JP3829967B2 - 磁場誘起強磁性珪素化合物 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、磁場誘起強磁性珪素化合物に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、高性能な情報記憶媒体をはじめとする電子材料や電磁気材料、各種磁性材料等に有用な、磁場誘起強磁性珪素化合物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、電子材料や電磁気材料等の分野において、磁性材料の探索研究が盛んに行われているが、最近の物性物理学の研究において注目されているものの一つに、金属間化合物群のうちのＴｈＣｒ2 Ｓｉ2 (Tetragonal,Ｉｍｍｍ／４）がある。
【０００３】
このＴｈＣｒ2 Ｓｉ2 については、Ｓｉ系金属間化合物として磁性特性を有するものとして注目されるものである。
しかしながら、ＴｈＣｒ2 Ｓｉ2 に関して、金属間化合物としての元素の組合わせとその磁気特性について検討が進められてきているが、いずれの場合にも、磁性の中心に、Ｔｈサイトのランタノイド（あるいはアクチノイド）が据えられており、希土類元素が欠かせないものとして考えられていた。希土類元素は大気中で不安定で取扱いが難しく、また高価でもある。そしてまた、従来のものの磁化特性温度は高々１００Ｋオーダーであって、学問的な興味を別にすれば、よほど特殊な用途でない限り実用性に乏しいものにしかすぎなかった。
【０００４】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの技術的限界を克服して、ＴｈＣｒ2 Ｓｉ2 のＳｉ系金属間化合物の磁性に着目し、希土類元素を組成とすることなく、しかもより高い温度での磁性を示す、新しい物質を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記課題を解決するものとして、第１には、一般式として
Ｚｒ（Ｃｏ1-x Ｆｅx ）2 Ｓｉ2
（ｘは、０．１５〜０．３０の数を示す）で表わされることを特徴とする磁場誘起強磁性珪素化合物を提供する。
【０００６】
そして、この出願の発明は、第２には、１０００℃以上の温度で強磁性誘起特性を示す前記の珪素化合物を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、以上のとおりの特徴をもつものであるが、希土類元素を組成成分とすることなしに、しかもより高い温度で磁気特性を示す物質を提供するものとして画期的である。
この発明の磁場誘起強磁性珪素化合物は、基本的に、ＴｈＣｒ2 Ｓｉ2 結晶の構造をとり、「磁場誘起強磁性」という磁気的性質を持ち、なおかつその磁化特性温度がたとえば１０００℃以上の高い温度にあるという特徴を有している。
【０００８】
この磁場誘起強磁性という性質について、さらに詳しく説明する。
一般的に磁化試料に対して、真空中で、ゼロ磁場化で磁化特性温度以上にまで加熱し、常温に戻したのち磁化測定を行うと、磁化試料の磁化は外場にほぼ線形的に依存して常磁性を示す。しかしながら、この発明の磁場誘起強磁性珪素化合物においては、例えば１０００Ｇ以上の磁場下で、磁化特性温度を１０００℃以上として同じプロセスを行うと、その磁化曲線は磁場に対して鋭く立ち上がり強磁性的な飽和を示す。
【０００９】
さらに、その強磁性的な振る舞いを示すようになった磁化試料を、ゼロ磁場下で再度加熱・冷却すると、磁化試料は可逆的に常磁性に戻る。
すなわち、この発明の珪素化合物の特徴は、外場のあるなしにより、強磁性・常磁性の切り替えが行われたことを示す。
この現象において、温度１０００℃は磁化特性温度と呼ばれる。すなわち、一旦強磁性状態となったこの発明の磁化試料をゼロ磁場下で、１０００℃未満まで加熱しても、磁化試料は強磁性状態であり続ける。逆に常磁性状態のこの発明の磁化試料を常温で３０Ｔもの強磁場に曝しても、この発明の磁化試料は常磁性であり続ける。
【００１０】
常温以上の１０００℃という磁化特性温度を超えることで、初めて常磁性状態と強磁性状態の切り替えが可能となる。このような高温での「磁場誘起強磁性」現象はこれまで報告された例はない。
そして、この発明の磁場誘起強磁性珪素化合物は、磁化特性温度が常温以上であり、さらに常温では３０Ｔにおよび強磁場に対しても状態を変えないという性質をもつ。この性質から、この磁場誘起強磁性珪素化合物が、高温、強磁場に耐えることが可能である。
【００１１】
以上のようなこの発明の磁場誘起強磁性珪素化合物においては、その鉄組成は０．１５から０．３であることが望ましい。例えば鉄組成がｘ＝０．３においては強磁性状態では、５Ｔでの磁化の値は常磁性状態でのそれの４０倍もの大きさを示す。鉄の成分が少なくなるにつれて、磁化特性温度と強磁性状態での磁化の値は低下し、強磁性状態と常磁性状態の区別は付きにくくなる。そしてｘ＝０．１５以下では、系は常磁性のみを示すようになる。またさらに、鉄の組成がｘ＝０．３を超えると、構造が非常に不安定となり、単相化自体が困難となる。
【００１２】
この発明の磁場誘起強磁性珪素化合物は、空気中で不安定であり取り扱いが難しくなおかつ高価な希土類を含んでおらず、より一般的なＺｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、および、Ｓｉなどの元素の組み合わせにより構成されている。
この発明の磁場誘起強磁性珪素化合物は、その作製が非常に容易であることも大きな特徴である。たとえば、通常のアーク溶解炉での混合溶解を行い、その溶液を石英管に真空封入して、１１５０℃程度で数１００時間アニールすれば、この発明の珪素化合物の合成、単相化を行うことができる。
【００１３】
次に、この発明の実施例について説明する。
【００１４】
【実施例】
化学量論組成５ｇのＺｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｉを含む原料元素を純粋アルゴン雰囲気下でアーク溶解し、その溶解物を石英管に真空封入したのち、１１５０℃で１００時間アニールした。そして、得られた磁化試料を石英管ごと水中に投入しクエンチした。
【００１５】
製造された磁化試料は、粉末Ｘ線測定および走査電子顕微鏡による組成分析を併用し、ＴｈＣｒ2 Ｓｉ2 結晶と同じ構造の単相であり、その組成は、Ｚｒ（Ｃｏ0.7 Ｆｅ0.3 ）2 Ｓｉ2 であることを確認した。
得られた珪素化合物の磁気的性質を測定した。常温以下では、ＳＱＵＩＤ磁束計を用いた。また、常温以上８００℃以下の測定については、ＶＳＭにより行った。ただ、磁化特性温度がＶＳＭの測定温度領域を越えてしまうため、１０００℃以上の高温に加熱した磁化試料に永久磁石で磁場を与え、これを冷却することで強磁性・常磁性状態の切り替えを行った。
【００１６】
前記のＺｒ（Ｃｏ0.7 Ｆｅ0.3 ）2 Ｓｉ2 の強磁性・常磁性状態のそれぞれ磁場依存性は、図１に示した通りである。この図１において、ゼロ磁場下における加熱・冷却後の常磁性状態における常温での磁化曲線を○印で記してあり、磁場下における加熱・冷却後の強磁性状態における常温での磁化曲線を●印で示してある。
【００１７】
この図１に示されているように、常磁性状態での磁化が磁場に線形的に依存しているのに対し、強磁性状態での磁化は鋭く立ち上がって飽和傾向を示すことがわかる。さらに、強磁性状態の５Ｔでの磁化の値は、常磁性状態のそれの４０倍に達していることがわかる。
【００１８】
【発明の効果】
この発明は、以上詳しく説明したように、希土類元素を用いることなく、磁化特性温度が常温以上であることを特徴とする磁場誘起強磁性珪素化合物の提供を可能とする。その結果、高温、強磁場に耐えることができる情報記憶媒体などの新規磁性材料の創製が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例としての磁化曲線を示した図である。
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、磁場誘起強磁性珪素化合物に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、高性能な情報記憶媒体をはじめとする電子材料や電磁気材料、各種磁性材料等に有用な、磁場誘起強磁性珪素化合物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より、電子材料や電磁気材料等の分野において、磁性材料の探索研究が盛んに行われているが、最近の物性物理学の研究において注目されているものの一つに、金属間化合物群のうちのＴｈＣｒ2 Ｓｉ2 (Tetragonal,Ｉｍｍｍ／４）がある。
【０００３】
このＴｈＣｒ2 Ｓｉ2 については、Ｓｉ系金属間化合物として磁性特性を有するものとして注目されるものである。
しかしながら、ＴｈＣｒ2 Ｓｉ2 に関して、金属間化合物としての元素の組合わせとその磁気特性について検討が進められてきているが、いずれの場合にも、磁性の中心に、Ｔｈサイトのランタノイド（あるいはアクチノイド）が据えられており、希土類元素が欠かせないものとして考えられていた。希土類元素は大気中で不安定で取扱いが難しく、また高価でもある。そしてまた、従来のものの磁化特性温度は高々１００Ｋオーダーであって、学問的な興味を別にすれば、よほど特殊な用途でない限り実用性に乏しいものにしかすぎなかった。
【０００４】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの技術的限界を克服して、ＴｈＣｒ2 Ｓｉ2 のＳｉ系金属間化合物の磁性に着目し、希土類元素を組成とすることなく、しかもより高い温度での磁性を示す、新しい物質を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記課題を解決するものとして、第１には、一般式として
Ｚｒ（Ｃｏ1-x Ｆｅx ）2 Ｓｉ2
（ｘは、０．１５〜０．３０の数を示す）で表わされることを特徴とする磁場誘起強磁性珪素化合物を提供する。
【０００６】
そして、この出願の発明は、第２には、１０００℃以上の温度で強磁性誘起特性を示す前記の珪素化合物を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、以上のとおりの特徴をもつものであるが、希土類元素を組成成分とすることなしに、しかもより高い温度で磁気特性を示す物質を提供するものとして画期的である。
この発明の磁場誘起強磁性珪素化合物は、基本的に、ＴｈＣｒ2 Ｓｉ2 結晶の構造をとり、「磁場誘起強磁性」という磁気的性質を持ち、なおかつその磁化特性温度がたとえば１０００℃以上の高い温度にあるという特徴を有している。
【０００８】
この磁場誘起強磁性という性質について、さらに詳しく説明する。
一般的に磁化試料に対して、真空中で、ゼロ磁場化で磁化特性温度以上にまで加熱し、常温に戻したのち磁化測定を行うと、磁化試料の磁化は外場にほぼ線形的に依存して常磁性を示す。しかしながら、この発明の磁場誘起強磁性珪素化合物においては、例えば１０００Ｇ以上の磁場下で、磁化特性温度を１０００℃以上として同じプロセスを行うと、その磁化曲線は磁場に対して鋭く立ち上がり強磁性的な飽和を示す。
【０００９】
さらに、その強磁性的な振る舞いを示すようになった磁化試料を、ゼロ磁場下で再度加熱・冷却すると、磁化試料は可逆的に常磁性に戻る。
すなわち、この発明の珪素化合物の特徴は、外場のあるなしにより、強磁性・常磁性の切り替えが行われたことを示す。
この現象において、温度１０００℃は磁化特性温度と呼ばれる。すなわち、一旦強磁性状態となったこの発明の磁化試料をゼロ磁場下で、１０００℃未満まで加熱しても、磁化試料は強磁性状態であり続ける。逆に常磁性状態のこの発明の磁化試料を常温で３０Ｔもの強磁場に曝しても、この発明の磁化試料は常磁性であり続ける。
【００１０】
常温以上の１０００℃という磁化特性温度を超えることで、初めて常磁性状態と強磁性状態の切り替えが可能となる。このような高温での「磁場誘起強磁性」現象はこれまで報告された例はない。
そして、この発明の磁場誘起強磁性珪素化合物は、磁化特性温度が常温以上であり、さらに常温では３０Ｔにおよび強磁場に対しても状態を変えないという性質をもつ。この性質から、この磁場誘起強磁性珪素化合物が、高温、強磁場に耐えることが可能である。
【００１１】
以上のようなこの発明の磁場誘起強磁性珪素化合物においては、その鉄組成は０．１５から０．３であることが望ましい。例えば鉄組成がｘ＝０．３においては強磁性状態では、５Ｔでの磁化の値は常磁性状態でのそれの４０倍もの大きさを示す。鉄の成分が少なくなるにつれて、磁化特性温度と強磁性状態での磁化の値は低下し、強磁性状態と常磁性状態の区別は付きにくくなる。そしてｘ＝０．１５以下では、系は常磁性のみを示すようになる。またさらに、鉄の組成がｘ＝０．３を超えると、構造が非常に不安定となり、単相化自体が困難となる。
【００１２】
この発明の磁場誘起強磁性珪素化合物は、空気中で不安定であり取り扱いが難しくなおかつ高価な希土類を含んでおらず、より一般的なＺｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、および、Ｓｉなどの元素の組み合わせにより構成されている。
この発明の磁場誘起強磁性珪素化合物は、その作製が非常に容易であることも大きな特徴である。たとえば、通常のアーク溶解炉での混合溶解を行い、その溶液を石英管に真空封入して、１１５０℃程度で数１００時間アニールすれば、この発明の珪素化合物の合成、単相化を行うことができる。
【００１３】
次に、この発明の実施例について説明する。
【００１４】
【実施例】
化学量論組成５ｇのＺｒ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｓｉを含む原料元素を純粋アルゴン雰囲気下でアーク溶解し、その溶解物を石英管に真空封入したのち、１１５０℃で１００時間アニールした。そして、得られた磁化試料を石英管ごと水中に投入しクエンチした。
【００１５】
製造された磁化試料は、粉末Ｘ線測定および走査電子顕微鏡による組成分析を併用し、ＴｈＣｒ2 Ｓｉ2 結晶と同じ構造の単相であり、その組成は、Ｚｒ（Ｃｏ0.7 Ｆｅ0.3 ）2 Ｓｉ2 であることを確認した。
得られた珪素化合物の磁気的性質を測定した。常温以下では、ＳＱＵＩＤ磁束計を用いた。また、常温以上８００℃以下の測定については、ＶＳＭにより行った。ただ、磁化特性温度がＶＳＭの測定温度領域を越えてしまうため、１０００℃以上の高温に加熱した磁化試料に永久磁石で磁場を与え、これを冷却することで強磁性・常磁性状態の切り替えを行った。
【００１６】
前記のＺｒ（Ｃｏ0.7 Ｆｅ0.3 ）2 Ｓｉ2 の強磁性・常磁性状態のそれぞれ磁場依存性は、図１に示した通りである。この図１において、ゼロ磁場下における加熱・冷却後の常磁性状態における常温での磁化曲線を○印で記してあり、磁場下における加熱・冷却後の強磁性状態における常温での磁化曲線を●印で示してある。
【００１７】
この図１に示されているように、常磁性状態での磁化が磁場に線形的に依存しているのに対し、強磁性状態での磁化は鋭く立ち上がって飽和傾向を示すことがわかる。さらに、強磁性状態の５Ｔでの磁化の値は、常磁性状態のそれの４０倍に達していることがわかる。
【００１８】
【発明の効果】
この発明は、以上詳しく説明したように、希土類元素を用いることなく、磁化特性温度が常温以上であることを特徴とする磁場誘起強磁性珪素化合物の提供を可能とする。その結果、高温、強磁場に耐えることができる情報記憶媒体などの新規磁性材料の創製が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例としての磁化曲線を示した図である。
Claims (2)
- 一般式として
Ｚｒ（Ｃｏ1-x Ｆｅx ）2 Ｓｉ2
（ｘは、０．１５〜０．３０の数を示す）で表わされることを特徴とする磁場誘起強磁性珪素化合物。 - １０００℃以上の温度で強磁性誘起特性を示す請求項１の磁場誘起強磁性珪素化合物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11088599A JP3829967B2 (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | 磁場誘起強磁性珪素化合物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11088599A JP3829967B2 (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | 磁場誘起強磁性珪素化合物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000302433A JP2000302433A (ja) | 2000-10-31 |
| JP3829967B2 true JP3829967B2 (ja) | 2006-10-04 |
Family
ID=14547172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11088599A Expired - Lifetime JP3829967B2 (ja) | 1999-04-19 | 1999-04-19 | 磁場誘起強磁性珪素化合物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3829967B2 (ja) |
-
1999
- 1999-04-19 JP JP11088599A patent/JP3829967B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000302433A (ja) | 2000-10-31 |
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