東北大学研究者紹介

顔写真

アオキ　ハナエ

青木　英恵

Hanae Kijima

所属

大学院工学研究科　電気エネルギーシステム専攻　エネルギーデバイス工学講座（高周波ナノマグネティクス分野）

職名

講師

学位

博士（工学）（東北大学）
修士（工学）（東北大学）

researchmap

https://researchmap.jp/7000010005

J-GLOBAL ID

201401079094957510

経歴 2

2022年4月～継続中

東北大学　大学院工学研究科電気エネルギーシステム専攻　講師
2014年4月～ 2022年3月

東北大学学際科学フロンティア研究所　助教

学歴 1

東北大学　工学研究科　材料システム工学専攻

～ 2014年3月27日

委員歴 2

2. 日本磁気学会編集・論文委員会　委員

2021年4月～継続中
電気学会高周波磁性材料の実用化のための技術動向調査専門委員会(PAHM委員会)　委員

2017年4月～ 2020年3月

所属学協会 3

電気学会
日本金属学会
日本磁気学会

研究キーワード 3

ナノ複相材料
軟磁性薄膜
高周波電子デバイス

研究分野 1

ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 電気電子材料工学 /

受賞 5

トーキン科学技術賞・トーキン財団特別賞

2023年3月　公益財団法人トーキン科学技術振興財団
Best Poster Award

2022年1月　2022 Joint MMM-Intermag Conference
日本磁気学会論文賞

2013年9月　日本磁気学会
Best Poster Award, International Magnetic Conference 2012

2012年5月　IEEE Magnetic Society
Best Poster Award, International Magnetic Conference 2011

2011年4月　IEEE Magnetic Society

論文 21

Effect of Ar-N<inf>2</inf> Sputtering Gas on Structure and Tunneling Magnetodielectric Effect in Co-(Si-N) Nanogranular Films

T. Uchiyama, Y. Cao, H. Kijima-Aoki, K. Ikeda, N. Kobayashi, S. Ohnuma, H. Masumoto

IEEE Transactions on Magnetics　59　(11)　2023年11月1日

DOI： 10.1109/TMAG.2023.3283530 　

ISSN：0018-9464

eISSN：1941-0069

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We have investigated the effect of N2 fraction x in Ar-N2 sputtering gas on the tunneling magnetodielectric (TMD) effect in Co-(Si-N) nanogranular films. Co-(Si-N) films were deposited by co-sputtering Co and Si3N4 targets in Ar- x vol.%N2 mixture gas with different N2 gas fractions x of 0-30. All deposited films had a nanogranular structure composed of Co nanogranules with a diameter of 1-3 nm embedded in a Si-N matrix. We realized the TMD effect in the films for x ≥3.3 , and the film deposited in Ar-6.6 vol.%N2 gas showed the highest dielectric variations in a magnetic field. For 3.3≤ x ≤10 , TMD peak frequency f_ TMD decreased from 17 to 40 kHz with increasing x because of the increase in intergranular spacing s. On the other hand, for 10 < x ≤30 , f_ TMD increased from 40 kHz to 3.3 MHz as x increased since both s in the out-of-plane direction and \beta , which indirectly represents the measure of the distribution of s , decreased. This study provides a new way to tailor the frequency response of the TMD effect.
Enhancement of low-field magneto-dielectric response in CoAl<inf>2</inf>O<inf>3</inf> nanogranular films via controlling their nanostructure

Moe Kimura, Yang Cao, Hanae Kijima-Aoki, Nobukiyo Kobayashi, Shigehiro Ohnuma, Hiroshi Masumoto

Journal of the Ceramic Society of Japan　131　(8)　363-367　2023年

DOI： 10.2109/jcersj2.23036 　

ISSN：1882-0743

eISSN：1348-6535

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Magnetic metalinsulator nanogranular films that can host multiple outstanding functionalities have been widely studied, among which the tunneling magneto-dielectric (TMD) effect is a novel magneto-electric phenomenon discovered by our group. Enhancing their TMD response in a low magnetic field is necessary to practically apply magnetic metalinsulator nanogranular films. Herein, we focused on the effect of film annealing on TMD effect. The nanostructures, magnetic and dielectric properties, and the relationship between annealing temperature were investigated. The film nanostructure (i.e., Co granule size and intergranular distance), which is the key factor in realizing the TMD effect, was discussed. After optimizing the annealing temperature and Co content, a TMD ratio of 3.0 %, which is 75 times higher than that of the reported value, was obtained under a magnetic field of 200 kA/m in annealed Co0.37(Al2O3)0.63 nanogranular films. We have revealed that post-annealing is an effective route toward enhancing the low-field sensitivity of the TMD response of nanogranular films.
Magnetic nanopillars in self-organized magneto-dielectric nanocomposite thin films

Hanae Kijima-Aoki, Hiroshi Masumoto, Yasushi Endo

2023 IEEE International Magnetic Conference - Short Papers, INTERMAG Short Papers 2023 - Proceedings　2023年

DOI： 10.1109/INTERMAGShortPapers58606.2023.10228528 　

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This paper presents the magnetic properties of perpendicularly aligned magnetic nanopillars in magneto-dielectric nanocomposite films fabricated by tandem sputtering methods with an optimized substrate rotation speed. Since the film consists of self-assembled Co nano-pillars about 2.3 nm in diameter separated by CrxO matrix of 2.2 nm-spacing, Co43-Cr16O41 film exhibits perpendicular magnetic anisotropy attributed to the shape anisotropy of pillar shape of Co. These self-assembled nanopillar fabrication process may potentially assist the selective formation of perpendicular magnetic random-access memory architecture.
Faraday effects of magneto-dielectric nanogranular films with various particle shape

Hanae Kijima-Aoki, Kenji Ikeda, Nobukiyo Kobayashi, Masato Ohnuma, Yoshiki Honda, Hiroshi Masumoto

2023 IEEE International Magnetic Conference - Short Papers, INTERMAG Short Papers 2023 - Proceedings　2023-January　2023年

DOI： 10.1109/INTERMAGShortPapers58606.2023.10305022 　

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Magnetic-field control of polarized light via magneto-dielectric nanocomposite system is an important step in seamless implementation of nano-scale magneto-optical device. In this report, magneto-dielectric nanogranular films with 'non-sphere shaped' magnetic nanoparticles, wherein (prolate, chained, and oblate)-shaped nanoparticles was investigated regarding to induce the magneto-optical anisotropy. We demonstrate that both optical transmittance and Faraday rotation angle at optical communication bands were successfully improved when the prolate shaped nanoparticle perpendicularly aligned in the film.
Tunneling Magnetodielectric Effect in Co–Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Granular Films

Moe Kimura, Yang Cao, Hanae Kijima-Aoki, Nobukiyo Kobayashi, Shigehiro Ohnuma, Hiroshi Masumoto

MATERIALS TRANSACTIONS　63　(12)　1677-1681　2022年12月1日
出版者・発行元：Japan Institute of Metals
DOI： 10.2320/matertrans.mt-m2022098 　

ISSN：1345-9678

eISSN：1347-5320
DC and AC tunneling magnetoelectric responses of cobalt lateral nanogranular films

Hanae Kijima-Aoki, Shigehiro Ohnuma, Nobukiyo Kobayashi, Hiroshi Masumoto

Journal of Magnetism and Magnetic Materials　547　168890-168890　2022年4月
出版者・発行元：Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.jmmm.2021.168890 　

ISSN：0304-8853
Shape effect of Co nanoparticles on the electric and magnetic properties of Co–SiO2 nanogranular films 査読有り

Hanae Kijima-Aoki, Yasushi Endo, Takamichi Miyazaki, Tsutomu Nojima, Kenji Ikeda, Nobukiyo Kobayashi, Shigehiro Ohnuma, Hiroshi Masumoto

AIP Advances　12　(3)　035229-1-035229-5　2022年3月14日

DOI： 10.1063/9.0000310 　
Study on Structure and Magnetic Properties of Sub-micron Fe-B Particles

Yasushi Endo, Bingchuan Fang, Takamichi Miyazaki, Hanae Aoki, Hiroshi Masumoto

IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials　141　(5)　306-310　2021年5月1日
出版者・発行元：Institute of Electrical Engineers of Japan (IEE Japan)
DOI： 10.1541/ieejfms.141.306 　

ISSN：0385-4205

eISSN：1347-5533
Large magnetodielectric effect based on spin-dependent charge transfer in metal–insulator type Co-(BaF2) nanogranular films 査読有り

Hanae Kijima-Aoki, Yang Cao, Nobukiyo Kobayashi, Saburo Takahashi, Shigehiro Ohnuma, Hiroshi Masumoto

Journal of Applied Physics　128　(13)　133904-133904　2020年10月7日
出版者・発行元：AIP Publishing
DOI： 10.1063/5.0021636 　

ISSN：0021-8979

eISSN：1089-7550

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© 2020 Author(s). Cobalt-metal-fluoride nanogranular films exhibit high electrical resistivity (ρ) and high permittivity (ϵ′) as well as high magnetic moments, making them potentially suitable for applications in low power magnetoelectronic devices at a high-frequency range. Here, we present the DC/AC magnetoelectric effect of high-ρ Cox-(BaF2)1 - x nanogranular films that are constituted of Co nanogranules of about 2 nm in diameter in an insulating BaF2 crystal. Under the application of magnetic field (H), we observed the ρ variations (Δρ/ρ0) of 2.0%-5.9% for x ranging 0.19-0.54 and the ϵ′ variations (Δϵ/ ϵ 0 ′) of 0.7%-6.0% for x ranging 0.19-0.42, respectively. These magnetically controllable ρ and ϵ′ are realized based on the spin-dependent quantum-mechanical charge transfer. The Cox-(BaF2)1 - x film for x = 0.42 possesses high ρ, while remaining in a notably high Δϵ/ ϵ 0 ′ of 6% at a megahertz frequency range. This study demonstrates a candidate of high-resistive magnetoelectric nanogranular films, which may bring prosperous applications in high-frequency magnetoelectric devices with low power consumption.
Permeability Measurement up to 30 GHz of a Magnetically Isotropic Thin Film Using a Short-Circuited Coaxial Line 査読有り

Shigeru Takeda, Hanae Kijima-Aoki, Hiroshi Masumoto, Hirosuke Suzuki

Journal of the Magnetic Society of Japan　43　(5)　91-98　2019年7月

DOI： 10.3379/msjmag.1909R001 　

ISSN：1882-2932
High-Frequency Soft Magnetic Properties of Co-SiO2 Nanogranular Films With Large Out-of-Plane Magnetic Anisotropy 査読有り

青木(木嶌) 英恵

IEEE Magnetics Letters　9　3704205　2018年6月
Analysis of multilayered Co-Zr-Nb film on-chip noise suppressor as a function of resistivity and permeability 査読有り

馬静言, 青木(木嶌)英恵, 山口正洋

IEEE MAGNETICS LETTERS　7　5103904-1-5103904-4　2016年5月

DOI： 10.1109/LMAG.2016.2567321 　
High noise suppression using magnetically isotropic (CoFe-AlN)/(AlN) multilayer films 査読有り

Hanae Kijima, Shigehiro Ohnuma, Hiroshi Masumoto, Yutaka Shimada, Yasushi Endo, Masahiro Yamaguchi

JOURNAL OF APPLIED PHYSICS　117　(17)　2015年5月
出版者・発行元：AMER INST PHYSICS
DOI： 10.1063/1.4917500 　

ISSN：0021-8979

eISSN：1089-7550

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Magnetically isotropic (CoFe-AlN)(n)/(AlN)(n+1) multilayer films, in which the number of CoFe-AlN magnetic layers n ranged from 1 to 27, were prepared by radio frequency sputtering to achieve noise suppression at gigahertz frequencies. The soft CoFe-AlN magnetic layers consisted of nanometer-sized CoFe ferromagnetic grains embedded in an insulating AlN amorphous matrix, while the insulating AlN layers comprised AlN columnar crystals. All films showed a similar frequency dependence of permeability and ferromagnetic resonance of 1.7 GHz. Noise suppression was evaluated using a microstrip line as a noise source by determining the in-line conductive loss and the near-field intensity picked up by magnetic field detective probes. High noise suppression effects were observed in every direction in the film plane. Maximum noise suppression values amounted to 60% for the in-line conductive loss and -20 dB for the magnetic near-field intensity at around 1.7 GHz in the 27-layer film. These high-frequency noise suppression levels may be attributed to eddy current losses and ferromagnetic resonance. (C) 2015 AIP Publishing LLC.
Analysis of on-chip digital noise coupling path for wireless communication IC test chip.

Satoshi Tanaka, Peng Fan, Jingyan Ma, Hanae Aoki, Masahiro Yamaguchi, Makoto Nagata, Sho Muroga

10th International Workshop on the Electromagnetic Compatibility of Integrated Circuits　216-221　2015年
出版者・発行元：IEEE
DOI： 10.1109/EMCCompo.2015.7358360 　
Soft magnetic multilayered thin films for HF applications 査読有り

George Loizos, George Giannopoulos, Christos Serletis, Tuhin Maity, Saibal Roy, Nicoleta Lupu, Hanae Kijima, Masahiro Yamaguchi, Dimitris Niarchos

20TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON MAGNETISM, ICM 2015　75　1096-1103　2015年
出版者・発行元：ELSEVIER SCIENCE BV
DOI： 10.1016/j.phpro.2015.12.181 　

ISSN：1875-3892

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Multilayered thin films from various soft magnetic materials were successfully prepared by magnetron sputtering in Ar atmosphere. The magnetic properties and microstructure were investigated. It is found that the films show good soft magnetic properties: magnetic coercivity of 1-10Oe and saturation magnetization higher than 1T. The initial permeability of the films is greater than 300 and flattens up to 600MHz. The multilayer thin film properties in combination with their easy, fast and reproducible fabrication indicate that they are potential candidates for high frequency applications.
(Co-Ti-O)/Bi-Ti-O Multilayer Films with High-Frequency Electromagnetic Response 査読有り

Hanae Kijima, Yiwen Zhang, Nobukiyo Kobayashi, Shigehiro Ohnuma, Paul Muralt, Nava Setter, Hiroshi Masumoto

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS　52　(9)　09KA14　2013年9月
出版者・発行元：IOP PUBLISHING LTD
DOI： 10.7567/JJAP.52.09KA14 　

ISSN：0021-4922

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A series of (Co-Ti-O)/Bi-Ti-O multilayer films with 1-65 Co-Ti-O magnetic layers (MLs) are prepared by tandem sputtering method. The effects of the multilayers on the electromagnetic responses were investigated in the frequency range from 0.1 to 10 GHz. The multilayer films demonstrate soft-magnetic performance, maintain low loss of permeability (mu) up to a few GHz, and exhibit a clear peak of mu '' at their resonance frequency (f(r)). f(r) increase from 1.9 to 4.7 GHz with increasing MLs from 1 to 65. The multilayer films show a notable indentation of susceptance (B) at approximately f(r), which is not observed in a Bi-Ti-O monolayer film. (C) 2013 The Japan Society of Applied Physics
Structure and high-frequency soft-magnetic properties of Co-TiN nano-composite films 査読有り

Yiwen Zhang, Hanae Kijima, Nobukiyo Kobayashi, Shigehiro Ohnuma, Hiroshi Masumoto

Journal of the Ceramic Society of Japan　121　(1409)　36-39　2013年
出版者・発行元：Ceramic Society of Japan
DOI： 10.2109/jcersj2.121.36 　

ISSN：1348-6535 1882-0743

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The interest in the soft magnetic nano-composite films has grown to realize down-sized microelectronic devices at GHz frequency. In this study, the good soft magnetic Co-TiN nano-composite films were successfully prepared at room temperature (RT) by a sputtering method. XPS results prove that the Co in the films is pure metallic state. The nano-composite films show good frequency response of permeability, which resonance frequency is as high as 1.3GHz. The films have high magnetic loss absorption (Ploss/Pin) around 1.5 GHz range, which have a high potential for noise suppressors in high frequency devices. © 2013 The Ceramic Society of Japan.
High frequency magneto-impedance effects in (Co-Ti-O)/Bi-Ti-O multilayer films

H. Kijima, Y. Zhangl, N. Kobayashi, S. Ohnumal, P. Murale, N. Setter, H. Masumotol

2013 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON THE APPLICATIONS OF FERROELECTRIC AND WORKSHOP ON THE PIEZORESPONSE FORCE MICROSCOPY (ISAF/PFM)　56-58　2013年
出版者・発行元：IEEE
DOI： 10.1109/ISAF.2013.6748674 　

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(Co-Ti-O)/Bi-Ti-O multilayer films with 9 Co-Ti-O layers are prepared by tandem sputtering. The high frequency soft magnetic properties and magneto-impedance effects were investigated in the frequency range from 0.1 to 10 GHz. The films maintain the real part of permeability mu' = 30 up to a few GHz, and exhibit a clear peak of imaginary part of permeability mu '' = 76.4 at the resonance frequency (f(r)). The mu''' value at f(r) decreases with increasing an external magnetic field (Hex) applied parallel to the rf magnetic field. From the frequency response of the films, the admittance (Y) shows notable change near f(r), which decrease with increasing H-ex.
High Frequency Soft Magnetic Performance on Magnetically Isotropic Co-Al-N Films in External Bias Field 査読有り

H. Kijima, Y. Zhang, N. Kobayashi, S. Ohnuma, H. Masumoto

IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS　48　(11)　2910-2913　2012年11月
出版者・発行元：IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC
DOI： 10.1109/TMAG.2012.2196683 　

ISSN：0018-9464

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We have investigated the high frequency soft magnetic properties (mu-f properties) of magnetically isotropic Co76Al11N13 films with an external bias field (H-ex) applied in various directions. The films are prepared by r f sputtering and consist of fine Co grains 5 nm in diameter in an amorphous AlN matrix. The films have relatively large magnetic anisotropy perpendicular to the film plane and are magnetically soft. The initial magnetization curve in the film plane varies slightly with changes in the direction of the magnetizing field. A clear peak of permeability (mu '') was found at a resonance frequency (f(r)) around 2.5 GHz when the film had been magnetically saturated normal to the r f-field (H-r (f)) in the film plane before measurement. After being magnetically saturated parallel to H-r (f), the film shows a broad peak in mu '' around 9 GHz; however f(r) decreases to 2.5 GHz with increasing H-ex normal to the film plane. Control of f(r) between 2.5-9.65 GHz was achieved by changing the direction of H-ex, which is attributed to the direction changes in magnetic moments of a magnetically isotropic film.
Effect of Perpendicular Magnetic Anisotropy on the High Frequency Soft Magnetic Properties of Co-Al-N Films 査読有り

Hanae Kijima, Shigehiro Ohnuma, Hiroshi Masumoto

Journal of Magnetic Society of Japan　36　(4)　284-292　2012年

DOI： 10.3379/msjmag.1206R007 　
High-Frequency Soft Magnetic Properties of Isotropic Co-Al-N Films 査読有り

Hanae Kijima, Shigehiro Ohnuma, Hiroshi Masumoto

IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS　47　(10)　3928-3931　2011年10月
出版者・発行元：IEEE-INST ELECTRICAL ELECTRONICS ENGINEERS INC
DOI： 10.1109/TMAG.2011.2154302 　

ISSN：0018-9464

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Co-Al-N films with wide Co compositional range were prepared by the rf-sputtering method in order to obtain soft magnetic properties at high frequencies. The films consisted of Co nano-granules 3-5 nm in diameter, randomly dispersed in an AlN amorphous matrix. Ferromagnetic properties were obtained in the film with a Co content of 47-80 at.%. The films were shown perpendicular magnetic anisotropy with coercivity around 20-50 Oe, and had the same magnetization curve in all film plane directions. Co-Al-N films showed an excellent frequency response of permeability. The permeability (mu) of Co(80)Al(14)N(6) film, in particular, was constant up to 1 GHz, and exhibited a clear peak at the resonance frequency (f(r)) at around 1.2 GHz. The origin of this specific mu-f response of isotropic Co-Al-N films with perpendicular magnetic anisotropy can be attributed to the rotatable magnetic anisotropy.

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MISC 2

垂直磁気異方性を有するナノグラニュラー軟磁性膜の高周波デバイスへの応用展開招待有り

青木(木嶌) 英恵

ケミカルエンジニヤリング　63　(1)　2018年12月
垂直磁気異方性を有する高周波軟磁性膜の高分解能MFM観察招待有り

青木(木嶌) 英恵

日立ハイテクサイエンスアプリケーションブリーフ　SPI- No.69　2012年

書籍等出版物 3

Surfaces and Interfaces of Metal Oxide Thin Films, Multilayers, Nanoparticles and Nano-composites

Alejandro G. Roca, Paolo Mele, Hanae Kijima-Aoki, Elvira Fantechi, Jana K. Vejpravova, Martin Kalbac, Satoru Kaneko, Tamio Endo

2021年
百科繚覧 : 若手研究者が挑む学際フロンティア VOL.2

東北大学学際科学フロンティア研究所「百科繚覧」編集委員会, 東北大学学際科学フロンティア研究所

東北大学出版会　2019年1月

ISBN: 9784861633133
百科繚覧 : 若手研究者が挑む学際フロンティア VOL.1

東北大学学際科学フロンティア研究所「百科繚覧」編集委員会, 東北大学学際科学フロンティア研究所

東北大学出版会　2019年1月

ISBN: 9784861633133

講演・口頭発表等 35

光周波数帯の誘電特性に及ぼすCo-BaF2ナノ複相膜のCo添加量の効果

青木英恵, 池田賢司, 小林伸聖, 増本博, 遠藤恭

日本金属学会春季講演大会　2023年3月9日
Shape effect of cobalt nano-particles on magnetic properties of Co-SiO2 nano-granular films

H. Kijima-Aoki, Y. Endo, T. Miyazaki, T. Nojima, K. Ikeda, N. Kobayashi, S. Ohnuma, H. Masumoto

2022 Joint MMM-Intermag conference　2022年1月10日
Relationship between morphology and soft-magnetic properties of Co-Sr-F nano-granular films

C. Wang, Y. Endo, Y. Cao, H. Kijima-Aoki, N. Kobayashi, S. Ohnuma, H. Masumoto

2022 Joint MMM-Intermag conference　2022年1月10日
Study on Structural Characteristics and Magnetic Properties of Fe-B Particles with Submicron Sizes Synthesized by A Liquid-phase Reduction Method

Y. Endo, K. Murata, H. Kijima-Aoki, T. Miyazaki, H. Masumoto

2022 Joint MMM-Intermag conference　2022年1月10日
粒子形状を制御したナノグラニュラー膜の巨大保磁力発現機構の検討

青木英恵, 打越雄央, 曹洋, 川井哲郎, 野島勉, 遠藤恭, 大沼繁弘, 増本博

マグネティクス研究会　2021年12月16日
Co-SiO2ナノグラニュラー膜の低温磁気特性におよぼす粒子形状の効果

青木英恵, 曹洋, 野島勉, 大沼繁弘, 小林伸聖, 増本博

日本金属学会2021年秋期(第168回)講演大会　2021年9月16日
ナノ粒子を扁平化したナノグラニュラー膜の粒子形状が及ぼす強磁性・超常磁性への影響

青木英恵, 打越雄央, 大沼繁弘, 小林伸聖, 増本博

第４５回日本磁気学会学術講演会　2021年9月2日
トンネル効果に与えるCo-BaF2ナノグラニュラー層状膜の Co粒子の形状と周期性の影響

青木英恵, 大沼繁弘, 小林伸聖, 増本博

日本金属学会2020年秋期(第167回)講演大会　2020年9月15日
Tunneling Magneto-Dielectric Effects of Crystallized Co-BaF2 Nano-granular Films at MHz Frequencies 国際会議

H. Kijima-Aoki, Y. Cao, Y. Endo, N. Kobayashi, S. Ohnuma, H. Masumoto

oint MMM-Intermag Conference　2019年1月14日
Co-BaF2ナノグラニュラー膜の磁気-誘電効果

青木英恵, 曹洋, 小林伸聖, 大沼繁弘, 増本博

日本金属学会秋季講演大会　2018年9月19日
大きな垂直磁気異方性を有するCo-SiO2ナノグラニュラー膜の 10GHz帯高周波軟磁気特性

青木英恵, 武田茂, 大沼繁弘, 増本博

日本磁気学会学術講演会　2018年9月11日
Low-loss nanogranular Co based soft magnetic films for 10 GHz application 国際会議招待有り

H. Kijima-Aoki, H. Masumoto

International Union of Materials Research Societies-International Conference on Electromagnetic Materials (IUMRS-ICEM2018)　2018年8月19日
High frequency soft magnetic properties of (hcp-Co)-SiO2 nano-granular films with high perpendicular magnetic anisotropy 国際会議

H. Kijima-Aoki, H. Masumoto, K. I. Arai, M. Yamaguchi

61 st Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials　2016年10月31日
Analysis of magnetic near ¬field noise suppression of multilayered Co–Zr–Nb ¬film integrated on MSL

馬静言, 青木英恵, 山口正洋

日本磁気学会学術講演会　2016年9月5日
セラミックス層を導入したCo–SiO2ナノグラニュラー膜の構造と磁気特性

青木英恵, 大沼繁弘, 増本博, 山口正洋

日本磁気学会学術講演会　2016年9月5日
超小型スパイラルアンテナの放射特性の実験的評価

青木英恵, 増本博, 荒井賢一, 山口正洋

電気情報通信学会総合大会　2016年3月
Effect of Conductive and Inductive Noise Suppression of Magnetic Film through Electromagnetic Analysis 国際会議

Jingyan Ma, Hanae, Aoki, Yasunori Miyazawa, Masahiro, Yamaguchi

Eighth 2015 Korea-Japan Joint Conference on EMT/EMC/BE (KJJC-2015)　2015年11月
Radiated Noise Suppression Effects of Multilayered Soft Magnetic (Co-AlN)/(AlN) Films 国際会議

Eighth 2015 Korea-Japan Joint Conference on EMT/EMC/BE (KJJC-2015)　2015年11月
誘電層を挿入した不平衡給電スパイラルアンテナの小型化・高周波化の検討

青木英恵, 早坂淳一, 増本博, 荒井賢一, 山口正洋

日本磁気学会学術講演会　2015年9月
低損失磁気 -誘電 Co -AlN -SiO2ナノグラニュラー膜の作製

青木英恵, 増本博, 大沼繁弘, 山口正洋

日本磁気学会学術講演会　2015年9月
Analysis of multilayered CoZrNb film on-chip noise suppressor as a function of resistivity and permeability 国際会議

Jingyan Ma, Hanae Kijima, Masahiro Yamaguchi

IEEE International Magnetic Conference 2015　2015年5月
Multilayered Co alloy nitride granular films for high frequency electromagnetic application 国際会議

Hanae Kijima, Hiroshi Masumoto

EMN Open Access Week Energy Materials Nanotechnology　2014年9月22日
低損失磁気 -誘電 Co -AlN -SiO2ナノグラニュラー膜の作製

青木英恵, 増本博, 大沼繁弘, 山口正洋

日本磁気学会学術講演会　2014年9月
(Co,Co-Ti-O)/(Bi-Ti-O)積層膜の高周波磁気インピーダンス効果

木嶌英恵, 張亦文, 小林伸聖, 大沼繁弘, Paul Muralt, Nava Setter, 増本博

日本磁気学会学術講演会　2013年9月
High Frequency Magneto-Impedance Effects in Multiferroic CoTiO2-Bi4Ti3O12 Multilayer Films 国際会議

Hanae Kijima, Zhang Yiwen, Nobukiyo Kobayashi, Shigehiro Ohnuma, Paul Muralt, Nava Setter, Hiroshi Masumoto

2013 Joint UFFC, EFTF and PFM Symposium　2013年7月

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Student Paper Competition Award (nominated)
CoTiO2-Bi4Ti3O12積層膜の高周波電気-磁気特性

木嶌英恵, 張亦文, 小林伸聖, 大沼繁弘, Paul Muralt, Nava Setter, 増本博

強誘電体応用会議　2013年5月
High frequency soft magnetic properties of magnetically isotropic Co-Al-N films in external bias field 国際会議

Hanae Kijima, Zhang Yiwen, Nobukiyo Kobayashi, Shigehiro Ohnuma, Hiroshi Masumoto

IEEE International Magnetic Conference 2012　2012年5月
垂直磁気異方性を有するCo-AlN 高周波軟磁性膜の静磁界中熱処理の影響

木嶌英恵, 張亦文, 小林伸聖, 大沼繁弘, 増本博

金属学会秋季大会　2011年11月
Co-Al-N膜の垂直磁気異方性による高周波軟磁気特性の制御

木嶌英恵, 大沼繁弘, 増本博

日本磁気学会学術講演会　2011年9月
High frequency soft magnetic properties of magnetically isotropic Co-Al-N film 国際会議

Hanae Kijima, Shigehiro Ohnuma, Hiroshi Masumoto

IEEE International Magnetic Conference 2011　2011年4月
Co添加AlN膜の構造と誘電・磁気特性

木嶌英恵, 大沼繁弘, 増本博

セラミックス協会東北北海道支部研究報告会　2010年10月
Co-Al-N複合薄膜の高周波軟磁気特性

木嶌英恵, 大沼繁弘, 増本博

金属学会秋季大会　2010年9月
High frequency soft magnetic properties of Co-Al-N nano-granular films 国際会議

Hanae Kijima, Shigehiro Ohnuma, Hiroshi Masumoto

The 2nd International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Applications, ISAMMA 2010　2010年7月
Soft Magnetic Properties and Magnetic Domain Structures of Nano-granular Co-Al-N Films 国際会議

H. Kijima, S. Ohnuma, H. Masumoto

GCOE International Conference &KINKEN-WAKATE2011　2010年7月
陽極酸化法によるWO3ナノポーラス薄膜の作製と水素ガスセンサへの応用

木嶌英恵, 武藤泉, 原信義

金属学会秋季大会　2009年9月

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共同研究・競争的資金等の研究課題 13

磁性-誘電ナノ複相材料を用いた新規エナジーハーベスティング用アンテナの設計・開発競争的資金

制度名：The Other Research Programs

2014年4月～継続中
誘電体－磁性金属ナノ複相構造薄膜による応力誘起トンネル磁気機能変換材料の創製

増本博, 小林伸聖, 青木英恵, 池田賢司, 川上祥広, 王誠

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Tohoku University

2023年4月～ 2026年3月
ナノ磁石－セラミクス界面のトンネル伝導電子の束縛状態に基づく超広帯域電気-磁気-光学効果の発現と制御

2023年4月～ 2024年3月
ナノマテリアルサイエンスを通じた女子高生に対する工学マインドの醸成

2022年4月～ 2024年3月
磁性扁長粒子の形状異方性を利用したナノ複相膜の磁気光学効果の高感度化

2022年12月～ 2023年12月
高密度化のための微細化をアシストする磁性金属ナノ粒子の垂直形成および高速磁化反転に関する研究

2022年6月～ 2023年3月
スピン依存トンネル伝導で誘起される新規マルチフェロイック効果の発現

2022年4月～ 2023年3月
ナノ粒子の配列制御による直流-交流動作ハイブリッド型トンネルリング薄膜の創製

青木英恵

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

研究種目：Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

研究機関：Tohoku University

2021年4月～ 2023年3月

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本研究では、直流-交流動作ハイブリッド型トンネリング薄膜材料を実現することを目的として、膜の面内方向に密に粒子が配列する(A)横粒子層状膜、ならびに膜の面直方向に密に粒子が配列する(B)縦粒子柱状膜の作製と直流－交流トンネル効果の評価および発現機構の解明を行う。2021年度は、強磁性が期待されるCo扁平ナノ粒子と高抵抗化が期待されるBaF2マトリクスからなる(A)横粒子層状膜の作製に成功した。膜面垂直方向の扁平粒子の間隔を、0.3-2.1nmの間で変化させることに成功し、いずれの障壁厚みにおいても直流のトンネル磁気抵抗効果が得られるが、交流のトンネル磁気誘電効果は膜面垂直方向の粒子間隔が0.8-1.5nmの間でのみ発現することを見出した。また、扁平粒子はその形状磁気異方性から、球形粒子の場合よりも面内の飽和磁界が小さくなり、磁界に対するトンネル効果の検出感度が改善した。 2022年度の(B)縦粒子柱状膜についても前倒しで進め、Co-SiO2系膜において、アスペクト比が最大6.0(縦長さ/横粒子径)の膜面垂直方向に長い楕円粒子の作製に成功した。その中でナノ粒子の形状に起因した大きな異方性磁界Hk~6kOe(15Kにおいて)が見出された。現在、磁性元素が希薄な(<30 at.%)系で大きな磁気異方性が得られることに関して理論的な考察を進めている。また、縦横両方の直流トンネル磁気抵抗効果の評価系を確立した。その結果、垂直方向に密である(粒子間隔が狭い)と予想されたCo-SiO2系縦粒子柱状膜の垂直方向の電気抵抗は想定した値より低く、膜面垂直方向の楕円粒子の間隔は広いことが示唆された。
トンネル磁気誘電効果を有するナノ複相構造薄膜の新機能生体センサーの展開

増本博, 小林伸聖, 薮上信, 曹洋, 青木英恵, 池田賢司, 佐々木啓一, 鈴木治

2020年4月～ 2023年3月

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本研究グループは、磁性ナノ粒子（直径約数nm）が誘電体セラミックス中に均一に分散した薄膜である磁性体－誘電体ナノ複相構造薄膜を作製し、これまでに報告例の無い新しい機能変換材料である『トンネル磁気誘電（Tunneling Magneto-Dielectric:TMR）効果」（磁場を印加すると材料の誘電率が磁場の強さに応じて変化する現象。室温で動作する。本研究グループで命名）』を見いだした。本研究は、このTMD効果の特性向上や原理の究明といった基礎研究を進めるとともに、新しい生体センサーの応用研究という次の段階にステップアップするための基盤的研究を行うことを目的としている。今年度の成果として、①誘電体マトリックスとして用いるフッ化物（MgF2やBaF2）材料として、新たにSrF2に着目し、共スパッタリング法による高結晶化フッ化ストロンチウム－コバルトナノ複合薄膜の合成を実現し、理論に基づき、マトリックスの結晶化度を上げることでより高いトンネリング磁気誘電効果を得ることに成功した。②誘電体マトリックスとしてフッ化物に代わり各種酸化物を用いたナノ複相構造薄膜（Co-Al2O3、Co-MgO、Co-Ta2O5）を作製し、膜の電気抵抗のCo組成依存性がTMD特性と密接に関連していることを突き止めた。③これまでの磁性体－誘電体ナノ複相構造薄膜では、磁性体はおよそ球体ナノ粒子であったが、扁平ナノ粒子を作製することにより異方性を向上させて、膜の方向によりTMD特性を制御する手法を考案した。
金属-誘電体ナノグラニュラー膜のトポロジカルモデルに基づくトンネル効果の最大化

研究機関：Tohoku University

2021年10月～ 2022年3月
磁性ナノ粒子の楕円化による新しい磁気－電気－光複機能ナノグラニュラー膜の高機能化

青木英恵

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

研究種目：Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

研究機関：Tohoku University

2018年4月～ 2021年3月

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次世代の多機能電子デバイス用の材料開発には、複数の機能性を同時に併せ持つ（電気－磁気、磁気－誘電、光－磁気特性など）高効率でエネルギー変換可能な「複機能磁性材料」の開発が求められる。申請者らのグループでは、磁性ナノ粒子が誘電体マトリクス中に分散する「ナノグラニュラー薄膜」により、室温における磁場変化で誘電率εが変化する「トンネル磁気誘電（TMD）効果」および磁場変化で透過率Tが変化する「トンネル磁気光学（TMO）効果」を新たに見出した。しかしながら、これらの特性発現は、球状の磁性粒子が均一分散した膜でしか報告されていない。本研究は、粒子形状を「縦長楕円形」および「横長楕円形」にしたナノグラニュラー膜を作製し、TMD効果、TMO効果およびトンネル磁気抵抗(TMR)効果などの「複機能磁性」に与える粒子形状の影響を体系的に調べ、新機能・高機能「複機能磁性材料」を開発することを目的とする。平成30年度は1)縦型(膜面垂直)の楕円形状Co粒子を内包するCo-SiO2ナノグラニュラー膜の高周波軟磁気特性、および2)横型(膜面内)の楕円形状Co粒子を内包するCo-BaF2膜の高周波TMDおよびTMR効果について構造との関連を調べた。 1)縦型(膜面垂直)の楕円形状Co粒子を内包するCo-SiO2ナノグラニュラー膜は、5GHz帯まで損失が小さく極めて良好な軟磁気特性を示した。 2)Co-BaF2系ナノグラニュラー膜をタンデムスパッタ法で創製し、その構造とTMDおよびTMR効果を調べた。分散形態および密度を変化させたところ、35MHz帯において6.0%のTMD効果および5.9%のTMR効果を一つの膜で実現した。磁性金属粒子間のスピン依存トンネル電流ならびに孤立した磁性粒子ペアの間のスピン依存電荷分極の両方が関与していることを明らかにした。
磁性金属－強誘電体ナノ複相構造薄膜の作製による新複機能物性材料の開発

増本博, 小林伸聖, 青木英恵, 曹洋, 池田賢司

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Tohoku University

2017年4月～ 2020年3月

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磁性ナノ金属粒子とセラミックスマトリックスとで構成されるナノ複相構造薄膜は、ナノ量子効果に基づく新奇特性が次々と生まれている。本研究では、磁場変化により誘電率を制御できる「トンネル磁気誘電効果」の特性向上を、材料の組み合わせ、成膜方法の改良、膜微細組織の構造制御により実現した。さらに、光通信に用いられる波長(1550nm)の光に対して、実用材料であるビスマス鉄ガーネットの約40倍もの巨大なファラデー効果を示す、全く新しい発想による磁気光学材料「トンネルファラデー効果」をFeCo-Y-F系ナノ複相構造薄膜によって見いだした。
磁性-誘電ナノ複相材料を用いたマイクロ波アンテナの高性能化に関する研究

青木英恵

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

研究機関：Tohoku University

2014年8月29日～ 2016年3月31日

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本研究は、磁性-誘電材料をナノ複相化および多層化することでマイクロ波アンテナの小型化・高性能化を実現することが目的である。SiO2を誘電層として挿入した小型スパイラルアンテナを作製した。全形が4mm×4mmと、主たる動作周波数の電気長の1/30以下と超小型である点がこのアンテナの特長である。申請者は、近距離の通信感度を評価するために、ウェハプローブを用いて小型アンテナへ給電、電力検出を行う評価系を立ち上げた。これにより、30mmの距離に置かれた小型アンテナ間の0.1-40GHzと広い帯域の伝送特性の評価が可能となり、近年の主要な通信帯域を含む2-4GHzにおいて、反射損失-10dBを達成した。

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担当経験のある科目(授業) 1

情報とデータの基礎　東北大学

社会貢献活動 5

ナノスケールの世界材料科学へのいざないと電子顕微鏡

高校生対象公開講演会

2023年8月26日～
材料学ってなんだろう?

高校生対象公開講演会

2023年7月25日～
磁石の不思議な世界 -聞いて, さわって, 体験しよう-

公開講演会 (千葉工業大学)

2022年8月28日～
ナノスケールの世界材料科学へのいざないと電子顕微鏡

高校生対象公開講演会

2022年8月17日～
材料学ってなんだろう?

高校生対象公開講演会

2022年7月25日～

その他 1

高校生の大学での研究者体験プログラム「マテジョ×LABO」

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仙台市内の女子高校生に対して、1年間の大学での実践的研究者体験プログラムを提供する。実験実施から考察、発表までの一連の活動を通して、工学研究に親しみ興味を持ってもらい、工学系女性研究者を育成することが目的である。マテジョLABO Web site: http://www2.fris.tohoku.ac.jp/~matejo/