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公開：2025-01-11

京都大学などの研究チームが世界初の炭素磁石合成に成功、レアアースフリーで軽量かつ安価な次世代磁石の開発が可能に

text: XEXEQ編集部
（記事は執筆時の情報に基づいており、現在では異なる場合があります）

記事の要約

• 京都大学などが世界初の炭素磁石の合成に成功
• 軽量で錆びにくい安価な磁石の開発が可能に
• ウェアラブル機器や量子通信への応用に期待

炭素でできた磁石の合成に世界初の成功

京都大学などの国際研究チームは、軽量かつ安価な材料である炭素を使用した磁石の合成技術の開発に取り組み、2025年1月9日に世界初となる炭素磁石の合成に成功したことを発表した。非対称なZ型構造を持つ前駆体分子を設計・合成し、金属基板上で一方向に揃えて繋げる新たな合成法を開発することで、非対称ジグザグ端型グラフェンナノリボンの合成を実現したのだ。^[1]

新たに合成された炭素磁石は従来のレアアースなどを使用する重金属磁石とは異なり、軽量で錆びにくく安価な特性を持つことが確認されている。研究チームは合成した非対称ジグザグ端型グラフェンナノリボンをギリシャ神話の二面顔を持つ神にちなんで「Janus GNR」と命名し、電子スピンがジグザグ端に高密度で局在する特性を世界で初めて実証することに成功した。

今回の研究成果は2025年1月8日に国際学術誌「Nature」に掲載され、磁性材料研究に革新をもたらす重要な一歩となることが期待されている。ウェアラブルデバイスへの応用を始めとして、量子通信技術の発展にも大きく貢献する可能性があり、様々な電子工学や機械工学、メディカル分野での活用が見込まれるところだ。

炭素磁石の特徴まとめ

グラフェンナノリボンについて

グラフェンナノリボンとは、炭素原子が六角形の格子状に並んだグラフェンを細長く切り出した帯状の新素材のことを指す。主な特徴として、以下のような点が挙げられる。

• 端構造の設計により電子・磁気特性を制御可能
• 非対称ジグザグ端構造により強磁性を発現
• 従来の金属磁石と比べて軽量かつ低コスト

今回の研究では、非対称なジグザグ端を持つグラフェンナノリボンの合成に初めて成功し、強磁性を示すことが実証された。グラフェンナノリボンの端構造を非対称にすることで、電子スピンが片側のジグザグ端に局在化し、従来にない特性を持つ炭素磁石として機能することが明らかになったのだ。

炭素磁石の開発に関する考察

炭素磁石の開発成功は、従来のレアアースなどを使用する重金属磁石からの脱却を可能にする革新的な成果として高く評価できる。特に軽量かつ安価という特性は、ウェアラブルデバイスの小型化・低コスト化を促進し、IoT分野における新たな可能性を切り開くことが期待されるだろう。

一方で、現状のJanus GNRは極低温や超高真空環境下でのみ安定して磁性を示すという課題が存在している。室温・大気中での安定性を向上させるための構造最適化や、量産化に向けた製造プロセスの確立が、実用化に向けた重要な研究課題となっているのだ。

今後は理論研究で示唆されている大気中での安定性を持つグラフェンナノリボンの実現に向けた研究開発が進められることになる。産業界との連携を強化し、実用化に向けた取り組みを加速することで、日本の元素戦略に新たな可能性をもたらすことが期待できるだろう。

参考サイト

1. ^ 京都大学. 「炭素磁石の合成に成功：二面顔“ヤヌス型”グラフェンナノリボン―希少希土類金属フリーの軽量・低コスト炭素磁石で日本の元素戦略に光明― | 京都大学」. https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2025-01-09, (参照 25-01-11).

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