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[NRIMNews1996-02.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/1e411720-68d2-4463-a881-9b0d6550c07e/download)

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武藤 英一

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[金材技研ニュース 1996 No.2](https://mdr.nims.go.jp/datasets/fcdf713f-d51b-44ea-8492-8dbecbb37cae)

## Fulltext

金属技研ニュース　1996　No.2七〇一．＝ヒE①o一｝o＝ωE0一箏o］一〇〇〇一〇〇＝あoωoo一］o－Eo一垣oo］一〇〇一0E0f000ωo〇一一〇〇一〇一ω○蜆蜆Eo．ゼ≧里三…ω…Z－ooω］0f←最強の定常強磁場発生装置／MeV粒子線誘起電気伝導／超伝導状態でdHv＾振動観察世界最強の定常強磁場発生装置稼働状態に入る　当研究所は，平成元年度より開発を進めていた40T（テスラ）ハイブリッドマグネットシステム（図，写真）を使い，このほど世界最強の定常強磁場の発生に成功し，その磁場を使った各種実験に取り組み始めた。磁場は，物理上の基本的パラメータの一つで，あらゆる物理的一性質に影響を与える。このため，強磁場下での超伝導材料をはじめとする強磁性材料，半導体，有機物，生体高分子等，各種物質・材料の測定は，その特徴を明らかにする上で極めて有効な手段の一つであり，本装置が稼働状態に入ったことで解決が期待される問題も数多い。　定常強磁場を得る上でハイブリッドマグネットは電力消費上最も経済的なシステムである。強磁場下では超伝導性能を失うが，電力消費のない超伝導マグネットを外側に，発生磁場に理論的限界はないが抵抗熱発生のため消費電力・冷却コストが極めて大きい水冷鋼マグネットを内側に配置して組み合わせてある。30丁以上の強磁場　　　　剴朋O1下＼＿図　40丁級ハイブリッドマグネット　写真　強磁場ステーションの40丁級　の断面模式図　　　　　　　　　　ハイブリッドマグネット発生が可能なハイブリッドマグネットを持つ機関は，当研究所の他，欧州に2カ所，米国に1カ所，わが国にもう1カ所（東北大学金属材料研究所）存在する。最近，開設された米国国立強磁場研究所は，45丁級ハイブリッドマグネットを開発中である。　当研究所の40丁級ハイブリッドマグネットシステムは，超伝導マグネット部の分担磁場設計値が15T（室温，内径400mmφ）と際立って高いのが特長で，これは日本の強磁場用超伝導導体技術が優れていることと，日本の電カ料金が高いことを考慮したためである。内部に空隙を設け，強い圧縮応カに耐える工夫を施した新構造の化合物系超伝導導体を最高磁界部に使用する等の工夫をしている。　水冷鋼マグネット部として，内挿Aと内挿Bの2種類のアルミナ分散強化銅合金製コイルを作製した。40丁級用の内挿Aは，13．3MWの電力消費時に，．25Tの追加磁場（超伝導マグネットによる15Tバックアップ磁場と合計して40T）を300mmφの内径中に発生する設計となっており，35丁級用の内挿Bは，10．8MWの電カ消費時に，20Tの追加磁場（バックアップ磁場と合計して35T）を50mmφの内径中に発生する設計になっている。　本システムを用いて，現在までに内径30mmの場合でも36．04T，50mmの場合では32．1Tという定常超強磁場発生に成功している。これらの値は，内径を考慮すれぱ，どちらも定常磁場の世界記録である。今後システムやバーツの詳細な検討を行いながら徐々に発生磁場を高め，設計最高磁場の発生に挑戦していきたい。この強磁場を使った各種実験は，すでに一部始められている。今後，運転経験を積み，十分な測定用運転時間が得られるようになれば，外部からのマグネット利用希望にも積極的に対応していく予定である。MeVイオン照射による粒子線誘起電気伝導粒子線伝導強度と暗伝導度の相関を発見　核融合炉のプラズマ計測等に用いられる材料は，強い放射線にさらされて大きな電離作用を受ける。特に光検肥素予や電子固路素子において，電離（電予励起）による電気抵抗の低下は素子の正常な動作を阻害し，致命的な影響を与える。これを防ぐべく，耐放射線性の優れた素予を開発するには，放射線による電気祇抗の低下（伝導度の上昇）現象について明らかにする必要がある。近年このような観点から，電子線や中性子線等の照射によって誘起される電気伝導現象（以下，粒予線伝導と呼ぷ）が精力的に研究されている。我々は核融含炉の光学素子・電子固賂素子材料として最も重要なシリコン（Si）を対象に，核融合の王4MeV巾栓子に質量，エネルギーとも近い三7MeV陽予を用いて，その基礎的研究を行っている。最近得られたいくつかの知兄をここに紹介する。　一般に非金属材料に照射された粒子線は，電離作用により電子・正孔を生成し電気伝導度を上昇させる。一方，粒予線は核との棉互作用の結果，原子を結縞格子位置からはじき畿し，生成された欠陥は電子・正孔を捕獲して伝導度を減少させる。粒子線伝導とはこれらの競含過程である。高エネルギー粒子線で，核子あたりのエネルギー（加遼エネルギー／粒子の質量数）がMevを越える場含，材料申のエネルギー損失のほとんどすべては電子励起遡程による。我々が行った！7MeVの陽子線をSiに照射する実験では，エネルギーの99．98％が電子励起で失われ，欠陥生成で失われる分はわずかO．01％以下である。　しかし，欠陥生成の影響が無視できるわけではない。電予励起の寿命は通常マイクロ秒～ミり秒であるのに対して，欠陥の寿命は非常に長い。従って，欠陥数は徐々にではあるが着実に増加し，伝導度を減少させる。唇0．08臭ω◎幽0．04鰍噂収鯉0（1）　　（2）（3）　　　　　　p型SiL：光励起｛波長0－9μm）　　　　　温度200K4）l／／Lりビーム電流。。、。、閉・壬φ。↓　　　L　　　　　　L　　x50x20000／（6）1．／（5）に　㌦　　　　020004000　　　　　　　　　　　　時間（秒）図至　光およぴ粒子線照射によるシリコンの篭気伝導度の時閥約変　　化。Lと（1）一（6）は，それぞれ光およぴ粒子線照射に対応する。　粒子線照射したS1の電気伝導度の時間的変化を図！に示す。照射は断統的に行い，照射を行っていないときの伝導度（暗伝導度）をも測定した。また欠陥を生成せず電子励起だけを起こすために，光（波長O．9μm）の照射も行い，粒子線照射による変化と此較した。　図1に示すように，光および粒予線照射により伝導度が増加する。これは電離によるキャリヤ数増カ目に対応する。（照射（1），（2）での伝導度の不安定な変化は，粒子線強度の揺らぎを反映している）。粒子線の照射が統くと伝導度が徐々に減少するが，これは欠陥生成によるもので，暗伝導度の減少にほぽ対応している。注目すべきは，粒子線による伝導度の変化分が，線最φC以下の（王）～（4）の照射ではあまり減少しない点である。一方，線量φC以上の（5）の照射では三／10，（6）で1／王ooまで減少する。光および粒子線による伝導度変化分の粒子線照射最に対する依存性を図2に示す。光および粒子による伝導度変化分は，照射量6x王O14ion／cm2以下ではあまり変化しないが，それ以上で急激に減少する。　暗伝導度σは，（非照射時の）伝導担体（キャりヤ）密度nと移動度μを用いて，σ＝enμで与えられる。移動度μは照射量！0’5ion／cm2程度では低下しないことが確かめられているので，σの減少はすべてnの減少による。すなわち，生成された欠陥にキャリヤが捕獲され，その数が減少したことを直接反映している。キャリヤのうち欠陥に揃獲されたものの比率を図2に含わせで示した。む（O），n（φ）はそれぞれ照射前および線量φまで照射した場合のキャリヤ数である。その差n（O）一n（φ）はφまでの照射により欠陥に摘らえられたキャりヤ数で壱り・それを照射前のキャリヤ数で規格化したものが図2の黒丸である。この上ヒ率が1になり，ほぽすべてのキャりヤが欠陥に捕獲さ｛　　　　　　　　　　　　　　れる照射最φC（臨蓄皇　　　　　　　　　　　　　　ξ界線簸）において，巴一10－1　　　　　　　　　　　＿光および粒子伝導騒　　　　　　　　　　　　　ε度が急激に減少す癬蝉　　　　　　　　　　　　　　ることカ｛判明しゆ“1r3　　　　　　　　　　　　　　た。さらに照射下u繁　　　　　　　　　　　　　　oの動的相互作朋過汁署　　　　　　　　　　　　　件程について現在検㍍・　　　　㍗討を進めている。黒　　　　　粒子線照艘φ｛I。。／。m・〕撰図2　光（△〕およぴ粒子線（○）による電気伝導度増＾o〕ξp型Si　　李。　　　△σ粒子練 宍10■1一θ・〕←　　　＝1　　1＾o〕△σ光　・ε←如1r3，瑚皿0．1G阜o■ キ潟度2001〈件10■5 17腕V陽子線　　“O・01宴他1012　　　1013　　　1014　　　1015　　　　　　　婁輿仙Ψ帖而占』w人、．　，　o。　　襲彗鰹雌榊鈷徽結螂隼裟’に対する割含（⑧）も含わせて示す。超伝導状態でドハース・ファンアノレフユン振動を観察ホウ素炭化物超伝導体YNi・B・Cの電子状態の研究　ホウ素炭化物超伝導体RE－T－B－C（RE＝希土類元素，T二Ni，Pd，Pt）は，比較的高い趨伝導転移温度（Y－Pd－B－Cで23K，YM．B．Cで15，6K）を示すとともに，適当な希土類元素を用いた場含に，磁性と趨伝導が共存するため，固体物理学上の槻点から興味を持たれ，盛んに研究されている。さらに，これらの化含物群がデバイス化に適した特性を持つため，応用上の襯点からも関心を集めている（金材技研ニュース1995年No．u）。　本研究では，YM2B・Cのドハース・ファンアルフェン振動（dHvA振動）を襯測し，そのフェルミ繭を調べた。フェルミ面とは，伝導電子が持つ波数とエネルギーを3次元波数空間内に表示した場含の最高の等エネルギー而で，この面の形状は物性を考察する際の核心となる。というのは，フェルミ面近傍の限られた電予が様々な物性を決定するからである。酸化物趨伝導体についても，そのフェルミ而の詳細を実験的に決定する試みが種々の研究者によって行われている。　フェルミ面を実験自勺に決定する方法の呼1で最も精密なものは，dHvA振動の襯測である（金材技研ニュース1992年No．1王）。dHvA振動は，物質の磁化が磁場に対して関数的に撮動する現象で，臭榊勺に言えば，磁場の逆数に対して磁化をプロットすると燭期灼に振動する。その振動の燭波数から，フェルミ面の磁場に垂政な断面積を直接決定することができる。dHvA振動は量予現象に本漉的に基つ’くものであり，その観測には純良な単結晶と超低温およぴ強磁場を必要とする。そこで本研究では，当砺究所で育成された純良のバルク単結晶試料（同上互995年No．11）を用い，当研究所強磁場ステーションに設置された精密趨伝導磁石と希釈冷凍器を用いて16T（テスラ）までの強磁場およびO，05Kの趨低温の下にdHvA振動を観測した。YNi2B2C磁甥〃c軸；晟雇…　0．05K13．5T（a）鴬イ云ミ蓼斗犬態　　　　　　　　8．39T　　　　　　　　　　　＼O．08　　0，09　　0．i0　　0．l　l　　　　l／磁甥（〃T）　　　　　　　O．40　　　　　　　　　　　0，45　　　　　　　　　　　0，50　　　　　　　　　　　1ノ磁場（岬）図1　YNi王B．Cの（a）常伝導状態および（b）超伝導状態でのdHvA振動　図1（a）にYNi．B．Cの常伝導状態で襯測されたdHvA振動の一例を示す。磁場はC轍に平行に加えてある。磁場の逆数（1／H）に対し澗期的な振動が明瞭に襯察される。同様な測定を様々な磁場方位に対して行って得た結果をまとめたのが図2である。櫛軸は磁場方位を示し，縦靹は各磁場方位で襯測されたdHvA振動の周波数を示す。αからεまで，dHvA振動の複数のブランチが襯測されている。最も燭波数の高いブランチγは，波数空閲内のブリルアンソしンの約30％を占める大きなフェルミ面からの信号である。この様な大きなフェルミ面が襯測されたことは，YN1．B．Cが比較的単純な金属的佳質を持つ物質であるとする，いくつかの実験締果や理論的予測と符含する。現在バンド討算の緒果と比較して，それぞれのブランチがどのようなフェルミ面に起因するものであるかを検討している。　本研究における強調すべき成果は，上部臨界磁場（約8T）以下の趨伝導秋態でも，dHvA振動が明瞭に観測されたことである。図1（b）に示したのは，趨伝導状態において，磁場をc軸方向にカ買えて襯棚されたdHvA振動で，図1（a）と同様に磁場の逆数に対して剛蜴的な振動が1．9Tの低磁場まで明瞭に観測できる。観測された振動の燭波数は，常伝導状態でのαブランチの周波数と一致する。従来の考えに従えぱ，超伝導状態では試料中から外葡1磁場が排除されるため，dHvA振動は襯測できないことになる。しかし近年，NbSe。，V呂S量，Nb．Sn，YBCOなどの第2種趨伝導体の混含状態でdHvA振動の襯測が報皆され，その機構を解閉するための理論自勺研究も盛んになってきている。今固の成果は，この分野の研究の発展に大　　　　　　　　　　　　　　　　　　　きく寄与する　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ものと思われ　I04　　Y　　　　　　YNi2B2C　g　　　　　　　　　　（Olo煩　　　る。今後，趨　8　7　　　　　　　　　　　　　　　　伝導状態での　6　　　β　5　　　　　　　　　　　　　　　dHvA振動を　4　　　　　　　　　　　　　　　　　　　詳細に解析し＾　3ヒ　　　　　　　　　　　　　　　て，趨伝導嚢2　　　　　　　　　　　　　　　ギャップなど堕　　　　　　　　　　　　　　　　　　　の趨伝導特性　I03　9　　　　　　　　　　　　　　　　を直接拙出す　8　；　　　　　　　　　　　　　　　ることを目芋旨　5　　α　　　　　　　　　　　　　して研究する　4　　　　　　　　　　　　　　　　　　　方針である。　3　　　〃〃c　　　　　　　　　　　　　　　　　　　〃〃血　　0　　　　　30　　　　　60　　　　　90　　　　　　磁螺方位（度〕図2　dHvA振動の磁場方位依伸1笠一3一3月の研究発表（国内分）学・協会名 開催期閲 発　　達　　魑　　国 発表者（所属）1EA／JUPlTεR　Joint　Sym一 3－13－3．16 1．Evaluation　of　Embrittlement　of　Martensitic　gCr 阿部冨士雄（環境）他posium　on　Small　Speci一 一WVTa　Steels　by　InstrumeHted　Impact　Test1ngmen下est－rec汽nologies Using1／3Size　Specimens｛Or　FuSiOn（宵城：サンルート蔵三1三ホテル）名古屋＝1ンファレンス 3．王4～3．16 1－E王ectrochemistry　of　Dichloro（Phthalocyaninato） 砂金　宏明（反応）他（愛矢11：名甘爆大学） Ant三mony（V）Cation　and　Spectroscopic　Prop一erties　of　Its　Radical　Anion表圃披術協会1舳年審期大会 3．2王一3．23 1．多元マグネトロンスパッタりングによるT｛一M形 石齪ヨ　輩（3T）他（予葉：千葉］二薬大学） 状記憶含金薄膜の作製目本非破壊検査協会平成8 3．25－3．26 1．交流漏洩深傷における磁化周波数と漏洩磁束ベク 稚竹　一蔵（損傷）他隼度春季大会 トルの関係について（東凍：アカルデイアi＝ぽヶ谷）圓本金属学会1996年春季夫会 3．26～3．28 1．稀」二類オルソアルミネートにおける磁気エントロ 木村秀犬（機能）他（千菓：千葉↑業大学） ピー変化の異方性2．Ai－12％Si含金鋳遺材の塑性変形能と加二1二温度 長井　　寿（カ学）他（Al－Si合金の可塑化の研究　第二鞭）3．Aト12％Si含金冷閲加二r1材の引張性質と微視組織 梅澤　　修（力学）他（Al－Si含金の珂塑化の研究　第一報）4．インターネットと表面分析 吉原　一紘（表繭）他5．機能性Ti偏析Nb膜表面の組成鰯復速度の温度 背武　遭子（表蘭）他依存惚6．SrV．S。の電顕による構造解析の試み 池1三日　積三（表爾）他7．ZrとSUS304Lとの拡散接含 森日井孝昌（組織）他圓本鉄鋼協会第131回春季 3．26～3．28 1．Ti一王5V－3Cr－3Sn－3Alの高サイクル疲労強度に及 萩原　益夫（力学）他講演大会 ぽす微槻組織の影響（千燕：千葉工業大学）2．連続遺択酸化炉の熱収支 ク1」スチャン・ロス（反応）他3．高Mnオーステナイト鋼の3次域におけるクリー 阿部騒士雄（環境）他プ逮度加遮に及ぽす炭化物の効果学・ 協会名 開催期醐 発 達 趣暮1発表者（所属）第43回応用物理学関係連含 3．26－3．29 1．Ba（B…一、Al。）。O。の過冷却特惟と緒晶粛成 水村 秀犬1機能）他講演会2．XHV中の摩擦（埼玉：束洋大学）」二佐 正弘（表面）他目本原予カ挙会春季大会 3．27～3．29 1．原乎力極隈環境における材料化学に闘する研究 北島 正弘く2G）他（大阪：大阪大学）2．第1壁材料の核変換挙動に及ぼすブランケット組 野醐　哲二 （2G）他3，Ti，P添加Fe－25％NH5％Cr含金のクり一プ破 山本 徳刷（2G）他断特性に及ぽすへりウムの効果4．プロトン湘射したオーステナイトステンレス鋼の 村瀬 義治（2G）他スエリングに及ぽす冷閲加工の効果第7順目本化学会春季犬会 3，28～3．3玉 1． オクタアルニキルフタロシアニナトコバルト（I夏）． 砂金 宏■サ1（反応）他（東京：青山学院大学） 錯体の分光学的電気化学的性質資源・素材掌会平成8隼慶 3．29－3．31 1．硫化第2鉄のバクテリア酸化反応に幽する基礎研 青木 愛子（損傷）他春季大会 究一第一搬PHとRedox電位によ呈）考察した反（東京：早稲11王1大学） 応過程一φ短　信令⑧受　賛　圓本金属学会論文費　表面界面制御概究部　吉武道手圓本金属学会奨励費第4研究グループ　打越暫郎　日本金属学会において，「高遼拡散によるNb膜表繭での基板T1の多原子層偏析」が優秀と認められたことにより，平成7年12月至5日，上記の賞を受けた。　ヨ本金属学会において，金属材料ならぴに闘連分野における業糠を挙げたことにより将来性を期待され，平成7年12月15日，上記の賞を受けた。令特許遠報令⑧出　願⑧登　録発明の名称 登録　1ヨ 登録番号 発閉　者　名酸化物趨電導材料の製遺方法 7．11．8 1990250 海τ胴義也，太1］抑稔，小黒信高，他1名（共立窯薬原料株式金社との共有特許権）Ni－TiC複含皮膜の被覆法 7．12．8 1995904 石醐　章，武井　厚，土肥泰夫半導体ヘテロ薄膜のその場作製およぴ評価方法 7．12．8 ！995998 ☆渥一夫，石ハ1信樽，斎藤鉄哉平成7年度金属材料技術研究所研究発表会のご案内　当金属材料技術研究所では，研究活動をより広くご理解していただき，その成果をご活用願うために，毎年「研究発表会」を開催しております。平成7年度は，「金属間化含物材料の組織と特性」と題し，関連分野に携わる研究者が，これまでの研究の進展と成果について発表いたします。　多数の皆様方の御来聴をお待ち中し一ヒげます。　　　　　　昌　時：平成8年4月24目（水）午後1時10分より　　　　　　場　所1金属材料技術研究所　第1会議室（茨城県つくば市千現1－2一）　　　　　　　　　　　　常磐高遼バス：千現1丁目下車徒歩5分　　　　　　　　　　　　J　R常磐線：荒川沖駅下車　　　　　　　　　　　　　　　　　　関東鉄遭バス荒川沖駅東口から筑波大学中央行き　　　　　　　　　　　　　　　　　　　r千現1丁目」下車徒歩5分　　　　　　　　　　　　　　　　　　◇プ　ロ　グ　ラ　ム◇テーマ「金属間化合物材料の組織と特性」　　　　！0－1120　あいさっ　　　：20－2　：OO　　　　　rTiA1基金属聞化合物材料の熱処理による緩織制御とカ学特牲」　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第3研究グループ熊谷達夫　　2：OO－2：40　　　　　rγiA1墓金属聞化合物材料の加工熱処理による組織制御と力学特牲」　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第3研究グループ信木　稔　　2　：40－3　：20　　　　　rTW系金属間化合物材料の切削加工」　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　組織綱御研究部　山本璽男　　3120－3：30（休憩）　　3＝30－4：10　　　　　「形状記憶合金薄膜の綴織と形状記憶特惟」　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第3研究チーム石閨章　　4　：10－4　：50　　　　　「傾斜機能構造形成による金属間化合物Pb↑eの熱電特牲」　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　機能特佳研究部西田勲夫発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　予305茨城県つくば市千現1－2－1　　　　　TEL（0298）53－1045（企画室直遜），　　　　　FAX（0298）53一王005遜巻第447号編集兼発行人闘含せ先日コ　棚　　所　　　　平成8年2月発竹　　　　武　藤　英　一　　　　　企函窒普及係前　田　印　刷　株式会社茨城県つくば術東新井14－5