課題番号 ：S-19-MS-1034
利用形態 ：機器センター施設利用（ナノテクノロジープラットフォーム）
利用課題名（日本語） ：希⼟類⾦属ドープ型ビスマスフェライトナノ粒子の磁性に関する研究
Program Title (English) ：Magnetic Property of rare-earth bismuth ferrite nanoparticles
利用者名（日本語） ：有馬　ボシールアハンマド
Username (English) ：Bashir Ahmmad ARIMA
所属名（日本語） ：山形大学大学院理工学研究科
Affiliation (English) ：Yamagata University

１．概要（Summary ）
マルチフェロイクス材料としてビスマスフェライト（BiFeO3）が注目されている。しかし、デバイスへの応用にあたって、強誘電特性と磁化特性の向上が必要である。そこでBiサイトまたはFeサイトにGd及びPrを共添加したセラミックス材料を作製し、分析測定及び磁化特性評価した。Biサイトに10%Gdドープした状態でFeサイトに10%Prをドープする事によって大きな飽和磁化、残留磁化が見られた。
２．実験（Experimental）
BiFeO3, Bi0.95-xPrxGd0.05FeO3 (x=00.25) Bi0.90Gd0.10 Fe1-xPrxO3 (x=0.00.25)試料の作製は固体反応法によって行われた。得られた粉末をXRD (Rigaku, UltimaⅣ)による結晶性評価及び、SQUID(Quantum Design, MPMS-XL7)による磁化特性評価に用いた。
３．結果と考察（Results and Discussion）
GdとPrを共ドープしたセラミックのヒステリシスループは飽和しないが、Prの添加量が5%,10%,15%のサンプルでは、明確に残留磁化と保磁力の大幅な向上が確認できた（図１）。最大磁化、残留磁化、保磁力は全てx=0.10の時に最大の値を示した。

図１ Pr ドープ量による磁化特性の変化。
また、興味深い特徴として、M-Hヒステリシスループが非対称なことである。これは、合成した試料に交換バイアス（EB）効果があることを示している。EBの存在は、FM相とAFM相の間の界面での交換異方性の誘導によって引き起こされる。Bi0.90Gd0.10Fe1-xPrxO3における留磁化Mr、保磁力Hc及び交換バイアスの値を表1に示す。
表1：Bi0.90Gd0.10Fe1-xPrxO3の磁化特性
Prドープ量（mol） 最大磁化
M [emu/g] 残留磁化
Mr[emu/g] 保磁力
HC [Oe] 交換バイアス
EB [Oe]
x=0.00 0.364 0.0283 2006 -275
x=0.05 0.396 0.0436 2277 -250
x=0.10 0.409 0.0641 3297 -153
x=0.15 0.395 0.0498 2628 -350
x=0.20 0.382 0.0339 1915 -440
x=0.25 0.358 0.0141 844 -480

４．その他・特記事項（Others）
なし
５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1). N. Kubota, M. K. Alamb, F. A. Khan, S. Kubota, F. Hirose, B. Ahmmad、7the International Conference on Smart Systems, (2019年10月11日).
(2)久保田　直人、久保田 繁、 廣瀬 文彦、有馬 ボシール アハンマド、電子情報通信学会技術研究報告vol. 119(431) (2020年)pp. 35-38.
(3). 永田一成、齊藤健太郎、鹿又健作、有馬ボシールアハンマド、三浦正範、久保田繁、廣瀬文彦、電子情報通信学会技術研究報告vol. 119(431) (2020年) pp.5-7.
６．関連特許（Patent）
なし