原子の整列か、膜の崩壊か ― FePd磁性薄膜の相転移と形態進化を支配する結晶成長の法則を解明
ポイント
- 次世代高記憶密度磁気デバイス材料として期待されるFePd薄膜において、高性能化に必要な「原子の整列（規則化）」と、材料が劣化する「膜の崩壊（デウェッティング）」が互いに競合するメカニズムを解明しました。
- これまで性能低下が課題であった「魔の中間温度域（300～400℃）」において、積層欠陥やナノサイズの空隙が発生する原因を、理論計算と原子レベルの観察により明らかにしました。
- この発見により、高品質なFePd薄膜を安定して製造するための「最適な温度と時間のレシピ」が明確になり、超高密度ストレージや省電力デバイスの実現が加速します。
図1 FePd薄膜におけるL10規則化とデウェッティングの競合模式図（論文中の図7より一部引用）
（図の説明） 本研究で明らかにした、温度上昇に伴う膜の状態変化であります。(左)図1(a)中間温度では膜の中にナノサイズの「穴」や「結晶の乱れ」が生じて品質が低下しますが、条件を最適化すると(中央)図1(b)高温時のように原子が完璧に整列した高品質な膜が得られます。さらに加熱すると、(右)図1(c)のように膜がバラバラに崩壊してしまいます。この「整列」と「崩壊」の絶妙なバランスを制御する法則を今回解明しました。
概要
富山大学学術研究部工学系(兼務：名古屋大学未来材料・システム研究所)の永沼博教授は、テルアビブ大学（イスラエル）、神戸大学、パリサクレー大学（フランス）、フランス国立科学研究所（フランス）との共同研究により、次世代の高密度磁気記録材料と期待されているFePdのL10規則合金※１）薄膜の結晶成長プロセスにおいて、原子の並び（L10規則化）と膜の形状変化（デウェッティング）が互いに影響し合う「速度論的競合」を明らかにしました。 本研究成果は、高度な透過型電子顕微鏡観察による構造解析、および第一原理計算*２）を組み合わせることで、特定の温度帯で発生する材料欠陥の正体を突き止めたものです。これにより、デバイスの微細化・高性能化を阻む物理的障壁を打破する道が拓かれました。
本研究成果は、本成果の一部は、科学研究費助成事業(No. 23H03803, and No. 24K01346)、名古屋大学 研究大学強化促進事業・最先端国際研究ユニットの支援により行われ、材料科学分野の学術誌である「Acta Materialia」に 2026年 5月 11 日（月）（日本時間）に掲載されました。
用語解説
※1）L10規則合金
2種類の金属原子（鉄とパラジウム）が交互に規則正しく層状に並んだ構造を持つ合金。非常に強い磁石の性質（高い垂直磁気異方性）を持つため、次世代メモリ材料として注目されている。
※2）第一原理計算（First-principles calculation）
物質の組成と結晶構造などの情報をもとに量子力学の基本原理にもとづいて材料の特性を予測するシミュレーション手法であり、今回は合金の表面エネルギーの理論予測に利用した。
研究内容の詳細
原子の整列か、膜の崩壊か ― FePd磁性薄膜の相転移と形態進化を支配する結晶成長の法則を解明[PDF, 1.4MB]
お問い合わせ
富山大学学術研究部工学系
（兼務：名古屋大学未来材料・システム研究所）
教授 永沼 博
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