　東京理科大学は2025年8月27日、物質の性質を原子レベルで自在に制御可能にする「二重異原子価元素置換」により、ガリウム（Ga）系近似結晶で史上最高値の磁気熱量効果を観測したと発表した。東京理科大学先進工学部マテリアル創成工学科研究員のFarid Labib（ファリドラビブ）氏や同学科教授の田村隆治氏らから成る研究グループの成果だ。

研究の概要［クリックで拡大］出所：東京理科大学

　平均価電子数（e/a）は、物質の結晶構造と磁気特性を決定づける重要な指標だ。従来の近似結晶では、このe/aがほぼ固定値で、磁石の向きがバラバラな「スピングラス」という状態のものが多く、研究者が意図する磁気特性を引き出すことは難しかった。

　そこで、今回の研究グループは、Ga-白金（Pt）-ガドリニウム（Gd） 2/1近似結晶において、異なる原子価を持つ二種類の元素を同時に置換する二重異原子価元素置換という新たな手法を用いて、GaとPtを金（Au）で置換したTsai型Ga-Au-Pt-Gd 1/1近似結晶を合成し、平均価電子数（e/a）を系統的に変化させることに成功した。また、合成した化合物が特定のe/aで優れた磁気熱量効果を示すことも明らかにした。

　この合金の磁石としての性質が、ある特定のe/aの値（1.83）を境に、スピングラス状態からN極とS極がそろった「強磁性」へと劇的に変化することも発見した。さらに、強磁性を示したこの新合金が、優れた磁気熱量効果を持つことも分かった。

　今回開発した合金が示した磁気熱量効果の性能値は、5T磁場下で－8.7J/K mol-Gdと、準結晶および近似結晶として史上最高値を達成した。他の主要な希土類磁性材料に匹敵する性能だという。

準結晶と近似結晶［クリックで拡大］出所：東京理科大学

　同研究で確認された磁気熱量効果は8.7～14.9Kの低温域で発現することから、極低温用の断熱冷却システムや極低温領域での冷却装置に応用できる。また、磁気による冷却は、環境に負荷をかけない安全な冷却技術や高効率な冷却装置の開発に貢献することが期待される。

同研究のカバーピクチャー［クリックで拡大］出所：東京理科大学

⇒その他の「研究開発の最前線」の記事はこちら

アルファ型二酸化マンガンの極小ナノ粒子を短時間で合成する手法を開発
北海道大学らは、アルファ型二酸化マンガンの極小ナノ粒子を短時間で合成する手法を開発した。球状形態に近づけ、粒子のアスペクト比を小さくすることで、次世代多価イオン電池の正極特性を改善する。
大気中のCO2分離回収技術　ベンチスケール実証へ
東京理科大学、名古屋大学、東邦ガスは、未利用のLNG冷熱で大気中からCO2を分離回収する技術「Cryo-DAC」のベンチスケール実証を開始した。2040年ごろの実用化を目指し、主要3工程の設備を結合したベンチスケール機で連続運転の実証に取り組む。
LIB負極材料チタンニオブ酸化物の原子配列と電気化学特性の相関を解明
岡山大学らは、車両用リチウムイオン電池の負極材料として注目されるチタンニオブ酸化物について、原子配列と電気化学特性の相関を解明した。LIBの大型化や安全性向上への応用が期待される。
数学や物理、機械学習を組み合わせて薄膜生成過程の枝分かれ現象を解明
東京理科大学は、銅基板上の薄膜生成過程における枝分かれ現象のメカニズムを解明した。数学、物理、機械学習を組み合わせた手法により、樹枝状組織の成長プロセスと自由エネルギーの関係を明らかにした。
水分解光触媒の水素生成面だけに微細な助触媒を担持する技術を開発
東北大学は、粒径1nm程度の微細な助触媒を、水分解光触媒上で水素ガスを生成する結晶面だけに選択的に担持する技術「結晶面選択的ナノクラスター担持法」を開発した。