| Project/Area Number |
22K18879
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
梅津 理恵 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (60422086)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 雄太 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (10825847)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 磁歪定数 / 結晶磁気異方性 / スピン軌道相互作用 / 弾性異方性 |
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| Outline of Research at the Start |
磁性体が磁場を感じると伸縮する性質は「磁歪」と呼ばれる。大部分の磁性体が磁場印加方向に伸長して印加と垂直方向が収縮し（正の磁歪定数）、その結果全体として体積は保存される。しかしながら、中には磁場印加方向に収縮して垂直方向が伸長する磁性体もある（負の磁歪定数）。
電子軌道の縮退がスピンー軌道相互作用によって分裂し、その分裂した軌道とフェルミ面との位置関係によって磁歪定数の符号が変わる、と古くから解釈されている。科学技術の進展により電子軌道の直接観測が可能になってきている。本研究課題では、3dの電子構造を直接観測し、磁歪現象の電子論的解釈を根本的に見直すことを最終目標としている。
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁性体が磁場を感じると伸縮する性質は「磁歪」と呼ばれる。大部分の磁性体が磁場印加方向に伸長して印加と垂直方向が収縮し（正の磁歪定数）、その結果全体として体積は保存される。しかしながら、中には磁場印加方向に収縮して垂直方向が伸長する磁性体もある（負の磁歪定数）。電子軌道の縮退がスピンー軌道相互作用によって分裂し、その分裂した軌道とフェルミ面との位置関係によって磁歪定数の符号が変わる、と古くから解釈されている。科学技術の進展により電子軌道の直接観測が可能になってきている。本研究課題では、3dの電子軌道を直接観測し、磁歪現象の電子論的解釈を根本的に見直すことを最終目標としている。
当初は組成によって磁歪定数が正から負に変わるFe-Ge系の試料合成ならびに磁歪評価を目的としていたが、超磁歪材料として知られているFe-Ga合金が希土類元素の一部置換による格子膨張がさらなる磁歪増大をもたらすという理論計算結果が報告されていることから、その実験的検証から研究を始めることとした。
Fe-Ga二元系合金において最大磁歪が報告されているFe82Ga18合金に1at.%の希土類元素(Y, La, Ce, Pr)を含むFeGa合金の試料合成を試みた。FeGa超磁歪材料は単結晶において磁歪に結晶異方性があることが知られており、配向試料を作製する目的で急冷凝固メルトスパンリボンの作製も行った。現時点においてバルク体とメルトスパンリボン薄帯の試料を作製し、組織観察、構造解析、磁化測定等の基本物性調査を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
磁歪定数が組成によって正から負に変わるFe-Ge系について試料を作製し、電子状態と磁歪定数の符号を決定する因子について明らかにすることを最終目標としているが、薄膜試料における磁歪特性評価方法を確立することと、磁歪特性に及ぼす格子膨張、ならびに組織形態との影響を明らかにするために、超磁歪材料の典型物質として知られているFe-Ga系から研究を行うこととした。本年度はFe-Gaに希土類元素を一部置換した試料を作製し、基本的な特性を調べ、磁歪特性評価の準備を進めている。当初は、バルク多結晶体、そして単結晶育成と研究を進めることを計画していたが、結晶方位が配向した試料をメルトスパン急冷法で得られれば、実用上非常に有用であることから、薄帯リボンについても研究を進めている。当初とは少し研究計画が異なる部分もあるが、概ね順調に進展しており、最終目標に影響を及ぼすことはない。
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| Strategy for Future Research Activity |
磁性体の3d電子軌道を直接観測し、磁歪定数の符号を支配する物理的因子を明らかにすることが研究の最終目標であるが、本申請課題では、その足掛かりとなる基礎データを蓄積することを計画している。そのために、組成によって磁歪定数が正から負に変化するFe-Ge合金に着目して研究を遂行する計画であった。しかしながら、超磁歪材料として知られているFe-Gaとの各種物性の比較検討が必須となることから、まずはFe-Ga合金の元素置換による格子定数の増大と磁気特性、ならびに磁歪特性の評価を行うこととした。そのために、Fe82Ga18二元系合金に加えて、希土類元素（Y, La, Ce, Pr）を添加した試料の作製を行った。バルク体のみならずメルトスパン急冷凝固法によるリボン薄帯も作製し、結晶配向と磁歪特性との関連性も明らかにする予定である。格子の膨張が磁歪特性に及ぼす影響については、理論計算の立場からも研究を進めてきており、実験結果と合わせて議論を行うことでさらに詳細が明らかになる。Fe-Ga合金の超磁歪と電子状態、さらには格子膨張がどのように作用するかを明らかにし、次いでFe-Ge系へと研究を拡張していく予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
