梅津 理恵

CIMTEC2016:5th International Conference Smart and Multifunctional Materials Structures & SystemsにてInvited lecture の講演者として候補に挙がったことで、 “Phase Diagrams and Physical Properties of Ferromagnetic Shape Memory Heusler Alloys” の題目にてアブストラクトを提出し、６月５日に講演を行うことが決定した。Ni-Mn-Z (Z = In, Sn, Sb)系合金にて発現する、マルテンサイト構造相変態は、ある特定の組成領域において磁気相転移も同時に生じることから、変態時に磁化や電気抵抗などの諸物性が大きく変化する。一般的な形状記憶合金は、温度と応力によって変態の制御が可能であるが、これらのメタ磁性形状記憶合金は、磁場も変態を制御しうる外場として加わることから、応用面においても注目されている。この、特異な相変態の起源を探るためには、強磁性母相と弱磁性マルテンサイト相の両相の性質を把握することが非常に重要である。本講演では、Ni-Mn-Sn系合金に注目し、幅広い組成領域で、メスバウワー、中性子回折、交流磁化測定等、様々な手法で詳細に磁気特性を調べた結果を紹介する。

環境発電（エネルギーハーベスティング）技術は、身の回りの微少なエネルギーから電力を作り出す要素技術であり、なかでも、振動エネルギーをエネルギー源とする発電は「振動発電」と呼ばれ、有望な環境発電技術の一つである。振動のエネルギーを電力に変換する方法として、 圧電素子（電歪材料）を用いた発電、磁歪材料の逆磁歪効果を利用した発電などが挙げられる。本研究課題では、圧電素子としてBaTiO3、磁歪材料としてFe-Ga, およびNi-Co-Mn-In合金に着眼し、これらの材料の微視的な格子歪と磁気的・電気的ドメイン構造の関連性、そして微視的なドメイン壁の移動に起因する巨視的な電歪・磁歪効果の発現機構を解明し、微小な振動を電力エネルギーに最大限変換するための材料最適化の指針を確立することを目的としている。また、これらの材料の欠点を補うべく、コンポジット材の開発までをも視野に入れている。 BaTiO3は代表的な強誘電体材料であり、複雑な構造相変態に伴い自発分極の方向が異なることで電歪特性を発現するが、実際には秩序―無秩序型相転移も複雑に絡むことが知られ、相変態の起源は明らかにはされていない。Fe-Gaも磁歪材料として高いポテンシャルを有することが知られているが、外部応力下における磁区構造を詳細に調べ、さらなる特性向上のための組織制御が次なる課題とされている。Ni-Co-Mn-Inは応力によって相変態が誘起される際に非常に大きな磁化変化を示すことから、磁歪材料として高い機能を有していると考えられているものの、物質自体の歴史が浅く、磁歪材料としての研究がほとんどなされていない。 このような状況を踏まえ、この3種の候補物質の専門家に加えて、原理解明の鍵となる微細構造観察、電場・磁場印加中におけるドメイン壁の移動を直接観測するローレンツ顕微鏡観察の専門家、そしてドメイン構造やドメイン壁移動のシミュレーションを行う理論家が集結し、このような学際的組織のもと、本研究課題を遂行することは、学術的側面だけでなく、振動発電の技術発展という意味合いにおいて応用的にも非常に意義深い。国内における「振動発電」に関する研究は、電歪・磁歪材料そのものを研究する材料系、もしくは電力エネルギーを取り出すシステムを研究する機械系の各分野に留まるケースが多いように見受けられる。本研究課題では、電歪・磁歪効果発現の原理究明を第一と考え、その目的遂行のために微細構造解析、ドメイン磁壁の直接観測、という最先端の技術を取り入れるべく組織を構築し、さらに理論による検討を加える、という点で非常に独自性が高い。廃エネルギーを有用な電気エネルギーに変換する技術は地球規模における全世界共通の課題である。学理に立脚した本研究課題を遂行することで、エネルギー問題解決の一助に繋がることが、最大の研究目的である。

高度情報化社会に向けて高速・大容量・低消費電力デバイスの開発が強く望まれており、スピントロニクスという分野では実用温度で安定な高スピン偏極材料の発見が待たれています。本研究では、今までにない合金系でその新規高スピン偏極材料の探索を行うと同時に、物質の原子配列を制御し、理想的な電子状態を有限温度においていかに実現させるかに着目し、材料の性能を最大限に引き出す革新的なデバイスの創製を目指します。

スピントロニクスデバイス用新規ハーフメタル型強磁性材料の探索

スピントロニクスデバイス素子用ハーフメタル型Co基ホイスラー合金に関する基礎研究