核心概念
二金属複合材料の電気伝導率を理論的に予測し、超高磁場発生に適した材料の特定を目指す。
摘要
本研究では、二金属複合材料の電気伝導率を理論的に予測することを目的としている。
まず、モデリング手法を概説する。位相場アプローチを用いて、局所電荷密度を order parameter とし、外部電場を考慮する。電気抵抗率は、バルク抵抗率、界面散乱、粒界散乱、転位密度の寄与の和として表される。
次に、様々な二金属複合材料(Ag/Fe、Cu/Ag、Cu/Cr、Cu/Fe、Cu/Nb、Cu/Ta、Cu/W)について、体積分率に対する電気伝導率の依存性を示す。体積分率が1/3以下であれば、ほとんどの材料で55% IACS以上の高い電気伝導率が得られることがわかった。
さらに、文献調査に基づき、これらの二金属複合材料の強度特性も概観する。Cu/Nb、Cu/Ag、Cu/Wなどが超高磁場発生に有望な候補材料として考えられるが、1.5 GPaの引張強度を達成するためにはさらなる強化が必要である。
本研究の成果は、次世代の超高磁場発生に向けた新材料開発に貢献するものと期待される。
統計資料
100Tを超える磁場発生には、55% IACS以上の電気伝導率と1.5 GPaの引張強度が必要とされる。
Cu/Nbの電気伝導率は、ADB処理では70% IACS、ARB処理では61% IACSが報告されている。
Cu/Crの電気伝導率は76% IACS、Cu/Agは61% IACSが報告されている。
引述
"Generating high magnetic fields requires materials with not only high electric conductivity, but also good strength properties in order to withstand the necessarily strong Lorentz forces."
"New composite materials with improved material properties regarding electrical conductivity and strength help to open the door for even higher pulsed magnetic fields, which would enable new experimental possibilities for several different classes of materials."