中距離スケールの原子位置の可視化によるFe合金の大きな磁気体積効果の起源解明

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21H01043
• 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13030:磁性、超伝導および強相関系関連
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 石松 直樹 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 特定准教授 (70343291)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: インバー合金 / 磁気体積効果 / X線吸収分光法 / 逆モンテカルロ法

研究成果の概要

X線吸収分光と逆モンテカルロ法による中距離合金構造の可視化から，Fe合金の磁気体積効果による熱膨張の異常を原子間の結合の観点から解明した．インバー合金ではFe-Fe対の原子間距離がFe-NiとNi-Ni対と比べて0.02 Åほど長い．このFe-Fe対の伸長は加圧によって減少し，常磁性相に入ると長さが同程度になる．従って磁気体積効果の原子レベルの起源はFe-Fe対の伸長と分かった．興味深いことにインバー合金以外の組成のFe合金でもFe-Fe対の伸長が見られた．このため熱膨張ゼロのインバー効果は，合金中のFe-Fe対の数と強磁性秩序の安定性の繊細のバランスによって発現する．

自由記述の分野

高圧下の構造物性研究

研究成果の学術的意義や社会的意義

インバー合金のほぼゼロの熱膨張は1897年の発見から120年以上が経過したが原子レベルでのその原因が分かっていなかった．X線吸収分光法と逆モンテカルロ法を用いた合金構造の可視化より，今回初めてインバー合金の特異な磁気体積効果がFe-Fe間の原子間距離の伸長・収縮によって生じていることを見出した．一般的に面心立方格子中のFeの磁気状態には大きな磁気体積効果が期待されるが，Fe-Fe間の伸長という特長がインバー合金に限らず組成の異なる合金中においても実現していることも見出しており，意義ある結果といえる．