2020 Fiscal Year Research-status Report
Exhibiting high coercivity of Sm-Fe system compounds by recovery of local magnetic anisotropy
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20K05059
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
小池 邦博 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (40241723)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | Sm(FeCo)12 / SmFe12 / Sm-Fe薄膜 / 薄膜磁石 / 保磁力 / 結晶磁気異方性 / 局所磁気異方性 / 界面制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，Yoshioka等はc軸方向が磁化容易軸となるSm(FeCo)12における結晶磁気異方性の他に，その表面におけるSmの局所磁気異方性の存在を理論計算から指摘し，低磁場での磁化反転の核となる事を考察しているが，その詳細は明らかになっていない．Smの局所磁気異方性がSmFe12系合金の保磁力に与える影響を明らかにするためにc軸が基板に垂直配向したSmFe12系合金薄膜の形成を目指す．当該研究室において先行して実施していたコンベンショナルマグネトロンスパッタ製膜装置によるSm-Fe鋳造合金ターゲットを用いたSm-Fe系ハード磁性薄膜における実験研究の考察から，SmFe12系金属間化合物の主たる生成条件が，スパッタArガス濃度と基板温度であることを確認した．この中でα-Fe相がc軸の強配向したSmFe12相とある割合で共存する場合に最も大きな保磁力を発現するという事実を見出した．さらに高品位な結晶性を持つSm-Fe膜のエピタキシャル成長の条件に関するデータベースや文献調査等を進め，準安定相であるSmFe12系金属間化合物の形成を可能とする知見を得る事ができた．そこで，エピタキシャルSm(FeCo)12薄膜磁石形成の予備実験として，同じThMn12構造で類似の電子状態を有し，局所磁気異方性の回復に関する界面状態の議論が可能な，2元系のSmFe12エピタキシャル薄膜の形成を目指し，UHV環境において，この相を形成させる最も重要な製膜条件として，先行研究の知見をもとに基板温度に着目した．製膜実験研究を実施するにあたり，エピタキシャルMo下地層を形成するチャンバーとSm-Fe合金膜を形成するチャンバーから成るUHVスパッタ製膜装置の基板加熱機構を改良・調整した，その後，Sm-Fe製膜実験が比較的順調に進み，MgO(001)/Mo上にc軸垂直配向したSmFe12薄膜の形成に成功した．
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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
R2年度研究のスタート当初の4月～6月から度々コロナ禍の影響があり，所属大学での実験研究の実施が困難な期間があったため，当初の予定よりも実験実施開始の時期が遅れた．しかしながら，その間に，当該研究室において先行して実施していたコンベンショナルマグネトロンスパッタ製膜装置によるSm-Fe系ハード磁性薄膜における実験研究の考察から，α-Fe相がc軸の強配向したSmFe12相とある割合で共存する場合に最も大きな保磁力を発現するという事実を見出した．この研究成果は，R2年12月応用物理学会東北支部において「Sm-Fe系ハード磁性膜の構造と磁気特性」として発表された．さらに高品位な結晶性をもつエピタキシャルSm(FeCo)12薄膜磁石の形成の予備実験として，UHV環境においてSm-Fe製膜実験が比較的順調に進み，R3年3月には金属学会春季大会にて「MgO(001)/Mo上に形成されたSmFe12薄膜の磁気特性」と題して成果発表された．
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| Strategy for Future Research Activity |
R2年度の研究成果は，本研究課題で提案しているSmFe12相とα-Fe相との理想界面が形成されている可能性を示唆している．しかしながら，これまでにその微細組織が明らかとなっていなかった．よって，R3年度は，高分解能TEM観察・解析と組成分析を連携研究者等の協力の下で進め，更なる保磁力の増大を可能とする界面状態や微細組織を明らかにするための研究を進める予定である．また，局所磁気異方性が最大となる第一原理計算で得られている条件と矛盾しないα-Feの最適な厚さと微細組織をマイクロマグネティックシミュレーションによって明らかにする．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響と2月の震度５弱の地震によって当初予定されていた年度内での装置の改良工事が困難となった．また，海外での国際会議がWeb会議となり，予算計上していた旅費や国際ジャーナル出版料分が残ったため．
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[Journal Article] Effect of Mo monoatomic interlayer on magnetic properties of in-plane anisotropic Nd-Fe-B/Mo/FeCo nanocomposite multilayered films2021
Author(s)
K. Koike, K. Ohashi, T. Suzuki, C. Okita, N. Inaba, H. Kato, M. Itakura, S. Hara, Y. Saito, S. Okubo, and H. Ohta
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Journal Title
AIP Advances
Volume: 11
Pages: 0151341-0151345
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Effect of Mo Monoatomic Interlayer on Magnetic Properties of In-Plane Anisotropic Nd-Fe-B/Mo/FeCo Nanocomposite Multilayered Films2020
Author(s)
K. Koike, K. Ohashi, T. Suzuki, C. Okita, N. Inaba, H. Kato, M. Itakura, S. Hara, Y. Saito, S. Okubo, and H. Ohta
Organizer
2020 Magnetic Materials and Magnetism (MMM) Conference
Int'l Joint Research
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