高規則化構造を目指した三元合金サブナノ磁石の創成

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K15124
• Research Institution: Fukushima Medical University
• Principal Investigator: 井田 由美 福島県立医科大学, 公私立大学の部局等, 講師 (10792278)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 多元系合金粒子 / 磁性 / アークプラズマ蒸着 / 鉄 / ニッケル / アルミニウム

Outline of Annual Research Achievements

次世代の高性能磁性材料として注目されているのがナノコンポジット磁石である。ナノコンポジット磁石は、磁気ヒステリシスをもつ硬磁性相とそれをもたない軟磁性相との間の磁気的相互作用によって、高磁化・高保磁力を実現する。
本研究は、アークプラズマ蒸着法を用いて、系統的に三元合金サブナノ粒子を作製し、新しい強磁性物質群の創出を目指し、磁気特性と構造の相関を明らかにすることを目的とする。高性能な合金磁石の開発には、L10-FePtに代表される規則化構造を形成することが必要であると知られている。しかしながら、より煩雑な系となる三元合金で、サブナノサイズの規則化構造や物性については十分な知見が得られていない。そこで、高性能な磁性材料となる組成の要因を見出し、磁性との関連性を明らかにする。
前年度は、「様々な合金組成をもつ三元合金サブナノ粒子を系統的に合成」と「三元合金サブナノ粒子の各種分光学測定及び磁気特性評価」を行った。三元系の合金を作製するにあたり、まず二元系合金FeNiサブナノ粒子を作製した。アークプラズマ蒸着法では、パルス放電の回数により粒子の大きさを制御できる特徴がある。作製した二元系FeNi合金粒子の磁気特性は、粒子の大きさが小さくなるにつれて飽和磁化が大きくなる傾向が得られた。三元系のFeNiAl合金粒子では、Alの割合を変化させたFeNiAlの合金粒子を系統的に作製した。磁気測定において、Alの含有量が過剰量になるほど、FeNiAlの合金粒子は磁気ヒステリシスが顕著に観測された。一方、磁気ヒステリシスは二元系合金のFeNi粒子では見られなかったため、FeNiAlの三元系固有の物性であると推測される。
本年度は、三元系のFeNiAlの組成比の違いによる物性の変化、主に酸化数に焦点を当て、磁気特性の関連性を明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

前年度では、三元系合金FeNiAlの組成比の変化による物性を明らかにしてきた。粒子サイズをサブナノスケールまで小さくすると、FeNiに対してAlの含有量の増加は磁石性能を高める要因であることを見出した。Alの含有量が多いFeNiAl粒子は、FeとNiが還元されていることを、XPS、XAFS測定から明らかにした。FeとNiの酸化状態が磁気ヒステリシスの大きさに寄与する。
磁性金属のFeとNiの還元と磁気特性の関連性について文献調査を行い、論文執筆中である。
本年度において所属の変更があったが、論文投稿の準備は整っている。

Strategy for Future Research Activity

論文の草稿は完成しているが、所属の変更によりサンプル調整などの追加実験を行う時間や場所が確保しづらい状況である。
また、本研究の課題として、合金化による粒子の詳細な構造と磁気特性の関連を調べる測定法に限りがある。磁石性能の向上を評価するには、磁気特性に関与する構造の解明が必要であり、その構造を簡易的にモデル化することで解析が可能となる。つまり煩雑な系を単純化することで、応用化へ発展することができる。
そこで、合金金属と同じ元素を用いて、詳細に解析をするために金属錯体を合成していく予定である。金属錯体合成の同定と物性評価に関連する測定は、共同研究を積極的に展開することで研究を推進していく。

Causes of Carryover

次年度に使用額が生じた理由は、本年度に所属が変更になり研究に費やす時間が減少したこと、コロナ禍で学会や出張実験などの旅費の削減でほとんど支出がなかったためである。
使用計画として、研究計画を変更したことから、そのための実験器具や試薬の購入に当てる。