Magnetic strengthening - Novel approach for material strengthening-
| Project/Area Number |
19K22052
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
新津 甲大 京都大学, 工学研究科, 助教 (90733890)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | 磁性転位 / 構造材料 / 材料強化 / 材料加工 / 磁性 / 転位 / 逆位相境界 / 磁性強化 / 部分転位 |
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| Outline of Research at the Start |
従来の材料強化法は『転位の運動を弾性場相互作用の下以下に抑制するか』という描像に基づいた強化法である。一方、転位をはじめとする欠陥近傍の原子構造の乱れは、マトリクスとは異なる電子状態を局所的に実現することでもあることから、電磁気学的な物性もマトリクスと異なることが想定される。従って強化法の学理は、弾性場相互作用のみならず、電磁場との交差的・直接的相互作用も考慮されるべきであると考えられる。本研究では、このような磁気的にマトリクスとは異なる転位を導入した材料の変形素過程を調査し、転位が帯びる磁性のドラッグ効果や転位同士の磁気的近接効果に基づく、新たな強化機構―磁性強化―の確立と学理構築を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度はB2-FeAlとFeRh合金を主たる研究対象とし、その合金単結晶作製と塑性変形に伴うミクロ組織の発展・形態観察（ショックレー部分転位、転位分解幅の計測、すべり系の同定、電子線ホログラフィー観察など）、さらに超伝導磁束干渉計(MPMS)内で圧縮試験が可能な特殊ロッドの製作を通して転位導入に伴う磁化の変化の調査を行った。
Floating Zone法により育成した単結晶を用い、種々の圧縮歪を導入した単結晶片の磁化測定により有意な磁化の増大の検出・キュリー温度の評価に成功している。さらに塑性変形に伴う強磁性発現の起源を調べるため、すべり面に平行に切り出した薄片の透過型顕微鏡観察および電子線ホログラフィー観察を行った。観察結果としては転位は2本のショックレー部分転位に分解しており、その分解幅約20nmに渡り逆位相境界が形成されていた。2019年度までの電子線ホログラフィー観察の結果では極めて小さいながら強磁性に由来する電子波の位相変化が検出できていたが、定量評価には位相検出精度および空間分解能が不十分であった。2020年度では光学系を再考し、転位近傍の狭所領域の観察を再度行った。その結果、2本の部分転位内の磁束方向は互いに反平行となっていることが明らかとなり、外場の有無によって反平行・平行の２つの状態をとりうることが示唆された。これが転位内磁気秩序による塑性変形誘起強磁性の起源であると考えられる。
現在はこの逆位相境界（すなわち原子周期構造の変化）がFeの磁気モーメントにどう作用するか第一原理計算を行っており、実験・理論両面からの裏付けを進めている。
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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
単結晶育成や物性測定の実験推移は2019年度に続き極めて順調であり、さらに時間を要する電子線ホログラフィー観察を年度内に再実験することができた。またMPMS内の圧縮試験ロッドの製作を完了させており、現在は条件出し・校正の段階にある。期待通りの動作性能・精度が出ることを確認しており、次年度では期待したデータ収集が可能であると想定している。概ね想定通りの知見が得られており、今後論文投稿に向けてより詳細な実験・解析を行っていく。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度では圧縮試験ロッドを用いた磁化測定の実施と第一原理計算での転位近傍のFe磁気モーメントの振舞いの理論評価を行う予定である。
これまでの実験的知見に対し理論面からも裏付けを進め、転位の磁性と機械特性の相関の解釈についてよりIn-depthな検討を行っていく。
データがまとまったところから論文化や学会発表による対外発信を行っていく予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(34 results)
