2023 Fiscal Year Research-status Report
Study on magnetic structure analysis and modeling in the nano twin boundary of magnetic shape memory alloy
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21KK0083
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
小田 竜樹 金沢大学, 数物科学系, 教授 (30272941)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 和則 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (60379097)
小幡 正雄 金沢大学, 数物科学系, 助教 (10803299)
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| Project Period (FY) |
2021-10-07 – 2025-03-31
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| Keywords | 磁気形状記憶合金 / 磁歪 / バリアント / スピン密度汎関数法 / 準粒子自己無撞着GW法(QSGW法) / マルテンサイト変態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁気形状記憶合金の記憶現象について、機構解明を目標にチェコ共和国実験研究グループとの共同研究を進めた。2021(R3)-2022(R4)年度は(1)Ni-Mn-Ga系で、ハバードモデルUと密度汎関数法（DFT）を組み合わせた方法（DFT＋U法）、および電子局在性を高精度に考慮できるGW法(準粒子自己無撞着GW法：QSGW法)を用いて，電子局在の効果の重要性が判明した。(2)QSGW法の結果はマルテンサイト変態を特徴づけるバンド-ヤン-テラー効果を明確に証拠付けた。一般化感受率計算を通して、オーステナイト相(A相)の不安定性から、変調Ｍ相である6M、10M、14Mの各相を正当化できた。(3)不安定相として出現する相の変調波数ベクトルは、磁気モーメントに敏感で14Ｍが出現し得ることが得られた。
2023(R5)年度は、研究分担者(若手)は、カレル大学に滞在（10カ月間）して、Mn濃度が過剰な場合の研究を推進する傍ら，チェコの実験研究者と議論を行った。チェコ理論研究者とも議論を重ね、共同研究の可能性を探った。チェコ工科大と金沢大の二重学位制度学生はNi-Mn-X系(X＝Al,In)にQSGW法を適用しNi-Mn-Ga系との相違点を明らかにする研究を実施した。(4)QSGW法ではオーステナイト相でも電子局在の効果が重要であること、このような電子状態はDFT+U法では再現されていないことが明らかになりつつある。(5)双晶面の移動に着目して双晶面のエネルギー安定性等を明らかにするため、DFT理論計算を推進した。その結果低いエネルギー障壁で変調マルテンサイト相に特有のナノ双晶面が移動できることが明らかになりつつある。(6)密度汎関数法に基づくの理論計算を高速に処理するため、GPUを用いた高速化処理の開発を実施した。100倍以上の高速化を実現する可能性を見出した。
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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
本国際共同研究では、双晶面付近の数原子層または数十原子層を対象に、各種第一原理的電子状態計算を駆使して、原子・磁気構造を決定し、弾性歪・磁歪・磁気異方性による相互作用エネルギーを見積もり、マルテンサイト相間転移機構や磁区構造を明らかにする等が目的である。オーステナイト相からマルテンサイト相への相転移について、不安定性についての論文発表が2022(R4)年度期間に出版された。理論研究に限定した論文としたため、実験的研究室との国際共著論文とはならなかったが、2022-2023年度に若手研究者のチェコへの渡航により，対面による国際共同研究により実験測定に関する議論を積極的に行うことが可能となった。理論的な側面については、予想以上の進展があったと考えている。相互作用エネルギーを見積もりや磁区構造に関する研究については今後取り組む課題となっているが、ナノ双晶境界の移動のエネルギー障壁が小さい可能性があることが判明しつつあること，Ni-Mn-X系(X＝Al,In)の計算が進んだことなどがあり，国際会議での成果発表や研究報告論文の投稿や出版受理につながっている。マルテンサイト変態に関連した相転移についての機構解明に向けて、国際共同研究成果を確認するための研究会や国際会議の開催が望まれるが、対面での若手の人的交流が進んでおり全体的には、順調に進んでいると言ってよい。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）2024(R6)年度は、チェコの若手研究者が、金沢大に滞在して共同研究を行う予定である。ＱＳＧＷ法を含む電子状態計算法を駆使して、マテリアルデザインに役立つ指針を獲得する。
（２）双晶面を含む系において、双晶面のエネルギー安定性や移動容易性、磁気的相互作用等を総合的に理解するための研究を実施する。
（３）マルテンサイト変態に関連した相転移についての機構解明に向けて、国際共同研究成果を確認するための研究会や国際会議の開催を計画し実施する。
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| Causes of Carryover |
令和4－5年度における研究代表者および分担研究者は、チェコ共和国への渡航機会を逸してしまったため、海外渡航旅費が未使用額となったが、執行計画を変更して国際会議等の研究成果報告会の実施経費に充てる予定としている。
令和4年度5月に研究協力者の大学院生（留学生）の入国が可能となり、研究人件費（研究謝金）を使用したが、博士課程大学院生への学内手当て分が支給されたため、予定額よりも低額になった。さらに令和5年度にも来日予定であったが，来日が令和6年3月ずれ込んだため執行予定分に残額がでたが，この留学生は未使用額の予算は令和6年度中に執行されるものと考える。
若手分担研究者が令和6年度に海外での国際会議講演の機会を得たため、その渡航経費に充てる執行計画があり、残額の海外旅費は令和6年度に執行される予定である。令和6年度に配分された経費は，若手研究者を海外から招聘するために使用するが，招聘計画も進んでおり，計画通り執行できる見込みである。
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