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金属材料工学

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准教授:田村 隆治

金属合金のフロンティアを切り開く

当研究室では、「準結晶」、「正20面体クラスター結晶」、「交換スプリング磁石」、「金属ガラス」、「合金触媒」の研究を行っています。5回対称軸を有する準結晶は2011年のノーベル化学賞で一躍有名になりましたが、いまだに謎に包まれた物質です。金属中の正20面体クラスターに関しては次々と不思議な現象が見つかっています。一方、交換スプリング磁石は電気自動車などのモーター用磁石として、金属ガラスは医療用器具など小型構造材料として、合金触媒は排ガス浄化等に使われる白金の代替触媒として実用化が期待されている金属材料です。
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研究例

合金ではじめての『無拡散型規則-不規則変態』に関する研究

準結晶やその関連結晶である近似結晶は正20面体クラスターからできています。当研究室ではこの正20面体クラスター特有の性質を明らかにすることで金属合金における新たな機能を探索・追求しています。近年当研究室で、近似結晶中の正20面体クラスターに内包されている4面体がマイナス163度という極低温で一斉に向きをそろえる不思議な現象(相転移)が発見され、世界的に注目を浴びています。そのような極低温でどうして相転移が起こるのか、また、どのようにして相転移が起こるのか、電子物性や熱物性、X線や電子線、放射光測定など様々なアプローチから調べています。

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正20面体スピンクラスター上のスピン配列に関する研究

正20面体は20枚の正3角形からできており、正20面体上の局在スピンは幾何学的フラストレーションを起こします。当研究室ではこのスピンクラスターの性質を明らかにすることで機能材料の創出を目指しています。従来の研究では、正20面体スピンクラスターの磁性はスピングラス(スピンがバラバラの方向を向いて凍った状態)と考えられてきましたが、当研究室では、最近、ある種の近似結晶中の正20面体クラスター上の局在スピンが磁気秩序を形成することを見出しました。その磁気転移の様子を磁化測定や熱測定により観察しています。また、スピンの配列を調べるには放射光が威力を発揮します。放射光の偏光と波長選択性を使って非常に弱い磁気散乱を計測し、スピンがどのように並んでいるのか調べています。

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ナノコンポジット磁石の開発

ネオジム磁石のような高い保磁力をもった希土類磁石と鉄のような大きな磁化をもった軟磁性磁石をナノレベルで混ぜ合わせると両者に交換相互作用が働くようになり、あたかも一つの磁石のようにふるまいます。そうすることで両者の長所を兼ね備えた強力な磁石ができあがると期待されています。このナノコンポジット磁石は、希少資源である希土類量も削減できるので一石二鳥です。当研究室では、超急冷、メカニカルミリング、水素化・脱水素処理など様々なアプローチからナノコンポジットを作製し、その磁気特性を評価することで、電気自動車のモーター等に使われる次世代の永久磁石の開発を行っています。

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