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研究活動

磁石材料組織界面における 局所磁気特性の電子論による解明

日本金属学会2018年春期(第162回)講演大会

2018年3月29日(木)
(2018.03.29 更新)

合田義弘(東京工業大学)

Abstract

【緒言】 風力発電のタービンやハイブリッドカーのモーターなど高温環境での需要の拡大に伴い、ネオジム磁石の希少元素フリー化・高性能化が求められている。磁石の性能は磁壁の移動を阻害するための材料組織の特性によって支配されており、磁石の主相単結晶のみの理解では不十分である。材料組織界面の原子配置と局所磁気特性を明らかにするためには、実験だけでなく、実験的なパラメーターを用いず実験と相補的な関係にある第一原理電子状態計算を用いる事が有効と考えられる。しかし、超大規模計算が必要となる磁石材料組織への応用は世界的にもほぼ皆無と言える状況が続いていた。
 そこで本研究では、「京」コンピューターなどのスーパーコンピューター上で大規模第一原理計算を実行する事により、ネオジム磁石の材料組織界面における原子配列と局所磁気特性を電子論にもとづき明らかにする事を試みた。
【方法】 第一原理計算は密度汎関数理論の一般化密度勾配近似にもとづき、OpenMXコードを用いて行った。Ndの擬ポテンシャルには4f電子のスピン分極を取り入れて内殻電子として扱うオープンコア法を用いた。Ndの4f電子による局所磁気異方性は結晶場解析を用いて計算し、Feの局所異方性は摂動論を用いて評価した[1]。
【結果】 界面近傍にCu原子を配置する事により、添加元素が局所磁気異方性にどのような影響を及ぼすかを評価し、界面に偏在したCu原子の一部が界面磁気異方性の向上に寄与する事を明らかにした[2]。また、Gaを添加したネオジム磁石の組織界面構造の同定と局所磁気特性の大規模計算を、3000原子程度の単位胞を用いて行った(図1)。


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