的话，强度约为2特斯拉时，能在更低的温度下发生相同的变化。最近容易获得的强永磁铁（钕磁铁）的磁力最强约达到1特斯拉左右，因此可以说，与以前发现的物质相比，2特斯拉已经相当接近于实用数值。