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永久磁石材料の内部磁気構造を定量評価する手法を開発

NIMSとKEKの研究チームは、中性子ビームを用いて永久磁石材料の内部磁気構造を定量評価する手法を開発しました。

2016年6月30日(木)

1.国立研究開発法人物質・材料研究機構 (NIMS) 磁性・スピントロニクス材料研究拠点 元素戦略磁性材料研究拠点 (ESICMM) の上野哲朗NIMSポスドク研究員と大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構 (KEK) 物質構造科学研究所の小野寛太准教授を中心とする研究チームは、中性子ビームを用いて永久磁石材料の内部磁気構造を定量評価する手法を開発しました。

2.ハイブリッド自動車、電気自動車などのモーターに用いられるネオジム–鉄–ホウ素 (Nd–Fe–B) 磁石に代表されるように、永久磁石材料は私たちの身の回りで広く用いられています。高い磁気特性をもつ永久磁石材料を用いることでモーターの高効率化、小型化、省エネ化を実現できます。磁気特性の高い永久磁石材料を開発するためには、材料内部の磁気構造を明らかにし、磁気特性との関連を調べる必要があります。これまでは偏光顕微鏡、磁気力顕微鏡などの顕微鏡を用いて材料表面の磁気構造を観察することは可能でしたが、材料内部の磁気構造を定量評価することができる実験手法がありませんでした。

3.本研究チームは、中性子小角散乱実験により永久磁石材料の内部磁気構造を定量評価する手法を開発しました。中性子小角散乱実験とは、試料に中性子ビームを照射し、試料中で散乱された中性子の強度分布を検出することで試料中の数ナノメートルから数マイクロメートルの大きさにわたる微細構造を調べることができる実験手法です。中性子小角散乱の解析は、中性子が試料中の微細構造によって1回だけ散乱されることを仮定しています。しかし実際は、試料中で中性子が複数回散乱される「多重散乱」と呼ばれる現象が起きています。これまで永久磁石材料では、どのような条件で多重散乱が起きるのか明らかになっておらず、磁気構造を定量的に評価する際の妨げとなっていました。今回、Nd–Fe–Bナノ結晶磁石試料の厚さと中性子ビームの波長を系統的に変えた実験を行い、試料が厚く波長が長いほど中性子が顕著に散乱されることを明らかにしました。この結果をもとに、観測した中性子小角散乱強度から多重散乱の影響を排除して解析したところ、材料内部の磁気構造を定量評価することに成功しました。

4.今後、本手法を様々な永久磁石材料に適用することで、材料内部の磁気構造と磁気特性の関連を詳細に検討することが可能になり、永久磁石材料の高性能化へ向けた研究開発の加速化が期待できます。

5.本研究は文部科学省の委託事業である元素戦略磁性材料研究拠点 (ESICMM) および高効率モーター用磁性材料技術研究組合 (MagHEM) の支援のもと実施されました。

6.本研究成果は、英科学誌Scientific Reports (オンライン版) に2016年6月20日18時 (日本時間) に掲載されました。


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