2020 年度研究成果報告書

Fe系磁気冷凍材料における水素再分配現象の解明と抑制

研究課題

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研究課題/領域番号	18H01697
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	小区分26010:金属材料物性関連
研究機関	国立研究開発法人産業技術総合研究所
研究代表者	藤田麻哉国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究チーム長 (10323073)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード	磁気冷凍 / 磁気熱量効果 / 遍歴電子メタ磁性転移 / 水素
研究成果の概要	優れた特性を示すFe系磁気熱量材料において出現する水素再分配現象（スプリット現象）について、解明制御を試みた。熱量効果の源である1次相転移の進中に現れる二相共存状態において、強磁性と常磁性相が隣接すると、水素は徐々に常磁性相から強磁性相に移動する。磁気核生成/成長を直接観測し、更に同一箇所の金属組織観察を行ったところ、粒界３重点が磁気生成ドメインをピニングし、拡散パスとなることがわかった。また、第一原理計算より、磁気状態を慎重に選択して電子状態を解明することで、実験と整合する説明が可能であり、水素の電子状態が現象を支配することがわかった。
自由記述の分野	磁性材料
研究成果の学術的意義や社会的意義	水素スプリット現象は、１）磁気状態に依存した、２）up-hill拡散というユニークな性質を有するが、電子論的な考察により、水素に加え、磁気状態下でのFeの電子状態を強く反映していることを明らかにした。また、この現象は、本材料をもちいてフロンフリーな固体冷凍を実現する上で、動作点シフトによる劣化を引き起こすウイークポイントとなりえるが、本研究では、単なる磁気解析にとどまらず、材料の金属組織とのリンクを明らかにできた。このため、今後の応用に向けた材料設計にも大いに役立つ。