東京大学の関岳人助教らのグループは、日本製鉄㈱と共同で新開発の電子顕微鏡を用いてケイ素鋼の結晶粒界を原子レベルで直接観察し、その原子配列を解明することに初めて成功した。特異な原子配列はエネルギーの安定化につながりそうだ。

ケイ素鋼は電磁鋼板として用いられる鉄鋼材料であり、変圧器やモーター・発電機の鉄心に利用されている。またこの素材は、より高効率な電気エネルギーの利用において極めて重要なエネルギー変換材料であると考えられている。

鉄の結晶には磁化しやすい磁化容易軸が存在するため、鉄鋼材料を鉄心として使用する際に磁界のかかる方向に磁化容易軸をそろえた結晶粒とすることで、高いエネルギー効率を有する鉄心を製造することができる。結晶方位をそろえた材料組織を作り込むためには、結晶粒界の制御が極めて重要と考えられるが、その原子配列はこれまで未解明であった。

研究グループは新開発の原子分解能磁場フリー電子顕微鏡（ＭＡＲＳ）を使うことで、ケイ素鋼の粒界原子配列観察に成功。また、理論計算を組み合わせることで、観察された結晶粒界は単純な周期をもたない非整合と呼ばれる特異な原子配列であることが明らかになった。

このような特異な原子配列の出現により、結晶粒界のエネルギーを大きく安定化させることが示唆されている。

研究グループは「本成果はこれまでの原子配列や構造安定性、粒界移動機構などを根本的に見直す必要性を強く示唆するものであるとともに、原子レベルからの新材料製造プロセス構築への重要な一歩になると期待される」とコメントした。