熱ゆらぎ下におけるマルチグレイン系での保磁力解析法の構築

• Project/Area Number: 20K05311
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29010:Applied physical properties-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 栂 裕太 東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (70641231)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 長距離相互作用 / 保磁力 / 多結晶モデル / 配向度 / エネルギーランドスケープ / マルチグレイン / 自由エネルギーランドスケープ / スピンモデル / モンテカルロ

Outline of Research at the Start

磁性材料において，磁化反転の保磁力を与えるメカニズムは幅広い応用分野の基礎となるものであるが，材料ごとの微小な組織構造に依存した非平衡現象であり未解明な点が多い．そのため本研究では下記の３点を目的とした数値解析手法の開発を進める．
(a.) 磁化反転核の生成メカニズム関するミクロ描像の解明
(b.) 多結晶材料での磁壁の伝搬に対する統計力学的影響の調査
(c.) 磁性材料ごとの保磁力支配因子の定量的評価

Outline of Annual Research Achievements

１．前年度までに開発を行ってきた「自由エネルギーランドスケープに基づく保磁力計算法」と「修正確率的カットオフ法による磁気双極子相互作用の高速計算」を組み合わせた保磁力解析プログラムの開発を進め、反磁場補正による保磁力減衰が高温下での表面磁気ゆらぎによって抑え込まれることを明らかにした。

２．多結晶における保磁力の配向度依存性にアプローチするため、自由エネルギーランドスケープの横磁場応答に関する高速計算法を開発をすすめた。モンテカルロ法におけるre-weighting法に類似した解析を行うことによって、計算量を大きく増大させることなく任意の磁場方向に対するエネルギーバリアの依存性を得ることが可能となった。

３．多結晶体の計算に向けたテストモデルの構築を行い、多結晶性が保磁力へ与える影響の推定を進めた。理想的な多結晶（界面が非磁性相、磁気双極子相互作用がなし、完全配向）を仮定し、各結晶粒にReplica交換Wang-Landau法で個別に計算した自由エネルギーランドスケープの形状をマップすることで、多数のエネルギーランドスケープ形状を内包した多結晶モデルの構築を行う。この多結晶モデルに更にReplica交換Wang-Landau法を行うことで、（理想化した条件下では）原理的に近似の含まれない多結晶体の保磁力計算を可能とした。この多結晶モデル解析から、多結晶体では磁化反転の起点となる部位が結晶粒の個数に応じて増え、そのことが磁化反転経路の増大につながり、保磁力を減衰させることを見出した。

Research Products

• [Journal Article] Atomistic theory of thermally activated magnetization processes in Nd2Fe14B permanent magnet (2021)
  • Author(s): Miyashita Seiji、Nishino Masamichi、Toga Yuta、Hinokihara Taichi、Uysal Ismail Enes、Miyake Takashi、Akai Hisazumi、Hirosawa Satoshi、Sakuma Akimasa
  • Journal Title: Science and Technology of Advanced Materials Volume: 22 Issue: 1 Pages: 658-682
  • DOI: 10.1080/14686996.2021.1942197
  • NAID: 130008145814
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 自由エネルギーからみた希土類磁石の保磁力と核生成 (2021)
  • Author(s): 栂裕太、宮下精二
  • Journal Title: まぐね（日本磁気学会） Volume: 18 Pages: 27-37
• [Journal Article] Role of atomic-scale thermal fluctuations in the coercivity (2020)
  • Author(s): Y. Toga, S. Miyashita, A. Sakuma and T. Miyake
  • Journal Title: npj Computational Materials Volume: 6 Issue: 1 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1038/s41524-020-0325-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 希土類磁石の保磁力機構における熱ゆらぎの役割 (2021)
  • Author(s): 栂裕太
  • Organizer: 日本金属学会
  • Invited
• [Presentation] Nucleation and Coercivity analyses on the atomistic spin model of permanent magnets (2020)
  • Author(s): Yuta Toga
  • Organizer: 65th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM 2020)
  • Int'l Joint Research / Invited