物質の持つ電気的・磁気的な性質は、現代のエレクトロニクスのあらゆる場面で活用されています。通常、物質の磁性は磁場によって、誘電性は電場によって、それぞれ独立に制御されます。一方、電場によって磁性を制御したり、磁場によって誘電性を制御することは「電気磁気効果」と呼ばれ、従来にない革新的な機能・低い消費電力を伴った電子デバイスを実現するための鍵となることが期待されています。
電場で磁性を制御するための方法はいくつか提案されていますが、私がこれまで取り組んできたのが、磁気秩序と誘電秩序を併せ持った「マルチフェロイクス」と呼ばれる物質の開拓です。もともと、物質中には「スピン軌道相互作用」と呼ばれる、電子の磁気的・電気的な性質を結びつける力が普遍的に内在しており、その影響が結晶の幾何学的な特徴によってたまたま顕在化すると、非常に巨大で多彩な電気磁気効果が観測できることがあります。
私は、こうした物質の幾何学的な側面に着目した設計指針に基づき、多彩な合成手法を駆使することで、革新的な特徴を持ったマルチフェロイクス・磁性材料の開拓を行っています。また、さまざまな誘電・磁気・光学測定を併用することで、新しい自由度を伴った電気磁気効果の発見を目指しています。さらに必要に応じて、電子顕微鏡や散乱実験などの専門家と共同研究を行い、物質のミクロな結晶・磁気構造を調べることで、観測された現象の物理的起源の解明にも取り組んでいます。
最近の大きな成果としては、マルチフェロイクス中における「スキルミオン（粒子としての性質を持った磁気渦）」の発見があげられます。このナノスケールの新しい磁気粒子は、電場によってそのダイナミクスを効率的に制御できることが期待され、省電力な磁気記憶素子における新しい情報担体として活用できる可能性があるため、現在その性質について集中的に研究を行っています。
これまでの主な成果：
- スキルミオン（粒子性を持ったスピン渦）を伴うマルチフェロイクスの発見
- 三角格子上の120度磁気秩序が誘起する強誘電性の発見
- 相対論的効果に起因した「エレクトロマグノン（電場で駆動可能な磁気励起）」の発見
- 磁場による強誘電分極の不揮発・多値間スイッチの実現
- ハロゲン化物（塩化銅など）における磁気強誘電性の発見