2019 Fiscal Year Research-status Report
革新的空間分解能を有する非破壊検査用フレキシブル磁気光学センサの創成
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19K14851
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| Research Institution | Suzuka National College of Technology |
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Principal Investigator |
橋本 良介 鈴鹿工業高等専門学校, その他部局等, 助教 (80783216)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 磁気光学イメージング / 磁性ガーネット / 磁気光学効果 / スピンコート / 非破壊試験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，曲面を有する金属構造物表面からの欠陥による漏洩磁界を可視化するために磁性ガーネット薄膜センサを開発し，基礎特性を明らかにしたうえで，センサの設計指針を確立するものである．薄膜の成膜手法としてスピンコート法に着目して，あらかじめ結晶化熱処理を施した磁性ガーネット粒子をフレキシブル基板上に塗布することによって，自在に湾曲する磁性ガーネット薄膜の成膜手法を開発する．
本研究開始当初は，ビスマス置換型イットリウム鉄ガーネット粒子に着目して試作実験を実施したが，膜の透光性が著しく低下して，基礎特性の解析ができていなかった．本年度は，ビスマス置換型イットリウム鉄ガーネット粒子の鉄による光吸収が大きいことに着目して，鉄を含まないイットリウムアルミニウムガーネット粒子に材料を変更した．その結果，透光性が認められる薄膜を形成することができた．さらにスピンコートの条件を探索した結果，当初，30 000 [nm]程度で光学用途としては厚い膜であった膜厚を500 [nm]程度まで薄膜化することができた．
試作した膜は連続膜ではなく，粒子が基板上に分散した離散的な分散膜となっている．そこで，観測された透過光が粒子を直接透過した光に由来するものか，それとも粒子と粒子の隙間を通り抜けてきた光に由来するものかを判断するために，基板上の粒子の密度を計算して，解析的手法により分析した．その結果，透過光は，粒子の間を通り抜けてきた光を一部含むものの，概ね粒子を直接透過した光であることが示唆された．以上の結果から，本年度試作した膜は，透光性が認められ，今後の基礎特性を解析するうえで重要な結果が得られたと考えられる．
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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
本研究は，磁気光学イメージング用のフレキシブル磁性ガーネット薄膜を開発して，非破壊試験に応用するためのセンサの設計指針を確立することが目的である．本年度は研究計画初年度として，フレキシブル磁性ガーネット薄膜の試作とセンサの性能指数を示す指標としての光透過率の測定をはじめとした基礎特性の解析を目的に研究を進めた．
既にフレキシブルに湾曲する磁性ガーネット薄膜の試作はできており，基礎特性の測定を実施した．これまでに分光光度計による透過率スペクトルの測定，振動試料型磁力計による磁気特性の解析，走査型電子顕微鏡による表面・断面状態の観察およびX線回折装置による結晶性の評価などを行い，基礎特性を明らかにした．特に，ビスマス置換型イットリウム鉄ガーネット粒子の透光性が著しく低かったことから透過率スペクトルの測定が課題となっていたが，材料の変更やスピンコートの条件探査により，透光性が認められる薄膜を形成することができた．
これらの結果から，当初予定されていた特性調査を概ね順調に実施することができたと判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
磁気光学スペクトルの測定を行い，センサの性能指数を評価する計画である．研究を遂行する上での課題として，イットリウムアルミニウムガーネットは常磁性体であり，自発磁化を持たず，磁気光学スペクトルの測定が非常に困難であると想定している．
そこで本年度は，イットリウムアルミニウムガーネットのアルミニウムサイトへの鉄置換を行い，透光性と強磁性の磁化特性を併せ持つコンポジットな材料を開発する．アルミニウムサイトへ鉄を置換すると鉄の磁化により磁気光学効果は増大する．しかし，置換量が多すぎると鉄の光吸収により透過率が低下してしまう．センサの性能指数は，透過率と磁気光学効果の大きさにより定義されており，両者はトレードオフの関係にあることから，透過率を保ちながら大きな磁気光学効果を発現する組成の磁性ガーネットを開発する必要がある．
さらに，磁気光学イメージングでは磁界の方向に注意する必要がある．試作する膜の磁化特性は，一軸異方性を持たない等方的な特性であることが予想される．これは，膜の断面構造が連続的ではなく，球に近い形状をした粒子が分散して形成される不連続な膜であることで，形状磁気異方性の影響が小さくなることに起因する．欠陥からの漏洩磁界を可視化する目的においては，磁気光学イメージングの際に入射する光と平行方向となる，膜面に対して垂直方向の磁化容易軸を有していることが望ましい．そこで，イットリウムサイトへのビスマス置換を行い，垂直磁気異方性を持たせて，磁気光学イメージングに優位な材料組成の探査を実施する予定である．
研究最終年度に向けて，これら材料の特性解析によりセンサの設計指針を示す方針を立てていく計画である．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響で発表を予定していた学会が中止となったため，当初旅費として想定していた金額にずれが生じたためである．研究計画に大きな変更はなく，次年度の物品費として使用する計画である．
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