Co合金超微粒子の相変態とHCP構造粒子の安定合成

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650763
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 北上 修 東北大学, 科学計測研究所, 助教授 (70250834)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 島田 寛 東北大学, 科学計測研究所, 教授 (00006157)
• Keywords: コバルト / 微粒子 / 六方稠密構造 / 面心立方構造 / 単結晶 / 表面エネルギー

Research Abstract

Coはバルク状態において,420℃の同素変態点を境に,高温相である面心立方(fcc)構造から低温相の六方稠密(hcp)構造に変態し,室温に於いてはhcp構造が安定となる.しかし,そのサイズが減少し,ミクロンオーダーの微粒子になると,fcc構造となることが数多くの研究から知られている.このCo微粒子の特異な結晶構造の発生機構についてはこれまで理論的考察は殆どなされておらず,またhcp-Co微粒子の合成に成功した例もない.一方,hcp-Coは高い一軸性の結晶磁気異方性を有するため,もし微粒子状態で安定に合成することが出来れば,超高密度記録材料への展開や巨視的量子効果の研究など,基礎及び応用の面で理想的な材料の一つとなる可能性がある.本研究では,我々が新たに開発した超微粒子スパッタ技術を用い,hcp-Co超微粒子を安定に合成すること,そしてその発生機構の解明を目的とした.
研究の成果を簡潔にまとめると次のようになる.Co粒子のサイズ及び結晶構造は,スパッタ条件(特にスパッタガス圧力,放電電力)に強く依存し,粒子サイズの増加と共にhcp/fccの体積分率は著しく増加して,40nmのサイズでほぼ完全なhcp-Co微粒子となることがわかった.これらのhcp-Co粒子は,Wulff多面体の外形形状を有し,マイクロディフラクションからも僅かな積層欠陥を含む単結晶粒子であることが確認された.このような結晶相のサイズ依存性を説明するために,表面エネルギーを考慮した自由エネルギー計算を行い,微小サイズ(<10nm)における高温相fcc,そしてサイズ増加に伴うhcp相の出現は,微粒子特有の表面効果により説明できることがわかった.現在,微粒子アニールによる相安定性の確認実験を行い,それらの結果を双晶境界,積層欠如に起因するエネルギー項を考慮に入れたより厳密な理論計算により説明することを試みている.

Research Products

• [Publications] 桜井伴明 他: "スパッタ磁性微粒子による微細磁区観察" 日本応用磁気学会誌. 20・4. 843-845 (1996)
• [Publications] Osamu Kitakami et al.: "Fine metallic particles of Magnetic domain observations" Japanese Journal of Applied Physics. 35・3. 1724-1728 (1996)
• [Publications] Osamu Kitakami et al.: "High density recorded patterns observed by high resolution Bitter method" Journal of Applied Physics. 79・5. 6074-6077 (1996)
• [Publications] Hisateru Sato et al.: "Structure and magnetism of hcp-Co fine particles" Journal of Applied Physics. 81・4. 1858-1862 (1997)