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熱ゆらぎ下におけるマルチグレイン系での保磁力解析法の構築

研究課題

研究課題/領域番号 20K05311
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分29010:応用物性関連
研究機関東京大学

研究代表者

栂 裕太  東京大学, 物性研究所, 特任研究員 (70641231)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2021年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード長距離相互作用 / 保磁力 / 多結晶モデル / 配向度 / エネルギーランドスケープ / マルチグレイン / 自由エネルギーランドスケープ / スピンモデル / モンテカルロ
研究開始時の研究の概要

磁性材料において,磁化反転の保磁力を与えるメカニズムは幅広い応用分野の基礎となるものであるが,材料ごとの微小な組織構造に依存した非平衡現象であり未解明な点が多い.そのため本研究では下記の3点を目的とした数値解析手法の開発を進める.
(a.) 磁化反転核の生成メカニズム関するミクロ描像の解明
(b.) 多結晶材料での磁壁の伝搬に対する統計力学的影響の調査
(c.) 磁性材料ごとの保磁力支配因子の定量的評価

研究実績の概要

1.前年度までに開発を行ってきた「自由エネルギーランドスケープに基づく保磁力計算法」と「修正確率的カットオフ法による磁気双極子相互作用の高速計算」を組み合わせた保磁力解析プログラムの開発を進め、反磁場補正による保磁力減衰が高温下での表面磁気ゆらぎによって抑え込まれることを明らかにした。

2.多結晶における保磁力の配向度依存性にアプローチするため、自由エネルギーランドスケープの横磁場応答に関する高速計算法を開発をすすめた。モンテカルロ法におけるre-weighting法に類似した解析を行うことによって、計算量を大きく増大させることなく任意の磁場方向に対するエネルギーバリアの依存性を得ることが可能となった。

3.多結晶体の計算に向けたテストモデルの構築を行い、多結晶性が保磁力へ与える影響の推定を進めた。理想的な多結晶(界面が非磁性相、磁気双極子相互作用がなし、完全配向)を仮定し、各結晶粒にReplica交換Wang-Landau法で個別に計算した自由エネルギーランドスケープの形状をマップすることで、多数のエネルギーランドスケープ形状を内包した多結晶モデルの構築を行う。この多結晶モデルに更にReplica交換Wang-Landau法を行うことで、(理想化した条件下では)原理的に近似の含まれない多結晶体の保磁力計算を可能とした。この多結晶モデル解析から、多結晶体では磁化反転の起点となる部位が結晶粒の個数に応じて増え、そのことが磁化反転経路の増大につながり、保磁力を減衰させることを見出した。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Atomistic theory of thermally activated magnetization processes in Nd2Fe14B permanent magnet2021

    • 著者名/発表者名
      Miyashita Seiji、Nishino Masamichi、Toga Yuta、Hinokihara Taichi、Uysal Ismail Enes、Miyake Takashi、Akai Hisazumi、Hirosawa Satoshi、Sakuma Akimasa
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials

      巻: 22 号: 1 ページ: 658-682

    • DOI

      10.1080/14686996.2021.1942197

    • NAID

      130008145814

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 自由エネルギーからみた希土類磁石の保磁力と核生成2021

    • 著者名/発表者名
      栂裕太、宮下精二
    • 雑誌名

      まぐね(日本磁気学会)

      巻: 18 ページ: 27-37

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Role of atomic-scale thermal fluctuations in the coercivity2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Toga, S. Miyashita, A. Sakuma and T. Miyake
    • 雑誌名

      npj Computational Materials

      巻: 6 号: 1 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1038/s41524-020-0325-6

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 希土類磁石の保磁力機構における熱ゆらぎの役割2021

    • 著者名/発表者名
      栂裕太
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Nucleation and Coercivity analyses on the atomistic spin model of permanent magnets2020

    • 著者名/発表者名
      Yuta Toga
    • 学会等名
      65th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM 2020)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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