スピントロニクス分野では、作製した磁性薄膜の磁気特性を評価するところから研究が始まる。しかし、磁気パラメータの中にはジャロシンスキー守谷交換定数のような評価が難しいパラメータも存在する。そこで我々は、磁性薄膜の磁気パラメータをより簡単に推定するために機械学習と数値計算を利用して研究を進めている。

成果：

2025年度
昨年度に引き続き、撮像スケールの異なる磁区画像からの推定実験を進めた。今年度は、サイズ情報も既知として磁気パラメータを推定させる方法を採用し、サイズ情報も加えることで推定精度が上昇することを見出した。

2024年度
昨年度に引き続き、撮像スケールの異なる磁区画像からの推定実験を進めた。より詳細な条件を調べ、教師データ側に画像サイズが小さい画像を、テストデータ側に画像サイズを大きなものにすると制度が悪化することが明らかになった。また新たなパラメータとして異方性分散の推定実験も行った。

2023年度
撮像スケールの異なる磁区画像からの推定実験に挑戦し、DMI定数や飽和磁化の推定に成功した。
A. Watanabe et al., "Machine learning-based determination of magnetic parameters from magnetic images with different imaging scales", (arXiv: 2408.12181)

2022年度
局所安定状態における磁気画像を作成し、局所安定状態画像からのパラメータ推定の実験を行った。その結果、TbCo合金における濃度推定に成功した。
S. Kuno　et al., "Estimation of TbCo composition from a local-minimum-energy magnetic state taken by magneto-optical-Kerr-effect microscope by using machine learning", APL Machine Learning 1, 046111 (2023).

2020年度
数値計算と、プローブ顕微鏡画像を用いてDMI値の推定実験に成功した。さらに異方性分散の推定にも成功した。
M. Kawaguchi et al., "Determination of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction using pattern recognition and machine learning", npj Computational Materials (Nature Publishing) 7, 20 (2021).

本研究は、マグノン（強磁性体の磁化揺らぎ）の熱輸送現象をうまく利用して、スピンゼーベック効果（Spin Seebeck effect: SSE）の発電効率を、通常技術よりも100～1000倍に増強することを目指すものである。
SSEは、多層膜を作製するだけで熱電発電できる。平坦な面であればどこにでも作ることができ、その適用可能範囲は極めて広い。しかし、発電効率が十分高いとは言い難く、ここに大きな問題が横たわっている。そこで、本研究では、フォノンの熱伝導によるエネルギー損失を最大限に抑えつつ、マグノン（磁化の揺らぎ）の伝播を利用して、熱浴から熱エネルギーを取り出し、SSEにより発電する新技術を確立する。

成果：

2025年度
異常ネルンスト効果に基づいた3次元熱流センサー開発を目指して、アモルファスTbFeCo合金の輸送特性の研究を体系的に行った。その結果、アモルファスにもかかわらず、電子数の変化に応じて、熱電特性が変化し、最大1.8 uV/Kの異常ネルンスト係数を示すことに成功した。Imaeda et al., "Influence of transition-metal composition on anomalous Nernst effect in amorphous Tb-Fe-Co thin films", Journal of Applied Physics 139, 093906 (2026).

2024年度
3D凹凸構造を利用することで、異常ネルンスト効果に基づいた熱流センサーの高感度化に成功した。Imaeda et al., "Significant improvement in sensitivity of an anomalous Nernst heat flux sensor by composite structure", Applied Physics Letters 125, 044101 (2024). Featured Articles

2023年度
GdCo合金を用いて異常ネルンスト効果に基づいた熱流センサーの感度を評価した。その結果、両極性感度として世界最大の値を示すことを見出した。
M. Odagiri et al., "Maximizing bipolar sensitivity for anomalous Nernst thermopiles in heat flux sensing in amorphous GdCo alloys", Scientific Reports 14, 17205 (2024).

2022年度
薄膜における熱伝導率の評価手法を確立した。注目したのは異常ネルンスト効果に2つの測定配置であり、これまで測定福能であった10nm以下の薄膜に対してでも測定可能になった。

2022年度
TbCo、GdCo合金を用いて異常ネルンスト効果の実験を行った。異常ネルンスト効果はTb、Gdの濃度が補償点に近づくと増加することが明らかになった。またTb、Gdの元素種に対する依存性はほぼないことが明らかになり、このことは起電力の増大効果が、Coの原子配置に起因するものであることを示唆している。
M. Odagiri et al., "Coexistence of large anomalous Nernst effect and large coercive force in amorphous ferrimagnetic TbCo alloy films", Applied Physics Letters 124, 142403 (2024).

2021年度
TbCo合金を用いて磁化依存スピンゼーベック効果の研究を行った。TbCoを用いた場合、先行研究で報告されたCoに比べて3倍程度大きくスピン回転が引き起こされることが明らかになった。
A. Yagmur et al., "Magnetization-dependent inverse spin Hall effect in compensated ferrimagnet TbCo alloys", Physical Review B 103, 214408 (2021).

2020年度
スピンゼーベック効果を用いて、TbCo合金におけるスピンホール効果の実験を行った。スピンホール効果の大きさはCoに比べて4倍大きくなることが明らかになった。
A. Yagmur et al., "Large Inverse Spin Hall Effect in Co-Tb Alloys due to Spin Seebeck Effect", Physical Review Applied 14, 064025 (2020).

材料科学において、均一な組成は物性評価において非常に重要になる。しかし、相互作用によっては、非対称な構造を必要とするものも存在するため、物質中の組成に勾配をつけることで、それらの相互作用を誘起あるいは増強できる可能性がある。そこで本研究では、これまでの材料科学では嫌われてきた不均一性に注目して研究を行い、新たな学理構築を目指す。

成果：

2025年度
今年度は組成勾配を持つGdFeとPtの2層膜細線を利用して、電流誘起磁壁駆動の実験を行った。その結果組成が均一な細線と、不均一な細線で比較すると、不均一細線の方が磁壁駆動速度が速くなる現象を確認した。この結果は組成勾配によってDMI相互作用が増強されたためではないかと考えられる。