2018 Fiscal Year Research-status Report
A study of pressure-induced phase transformation on Ni-based Heusler compounds
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18K04685
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| Research Institution | Kurume Institute of Technology |
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Principal Investigator |
江藤 徹二郎 久留米工業大学, 工学部, 准教授 (70322295)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | Ni基ホイスラー合金 / 磁性形状記憶 / マルテンサイト変態 / キュリー温度 / 電子・磁気物性 / 状態図 / 高圧力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
構造式 X2YZ型で表されるNi基ホイスラー合金Ni2MnZ（Z=Ga,In,Sn,Sb）の中で、Ni2MnGaは強磁性マルテンサイト変態（M変態）を示すほぼ唯一の物質系である。近年、Ni2MnGa合金の巨大双晶磁歪が発見されて以来、機能材料として注目されているが、巨大磁歪は構造変態温度（～200 K）直下で観測されるため、室温での実用化は実現できていない。高圧下での基礎物性や構造変態の振る舞いを研究することは、構造変態点を室温近傍に持っていくための研究指針を与えるものであり、次世代の磁性形状記憶材料や、超磁歪向け材料としての実用化が大いに期待される。2018年度の実績を以下に述べる：
１．Ni2+xMnGa1-x結晶の合成、および基礎物性の測定
x =0.02-0.12の６種の３元系合金の多結晶試料を作製した。x増に伴い、①プレマルテンサイト相（P相）への変態温度が室温付近まで上昇、②強磁性転移温度は徐々に減少、逆にM相への構造変態温度が急激に増加し、0.08 < x < 0.12の領域で磁気と構造が結合した相転移現象を示すことが明らかになった。①の効果により、P変態直下の摂氏零度近傍でも380 ppmの大きな磁歪を示すことがわかった。P相への転移温度をもう少し上げることができれば、室温近傍での磁歪材料が実現できる。②では磁気と構造の相転移が同時に発生しており、大きな磁気熱量効果が期待できる。
２．高圧下X線回折実験
従来型の回転対陰極型Ｘ線発生装置と、ダイヤモンドアンビルセル（DAC）を用いた加圧方式により、高圧下での構造解析を試みた。圧力は約15 GPaの高圧力まで発生させることに成功したが、回折X線による信号が、圧力保持材であるガスケットの信号と重なったこと、また複数の回折プロファイルを分離可能な高精度データを取得することができなかったことから、高圧下の構造解析には至らなかった。2019年度は高精度な測定が可能な大型放射光施設での実験を申請する。
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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
磁気、電気、熱などの基礎特性の測定は順調に進み、温度－組成状態図の基本形を作成することができた。2019年度は組成幅を増やして詳細な状態図を完成させ、先行しているNi2+xMn1-xGaやNi2Mn1+xGa1-x合金との関連性を明確にしたい。
高圧X線回折は実験室レベルでの事前調査が終了したので、2019年度からは放射光施設での実験にフェーズを移して、高圧下での結晶構造解析を遂行する。
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| Strategy for Future Research Activity |
2018年度に実施したNi2+xMnGa1-x合金の基礎物性と詳細なT-x状態図は新しい知見であることから、本年の国際会議（ICFSMA）で発表し、論文執筆の準備も同時に進めていく。また、x置換量を増やして詳細な状態図を完成することで、他の合金系のNi2+xMn1-xGaやNi2Mn1+xMn1-xの状態図と比較検討することで、Ni-Mn-Ga 系ホイスラー合金の磁性、構造変態を統一的に理解していきたい。具体的には、ランダウによる現象論的な観点からの解析を実施予定である。
また、同時にMnをVに一部置換したNi2Mn1-xVxGa合金も研究対象に加える。本系はNi2+xMnGa1-x合金とちがい、x増に伴い1分子あたりの価電子数が減少する系である。Ni基ホイスラー合金の構造変態が単純に価電子数だけで特徴付けられるのか、もしくは別の要因があるのか、構造、原子配列、電子・磁気物性を詳細に調べることで明らかにしたい。
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| Causes of Carryover |
実験室の回転陰極型X線回折システムで高圧下X線回折法による結晶構造解析を実施したが、分解能不足もあり、高圧下での構造を特定することが困難となった。したがって、当初の計画を変更して放射光施設を利用した実験研究に実施する。購入予定であったダイヤモンドアンビルセル（DAC）やDAC加圧台の費用を来年度の実験施設への出張費用などに充てるため、未使用額が生じた。
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