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大澤 崇人; 長澤 俊作*; 二宮 和彦*; 高橋 忠幸*; 中村 智樹*; 和田 大雅*; 谷口 秋洋*; 梅垣 いづみ*; 久保 謙哉*; 寺田 健太郎*; et al.
ACS Earth and Space Chemistry (Internet), 7(4), p.699 - 711, 2023/04
被引用回数：4 パーセンタイル：92.07(Chemistry, Multidisciplinary)小惑星試料中の炭素をはじめとする主要元素の濃度は、地球上の生命の誕生や太陽系の進化について非常に重要な情報を与えてくれる。ミュオンX線を用いた元素分析は、固体物質の元素組成を決定する最も優れた分析方法の一つであり、特にバルク試料中の軽元素濃度を非破壊で測定できる唯一の方法である。我々は、探査機「はやぶさ2」が小惑星リュウグウから回収した貴重な微小試料中の炭素などの主要元素の濃度を測定するために、ミュオンX線を用いた新しい分析システムを開発した。この分析システムは、ステンレス製の分析チャンバー、クリーンな環境で小惑星サンプルを操作するためのアクリル製のグローブボックス、分析チャンバーを囲むように配置されたGe半導体検出器から構成されている。測定に重要なバックグラウンドレベルを含め、分析装置の性能は初期から後期まで大幅に向上した。フィージビリティスタディの結果、最新型のミュオンX線分析装置は、「はやぶさ2」のサンプルモデル中の炭素濃度を6日間の測定で10%以下の不確かさで決定できることがわかった。
渡邊 成*; 荒木 康史; 小林 浩二*; 小澤 耀弘*; 野村 健太郎*
Journal of the Physical Society of Japan, 91(8), p.083702_1 - 083702_5, 2022/08
被引用回数：4 パーセンタイル：56.47(Physics, Multidisciplinary)本論文では籠目格子上で構成される磁気秩序について、電子系の強束縛ハミルトニアンに基づいて数値計算を行い、電子の充填率及びスピン軌道相互作用の強さに対する依存性を調べる。籠目格子上では電子の充填率によって、強磁性及びノンコリニア反強磁性秩序のいずれも取りうることを示す。これらの磁気秩序は、籠目格子に特有のディラック分散や平坦バンドといったバンド構造に由来するものである。更に、Kane-Mele型やRashba型のスピン軌道相互作用を導入することで、実効的なDzyaloshinskii-Moriya相互作用が誘起され、磁気スパイラルや反強磁性120度構造等のノンコリニアな磁気秩序が安定化されることを示す。本研究によって得られた磁気秩序の相構造に関する知見は、ワイル・ディラック電子を示すような籠目格子の層状物質群における磁気秩序の起源を理解するのに役立つと期待される。
荒木 康史; 渡邊 成*; 野村 健太郎*
Journal of the Physical Society of Japan, 90(9), p.094702_1 - 094702_9, 2021/09
被引用回数：1 パーセンタイル：15.97(Physics, Multidisciplinary)磁性を持つ線ノード半金属はいくつかの化合物で理論的および実験的に確認されているが、一方で、その磁気秩序と電子の性質の間の関係性についての理解は進んでいない。本研究では磁性線ノード半金属のバルク及び境界面における電子の性質を理解することを目的として、トポロジカルディラック半金属(TDSM)に磁性を導入した系を数値的および解析的に取り扱う。TDSMはスピン縮退したディラック点のペアを持つ物質であり、
及び
等が知られている。TDSMの格子模型で電子スピンに結合した磁化を導入してバンド構造を計算することにより、TDSMは磁化の向き及び結合定数に依存して、ワイル半金属または線ノード半金属のいずれかに転移することが示された。これによって得られた磁性線ノード半金属相の電子状態を計算することにより、境界面においては線ノードに対応したドラムヘッド型バンド構造を持つゼロモードが現れることが示された。この境界モードはバルクの整数
トポロジカル数により特徴づけられるものであり、磁壁に局在して現れることが見出された。
紅林 大地*; 荒木 康史; 野村 健太郎*
Journal of the Physical Society of Japan, 90(8), p.084702_1 - 084702_9, 2021/08
被引用回数：8 パーセンタイル：68.36(Physics, Multidisciplinary)本研究では、磁性ワイル半金属において電流および電圧によって誘起されるスピントルクの理論を導出する。磁性ワイル半金属においては、非自明なトポロジーを持つバンド構造に由来して磁化と電子輸送が結合し、スピントロニクスに適した性質を示す。本論文では、磁化構造の勾配および電流に関する摂動展開に基づき、電流によって誘起されるスピントルクを網羅的に導出する。このトルクはスピン軌道トルク及びスピン移行トルクを内包するものである。更に、電圧(電位差)によって誘起されるトルクも微視的に導出し、このトルクがスピンと軸性カレントの対応関係、及びカイラルアノマリーに由来するものであることを示す。
荒木 康史; 三澤 貴宏*; 野村 健太郎*
Physical Review Research (Internet), 3(2), p.023219_1 - 023219_15, 2021/06
本論文では、トポロジカルディラック半金属(TDSM)表面のギャップレス状態を介した、長距離スピン伝送を理論面から提案する。次世代のスピントロニクス素子の構築のためには、散逸の少ないスピン流を実現することが必要である。主要なスピン流のキャリアは金属中の伝導電子や磁性絶縁体中のスピン波であるが、これらはジュール熱やギルバート緩和により伝播距離が制限される問題がある。本研究ではTDSM(Cd
As
, NaBi等)のスピン・ヘリカルな表面状態が、乱れに対して頑強である性質を用いて、低散逸で長距離のスピン輸送を提案する。2つの磁性絶縁体とTDSMの接合系を考え、一方の磁性体の磁化ダイナミクスにより、TDSM表面を介して他方の磁性体に注入されるスピン流に注目する。表面における輸送理論と、格子模型による実時間発展シミュレーションを併用することにより、TDSM表面を流れるスピン流は準量子化された値をとり、その値は界面の微視的な結合の構造によらないことを示す。さらに、このスピン流は長距離においても乱れに対して強いことを示し、TDSMがスピントロニクス素子へ応用可能な表面状態をもつことを提案する。
荒木 康史; 三澤 貴宏*; 野村 健太郎*
Physical Review Research (Internet), 2(2), p.023195_1 - 023195_11, 2020/05
We theoretically manifest that the edge of a quantum spin Hall insulator (QSHI), attached to an insulating ferromagnet (FM), can realize a highly efficient spin-to-charge conversion. Based on a one-dimensional QSHI-FM junction, the electron dynamics on the QSHI edge is analyzed, driven by a magnetization dynamics in the FM. Under a large gap opening on the edge from the magnetic exchange coupling, we find that the spin injection into the QSHI edge gets suppressed while the charge current driven on the edge gets maximized, demanded by the band topology of the one-dimensional helical edge states.
戸田 裕之*; 山口 正剛; 松田 健二*; 清水 一行*; 平山 恭介*; Su, H.*; 藤原 比呂*; 海老原 健一; 板倉 充洋; 都留 智仁; et al.
鉄と鋼, 105(2), p.240 - 253, 2019/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Metallurgy & Metallurgical Engineering)本レビューでは、高強度アルミニウム合金の水素脆化に関する研究活動、特に様々なトラップサイトでの水素トラップとそれによる水素脆化への影響に焦点を当てて報告する。高亜鉛濃度Al-Zn-Mg合金において、高分解能TEM法による析出物のナノ構造及び界面構造の分析や、高分解能X線マイクロトモグラフィー技術による詳細な破壊マイクロメカニズムとマイクロ構造-破壊特性関係の調査がなされ、さらに、ごく最近実現された超高分解能X線顕微鏡により特徴的な局部的変形、亀裂の発生・成長が観察されている。また、第一原理シミュレーションによる数々の水素トラップサイトのトラップエネルギー導出を元に、変形・破壊中の水素再分配が解析された。水素の再分配と3つの異なるミクロ機構による水素脆化との間の関係を論じ、水素脆化が起こるための現実的な条件を説明する。
寺田 健太郎*; 佐藤 朗*; 二宮 和彦*; 川島 祥孝*; 下村 浩一郎*; 吉田 剛*; 河井 洋輔*; 大澤 崇人; 橘 省吾*
Scientific Reports (Internet), 7(1), p.15478_1 - 15478_6, 2017/11
被引用回数：21 パーセンタイル：69.67(Multidisciplinary Sciences)電子やX線を用いた特性X線分析は基礎的化学分析手法として様々な分野で用いられている。近年、その高い透過性からミュオン捕獲特性X線を用いた分析手法が注目を集めている。我々はここに最新の強力なDCミュオン源であるMuSICを用いて行った炭素質コンドライトの分析結果について報告する。炭素を約2%含むJbilet Winselwan隕石を測定した結果、Mg, Si, Fe, O, S, Cからのミュオン捕獲特性X線を検出し、元素存在度のパターンはCMコンドライトとして無矛盾であった。本非破壊分析手法は炭素に高い感度を持つことから、C型小惑星からのサンプルが持ち帰られた場合にも、それを分析する強力な新手法となりえる。
Cs concentrations in foliose lichens within Tsukuba-city as a reflection of radioactive fallout from the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident大村 嘉人*; 松倉 君予*; 阿部 淳一*; 保坂 健太郎*; 玉置 雅紀*; 土肥 輝美; 柿嶌 眞*; Seaward, M. R. D.*
Journal of Environmental Radioactivity, 141, p.38 - 43, 2015/03
被引用回数：12 パーセンタイル：34.88(Environmental Sciences)2013年8月に採取した葉状地衣類10種類の放射性セシウム濃度(Cs)の範囲は1.7-35kBq/kgであった。2つの優占種、Dirinaria applanataとPhyscia orientalisにおいて、それらのCs濃度と試料採取地点の空間線量率との関係を調べた。P. orientalisのCs濃度は福島原子力発電所事故から約1年後に測定したもので、試料採取地点の空間線量率との間に良好な相関関係がみられた(r
=0.80)。さらに、事故から2年経過した試料採取地点の空間線量率との間にも相関関係がみられた(r=0.65)ことから、時間経過後も継続して大気中の放射性降下物レベルを反映するバイオモニターとしての有用性を示すといえる。対照的に、Dirinaria applanataの場合は、それらの試料採取地点の空間線量率との相関関係はみられなかった。
塩見 雄毅*; 野村 健太郎*; 梶原 瑛祐*; 江藤 数馬*; Novak, M.*; 瀬川 耕司*; 安藤 陽一*; 齊藤 英治
Physical Review Letters, 113(19), p.196601_1 - 196601_5, 2014/11
被引用回数：274 パーセンタイル：99.03(Physics, Multidisciplinary)We report successful spin injection into the surface states of topological insulators by using a spin pumping technique. By measuring the voltage that shows up across the samples as a result of spin pumping, we demonstrate that a spin-electricity conversion effect takes place in the surface states of bulk-insulating topological insulators Bi
Sb
Te
Se
and Sn-doped Bi
TeSe. In this process, the injected spins are converted into a charge current along the Hall direction due to the spin-momentum locking on the surface state.
山田 国見; 安江 健一; 岩野 英樹*; 山田 隆二*; 梅田 浩司; 小村 健太朗*
地質学雑誌, 118(7), p.437 - 448, 2012/07
上下変位を伴うA級の活断層である阿寺断層の周辺から採取された地表・ボーリングコア試料に対してフィッション・トラック分析を行い、上下変位量と活動開始時期を推定した。その結果、白亜紀以降の上下変位量は約1kmであり、基盤岩や地形的な変位量と変わらないことが明らかになった。これは阿寺断層の現在の活動様式が鮮新世末以降に開始したという従来の見解と整合的である。また、破砕帯内の地表・ボーリングコア試料から20Ma頃に破砕帯内で断層に沿って広い範囲で加熱があったことが明らかになった。これはこの時期には既に破砕帯が存在し、おそらく断層運動が始まっていたことを示す。
岡田 耕一; 近藤 恵太郎; 落合 謙太郎; 佐藤 聡; 今野 力; 西谷 健夫; 野村 健*; 岡本 敦*; 北島 純男*; 笹尾 真実子*
no journal, ,
ITERにおいて、燃焼領域中心の
/
燃料イオン比を測定することが求められている。燃料イオン比を測定するための一つの方法としてDT/DD反応比を利用したものがあり、われわれは中性子計測を用いて反応比を求めることを目標としている。本報告では、燃料比測定を目的とした中性子計測システムに対して要求される性能についての検討に対する報告を行う。計測器としては2結晶型のTOFスペクトロメータを採用した。ITERをモデル化し、プラズマでの中性子発生数から計測器への入射中性子数を求め、第1検出器の飽和が起こらない条件を導いた。また、燃焼制御のサポートを目的としていることから、100ms以内に統計精度10%を得ることを目標とし、それに合うような計数効率の条件、つまり、第1検出器に入射した中性子数に対するTOFスペクトロメータとしての計数の割合が要求に見合うような条件も導いた。モンテカルロコード(MCNP)を用いてTOFスペクトロメータで用いる検出器の配置の変化による計数効率への影響を調べ、上記2つの条件と合わせて検討した。
山田 国見; 安江 健一; 岩野 英樹*; 山田 隆二*; 梅田 浩司; 小村 健太朗*
no journal, ,
上下変位を伴うA級の活断層である阿寺断層の周辺から採取された地表試料と破砕帯内のボーリングコア試料に対してフィッション・トラック年代測定、フィッション・トラック長測定、それらの順モデリングを行い、垂直変位量と活動開始時期を推定した。その結果、(1)約70Ma以降の垂直変位量は約1kmであり、基盤岩や地形の高度差に基づく変位量と変わらないこと、(2)40-60Maに局所的な加熱があったこと、(3)20Ma頃に破砕帯内で断層に沿って広い範囲で加熱があったこと、が明らかになった。(1)は阿寺断層の現在の変位様式の活動が第四紀初頭以降に開始したという従来の見解と整合的である。(2)は60-70Maを示す西南日本内帯東部に分布する複数の小規模な火成活動との関連が考えられる。(3)はこの時期には既に破砕帯が存在し、おそらく断層運動が始まっていたことを示す。すなわち、阿寺断層の現在の活動は、かつて存在した古阿寺断層の再活動にあたると考えられる。
佐藤 稔紀; 木口 努*; 板本 昌治*; 小村 健太朗*
no journal, ,
地盤工学会「水圧破砕法による初期地圧測定法の基準化委員会」では基準案を策定した。本報では、基準案のうち、測定方法とその理論、主応力値の算出について解説する。
荒木 康史; 三澤 貴宏*; 野村 健太郎*
no journal, ,
We present our theoretical work on spin pumping into a two-dimensional (2D) quantum spin Hall inslator (QSHI). Recent theories and experiments have demonstrated the QSHI phase in a monolayer of transition metal dichalcogenide 1T'-WTe2, which can be easily engineered in contrast to traditionally-known HgTe/CdTe and InAs/GaSb quantum wells. While the theory of spin pumping is well established in normal metals by focusing on the spin-dependent electron scattering at the interface, it is unreliable for topologically nontrivial interfaces in such systems. In the present work, we consider a junction of a ferromagnet and a 2D QSHI at its 1D edge, and demonstrate the pumping of angular momentum from the spin-precessing ferromagnet into the QSHI. Using the Floquet theory for the electrons on the helical edge states, we analytically show that the time-periodic precession of the magnetization drives a charge current on the edge, for the whole range of precession frequency. This edge current can be regarded as a consequence of the inverse spin Hall effect intrinsic to the QSHI, which converts the injected spin current into a transverse charge current. By varying the precession frequency of the magnetization and the coupling strength at the junction, we find a clear crossover between two regimes: the adiabatic regime, where the slow magnetization precession drives a quantized pumping, and the resonant regime, where the fast precession leads to a suppressed pumping. We also incorporate the effect of orbital dependence in the exchange coupling at the edge, and show numerically that it shifts the crossover point between the adiabatic and resonant regimes.
荒木 康史; 三澤 貴宏*; 野村 健太郎*
no journal, ,
The two-dimensional quantum spin Hall insulator (2D QSHI) is the most primitive but quite important realization of topological insulator. It shows the helical edge states protected by time-reversal symmetry, whereas the quantized spin Hall conductivity in the bulk. In the present work, we theoretically investigate the spin pumping from a precessing ferromagnet into a 2D QSHI thoroughly from the adiabatic to nonadiabatic regimes, both analytically and numerically. We analytically treat the dynamics of the edge-state electrons coupled to the precessing ferromagnet by the Floquet theory, and derive the pumped current as a function of the exchange energy and the precession frequency. We find that a heat bath for the edge electrons governs the transition between the adiabatic and nonadiabatic regime: when the edge electrons are coupled with a heat bath, their spin and energy can dissipate into the bath by a certain rate, eventually reaching a periodic steady state. The pumped current on the becomes quantized when the exchange energy exceeds the dissipation rate. We also calculate the edge current numerically on the 2D lattice model, and find that the bulk states in the QSHI effectively serves as the heat bath for the edge electrons.
荒木 康史; 三澤 貴宏*; 野村 健太郎*
no journal, ,
We present our theoretical work on spin pumping into a two-dimensional (2D) quantum spin Hall inslator (QSHI). QSHI is a topological insulator in 2D exhibiting gapless helical edge stats, which are responsible for the quantized spin Hall conductivity. Recent theories and experiments have demonstrated the QSHI phase in a monolayer of transition metal dichalcogenide 1T'-WTe2, which can be easily engineered in contrast to traditionally-known HgTe/CdTe and InAs/GaSb quantum wells. While the theory of spin pumping is well established in normal metals by focusing on the spin-dependent electron scattering at the interface, it is unreliable for topologically nontrivial interfaces in such systems. In the present work, we consider a junction of a ferromagnet and a 2D QSHI at its 1D edge, and demonstrate the pumping of angular momentum from the spin-precessing ferromagnet into the QSHI. Using the Floquet theory for the electrons on the helical edge states, we analytically show that the time-periodic precession of the magnetization drives a charge current on the edge, for the whole range of precession frequency. This edge current can be regarded as a consequence of the inverse spin Hall effect intrinsic to the QSHI, which converts the injected spin current into a transverse charge current. By varying the precession frequency of the magnetization and the coupling strength at the junction, we find a clear crossover between two regimes: the adiabatic regime, where the slow magnetization precession drives a quantized pumping, and the resonant regime, where the fast precession leads to a suppressed pumping. We also incorporate the effect of orbital dependence in the exchange coupling at the edge, and show numerically that it shifts the crossover point between the adiabatic and resonant regimes.
荒木 康史; 三澤 貴宏*; 野村 健太郎*
no journal, ,
We present our theoretical work on dynamical spin-to-charge conversion at the edge of a quantum spin Hall insulator (QSHI), namely a two-dimensional topological insulator with helical edge states. Interconversion between spin- and charge-related quantities has been a key idea in making use of magnetic materials, especially in the context of spintronics. QSHI is a typical system showing a universal charge-to-spin conversion behavior, namely the quantum spin Hall effect, whereas the spin-to-charge conversion therein is still not clearly understood. At a lateral heterojunction of a ferromagnet (FM) and a QSHI, it has been theoretically demonstrated that magnetization dynamics induces a charge current along the edge of QSHI; however, its mechanism from the viewpoint of spin-to-charge conversion still remains to be clarified. In order to understand the spin transfer and the spin-to-charge conversion mechanism in QSHI, we investigate the many-body dynamics of the electrons under the magnetization dynamics at the QSHI-FM junction. We analytically treat the electron dynamics in terms of the Floquet-Keldysh formalism, and compare two physical quantities present on the edge: the spin injection rate from the FM into the QSHI, and the charge current induced along the edge. Whereas the edge current seen in the previous works is reproduced, we find that it is not proportional to the spin injection rate, especially when the exchange interaction at the junction is strong enough. This relation implies that the spin-to-charge conversion in this system cannot be considered as the inverse spin Hall effect, while it can be rather seen as the inverse Edelstein effect, in which an electron spin accumulation at the junction is converted to a charge current. We also focus on the energy transfer at the junction, and interpret this phenomenon in terms of magnon exchange.
小形 学; King, G.*; Herman, F.*; 末岡 茂; 山田 隆二*; 小村 健太朗*
no journal, ,
OSL熱年代法は、過去10-20万年の低温領域の熱履歴を推定できるため、10万年スケールの侵食史の復元に有効だと期待できる。OSL熱年代法の適用は、ルミネッセンス信号が数十万年で飽和するため、露頭試料においては侵食の速い地域(5mm/year以上)に制限される。しかし、大深度ボーリングコアを用いて、ルミネッセンス信号が飽和していない深部の試料を利用することで、侵食速度の遅い地域にも適用できる可能性がある。本研究では大深度ボーリングコアを用い、比較的侵食速度が遅い地域(0.1mm/year以下)と中程度の地域(0.5mm/year前後)に対してmulti-OSL熱年代法を適用し、利用可能性を評価した。試料には東濃地域で掘削されたMIZ-1と防災科学技術研究所所有の甲山コアを用いた。本発表では、研究の進捗状況を報告する。
小形 学; King, G. E.*; Herman, F.*; 末岡 茂; 山田 隆二*; 小村 健太朗*
no journal, ,
光ルミネッセンス(optically stimulated luminescence: OSL)熱年代法は、閉鎖温度にして数十度以下の超低温領域の熱史を推定可能とするOSL年代測定法の応用手法であり、深度にして数百mオーダーの削剥史復元への利用が期待できる。OSL熱年代法の適用は、ルミネッセンス信号が数十万年で飽和するため、露頭試料においては削剥の速い地域(約5mm/yr以上)に制限される。しかし、大深度ボーリングコアを用い、ルミネッセンス信号が飽和していない深部の試料を利用することで、侵食速度の遅い地域にも適用できる可能性がある。本研究では、防災科学技術研究所が六甲山地で掘削した「甲山」コア試料にOSL熱年代法を適用した。このコア試料に対しては、フィッション・トラック熱年代法を適用した先行事例がある。六甲山地は、六甲変動から推測される隆起速度や宇宙線生成核種による削剥速度より、中程度の削剥速度(0.1-1mm/yr)が予想される。甲山コアの全長は1313mであり、408, 642, 818, 1048m地点の試料の測定を行った。本発表では、本研究の熱史モデリング結果と削剥速度が遅い地域で掘削されたコア(MIZ-1; 岐阜県瑞浪市; 0.1mm/yr以下)の結果との比較や、六甲山地の隆起・削剥速度の既往研究との整合性の確認結果、また熱史復元結果より推定される六甲山地の侵食史・地形発達史について報告する予定である。
