“炭素でできた磁石”、京大チームが合成成功 世界初 レアアース依存脱却＆軽量化などに期待

京都大学などの国際研究チームは、炭素でできた磁石「炭素磁石」の合成に世界初成功したと発表した。

[松浦立樹，ITmedia]

　京都大学などの国際研究チームは1月9日、炭素でできた磁石「炭素磁石」の合成に世界で初めて成功したと発表した。これによって、軽量で錆びず、安価な磁石の開発が可能となり、従来のレアアースなどを使う重金属磁石からの脱却を実現できるという。ウェアラブルデバイスへの応用の他、量子通信技術などの発展にも貢献が期待されるとしている

炭素磁石となるニ面顔“ヤヌス型”グラフェンナノリボン（JGNR）

　従来の磁石は現代の電子工学には欠かせない一方、金属が主な材料であるため、重量や希少金属の供給リスクなどの問題があった。これを解決するため、軽量かつ安価な材料である炭素を使った磁石に関する研究が進んでいる。その中でも、炭素細線材料の「グラフェンナノリボン」（GNR）が大きな注目を集めている。

　GNRは2つの端を持ち、そのうち片端をジグザグ型の構造にできれば、強磁性を示して磁石になる。しかし従来の合成法では、片端だけをジグザグ型にするのは非常に困難で、強磁性を示すGNRの合成は未解決の課題であった。今回京大チームは、強磁性を持つ「非対称ジグザク端型GNR」の合成に向けた設計を考案し、その通りに合成をしたところ、世界で初めて非対称ジグザグ端型GNRの合成に成功した。

　合成したGNRを分析すると、片側のみにジグザグ端を持つことが判明し、世界初の強磁性を示す炭素細線であることを実証。また、非対称ジグザグ端型GNRは構造を調整することで、強磁性、反強磁性、フェリ磁性（電子スピンが反対方向に並びながら、磁性を持つ現象）など異なる磁性モードを自在に調整できることも分かった。

　研究チームは、合成したGNRをギリシャ神話の二面顔を持つ神「ヤヌス」（Janus）にちなみ「Janus GNR」（JGNR）と命名。「この成果は有機磁石の新たな可能性を切り開くもので、JGNRは今後の炭素磁石の発展の起点となることが期待される」と説明している。

　一方、現在のJGNRの磁性は、極低温や超高真空中では安定しているものの、ジグザグ端構造が室温大気中では不安定で、磁性を保つことが困難だという。理論では、大気中でも安定なGNRを実現できると提案されているため、今後研究チームは大気安定なGNRの合成を進める予定。

　この研究成果は国際学術誌「Nature」に1月8日付で掲載された。

Natureの掲載ページから引用