| 研究課題/領域番号 |
26820280
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
松浦 昌志 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00633942)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 磁性材料 / 薄膜 / 結晶構造 |
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| 研究実績の概要 |
本研究ではFe基の高保磁力材料探索のため、異方的な結晶構造を有するFe基磁性材料の探索を行っている。そこで本研究では正方晶Fe基ホイスラー合金に着目した。本合金は正方晶構造をとり得ることが第一原理計算により指摘されており、結晶磁気異方性が大きくなる可能性が示唆されている。そこでFe基ホイスラー合金組成をベースとした薄膜を作製し、結晶構造と磁気特性の関係を調べ、高保磁力化の指針を得ることを目的としている。具体的には、以下内容を行う。
(a)正方晶Fe系ホイスラー合金薄膜の作製、(b)結晶構造と磁気特性の調査、(c)添加元素が結晶構造と磁気特性に及ぼす影響調査
本年度は、基板としてYSZ(001)基板およびSrTiO3(001)基板を用い、これら各種基板上にFe-Cu-Ga, Fe-Gaなる各種薄膜を作製し、熱処理に伴う結晶構造と磁気特性を調べた。
まず作製した薄膜の磁気特性を調べた。その結果、Fe-Cu-Ga薄膜では熱処理後に保磁力が向上し、約0.6 kOe程度の保磁力が発現することが分かった。このときの結晶構造変化をXRDで調べると、熱処理温度が上昇するにつれて複数のピークが出現した。一方Fe-Ga薄膜については、as-depo試料において二段の減磁曲線がみられ、熱処理温度が上昇するにつれてこの減磁曲線の二段化は消える傾向がみられた。これら試料の保磁力はおよそ1 kOeと比較的大きな値であり、特にas-depo試料については、さらに高保磁力な相の存在が減磁曲線により示唆された。このとき結晶構造変化を調べると、熱処理前は単相とみられるが、熱処理温度が上昇するにつれて複数のピークが出現した。XRDの結果から結晶構造が歪んでピーク位置がシフトしている可能性が示唆されたことから、さらに詳細な結晶構造の評価が、保磁力発現の要因解明につながるものと考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究では薄膜技術を用いることで正方晶Fe基ホイスラー合金薄膜の作製を試み、結晶構造と磁気特性の関係を調べるとともに、高保磁力発現の指針を得ることが目的である。今年度はFe-Cu-GaやFe-Ga薄膜において、結晶構造と磁気特性の調査をおこなった。その結果、Fe-Cu-Ga薄膜では熱処理によって保磁力が増大し、このとき結晶相が出現する傾向がみられた。一方、Fe-Ga薄膜については、as-depo試料にて1 kOe程度と比較的大きな保磁力がみられ、熱処理後も同等の保磁力が得られた。さらにas-depo試料では、ヒステリシスループが二段になっており、さらに高保磁力な相の存在が示唆された。結晶構造変化を調べた結果、as-depo試料では単相とみられるが、熱処理温度が上昇するにつれて複数のピークが出現した。当初計画の結晶構造評価による出現相の特定にまでは至らなかったものの、熱処理温度が上昇するにつれて多結晶化または複数の相が出現する可能性が示唆された。
以上のように、Fe基としては比較的大きな保磁力が得られる出現相の存在が示唆されたことから、次年度に結晶構造ならびに組織を詳しく調べることで、高保磁力化の指針が獲得できるものと考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
上述のように、STO(001)基板やYSZ(001)基板上に作製したFe-Cu-GaやFe-Ga薄膜において、1 kOe程度と比較的大きな保磁力が発現した。また、Fe-Ga薄膜では、さらなる高保磁力相の存在がヒステリシススープにより示唆された。しかしながら、このときの出現相の変化については未だ明らかでない。したがって、当初計画の(b)結晶構造と磁気特性の調査、(c)添加元素が結晶構造と磁気特性に及ぼす影響調査、について、次年度は重点的に行う。具体的には以下の項目である。
(1)保磁力が発現したFe-Cu-GaまたはFe-Ga薄膜について、出現相の同定ならびに熱処理に伴う相変化の調査。
(2)組織形態も保磁力発現に大きく影響することから、組織観察も行う。
(3)さらなる保磁力向上を目指し、軽元素を中心とした添加元素を加えたときの磁気特性変化を調べる。
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