ブックタイトル鉱山2019年7月号

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概要

鉱山2019年7月号

そこはH dの影響を強く受けるので試料全体のH cを低下させる要因となるが,微細化(ドット径Dの減少)によってニュークリエションサイト自体の存在割合が減少し,それに加えて厚膜化(tの増大)によってH dが低下したために,H cは向上したものと考えられる。以上より,高保磁力化のためには,ドット径Dの減少と,膜厚tの増加(すなわち式(4),(5)におけるk (=D/t)の低下)が重要であることがわかる。また,高保磁力なtFC磁石を実現するための材料設計指針としては,高K uは前提として粒子サイズをおおむね100 nm未満にする必要があると結論される。4.まとめFeCoは高飽和磁化かつ高キュリー温度であるので,正方晶のbct構造が実現されて高い磁気異方性が付与されれば,極めて優れた磁石材(tetragonal FeCo;tFC磁石)となりうる。本稿では,bct構造を得る手段として,外力を加えて格子を無理やり変形(下地層とFeCoとのエピタキシャル成長と格子不整合を利用)する手法Aと,内力で自発的に格子を歪ませる(FeCoへの第三元素添加によってbct構造を安定化させる)手法Bの2種類の結果の要点を解説した。まず手法Aによって磁気異方性定数K uと軸比c /aとの相関が明らかとなり,c /a=1.25付近でK u値は理論予測と同等の10 6 J/m 3オーダーの高い値をとることがわかった。しかし手法Aの適用限界は膜厚が5 nm未満であることが明らかとなったため,さらなる厚膜化を目的とした手法Bの検討を行った。その結果,FeCoへのVとNの同時添加が非常に効果的であり,膜厚が20-100nmにおいてもN添加量に依存したbcc-bct-fcc変態が確認され,K uは10 6 J/m 3オーダーの高い値が得られた。このようにbct構造のFeCoが形成されれば,実験的にも高いK uが得られることが実証された。しかしながら擬単結晶の連続膜状態のままでは保磁力が極めて低いため,高保磁力化を狙った微細加工を行った。その結果,保磁力は微細加工サイズの減少に伴い増加し,例えば膜厚2 nm兼ドット径30 nmにおいて比較的大きな0.4 Tの保磁力を得た。またさらなる高保磁力化のためには,ドット径Dの減少と膜厚tの増加(すなわちD /tの低下)が重要となることがわかった。以上よりtFC磁石を実現するための材料設計指針としては,FeCoへのVN同時添加と100 nm未満の粒子サイズの実現が重要になることがわかった。謝辞本研究は科研費,NEDO,JST,ASRC,東北大学金属材料研究所の支援を受けた。また本研究の一部は秋田大学石尾俊二名誉教授,肖英紀講師,東北大学佐久間昭正教授,滋賀県立大学ジャヤデワン教授,秋田県産業技術センター新宅一彦博士,秋田工業高等専門学校上林一彦講師との共同研究の成果である。また磁気異方性の測定には東北大学斉藤伸教授のご協力を頂いた。参考文献[1] T. Hasegawa, T. Niibori, Y. Takemasa, M.Oikawa, Scientific Reports, 9 (2019)5248.[2] T. Hasegawa, S. Kanatani, M. Kazaana, K.Takahashi, K. Kumagai, M. Hirao, S.Ishio, Scientific Reports, 7 (2017)13215.[3]例えば近角聡信,強磁性体の物理上・下,裳華房(1984)など.[4] J. S. Bowles, C. M. Wayman, Metall.Trans., 3 (1972) 1113.[5] B. R. Cuenya, M. Doi, S. Lobus, R.Courths, W. Keune, Surf. Sci., 493(2001) 338.[6] T. Burkert, L. Nordsrom, O. Eriksson, O.Heinonen, Phys. Rev. Lett., 93 (2004)027203.[7] Y. Kota, A. Sakuma, Appl. Phys. Express,5 (2012) 113002.-35-鉱山第777号2019年7月