磁性材料の材料設計に活用できる新たなシミュレーション技術を開発【富士通】

2013年9月5日

ジスプロシウムなどの重レアアースを使用しない新規磁石材料の開発に期待

当社は、この度、スーパーコンピュータ「京」（注1 ）を用いた大規模磁化反転（注2 ）シミュレーション技術を開発し、永久磁石が磁化反転する過程を大規模にシミュレーションすることに世界で初めて成功しました。

磁性材料における磁化反転の過程は従来から研究されてきましたが、ネオジム磁石（注3 ）の忠実なモデル化は膨大な計算量を要することから、その過程をシミュレーションで再現することが困難でした。

今回、当社は有限要素法（注4 ）の手法とマイクロマグネティックス（注5 ）の手法を組み合わせて、従来技術の数分の1である1ナノメートルという微細な領域に分割した複雑形状のネオジム磁石のモデルをつくり、それに伴い発生する膨大な計算を大規模な並列計算技術を用いてスーパーコンピュータで実行する、磁界シミュレーション技術を開発しました。

本技術により、従来のシミュレーターでは扱うことができなかった磁性体の微細な磁区構造（注6 、図1）を解析することができるようになりました。今後、ジスプロシウムなどの重レアアース（注7 ）を使用しない強力なネオジム磁石など、新たな磁性材料の研究開発の促進が期待されます。

当社は、本技術を用いたネオジム磁石の磁化反転のシミュレーションを、独立行政法人物質・材料研究機構（本部：茨城県つくば市、理事長：潮田資勝、以下、NIMS）と共同で、「京」を用いて実行（注8 ）しました。このシミュレーション結果について、国立大学法人北海道大学（所在地：札幌市、総長：山口佳三）で開催される第37回日本磁気学会学術講演会において、9月5日（木曜日）に両者連名で発表しております。

背景

近年、モーターや発電機のような磁性材料を利用した機器の高効率化が省エネルギーへの機運の高まりとともに大きく注目されています。特に、ハイブリッド電気自動車（HEV）や電気自動車（EV）のモーターにはジスプロシウムなどの重レアアースを使用したネオジム磁石が採用されていますが、資源問題などの観点から重レアアースを使用しない強力なネオジム磁石の開発が重要となってきています。

そのため、新たな磁性材料の作製に向けた、磁性材料の磁区構造を把握する技術が研究されてきました。

多結晶モデルの磁化反転の挙動

シミュレーションの概要

新たに開発したシミュレーション技術を用いて、ネオジム磁石の磁化反転のシミュレーションを行いました。今回のシミュレーションでは、ネオジム磁石の多結晶モデル（図1）を用い、計算領域を1ナノメートルの微細な領域に分割することで磁壁と呼ばれる磁化の遷移領域の挙動を計算しました（図2）。これまでのシミュレーション技術では困難だった磁壁の移動や磁化反転が進行する様子を解析することが可能になっています。