高感度巨大磁歪材料の薄膜多層化技術による開発およびその構造解析

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本研究では符号が異なり大きな磁歪を有する合金の多層化による磁歪の積極的な制御を行い、さらに低磁場での巨大磁歪材料の高感度化についての研究を行った。そのために選んだ系はアモルファス希土類-鉄-ボロン系合金((Sm,Tb-Fe_2)_<100>-xBx(X=0〜5at%))であり、この母組成であるLaves化合物は、通常の磁性材料の100〜1000倍もの磁歪変化量を示す巨大磁歪材料である。本研究では上記多層膜を3元RFスパッタ法で作製し、その多層化による磁歪挙動を明らかにし、低磁場における高感度化のための諸条件を探索した。本研究では以下に示す重要な知見が得られた。1)多層化による磁歪挙動(SmFeB/TbFeB)多層膜の層厚比による磁歪及び磁気特性の変化を調べた結果、磁歪の変化は、これまで考えられていたような層厚化による単純な1次変化を示さず、各層のヤング率を考慮した2次の変化を取り入れることによりよく説明されることが計算結果から明らかになった。これは今後の多層化により磁歪を制御する上での重要な指針になる。また、構造に敏感である保磁力は、通常はゼロ磁歪において小さくなると考えられるが、多層化の効果により磁歪の大きな層厚比において極小を示した。しかし、多層化による磁歪値の変化は確認できたが、軟磁気特性を発現させるに十分な条件を探索しきれたとはいえず、今後の研究により更なる多層化の効果が期待できると考えられる。2)低磁場における高感度化Sm-Fe-B系合金薄膜について調べた結果、Sm_<22.9>Fe_<73.6>B_<3.5>合金薄膜において保磁力が50Oe程度の比較的軟磁気特性の優れた膜が得られた。またこの試料は、100Oe程度の低磁場において-340×10^<-6>もの巨大磁歪を示した。この値はこれまで報告されているアモルファスSm-Fe-Bバルク合金よりも低磁場特性が優れており、トルクセンサ、SAWデバイスなどの磁歪センサへの応用が考えられる。