磁致伸縮：磁性材料の特性
マグネトストリクションとは、外部の磁場によって磁性材料の形状や寸法が変化する性質のことです。マグネトストリクションによる材料のサイズや長さの変化は、適用される磁場の強度と方向、および材料の磁気各向異性と結晶構造に依存します。磁場により影響されます。
マグネトストリクションは、電磁エネルギーを機械エネルギーに変換したり、その逆を行ったりするための基礎であり、アクチュエータ、センサー、トランスデューサー、トランスフォーマー、モーター、発電機など多くの応用技術の基盤となっています。
マグネトストリクションとは何ですか？
マグネトストリクションは1842年にジェームズ・ジュールによって発見されました。彼は、鉄棒が磁化されると長さがわずかに伸び、幅方向に磁化されるとわずかに縮むことを観察しました。この現象はジュール効果として知られており、ほとんどの強磁性材料（外部磁場によって磁化できる材料）と一部のフェリ磁性材料（2つの反対の磁性サブラティスを持つ材料）で起こります。
マグネトストリクションの物理的メカニズムは、磁性材料の内部構造に関連しています。これは、ドメインと呼ばれる微視的な領域から成り立っています。各ドメインには、磁気各向異性エネルギー（材料が特定の結晶方向に磁化を整列させる傾向）と磁気静的エネルギー（材料が磁極を最小限にする傾向）のバランスによって決定される一様な磁化方向があります。
外部磁場が磁性材料に適用されると、ドメインにトルクがかかり、それらが回転して磁場の方向に整列します。この過程では、ドメイン壁（異なる磁化方向を持つドメイン間の境界）の移動と結晶格子（材料内の原子の配列）の変形が含まれます。その結果、材料はそのマグネトストリクティブ歪み（マグネトストリクションによる長さまたは体積の相対的な変化）に応じて形状または寸法を変化させます。
マグネトストリクティブ歪みは、以下のようないくつかの要因に依存します：
適用される磁場の大きさと方向
材料の飽和磁化（可能な最大磁化）
材料の磁気各向異性（特定の磁化方向への好ましさ）
材料の磁弾性結合（磁化と弾性歪みの相互作用）
材料の温度と応力状態
マグネトストリクティブ歪みは、磁化時に材料が膨張するか収縮するかによって正または負となることがあります。一部の材料は、高い磁場にさらされたときにマグネトストリクティブ歪みの符号が反転することがあり、これをヴィラリ反転と呼びます。
マグネトストリクティブ歪みは、光学干渉計、ひずみゲージ、圧電トランスデューサー、または共振法などの様々な方法で測定できます。マグネトストリクションを特徴付ける最も一般的なパラメータは、マグネトストリクション係数（ジュール係数とも呼ばれます）であり、次のように定義されます：
λ=LΔL
ここで、ΔLは材料がゼロから飽和まで磁化されたときの長さの変化、Lは初期の長さです。
マグネトストリクティブ材料
マグネトストリクションを示す材料は多数ありますが、中には他の材料よりも高い値と優れた性能を持つものもあります。マグネトストリクティブ材料の例としては以下のものが挙げられます：
鉄：鉄は高価な飽和磁化と低コストにより、最も一般的で広く使用されているマグネトストリクティブ材料の一つです。しかし、鉄にはマグネトストリクション係数が低い（約20 ppm）、ヒステリシス損失（磁化サイクルごとに放出されるエネルギー）が高く、誘導電流による電流損失（導電性材料内に誘導される電流によるエネルギーの放出）が高いという欠点があります。また、鉄は強磁性特性を失う温度であるキュリー温度が低い（磁性を失う温度）ため、高温での使用が制限されています。
ニッケル：ニッケルのマグネトストリクション係数は鉄よりも高い（約60 ppm）ですが、ヒステリシス損失と誘導電流損失も高いです。ニッケルのキュリー温度も低い（約360°C）ため、腐食にも脆弱です。
コバルト：コバルトのマグネトストリクション係数は適度（約30 ppm）ですが、飽和磁化が高く、キュリー温度も高い（約1120°C）です。コバルトはヒステリシス損失と誘導電流損失も低いため、高周波アプリケーションに適しています。
鉄-アルミニウム合金（Alfer）：この合金はマグネトストリクション係数が高く（約100 ppm）、飽和磁化も高く、キュリー温度も高い（約800°C）です。また、機械的特性も良好です。ただし、製造が難しく、特別な熱処理が必要です。
鉄-ニッケル合金（Permalloy）：この合金はマグネトストリクション係数が低い（約1 ppm）ですが、飽和磁化が高く、透過性（材料が内部磁場をサポートする能力）も高いです。また、ヒステリシス損失と誘導電流損失も低いため、磁気シールドや記録用途に理想的です。
コバルト-ニッケル合金：この合金はマグネトストリクション係数が適度（約20 ppm）ですが、飽和磁化が高く、キュリー温度も高い（約950°C）です。また、耐食性も良好です。
鉄-コバルト合金：この合金はマグネトストリクション係数が適度（約30 ppm）ですが、非常に高い飽和磁化とキュリー温度（約980°C）を持ちます。また、機械的特性も良好です。
コバルト-鉄-バナジウム合金（Permendur）：この合金はマグネトストリクション係数が低い（約5 ppm）ですが、非常に高い飽和磁化と非常に高いキュリー温度（約1400°C）を持ちます。また、ヒステリシス損失と誘導電流損失も低いため、高電力用途に適しています。
フェライト：フェライトは酸化鉄と他の金属酸化物（コバルト酸化物やニッケル酸化物など）から成るセラミック材料です。マグネトストリクション係数は低い（10 ppm未満）ですが、飽和磁化と透過性も低いため、
