純粋なニッケル磁気です
周期表の28番目の遷移金属要素として、ニッケルの磁気特性は謎のままであり、科学的発見の探求に残ります。 18世紀の公式発見以来、ニッケルのユニークな磁気行動は、物理学者の世代を困惑させてきました。鉄の強い強磁性もアルミニウムの完全な常磁性も示しません。この「あいまいな」磁気特性は、その中間のどこかで、科学者がその基礎となるメカニズムを解読するために2世紀近くを取りました。
純粋なニッケルの磁気性
純粋なニッケルは、室温で弱い強磁性を示し、磁化強度は最大55 EMU/gと約100 OEの強制性を示します。この特性により、鉄の残りの磁気を保持しない一方で、永久磁石に引き付けることができます。この「柔らかい磁気」特性は、独自の電子構造に由来しています。ニッケル原子は3D軌道に8つの電子を含み、5つはスピン- up、スピン-を下にして、完全にキャンセルされない正味の磁気モーメントをもたらします。多数のニッケル原子が凝集すると、これらの磁気モーメントは、交換相互作用を通じて自然に磁化された領域（ドメイン）を形成します。ただし、外部磁場がない場合、ドメインはランダムに整列し、巨視的な磁性を示しません。
外部磁場が適用されると、純粋なニッケルの磁化が3つの段階を示します。
可逆的磁化（0-500 OE）：ドメイン壁はゆっくりと移動し、磁化強度は外部磁場に直線的に比例します。
Barkhausen Jump（500-1000 OE）：ドメインの壁が突然移動し、磁化強度にステップ変化します。
Near-saturation (>1000 OE）：すべてのドメインが本質的に整列しており、磁化強度の増加が遅くなります。
この特性は、純粋なニッケルが交互の磁場で非常に低いヒステリストの損失を与え、渦電流損失係数はシリコン鋼の3番目の-のみであり、高-周波数電磁デバイスに理想的な材料になります。
磁気特性に影響する3つの重要な要因
磁気特性に対する温度の影響
純粋なニッケルのキュリー温度は631 K（358度）です。この温度以下では、強磁性を示しますが、この温度を超えて、常磁性に変化します。実験データは、磁気感受性が20度で3.2×10 - 3であるが、300度に加熱すると1.8×10-4に急激に低下することを示しています。この温度感度は、熱センサーで使用されます。ニッケルベースのサーミスタは、-50度から200度の範囲で0.1度の測定精度を達成できます。
結晶構造の形成効果
室温での純粋なニッケルの顔-中心キュービック（FCC）構造は、異方性磁気透過性を与えます。 [100]結晶方向に沿って磁化すると、磁気透過性は1.2×10 - 6 h/mに達し、[111]方向はわずか0.8×10-6 h/mです。方向性凝固技術によって調製された単結晶ニッケルは、最大1.5：1の磁気異方性比を達成し、磁気デバイスのエネルギー変換効率を大幅に改善します。
増強パスを合金化します
30％の鉄を追加してパーマロイ（ni - Fe）を形成すると、初期磁性透過性が10^5のオーダー、純粋なニッケルの1,000倍まで増加する可能性があります。 5％のコバルトをニッケル-コバルト合金に追加すると、強動性が100 OEから2 OEに低下し、磁気記録材料の最大の選択肢となります。この合金戦略により、ニッケル{-ベースの磁気材料が、ソフト磁石から永久磁石まで、スペクトル全体をカバーすることができます。
磁気駆動の4つの切断-エッジアプリケーション
量子コンピューティングの磁気シールド
超伝導Qubitsでは、純粋なニッケル薄膜によって形成されたフラックストラップは、磁場ノイズを40 dB減らすことができ、100μsを超える量子状態保持時間を可能にします。 IBMの量子コンピューターでニッケル-ベースの磁気シールドを使用して、量子ゲート操作の忠実度は99.2％から99.97％に増加しました。新しいエネルギーにおける磁気コア革命
テスラモデル3のモーターステーターは、ニッケル-鉄の柔らかい磁気合金を利用しています。 20kHzの動作周波数では、鉄の損失は、従来のシリコン鋼シートの2.5W/kgから0.8W/kgに減少し、98.5％のモーター効率と範囲が15％増加します。
バイオメディシンの磁気ナビゲーション
50nmの直径のニッケルナノ粒子は、交互の磁場で局所的な熱効果を生成し、腫瘍細胞の正確な熱アブレーションを可能にします。臨床試験では、この磁性液熱療法の肝臓がんの治癒率は72％であり、従来の放射線療法よりも正常組織の損傷が少ないことが示されています。
18世紀のニッケルの磁気の発見から、21世紀のニッケル-ベースの量子磁石の建設まで、純粋なニッケルの磁気に対する人類の理解は深まり続けています。現在、科学者は、ニッケルのトポロジー磁気構造を操作することにより、ゼロ-エネルギー磁気貯蔵を達成する可能性を調査しています。業界では、3D印刷技術により、ニッケル-ベースの磁気デバイスのカスタマイズされた生産が現実になりました。
