| 材料を heat & beat すると，対称性の高い組織が形成されることがしばしば見られます．組織の美しさに驚嘆し心を heat & beat させることは科学することの喜びの一つでもあります．そして，美しい組織が，なぜ，あるいは，どのように形成されるのかが理解できれば喜びは一層増してくるでしょう．材料組織は必ず何らかの理由をもって形成され，その材料が持つ物性に結びついているはずです．藤居研究室では，環境変化に応じて生じる材料内部での組織形成と組織発達を，主に電子顕微鏡法を用いて定量評価し，組織学的立場から材料の特性発現の源を捉えようとしています．以下に主な研究テーマをご紹介します． | |||||
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| 強磁性体物質のサイズをナノオーダーにまで小さくすると，バルクとは異なる磁性が生じることがあります．FeやCoなどの強磁性体粒子(図1)に外部磁場を印加すると，粒子形状が変化することも知られています．藤居研究室では強磁性体ナノ粒子を含む金属材料を強磁場下(10T以上)で時効加熱処理し，粒子に生じる形状変化を磁気異方性として精度良く検出し，理論的に説明づけています．また，FeやCo粒子は外部磁場や外部応力による相変態の可能性を持ちます．粒子を含む材料を塑性変形させ，外部応力による粒子の相変態の様子をナノスケールで観察し，粒子の相変態機構を解明するとともに，構造変化に伴う磁性の変化を調べています． | |||||
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| 図1 Cu母相中に析出した強磁性fcc Co粒子の透過電子顕微鏡写真． コーヒー豆状のコントラストは，粒子周りの整合ひずみ場による． |
図2 強磁性Co粒子を含むCu-Co合金単結晶から得た磁気トルク曲線． 青線が実験値，赤線が結晶磁気異方性を考慮した理論曲線． トルク曲線の理論解析により磁気異方性定数が求められる． |
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| 金属材料中にナノサイズの析出粒子を分散させると材料の強度が増すことはよく知られていることです．導電性材料として広く用いられている銅合金においては，合金強度が高いことと，電気伝導度が高いことの二つの性質を併せ持つことが要求されます．この二つの性質は，一般には相反し，合金強度を高めようとすると，電気伝導度が下がってしまい，逆に電気伝導度を高く維持しようとすると合金強度が下がってしまいます．すでに実用化されている合金，たとえばCu-Cr-Zr合金やCu-Ni-Si合金でも，今なお高性能化が要求されています． 藤居研究室では，モデル合金を用いた研究を行い，強化機構(析出強化や分散強化)を基礎的に理解しようとしています．この結果をもとに最適な高強度化技術を提案し，実用合金の設計にフィードバックさせることが目的です． |
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| 図3 Cu-Cr合金中のCrナノ粒子の高分解能透過電子顕微鏡像(a)と，(a)からデジタル画像解析により得られたモアレ像(b)-(d)．CuとCrとで結晶構造が異なるものの，格子の連続性が保たれている． | |||||
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| 図4 3003Al合金を室温で繰り返し変形したとき合金内部に形成される転位組織．組織形態からラビリンス組織と呼ばれる． | |||||
藤居研究室は，材料物理科学専攻の加藤研究室，および尾中研究室と研究室連合「かものはし」を形成し，共同研究を行っています．学外の研究機関(物質・材料研究機構，ローレンス・バークレー研究所など)や企業との共同研究も進めており，ソフト・ハードの両面で広範囲な研究の展開が可能です． 例に示しました透過電子顕微鏡写真のスケーリングをしておきましょう．直径3ミリメートルの薄膜試料中にある直径3ナノメートルの粒子を定量解析するということは，首都圏がすっぽり入るほどの直径30キロメートルの広い大地を空から眺め，直径3センチメートルの金貨に書いてある文字を解読することに相当します．宝探しは大変ですが，見つかったときの喜びは絶大です． |
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磁性ナノ粒子を含む材料のマイクロマグネティズム
