銅中のナノコバルト粒子の磁気的相互作用と析出過程

• Project/Area Number: 12650657
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Physical properties of metals
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 竹田 真帆人 Yokohama National University, 工学研究院, 助教授 (30188198)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 遠藤 孝雄 横浜国立大学, 工学研究院, 教授 (40018007)
• Project Period (FY): 2000 – 2001
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2001)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2001: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2000: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
• Keywords: ナノコバルト粒子 / 透過電子顕微鏡観察 / SQUID測定 / イジングモンテカルロ法計算 / 透過型電子顕微鏡 / 磁場中焼鈍 / ナノ磁性粒子 / 銅-コバルト合金 / 析出過程

Research Abstract

本研究は、銅中において固相相変態により形成されるナノコバルト粒子の特異な析出形態に関する情報を透過型電子顕微鏡によって詳細に検討すること、また磁化率測定により磁性と形態との関係を調べること、更にここで見られる形態がどのような機構に基づいて発現しているかをモンテカルロ法計算により明らかにすることを目的として実施したものである。
本研究により、以下のことが明らかになった。(1)ナノコバルト粒子は、初期には整合粒子として銅中に比較的ランダムに分散形成される。(2)整合後期になると整合性は保ちつつ複数の粒子が近接し[100]方向に並んで配置した構造をとる。この際整合粒子は非接触であって粒子間に狭いチャンネルを持つ飛び石状の特異な形態を呈する(双対化)。形状は(100)面を晶癖面とする立方体に近い。整合・非整合変態は急激に起こり、コバルト粒子は(111)面を晶癖面とする8面体構造となる。(4)磁化率の変化を見ると、コバルト粒子成長に従って単純には変化せず、整合粒子がやや大きくなって一旦増加が減少し、更にコバルト粒子の双対化が生じるところで再び磁化率曲線のなまりが生じている。非整合粒子化すると磁化率は低下する。磁化曲線を解析した結果、僅かではあるが粒子サイズ依存型のメタ磁性的な変化を仮定することによって解釈できる変化が見られた。イジングモンテカルロ法計算に、析出臨界核サイズに相当するスイッチイングパラメータを導入し、更に磁気的な相互作用を考慮することにより、双対化や析出の温度変化等、電子顕微鏡法によって観察された幾つかの重要な特徴が再現できた。
コバルト粒子の磁性が析出現象に影響を与えるとすると、外部磁化によっても析出挙動の変化が予想される。この点についても実験を次の2つの方法で行なった。電子顕微鏡内高温動的観察を行なった結果、整合状態で双対化することが確認された。外部磁場が印加された状態で加熱保持して析出が進行させると、析出の進行が促進され、整合・非整合変態も早くなることが明らかになった。このような磁場効果は上記のモンテカルロ法計算によっても再現された。ローレンツ顕微鏡法による磁区構造観察を試みているところであるが、現在までに非整合析出粒子が多磁区構造をとっていることはほぼ間違いない。従来の常識では整合粒子はローレンツ顕微鏡法観察には小さ過ぎるが、種々の新しい技法も開拓されているので、引き続き整合粒子の磁区構造を定量的にも解明して行く予定である。