保磁力
軟磁性材料である方向性電磁鋼板のヒステリシスループ群。B Rは保持力、H Cは保磁力を表す。外側のループが広いほど、保磁力は高くなる。ループ上の動きは反時計回りである。

保磁力は、磁気保磁力、保磁力、保磁力とも呼ばれ、強磁性体が外部磁場に対して消磁されることなく耐える能力の尺度です。保磁力は通常、エルステッドまたはアンペア/メートル単位で測定され、 H Cと表記されます。

電気工学および材料科学における類似の特性である電気保磁力は、強誘電体材料が脱分極することなく外部電界に耐える能力です。

高い保磁力を持つ強磁性材料は「磁気的に硬い」と呼ばれ、永久磁石の製造に使用されます。一方、低い保磁力を持つ材料は「磁気的に柔らかい」と呼ばれます。後者は 、変圧器やインダクタのコア、記録ヘッド、マイクロ波装置、磁気シールドなどに使用されます。

定義

仮想的な硬磁性材料の磁束対磁場ヒステリシス曲線 (BH 曲線) におけるさまざまな保磁力のグラフィカルな定義。
同じ磁石に対する、磁化対磁場 (MH) 曲線の観点から見た保磁力の同等の定義。

強磁性材料における保磁力とは、試料の磁化が強い磁場によって飽和状態になった後、その材料を消磁するために必要な印加磁場（H磁場）の強度です。この消磁磁場は、元の飽和磁場と反対方向に印加されます。しかしながら、保磁力には「消磁」を何とみなすかによって異なる定義があり、「保磁力」という用語そのものは曖昧となる場合があります。

  • 通常の保磁力H Cn は、磁束(物質内の平均Bフィールド) をゼロにするために必要なHフィールドです。
  • 固有保磁力H Ciは、磁化（物質内部の平均Mフィールド）をゼロにするために必要なHフィールドです。
  • 残留保磁力HCrは、残留磁化をゼロにするために必要なHフィールドであり、 Hフィールドが最終的にゼロに戻ると、BとMも両方ともゼロに低下する（材料がヒステリシス曲線の原点に達する）ことを意味します。[ 1 ]

軟磁性材料では通常の保磁力と固有保磁力の差は無視できる程度ですが、硬磁性材料ではその差が大きくなることがあります。[ 1 ]最も強力な希土類磁石はH Cnで磁化をほとんど失いません。

実験的決定

いくつかの磁性材料の保磁力
材料 保磁力（kA/m）
スーパーマロイ(16 Fe :79 Ni :5 Mo ) 0.0002 [ 2 ] : 131, 133
パーマロイ（Fe : 4Ni） 0.0008～0.08 [ 3 ]
鉄粉（0.9995重量％） 0.004～37.4 [ 4 ] [ 5 ]
電磁鋼板（11Fe:Si） 0.032～0.072 [ 6 ]
生鉄（1896年） 0.16 [ 7 ]
ニッケル（0.99重量） 0.056～23 [ 5 ] [ 8 ]
フェライト磁石（Zn x FeNi 1−x O 3） 1.2–16 [ 9 ]
2Fe:Co、[ 10 ]鉄極 19 [ 5 ]
コバルト（0.99重量） 0.8～72 [ 11 ]
アルニコ30～150 [ 12 ]
ディスクドライブ記録媒体（Cr：Co：Pt） 140 [ 13 ]
ネオジム磁石（NdFeB） 800～950年[ 14 ] [ 15 ]
12 Fe :13 Pt ( Fe 48 Pt 52 ) ≥980 [ 16 ]
?( Dy , Nb , Ga ( Co ):2 Nd :14 Fe : B ) 2040～2090年[ 17 ] [ 18 ]
サマリウムコバルト磁石（2 Sm :17 Fe :3 N ; 10 K）  <40～2800 [ 19 ] [ 20 ]
サマリウムコバルト磁石3200 [ 21 ]

一般的に、磁性体の保磁力は、上図に示すように、磁気ヒステリシスループ（磁化曲線とも呼ばれる）の測定によって決定されます。データ取得には、通常、振動試料型磁力計または交流勾配磁力計が使用されます。データ線がゼロと交差する印加磁場が保磁力となります。試料に反強磁性体が存在する場合、交換バイアス効果により、増加する磁場と減少する磁場で測定される保磁力が異なることがあります。

材料の保磁力は、磁化曲線を測定する時間スケールに依存する。保磁力よりも公称的に小さい逆磁場を印加して測定した材料の磁化は、長い時間スケールでゆっくりとゼロに緩和する可能性がある。緩和は、磁壁移動による磁化反転が熱的に活性化され、磁気粘性によって支配されるときに発生する。[ 22 ]高周波における保磁力の値が増加すると、高帯域幅磁気記録におけるデータレートの向上にとって深刻な障害となる。さらに、ストレージ密度の増加には通常、媒体の保磁力の上昇が必要となるという事実も、この障害を悪化させている。

理論

保磁力では、印加磁場方向に沿って測定した強磁性体の磁化のベクトル成分はゼロである。磁化反転には、単磁区回転と磁壁移動という2つの主要なモードがある。材料の磁化が回転によって反転する場合、ベクトルが印加磁場に直交する方向を向いているため、印加磁場に沿った磁化成分はゼロである。磁化が磁壁移動によって反転する場合、すべての個別の磁区のモーメントの合計がゼロになるため、すべてのベクトル方向の正味の磁化は小さくなる。回転と磁気結晶異方性によって支配される磁化曲線は、基礎研究で使用される比較的完全な磁性材料で見られる。[ 23 ]実際の工業材料では、粒界や不純物などの欠陥が反転磁化磁区の核生成サイトとして機能するため、磁壁移動はより重要な反転メカニズムである。欠陥が磁壁の核生成に加えて磁壁を固定する可能性もあるため、保磁力の決定における磁壁の役割は複雑である。強磁性体の磁壁のダイナミクスは、磁壁と粒界が両方とも平面欠陥であるため、 冶金学における粒界および塑性のダイナミクスに似ています。

意義

あらゆるヒステリシス過程と同様に、1周期における磁化曲線内の面積は、磁化を反転させる際に外部磁場によって材料に加えられる仕事を表し、熱として散逸されます。磁性材料における一般的な散逸過程には、磁歪と磁壁移動が含まれます。保磁力は磁気ヒステリシスの程度を示す指標であり、したがって、一般的な用途における軟磁性材料の損失特性を特徴づけるものです。

飽和残留磁化と保磁力は硬質磁石の性能指標ですが、最大エネルギー積も一般的に引用されます。1980年代には、エネルギー積は高いもののキュリー温度が望ましくないほど低い希土類磁石が開発されました。1990年代以降、高い保磁力を持つ新しい交換スプリング硬質磁石が開発されました。[ 24 ]

参照

参考文献

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