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2021 年度 実績報告書

全物質中で最高の磁石性能を示し得るFeCo合金ベースの超強力磁石材の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20H02832
配分区分補助金
研究機関秋田大学

研究代表者

長谷川 崇  秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (10564742)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
キーワード磁性材料
研究実績の概要

本研究は、一般的には永久磁石にはならないことで知られる鉄コバルト合金(FeCo)において、結晶構造や組織を人工的に制御することで永久磁石特性の向上をはかることを目的とする。FeCoは全遷移金属合金中で最大の磁化を有するが、結晶構造が立方晶(より正しくは体心立方晶bcc)であるため、そのままでは磁気異方性と保磁力が極めて小さいために永久磁石にはなれないと考えられている。そこで本研究では、FeCoの結晶構造を正方晶(bct)に変形させ、さらに組織をナノスケールに微細加工することで、結晶磁気異方性と保磁力の向上をはかる。本年度は、昨年度の繰越分では、理論計算によってFeCoXのbct構造の形成エネルギーを最小化する添加元素Xの探索を行い、次いで成膜実験での確認を行った。理論計算では商用の第一原理計算機を使用して密度汎関数理論DFTに基づく擬ポテンシャル法を用いた。成膜実験では超高真空多元合金マグネトロンスパッタ装置を用いて、MgO単結晶基板上にRh下地を成膜し、その上にFeCoX磁性薄膜を成膜し、その上に酸化防止層としてSiO2キャップ層を成膜した。理論計算による添加元素X探索の結果、X=VN, VC, VZrN, VTaNにおいてbct構造が安定化することが示された。次いで成膜実験の結果、これらの中ではX=VN, VCがbct構造を最も安定化することがわかった。今後は、理論計算による添加元素Xの探索を引き続き行うことでFeCoXのbct構造をより一層安定化させる効果をもつ添加元素Xに目星をつけて、次いで成膜実験での確認を引き続き実施していく。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

新型コロナウイルス感染症の影響が薄くなり、予定通りに研究協力者との連携がとれるようになってきたため。

今後の研究の推進方策

今後は、新型コロナウイルス感染症の影響が薄くなり研究協力者との連携がとれるようになってきたことから、予定通りに理論計算による添加元素Xの探索を引き続き行うことでFeCoXのbct構造をより一層安定化させる効果をもつ添加元素Xを明らかにし、次いで成膜実験で確認を行うことを継続して実施していく。またFeCoXの組織をナノテクで微細加工することで保磁力が向上する条件を明らかにし、その結果を成膜実験にフィードバックして熱処理等で組織がナノスケールに孤立微粒子化する条件を明らかにする。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] 希土類フリーである正方晶FeCo基合金磁石の開発に向けた進展(解説論文)2021

    • 著者名/発表者名
      長谷川崇
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials

      巻: 141 ページ: 105~111

    • DOI

      10.1541/ieejfms.141.105

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Challenges toward development of rear‐earth free FeCo based permanent magnet2021

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Takashi
    • 雑誌名

      Electronics and Communications in Japan

      巻: 104 ページ: 1~8

    • DOI

      10.1002/ecj.12307

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of V addition on the body-centered cubic to body-centered tetragonal to face-centered cubic structural transformation of N-containing Fe and FeCo films2021

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Takashi、Shirai Chihiro
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 739 ページ: 138990~138990

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2021.138990

    • 査読あり
  • [雑誌論文] アモルファスSiO2基板上に成膜されたFeCoVNのbct構造のTEM観察2021

    • 著者名/発表者名
      長谷川崇
    • 雑誌名

      電気学会研究会資料

      巻: MAG-21-082~093 ページ: 55~59

  • [学会発表] 正方晶FeCo基合金薄膜の一軸磁気異方性とバルク化の試み2022

    • 著者名/発表者名
      長谷川崇
    • 学会等名
      第170回日本金属学会
    • 招待講演
  • [学会発表] アモルファスSiO2基板上に成膜されたFeCoVNのbct構造のTEM観察2021

    • 著者名/発表者名
      長谷川崇
    • 学会等名
      電気学会マグネティックス研究会
  • [学会発表] TEM observation of nitrogen-tunable bcc-bct-fcc transformation of FeCo with added V2021

    • 著者名/発表者名
      T. Hasegawa
    • 学会等名
      ASRC 2021 Winter Review Meeting
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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