2008 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロ波と分子磁性相互作用の理論・分子動力学研究
| Project Area | Microwave-Excited, High-Temperature Thermally Non-Equilibrium Reaction Fields |
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| Project/Area Number |
18070005
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
田中 基彦 National Institute for Fusion Science, 連携研究推進センター, 准教授 (80167501)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河野 裕彦 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70178226)
佐藤 学 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (40226006)
丸山 耕司 核融合科学研究所, 理化学研究所・デジタルマテリアル研究チーム, 研究員 (00425646)
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| Keywords | マイクロ波 / 磁性物質 / 雷子スピン / 金属粉体 / 誘電体 / ハイゼンベルクモデル / 第一原理分子動力学 / 磁性酸化物 |
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| Research Abstract |
平成20年度の研究成果は主として、以下の3つの項目に分類される。
(1) マイクロ波電場による誘電体の加熱機構(「水、食塩水、食塩氷は加熱、純粋氷は非加熱)」。これはマイクロ波オーブンでの食品加熱・解凍に機構であるが、じつは様態ごとに加熱機構がすべて異なる。水の加熱はマイクロ波による電気双極子の非共鳴的な回転励起が原因、食塩水は塩イオンのジュール加熱、食塩を添加した氷の加熱(解凍)は塩イオンによる水素結合ネットワークの弱体化が原因である。
(2) 金属粉体の磁気成分による加熱機構。バルク金属と異なり、マイクロ波は粉体金属中へ10cmのオーダーで浸透することを解析的、および有限要素法を用いた数値計算で示した。誘電性皮膜をもつ場合電場加熱が大きいが、銅のような純金属粉体では渦電流が誘起されジュール加熱が起きる。ただしこの原因は粉体を取り巻くマイクロ波磁場である。
(3) 磁性体(マグネタイト、酸化チタン)のマイクロ波磁場による加熱機構を、電子スピンに対するハイゼンベルクモデルを用い、モンテカルロ法およびスピン動力学により定量的に明らかにした。この過程は3d軌道にある電子スピンが非共鳴的にマイクロ波に応答することが原因であり、単なるゼーマン項の応答を桁違いに上回る加熱が生じる。この加熱過程はFMR過程とは異なり、外部静磁場なしで広い周波数領域にわたって連続的に発生する。我々の研究は、マイクロ波金属焼結の分野において、世界で初めて唯一の理論研究である。
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