Research Abstract


Magnetization amplified by structural disorder within nanometre-scale interface region

2014年6月18日 Nature Communications 5 : 4133 doi: 10.1038/ncomms5133

複雑な形をした狭い逆位相境界(APB:あらゆる結晶性化合物に導入される面状の構造欠陥)からの直接的な磁化測定は、材料科学や材料工学を進展させる上で極めて重要である。しかし、APBの詳細な研究は、適切な実験手段がないため阻まれていた。今回我々は、電子顕微鏡観察に基づいて明らかにした、Fe70Al30におけるAPBと強磁性スピン秩序の特異な関係について報告する。熱的に生じたAPBは、2~3 nmという有限の幅を示し、その内部では顕著な原子配列の不規則化が生じる。電子線ホログラフィーで調べると、APBにおける磁束密度は予想外に大きく、293 Kでは、規則化された基の領域が示す値と比べて約60%も増強されていることが明らかになった。高温でこの試料は、強磁性相がAPB領域の内部に閉じ込められるという特異な磁気的微細構造を示した。こうした観察結果は、APB内部の構造的な乱れによって強磁性が安定化されることを実証しており、これは従来の理解とは全く異なっている。従って、こうした結果から、APBによって生じる材料機能を操作するための豊かな概念的知見が得られる。

村上 恭和1,2, 新津 甲大2,3, 谷垣 俊明2,4, 貝沼 亮介3, 朴賢洵2,5 & 進藤 大輔1,2

  1. 東北大学 多元物質科学研究所
  2. 理化学研究所 創発物性科学研究センター
  3. 東北大学 大学院工学研究科
  4. 日立製作所 中央研究所
  5. 東亜大学校 新素材工学科(韓国)
Direct magnetization measurements from narrow, complex-shaped antiphase boundaries (APBs; that is, planar defect produced in any ordered crystals) are vitally important for advances in materials science and engineering. However, in-depth examination of APBs has been hampered by the lack of experimental tools. Here, based on electron microscopy observations, we report the unusual relationship between APBs and ferromagnetic spin order in Fe70Al30. Thermally induced APBs show a finite width (2–3 nm), within which significant atomic disordering occurs. Electron holography studies revealed an unexpectedly large magnetic flux density at the APBs, amplified by approximately 60% (at 293 K) compared with the matrix value. At elevated temperatures, the specimens showed a peculiar spin texture wherein the ferromagnetic phase was confined within the APB region. These observations demonstrate ferromagnetism stabilized by structural disorder within APBs, which is in direct contrast to the traditional understanding. The results accordingly provide rich conceptual insights for engineering APB-induced phenomena.