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2023 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)に注目し、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ので永久磁石にはなれないと考えられてきた。そのような背景を受けて本研究では、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、昨年度に引き続き理論計算によって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、成膜装置を用いた実験的な確認を行った。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た。成膜では、MgO単結晶基板上にRh下地を成膜したものとSTO基板を用いて、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。昨年度に続く理論計算による添加元素X探索の結果、X=VN, V(rich)N, VZrN, VTaN, VAlN, ZrTaN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, V(rich)N, VAlNがbct構造を効率よく安定化することがわかった。今後は、成膜実験での検証結果を理論計算にフィードバックしながら、より効果的な添加元素Xを探索する。

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ほぼ無くなり、予定通りに研究協力者との連携がとれるようになったため。

今後の研究の推進方策

今後は、引き続き理論計算と実験を併用し、理論計算により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、というサイクルを回していく。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、熱処理等をほどこすことで試料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

    (14件)

すべて 2023

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Formation of a body-centered tetragonal structure with high magnetic anisotropy and coercivity in Fe-Co-V films with high C contents2023

    • 著者名/発表者名
      T. Hasegawa, T. Nishikawa, C. Shirai
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: 59 ページ: 2100905-1~5

    • DOI

      10.1109/TMAG.2023.3282613

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formation of bct structure and high magnetic anisotropy in Fe-Co films with added V and C elements2023

    • 著者名/発表者名
      T. Hasegawa, T. Nishikawa
    • 雑誌名

      2023 IEEE International Magnetic Conference - Short Papers

      巻: 1 ページ: 518436-1~2

    • DOI

      10.1109/INTERMAGShortPapers58606.2023.10228428

  • [雑誌論文] FeCoへのV添加による正方晶化と垂直磁化膜化2023

    • 著者名/発表者名
      長谷川崇, 村上知優
    • 雑誌名

      電気学会研究会資料

      巻: MAG-23-066~082 ページ: 31~36

  • [雑誌論文] Fe-Co-V-Nの正方晶化におけるV元素の役割2023

    • 著者名/発表者名
      長谷川崇, 村上知優
    • 雑誌名

      電気学会研究会資料

      巻: MAG-23-167~182 ページ: 33~38

  • [学会発表] Formation of bct structure and high magnetic anisotropy in Fe-Co films with added V and C elements2023

    • 著者名/発表者名
      T. Hasegawa, T. Nishikawa
    • 学会等名
      IEEE International Magnetics Conference (INTERMAG 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation of bct structure and high magnetic anisotropy in Fe-Co-V-C films2023

    • 著者名/発表者名
      T. Hasegawa, T. Nishikawa, C. Shirai
    • 学会等名
      The 6th International Conference of Asian Union of Magnetics Societies (IcAUMS 2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] FeCoへのV添加による正方晶化と垂直磁化膜化2023

    • 著者名/発表者名
      長谷川崇, 村上知優
    • 学会等名
      電気学会マグネティックス研究会
  • [学会発表] 圧延/アンモニア窒化法で作製されたFe-Co-V-Nバルクのbct構造2023

    • 著者名/発表者名
      長谷川崇
    • 学会等名
      第47回日本磁気学会
  • [学会発表] Fe-Co-V-Nの正方晶化におけるV元素の役割2023

    • 著者名/発表者名
      長谷川崇, 村上知優
    • 学会等名
      電気学会マグネティックス研究会
  • [学会発表] Vの特異な格子歪とFe-Co-V薄膜の正方晶化2023

    • 著者名/発表者名
      村上知優, 長谷川崇
    • 学会等名
      第47回日本磁気学会
  • [学会発表] 正方晶Fe-Co-V薄膜のナノスケール微細加工と磁気特性2023

    • 著者名/発表者名
      榎本健太, 長谷川崇
    • 学会等名
      第47回日本磁気学会
  • [学会発表] FeCo基合金薄膜へのAg添加による微粒子化と磁気特性2023

    • 著者名/発表者名
      槲田健人, 長谷川崇
    • 学会等名
      第47回日本磁気学会
  • [学会発表] Formation of bct structure with high magnetic anisotropy and coercivity in Fe-Co-V-C Films2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Hasegawa
    • 学会等名
      ASRC 2023 Summer Review Meeting
  • [学会発表] 高出力モーター向け次世代強磁性材料2023

    • 著者名/発表者名
      長谷川崇
    • 学会等名
      第3回融合超越シンポジウム
    • 招待講演

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公開日: 2024-12-25  

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