2018 Fiscal Year Research-status Report
Development research on high performance magnetic ceramics
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18K13989
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
生井 飛鳥 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (40632435)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 磁性フェライト / ハードフェライト / ナノ粒子 / 分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁性フェライトの一つであるイプシロン酸化鉄をベースマテリアルとして、金属置換による磁性スピンの導入や電子状態を変化させることにより、高保磁力化や自然共鳴周波数の広帯域化などを進めることを目標とした材料開発に取り組んだ。本年度は、イプシロン酸化鉄の鉄イオンの一部をルテニウムイオンで置換した磁性フェライトの合成を行った。具体的には、ナノサイズの酸化水酸化鉄と水酸化ルテニウムがシリカマトリックス中に分散した前駆体試料をゾルゲル法により合成し、大気中で焼成したのち、シリカマトリックスを化学エッチングで除去することにより試料を得た。誘導結合プラズマ質量分析、および透過型電子顕微鏡のエネルギー分散型Ｘ線分光法によって物性評価を行った。得られた試料は平均粒径２０ナノメートルのナノ粒子であった。Ｘ線回折パターンはルテニウム置換型イプシロン酸化鉄が、反転対称の破れた斜方晶系の結晶構造（空間群：Pna21）であることを示し、Ｘ線回折パターンのリートベルト解析は、ルテニウムイオンが、結晶構造中の４つの非等価鉄サイト（Ａ，Ｂ、ＣＤサイト）のうち、正八面体に近いＣサイトを選択的に置換することを示唆していた。これは第一原理計算による予測とも一致していた。磁気ヒステリシス測定により、０．７％のルテニウム置換で、室温における保磁力が１５％増大することを観測した。これはルテニウムイオンの一イオン異方性に起因していると考えられる。
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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
本研究課題では、新しい磁性フェライトの一つであるイプシロン酸化鉄をベースマテリアルとして、高性能磁性セラミクスを開発することを目的に掲げている。高保磁力化・自然共鳴周波数の高周波化、ブロードが可能となるような金属置換種を予測して、様々な選択肢のある金属置換の中から置換元素を選定して合成検討することで、高性能磁性セラミクスの開発を目指すこととしている。平成３０年度に行ったルテニウム置換による高保磁力化は、ルテニウムイオンの持つ大きな一イオン異方性が保磁力向上に寄与しうること、そして保磁力向上に有効と思われる鉄サイトを置換することを第一原理計算により予測し、実際に合成を行って保磁力向上を観測できたことから、有効なプロトタイプであったことが確かめれており、順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
合成したルテニウム置換体について、ミリ波吸収特性という観点から評価を進める。また、高性能化として広帯域ミリ波吸収性能を狙った材料開発を行う。二価イオンの導入による電子状態変化がブロード化に有効であると考えられるため、二価イオンによる金属置換を検討し、得られた試料に関してテラヘルツ時間領域分光を用いて吸収線幅を評価する。並行して、有効な金属置換種の探索を進めるため、第一原理計算による金属置換による生成エネルギー変化、最安定置換サイトを調べる。また、置換サイトの検証という観点からメスバウアー分光による置換サイトを詳細に調べる計画である。
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