Nd2Fe14B/Dy2Fe14B交換結合磁石における主相分布が保磁力に与える影響のマイクロ磁気学的調査
Micromagnetic Investigation of the Effect of Main-Phase Distribution on the Coercivity of Nd2Fe14B/Dy2Fe14B Exchange-Coupled Magnets
本研究では、Nd2Fe14B/Dy2Fe14B交換結合磁石における主相の空間配置が磁気特性と磁化反転機構に与える影響を、MuMax3とOOMMFを用いたマイクロ磁気シミュレーションにより系統的に調査した。単相モデルの計算では、Nd2Fe14BはDy2Fe14Bより結晶磁気異方性磁場HAは低いものの、飽和磁化MSが高いため、異方性定数Kはわずかに大きい。しかし、Dy2Fe14Bは核生成磁場HNと保磁力HCが高く、磁化反転への抵抗が大きいことが示された。これは、磁化反転抵抗がKだけでなくHAとも直接関連することを示唆している。次に、立方体、円筒、サンドイッチ構造の3種類の交換結合二相主相Nd2Fe14B/Dy2Fe14B磁石モデルを構築し、相の空間配置の影響を調査した。その結果、Dy2Fe14B相を外側に配置した場合、HAが高いために磁化反転に対する抵抗が強化され、HNとHCが逆の配置よりも高くなることが示された。さらに、磁気モーメントのずれはHAの低いNd2Fe14B領域で最初に活性化され、相界面での交換結合を通じて徐々に伝播することが明らかになった。この相空間配置の効果はNd2Fe14B/Dy2Fe14Bに限定されず、Nd2Fe14B/La2Fe14BやNd2Fe14B/SmCo交換結合磁石でも、HAが高い相を外側に配置するとHNとHCが高くなることが確認された。また、考慮された全ての二相主相交換結合磁石において、保磁力は磁石サイズが増加するにつれて減少した。これらの知見は、二相主相希土類永久磁石における空間相分布による保磁力の制御に関する理論的洞察を提供する。
- MuMax3とOOMMFを用いたマイクロ磁気シミュレーションにより、Nd2Fe14B/Dy2Fe14B交換結合磁石の主相空間配置が保磁力に与える影響を系統的に調査した研究が発表された。
- 単相モデルでは、Dy2Fe14BはNd2Fe14Bより異方性定数Kはわずかに小さいが結晶磁気異方性磁場HAが高く、核生成磁場HNと保磁力HCが高い(磁化反転抵抗がKだけでなくHAにも直接関連することを示唆)。
- 立方体・円筒・サンドイッチの3種の二相モデルで、HAの高いDy2Fe14B相を外側に配置するとHNとHCが逆配置より高くなることが示された。
- 磁気モーメントのずれはHAの低いNd2Fe14B領域で最初に活性化し、相界面の交換結合を通じて伝播することが判明した。
- 同様の効果はNd2Fe14B/La2Fe14BやNd2Fe14B/SmCo交換結合磁石でも確認され、汎用性のある設計指針である可能性が示された。
- 検討した全二相主相交換結合磁石で、保磁力は磁石サイズの増加に伴い減少した。
希土類永久磁石の保磁力設計を「組成」ではなく「相の空間配置」で制御できる可能性を示した理論研究で、DyやSmCoといった高価・供給制約のある重希土類の使用量削減につながる設計指針になり得る点が注目される。ただし現段階はMuMax3/OOMMFによるシミュレーション段階の成果であり、実機検証や量産プロセスへの落とし込みは未確認。磁石メーカーやEV・風力向けモーターのサプライチェーンへの波及を見る際は、実験実証の有無を次の確認ポイントとしたい。