磁性材料において、隣接する磁気モーメント間の結合強度を表す「交換スティフネス定数」は、磁区構造や磁気応答特性を決定する最も重要な物性値の一つです。この値の正確な測定は、磁気記録デバイスやスピントロニクス素子の設計において必要不可欠ですが、従来の測定法には装置の高コスト化や試料の損傷といった課題がありました。

TI-FRISフェロー・後藤太一准教授（東北大学電気通信研究所）ら、東北大学、豊橋技術科学大学、信越化学工業株式会社、トルコ・コチ大学による国際共同研究グループは、大規模3次元マイクロ磁気シミュレーションと偏光顕微鏡観察を組み合わせた磁性材料の新しい評価手法を開発しました。セリウム置換イットリウム鉄ガーネット（Ce:YIG）薄膜を用いた実証実験において、観察された磁区周期とシミュレーション結果を照合することで、交換スティフネス定数を3.8～4.4 pJ/mの範囲で精密に同定しました。この値は既報の実験値と良好に一致し、手法の有効性を確認しました。さらにシミュレーションにより、磁性ガーネット膜中には複合型磁壁構造（ネール・ブロッホ混合壁）が存在していることを明らかにし、磁性体薄膜における磁壁物理の新たな理解をもたらしました。本技術は材料を損傷することなく基本的な装置のみで測定が可能であり、実用化により次世代磁気デバイスの効率的な材料スクリーニングと最適設計の実現が期待されます。

図：顕微鏡で観察した磁気ドメイン像（白黒）と計算機上で再現した磁気ドメイン像（カラー）。実験を計算で再現できていることが分かる。

本成果は2025年9月9日（現地時間）、応用物理分野の国際専門誌Applied Physics Lettersに注目論文のFeatured Articleとして掲載されました。

論文情報：

タイトル：Evaluation of Exchange Stiffness Constant in Iron Garnet Film using Micromagnetic Simulation

著者：Takumi Koguchi, Toshiaki Watanabe, Hibiki Miyashita, Kazushi Ishiyama, Yuichi Nakamura, Mitsuteru Inoue, Mehmet C. Onbasli, Taichi Goto*

*責任著者：東北大学　電気通信研究所　准教授　後藤太一

掲載誌：Applied Physics Letters（Featured Articleに選出）

DOI: 10.1063/5.0283742

https://doi.org/10.1063/5.0283742