| 研究課題/領域番号 |
18K13979
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
木原 工 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (80733021)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | ホイスラー合金 / 磁気熱量効果 / 磁気冷凍 / 強磁場 / 比熱 / 形状記憶合金 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、次世代磁気冷凍材料として注目を集めているNi-Mn基ホイスラー合金NiMnZ (Z=Ga, In, Sn, and Sb)の多彩な磁気相図と、磁場誘起相転移に伴う巨大な磁気熱量効果の発生メカニズムの解明を目的としている。昨年度までの研究によって、Niサイトに少量のCoを置換した四元系合金NiCoMnGaでは、磁場誘起相転移に伴うヒステリシスが他の合金系には見られない特異な温度変化を示すことが明らかになっている。また、転移に伴う磁気熱量効果も予想を超えて巨大であることが見出されている。本年度はまず、ヒステリシスの温度依存性を明らかにするために、定常磁場中の磁化やＸ線回折、イメージング観察などを行いヒステリシスの温度および磁場履歴依存性を詳細に調べた。そして、低温相で現れるドメイン構造がヒステリシスに大きく関係していることを明らかにした。この成果はScripta Materialia誌で発表された。
次に、磁気熱量効果について第一原理計算を用いて状態密度の歪依存性を詳細に調べた。結果、この系の磁場誘起相(立方晶)におけるフェルミエネルギー近傍の状態密度は、僅かな正方晶歪に非常に敏感であり、状態密度変化に付随する電子エントロピーの変化が重要な役割を果たしていることが明らかになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度に得られた成果によって、従来注目されてきた格子エントロピーではなく、電子エントロピーを使った巨大磁気熱量効果発生の可能性が見えてきた。これは従来問題とされてきたヒステリシスによるエネルギーロスの問題を解決する可能性があり、従って、新たな視点での材料開発の発展が期待できる。これは当初は予想していなかった大きな成果と言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
Z=Sn、Sbへと手を広げ、Ni-Mn基ホイスラー合金の磁気熱量特性について系統的に調べると同時に、電子エントロピーを活用した新しい磁気冷凍材料の探索を進める。共同研究者と協力し、第一原理計算による材料探索、物質合成、物性評価を効率的に行う予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究代表者は、2020年3月に東京工業大学（東京）で開催予定だった日本金属学会の春期講演大会にて口頭発表する予定であった。また、2020年6月27日-7月3日にモスクワで開催予定だった国際会議MISM2020にて招待講演を行う予定であった。しかし、コロナウィルスの影響により、国内学会はキャンセルとなり、また国際会議は2020年秋以降に延期となった。そのため、国内学会の旅費および国際会議参加費が年度内に不要となった。これらの予算は次年度に繰り越し、国内学会および国際会議参加費用として使用する。
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