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研究活動

Nd-Fe-B焼結磁石の二粒子粒界相に関する第一原理計算

日本金属学会2018年春期(第162回)講演大会

2018年3月20日(火)

相内 優太、立津 慶幸、合田 義弘

Abstract

【緒言】
 Nd-Fe-B焼結磁石の磁気特性を理解する鍵は, 磁壁移動のピン留めの要因となる材料組織界面の電子状態である. 実験結果から, 界面近傍の元素比組成がその方位によって異なる事を反映して, Nd2Fe14B相のc軸に対して垂直なc面と, 同軸に対して並行なab面では二粒子粒界相の構造が異なることが示唆されている[1]. Ndリッチであるc面において, 二粒子粒界相はdhcpまたはfccに近い構造であり, Feリッチなab面はアモルファスに近い構造であることが報告されている. また, 界面近傍では様々な組成と構造を有するNd酸化物が報告されている[1].
 従って本研究では, Nd-Fe-B焼結磁石における粒界相の構造同定を目的として, dhcp, fccおよびbcc 構造を仮定したNdxFe1-x合金 (0< x ≤ 1)および酸素を不純物として微小量含むdhcp, fcc Nd副格子を持つNd酸化物に対し第一原理計算を行った.
【計算方法】
 NdxFe1-x合金の初期構造の作成には, 合金のランダムネスを小さなユニットセルで再現できるSpecial Quasirandom Structure法[2]を用いてNdとFeの初期配置を決定した. この初期配置に対して密度汎関数理論に基づく第一原理計算コードOpenMX[3]を用いて構造最適化を行い, 生成エネルギーから安定性を比較した(Fig.1). Nd酸化物ではNd単体のdhcpおよびfcc構造にO原子を四配位および六配位サイトに配置し, 構造最適化後の全エネルギー差から安定性を比較した.
【結果】
 NdxFe1-x合金に関しては, Fig.1の様に基底状態では混合せず, Ndの割合の減少に伴い初期構造をfccに仮定した構造が安定となる結果が得られた. また, 組成によらず結晶化しないことが分かった. Nd酸化物に関しては, 微小量の酸素を含むことでfcc Nd副格子が安定であることが分かった.


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