A Model intercomparison of atmospheric Cs concentrations from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident, phase III; Simulation with an identical source term and meteorological field at 1-km resolution

佐藤 陽祐*; 関山 剛*; Fang, S.*; 梶野 瑞王*; Qurel, A.*; Qulo, D.*; 近藤 裕昭*; 寺田 宏明; 門脇 正尚; 滝川 雅之*; et al.

Atmospheric Environment; X (Internet), 7, p.100086_1 - 100086_12, 2020/10

https://doi.org/10.1016/j.aeaoa.2020.100086

福島第一原子力発電所(FDNPP)事故により放出されたCsの大気中の挙動を調べるため、第3回大気拡散モデル相互比較が実施された。前回のモデル比較より高い水平格子解像度(1km)が使われた。前回のモデル比較に参加したモデル中9モデルが参加し、全モデルで同一の放出源情報と気象場が使用された。解析の結果、観測された高いCs大気中濃度のほとんどが良好に再現され、いくつかのモデルの性能向上によりマルチモデルアンサンブルの性能が向上した。高解像度化によりFDNPP近傍の気象場の再現性が向上したことで、拡散モデルの性能も向上した。風速場の良好な表現によりFDNPP北西の高い沈着量の細い分布が合理的に計算され、FDNPPの南側の沈着量の過大評価が改善された。一方で、中通り地方、群馬県北部、及び首都圏のプルームの再現性能はやや低下した。

Spin-wave spin current in magnetic insulators

内田 健一*; 安立 裕人; 梶原 瑛祐*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Solid State Physics, 64; Recent Advances in Magnetic Insulators; From Spintronics to Microwave Applications, p.1 - 27, 2013/11

https://doi.org/10.1016/B978-0-12-408130-7.00001-0

A spin wave is a collective motion of magnetic moment in magnetically ordered materials. Although spin waves have been known and investigated for many years, resent research has revealed that the spin wave plays an important role in spintronics as a carrier of spin current, i.e., a flow of spin angular momentum. Such a spin-wave spin current is available in magnetic insulators even in the absence of conduction electrons, thus opens a new route for investigating spintronic phenomena in magnetic insulators. In this article we review recent progress in insulator spintronics.

Spin-relaxation modulation and spin-pumping control by transverse spin-wave spin current in YFeO

梶原 瑛祐*; 内田 健一*; 菊池 大介*; 安 東秀*; 藤川 安仁*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 103(5), p.052404_1 - 052404_4, 2013/07

https://doi.org/10.1063/1.4817076

YFeO薄膜面内の温度勾配中における熱流によるスピン緩和の変調について調べた。温度勾配の方向によってYFeO薄膜の強磁性共鳴の線幅、つまりスピン緩和、は増減すること、また、この変調はYFeO薄膜中の熱的に誘起された横スピン波によって生じるスピン移行トルクを原因とすることを明らかにした。それらの実験結果は、YFeOに蒸着されたPt薄膜中におけるスピンポンプによって生じるスピン流の大きさはGilbert緩和定数の二乗に反比例し、現象論的なスピンポンプ模型と矛盾しないことを示している。

Longitudinal spin Seebeck effect in various garnet ferrites

内田 健一*; 野中 挙海*; 吉川 貴史*; 梶原 瑛祐*; 齊藤 英治

Physical Review B, 87(10), p.104412_1 - 104412_6, 2013/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.104412

種々のガーネットフェライトYFeO(=Gd, Ca; =Al, Mn, V, In, Zr)の縦スピンゼーベック効果(LSSE)をPt中の逆スピンホール効果を用いて調べた。Pt/YFeO試料中のLSSE電圧はガーネットフェライト中のFeの濃度を上げると増大することが分かった。これは、Pt/YFeO界面でのスピンミキシングコンダクタンスの変化で説明できる。また、我々はLSSE電圧とYFeOの局所的な磁性パラメーターとの相関についても調べた。この実験結果はPt/YFeO試料中のLSSE電圧はキュリー温度および飽和磁化に正の相関があるが、磁気回転比とギルバートダンピング定数との有意な相関は無いことを示している。

Spin-current-driven thermoelectric coating

桐原 明宏*; 内田 健一*; 梶原 瑛祐*; 石田 真彦*; 中村 泰信*; 眞子 隆志*; 齊藤 英治; 萬 伸一*

Nature Materials, 11(8), p.686 - 689, 2012/08

https://doi.org/10.1038/nmat3360

Energy harvesting technologies, which generate electricity from environmental energy, have been attracting great interest because of their potential to power ubiquitously deployed sensor networks and mobile electronics. Of these technologies, thermoelectric (TE) conversion is a particularly promising candidate, because it can directly generate electricity from the thermal energy that is available in various places. Here we show a novel TE concept based on the spin Seebeck effect, called "spin-thermoelectric (STE) coating", which is characterized by a simple film structure, convenient scaling capability, and easy fabrication. The STE coating, with a 60-nm-thick bismuth-substituted yttrium iron garnet (Bi:YIG) film, is applied by means of a highly efficient process on a non-magnetic substrate. Notably, spin-current-driven TE conversion is successfully demonstrated under a temperature gradient perpendicular to such an ultrathin STE-coating layer (amounting to only 0.01% of the total sample thickness). We also show that the STE coating is applicable even on glass surfaces with amorphous structures. Such a versatile implementation of the TE function may pave the way for novel applications making full use of omnipresent heat.

Thermal spin pumping and magnon-phonon-mediated spin-Seebeck effect

内田 健一*; 太田 岳*; 安立 裕人; Xiao, J.*; 野中 挙海*; 梶原 瑛祐*; Bauer, G. E. W.*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Journal of Applied Physics, 111(10), p.103903_1 - 103903_11, 2012/05

https://doi.org/10.1063/1.4716012

The spin-Seebeck effect (SSE) in ferromagnetic metals and insulators has been investigated systematically by means of the inverse spin-Hall effect (ISHE) in paramagnetic metals. The SSE generates a spin voltage as a result of a temperature gradient in a ferromagnet, which injects a spin current into an attached paramagnetic metal. In the paramagnet, this spin current is converted into an electric field due to the ISHE, enabling the electric detection of the SSE. The observation of the SSE is performed in longitudinal and transverse configurations consisting of a ferromagnet/paramagnet hybrid structure, where thermally generated spin currents flowing parallel and perpendicular to a temperature gradient are detected, respectively.

All-oxide system for spin pumping

Qiu, Z.*; 梶原 瑛祐*; 安藤 和也*; 藤川 安仁*; 内田 健一*; 田代 隆治*; 針井 一哉*; 吉野 達郎*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 100(2), p.022402_1 - 022402_3, 2012/01

https://doi.org/10.1063/1.3675463

単純な酸化物のみからなる系においてスピン波共鳴によるスピンポンプを逆スピンホール効果(ISHE)を用いて詳しく調べた。ランタンドープのイットリウム鉄ガーネット(La:YIG)/インジウムスズ酸化物(ITO)の2層膜においてスピンポンプが生じスピン流がITO層に注入され、それがISHEを通じて起電力として観測される。この起電力は面外磁場角度と励起マイクロ波パワーに依存して観測されたが、これはISHEの理論予測とよい一致を示す。酸化物のみからなる系でのスピンポンプの発見は酸化物スピントロニクスの可能性を広げるものである。

Spin Seebeck insulator

内田 健一*; Xiao, J.*; 安立 裕人; 大江 純一郎; 高橋 三郎; 家田 淳一; 太田 岳*; 梶原 瑛祐*; 梅沢 浩光*; 河合 浩孝*; et al.

Nature Materials, 9(11), p.894 - 897, 2010/11

https://doi.org/10.1038/nmat2856

ゼーベック効果に代表される熱電発電は、次世代の省エネルギー技術には不可欠の機能である。これまでこの機能の発現には伝導電子の存在が必要であると思われてきたが、伝導電子の存在は熱デバイスの設計にとって不利であることが多いため、結果として伝導電子の存在が熱電発電の応用範囲を限定する原因となっていた。今回、われわれは絶縁体中を流れる熱流から電圧を生成することに成功したので、それを報告する。われわれが明らかにしたのは、磁性絶縁体LaY FeOが伝導電子を持たないのにもかかわらず、熱流をスピン圧に変換できるという事実である。このスピン圧は、LaYFeOに貼付けられたPt薄膜中で生じる逆スピンホール効果を用いることで電圧に変換することができるため、熱流から電圧を生成することが可能となる。今回の実験結果を理解するためには、LaYFeOとPtとの界面に働く、熱によるスピン交換相互作用を考える必要がある。われわれの発見は熱電変換素子となりうる物質の可能性を拡げ、そしてまたスピンゼーベック効果の背後に潜む物理を理解するための極めて重要な情報を与えた。

超深地層研究所計画 年度報告書(2007年度)

西尾 和久; 松岡 稔幸; 見掛 信一郎; 鶴田 忠彦; 天野 健治; 大山 卓也; 竹内 竜史; 三枝 博光; 濱 克宏; 水野 崇; et al.

JAEA-Review 2009-002, 88 Pages, 2009/03

JAEA-Review-2009-002-1.pdf:29.31MB
JAEA-Review-2009-002-2.pdf:35.38MB

独立行政法人日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階; 地表からの調査予測研究段階」,「第2段階; 研究坑道の掘削を伴う研究段階」,「第3段階; 研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなる約20年の計画であり、現在は、第2段階である「研究坑道の掘削を伴う研究段階」を進めている。本報告書は、2002年2月に改訂した「超深地層研究所基本計画」に基づき、超深地層研究所計画の第2段階「研究坑道の掘削を伴う研究段階」における2007年度に実施した(1)調査研究,(2)施設建設,(3)共同研究等の成果を取りまとめたものである。

超深地層研究所計画 年度報告書(2005年度)

西尾 和久; 松岡 稔幸; 見掛 信一郎; 鶴田 忠彦; 天野 健治; 大山 卓也; 竹内 竜史; 三枝 博光; 濱 克宏; 吉田 治生*; et al.

JAEA-Review 2008-073, 99 Pages, 2009/03

JAEA-Review-2008-073-1.pdf:37.33MB
JAEA-Review-2008-073-2.pdf:37.16MB

独立行政法人日本原子力研究開発機構(原子力機構)東濃地科学センターでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、第1段階「地表からの調査予測研究段階」,第2段階「研究坑道の掘削を伴う研究段階」,第3段階「研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなる約20年の計画であり、現在は、第2段階である「研究坑道の掘削を伴う研究段階」を進めている。本報告書は、2002年2月に改訂した「超深地層研究所基本計画」に基づき、超深地層研究所計画の第2段階「研究坑道の掘削を伴う研究段階」における2005年度に実施した(1)調査研究,(2)施設建設,(3)共同研究等の成果を取りまとめたものである。