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―

Research Topics / 研究トピックス 2025年1月 9日

　現代のエレクトロニクスには高性能な磁石が不可欠ですが、従来の磁石は主に金属で作られており重量や希少金属使用による供給リスク等の問題があります。これに対して、炭素は軽量かつ安価であることから、炭素でできた磁石の研究が進められています。グラフェンナノリボン（GNR）は、その端構造を設計することで電子・磁気特性を制御できる可能性があるため大きな注目を集めています。しかし、従来の研究では対称ジグザグ端を持つGNRしか合成できず、磁石の性質を示しませんでした（反強磁性）。これに対して、非対称ジグザグ端を持つGNRは強磁性を示すと考えられていましたが、その合成は技術的に非常に困難であり未解決の課題となっていました。
　坂口浩司エネルギー理工学研究所教授と小島崇寛同准教授、およびシンガポール国立大学（National University of Singapore ）、米国カリフォルニア大学バークレー校（University of California, Berkeley）との国際共同研究チームは、非対称なZ型構造を持つ前駆体分子を設計・合成し、これを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GNRの合成に成功しました。合成した非対称ジグザグ端型GNRは、本研究チームの理論予測通り、電子スピンがジグザグ端に高密度で局在し、「炭素磁石」としての特性を持つことを世界で初めて実証しました。この非対称ジグザグ端型GNRを、ギリシャ神話に登場する二面顔を持つ神「ヤヌス（Janus）」にちなみ、「Janus GNR（JGNR）」と命名しました。この成果は、磁性材料研究を革新する一歩となり、様々な電子工学、機械工学やメディカル分野への応用が期待されます。

　本研究成果は、2025年1月9日に、国際学術誌「Nature」に掲載されました。