磁石材料Sm2Fe17N3の保磁力が低すぎる理由

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05071
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 山口 渡 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (30292775)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 保磁力 / 磁気異方性 / 異方性磁界 / 結晶場 / コーティング

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では磁石材料Sm2Fe17N3の保磁力がその巨大な磁気異方性にも関わらず低く留まる原因の解明を目指している。令和3年度は前年度に引き続き、粒子表面上のSmサイトにおける結晶場の乱れが保磁力低下の原因であるとする仮説の検証を進めた。
前年度は仮説に基づき第一原理計算を用いて保磁力を上昇させる効果のある表面被覆材料を設計、実際に保磁力が上昇することを確かめた。令和3年度はこれとは逆に、表面上の一軸異方性を弱め、保磁力をさらに低下させる効果が予測される非磁性の金属間化合物を設計した。この材料を低酸素粉末コーティング技術によりSm2Fe17N3粒子表面に被覆、熱処理を施して磁気特性を評価したところ、保磁力が実際に低下することを確認した。これは前年度の結果と合わせ、仮説の正しさを改めて裏付けるものと言える。
一方、磁化への影響がほとんど見られない点は保磁力が上昇した前年度のケースと共通している。これは観測された現象が本質的に被覆相と磁性相との2次元的な界面上での電子論的な相互作用に基づくものとする仮説の内容と整合する。
さらに、粒子の表面近傍の断面をTEM観察し、被覆相と磁性相の界面構造を調べた。その結果、熱処理後も被覆材料と磁性相の相互拡散層は10 nm以下にとどまることが確かめられた。このことは、広範囲にわたる化学反応は起こっておらず、磁性相の物質量に大きな損失がないことを示しており、磁化低下がほとんどないという先述の結果と整合している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究実施計画では、主相と被覆相との間にコヒーレントな界面を形成するプロセスを1年目に確立するとしていた。磁気特性の測定結果などから、間接的には設計通りの界面が得られていることが強く示唆されるが、原子分解能のTEM観察などによる直接的な証拠を得ることは残された課題である。

Strategy for Future Research Activity

第一原理計算と実験の結果は十分に仮説と整合している。今後は直接的な証拠を得るため、原子レベルの組織観察に重点的に取り組む計画である。