第46回日本磁気学会サマースクール

本講義では、磁気工学の基礎として磁性体の基本的な事柄について概説する。具体的には、代表的な磁性の種類、電子による磁気モーメントおよび複数個の電子からなる原子の磁気モーメント、代表的な磁性体である常磁性体および強磁性体の磁気的性質について述べる。また、強磁性体を応用する際に重要となる磁区構造、磁化過程およびヒステリシス曲線について述べる。

本講義では、空間に漏れる磁場や磁性体の磁気モーメントを可視化する“磁気イメージング”の様々な手法（ビッター法、磁気光学顕微鏡、ローレンツ電子顕微鏡、電子線ホログラフィ、スピンSEM、X線顕微鏡、磁気力顕微鏡、スピン偏極STM、走査ホール素子顕微鏡、SQUID顕微鏡、など)について、その測定原理や特徴について紹介する。

マイクロマグネティックスは、磁気記録やスピントロニクスデバイスなど微小領域におけるスピンの挙動を解析する標準的な手法となっている。本講義では、マイクロマグネティックスの基礎方程式、実効磁場、スピンに働くトルクについて説明する。シミュレーション事例を概観しながら、デバイス設計や新現象の理解にどのように用いるかを学ぶ。

磁性体の示す様々な物理現象・物性の理解には，電子構造に関する知識が重要となる。本講義では，磁性体の電子構造および電子構造と物性との関係を記述するために必要なバンド理論の基礎を習得することを目的とする。電子構造を記述するための模型・理論をいくつか紹介し，帯磁率や電気伝導特性などの様々な物性と電子構造を結びつける微視的理論についても説明する。

磁性材料は薄膜化、多層化することでバルク材料にはみられない特異な物性を発現し、これらを利用することで、磁気ストレージ、固体磁気メモリ、高感度磁界センサの高性能化が図られている。本講義では磁性薄膜の作製方法、評価方法について、その原理と特徴を述べる。さらに、磁性薄膜特有の物性である垂直磁気異方性、層間相互作用、巨大磁気抵抗効果などを、そのメカニズムを含めて説明する。

磁気記録(HDD)の高密度化技術の基礎を概説する。まず、主要磁性部品である記録/再生ヘッドと記録媒体について、基本構成と高密度化のために必要な開発事項を述べる。実はこれらの技術の単なる集積ではトリレンマと呼ばれる問題のため高密度化はできない。そこで、この課題のブレークスルー技術として現在検討されている、熱アシスト磁気記録、マイクロ波アシスト磁気記録、ビットパターンド媒体、二次元記録等について、基本コンセプトと開発課題を概説する。

近年、5G携帯電話のように電気電子機器の使用周波数が高まっている。磁性体はほとんどが金属であるため、高周波では渦電流損失との戦いである。このため、マイクロスケール～ナノスケールで磁性体粒子を絶縁物と複相化させることが新規高周波磁性材料開発のトレンドであるが、磁気的空芯との透磁率の有意差を得るための限界が近づいている。本講義では高周波磁気の基礎から現状の課題を挙げ、解決策としての実用材料まで紹介する。

本講義ではスピントロニクス分野の応用デバイスとそれにかかわる現象を中心に概説する。スピントロニクスは電子の有する電荷に加えスピンの自由度を同時に活用する研究分野であり、ハードディスク（HDD）の磁気ヘッドや情報不揮発性の固体メモリであるMRAMなどに応用され、私たちの身近なところでその技術が活躍している。スピントロニクスはナノテクノロジーの発展とともに2000年頃から急速に発展を遂げ、現在ではスピンが関わる広い物理現象を含むようになったため本講義ですべてを扱うことは難しい。このため、応用に重要な役割を果たしてきた磁気抵抗効果、磁化状態の制御方法（スピントルク）、主なスピントロニクス材料について要点を絞って説明する。

磁気光学効果は、光通信用の光アイソレータに利用されているほか、光磁気ディスクや磁気イメージングなど様々な分野に応用されている。本講義では、磁気光学効果に代表される光と磁気の相互作用及び磁気光学材料について基礎と応用を紹介する。

磁界は体の深いところまで到達するため、磁界の利用によって鮮明な断層撮影が可能となる。また、心拍や脳の活動による微弱な生体磁場を、高感度磁気センサを用いることで非侵襲かつ精度よく計測することが可能となる。本講義では、磁気を用いた医療・バイオ応用の主なものについて、原理や特徴を中心に説明し、近年の動向も紹介する。

本講義では，磁化し易く磁気異方性が低いと定義されるソフト（軟）磁性材料について基礎的な観点からそれらの静的磁化過程、磁気異方性および動的磁化過程（周波数特性）を、また、デバイス応用の観点から材料形状により異なることや材料の種類について紹介する。

永久磁石はモータや発電機に多く用いられている。近年の温室効果ガス排出削減の動きやエネルギーの需要増加を受け、自動車の電動化や風力発電の普及、産業用・家電用モータの低消費電力化のために永久磁石の高性能化・低コスト化が強く求められている。
本稿では、永久磁石において重要となる性能指標を説明するとともに、主要な永久磁石についての特徴・製法などを最近の技術動向を交えて紹介する。