Spontaneous topological Hall effect induced by non-coplanar antiferromagnetic order in intercalated van der Waals materials

高木 寛貴*; 高木 里奈*; 見波 将*; 野本 拓也*; 大石 一城*; 鈴木 通人*; 柳 有起*; 平山 元昭*; Khanh, N.*; 軽部 皓介*; et al.

Nature Physics, 19(7), p.961 - 968, 2023/07

https://doi.org/10.1038/s41567-023-02017-3

In ferromagnets, electric current generally induces a transverse Hall voltage in proportion to the internal magnetization. This effect is frequently used for electrical readout of the spin up and down states. While these properties are usually not expected in antiferromagnets, recent theoretical studies predicted that non-coplanar antiferromagnetic order with finite scalar spin chirality - meaning a solid angle spanned by neighboring spins - can induce a large spontaneous Hall effect even without net magnetization or external magnetic field. This phenomenon, the spontaneous topological Hall effect, can potentially be used for the efficient electrical readout of the antiferromagnetic states, but it has not been experimentally verified due to a lack of appropriate materials hosting such magnetism. Here, we report the discovery of all-in-all-out type non-coplanar antiferromagnetic order in triangular lattice compounds CoTaS and CoNbS. These compounds are reported to host unconventionally large spontaneous Hall effect despite their vanishingly small net magnetization, and our analysis reveals that it can be explained in terms of the topological Hall effect that originates from the fictitious magnetic field associated with scalar spin chirality. These results indicate that the scalar spin chirality mechanism offers a promising route to the realisation of giant spontaneous Hall response even in compensated antiferromagnets, and highlight intercalated van der Waals magnets as a promising quasi-two-dimensional material platform to enable various nontrivial ways of electrical reading and possible writing of non-coplanar antiferromagnetic domains.

U-RANS simulation of triple elbow flow with a 1/7 scale experimental loop simulating cold-leg piping of an advanced loop-type sodium-cooled fast reactor

山野 秀将; 田中 正暁; 江原 真司*; 橋爪 秀利*

Proceedings of 27th International Symposium on Transport Phenomena (ISTP-27) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2016/09

本研究では、高レイノルズ数(1.010)条件下で、3段ショートエルボ配管流れに商用CFDコードのレイノルズ応力モデルによるU-RANSアプローチを適用した。数値計算には、3次元的に接続された3段エルボ内の流動構造を調べるため、先進ナトリウム冷却高速炉のコールドレグ配管の1/7縮尺水実験を用いた。その結果、Re=1.010条件下で、解析と実験の結果を比較することによって、U-RANS数値シミュレーション手法の適用性を確認した。また、シミュレーションにより、大きな渦構造の存在によって、2段エルボの流動場は1段エルボと異なり、2段エルボの圧力変動は1段エルボより大きくなることが示された。この大きな渦は2つのエルボ間距離が短いことによって発生した。一方、3段エルボの流動構造は1段エルボと同様の傾向を示しており、これは2段エルボによって形成された旋回流が2段エルボから離れている3段エルボでは緩和されているからである。

Development of electromagnetic non-destructive testing method for the inspection of heat exchanger tubes of Japan Sodium-cooled Fast Reactor, 2; Detection of flaws on the inner surface using electromagnetic waves

佐々木 幸太*; 遊佐 訓孝*; 若井 隆純; 橋爪 秀利*

Electromagnetic Nondestructive Evaluation (XVIII), p.244 - 251, 2015/06

https://doi.org/10.3233/978-1-61499-509-8-244

This study reports evaluations of applicability of a microwave nondestructive testing method for a flaw inside heat exchanger tubes in JSFR, which is a straight long-range tube whose diameter is 11.0 mm. Design of microwave probe profile on the basis of numerical simulations on transmission characteristics at the probe are carried out and the plate-structure microwave probe which enables to largely introduce microwaves into a pipe is confirmed. Experimental evaluations using straight brass pipe whose diameter and length are 11.0 mm and 12.0 m, respectively, reveal that good agreement between predicted location of a flaw and true locations.

U-RANS simulation of elbow flow with a 1/7 scale experimental loop simulating JSFR cold-leg piping

山野 秀将; 金子 哲也*; 相澤 康介; 田中 正暁; 江原 真司*; 橋爪 秀利*

Proceedings of 9th Korea-Japan Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-9) (CD-ROM), 10 Pages, 2014/11

本研究では、商用流体力学解析コードを用いてレイノルズ応力モデルによるU-RANSアプローチを高レイノルズ数(1.010)条件でのシングル及びダブルエルボ流れに適用した。この数値シミュレーションにはJSFRのコールドレグ配管を模擬した1/7縮尺水試験を用いて、3次元的に接続されたダブルエルボ体系における流動状況を調べた。結果として、数値解析と試験結果との比較によって、U-RANSシミュレーション手法の妥当性と適用性を確認した。また、シミュレーションにより渦構造を含む非定常流動場は第1エルボと第2エルボでは非常に異なることが示された。これは1段エルボで生成された馬蹄渦が2段エルボに横向きに流入されるからである。さらに、シミュレーションによって本論文で扱ったダル部エルボ流れにおけるエルボ間距離の影響は小さいことが示された。

瑞浪超深地層研究所における新しい定量的岩盤分類法の適用性評価

久慈 雅栄*; 浅井 秀明*; 橋詰 茂; 堀内 泰治; 佐藤 稔紀; 松井 裕哉

JAEA-Technology 2013-022, 72 Pages, 2013/10

JAEA-Technology-2013-022.pdf:5.3MB

岩盤分類は、岩盤地下構造物の設計や施工管理を行ううえで一般的に用いられるが、既往の岩盤分類法は定性的な評価項目が多く、サイト固有の岩盤性状を定量的に評価するうえで限界がある。一方、高レベル放射性廃棄物の地層処分などの大型の岩盤地下構造物の合理的・効果的な設計施工や安全確保の観点からは、地上からの調査や掘削中の壁面観察結果からサイト固有の岩盤の力学的性質を反映しつつ設計等に必要な岩盤物性を決定しうる岩盤分類法の構築が課題のひとつとなっている。本研究では、「岩盤の工学的分類法」をベースとした新しい定量的岩盤分類法(新分類法)を考案し、瑞浪超深地層研究所の堆積岩部及び結晶質岩部に適用した。新分類法の適用性評価は、電研式岩盤分類法の岩盤等級区分と比較することにより行った。その結果、換気立坑側の堆積岩部において、CL級の評価範囲に低い評価点が分布する傾向はあるものの、両分類法による評価は良好な相関性を示すことがわかった。一方、結晶質岩部においては、新分類法の評価点分布が岩盤状況の変化のトレンドをおおむね捉えているものの、個々に見ると電研式との相関性は堆積岩部よりも劣っていることが明らかになった。

マイクロ波入射部最適化によるマイクロ波探傷技術の高度化

佐々木 幸太*; 遊佐 訓孝*; 若井 隆純; 橋爪 秀利*

保全学, 12(1), p.81 - 86, 2013/04

本論文は、配管の非破壊検査に用いる新しいマイクロ波探触子の開発について述べる。マイクロ波探触子の形状を最適化するために、三次元有限要素解析を行った結果、楕円形状の探触子が小さい反射を可能とし、また従来のものに比べ良い結果をもたらした。内径39mm、長さ2mの直管を用いた検証実験を行い、新しいマイクロ波探触子は模擬的な矩形状減肉の信号をより鮮明に与えることがわかった。

Effects of separation vortices on pressure fluctuation of complex turbulent flow in a dual elbow with small curvature radius in a three-dimensional layout

江原 真司*; 今野 宏章*; 橋爪 秀利*; 金子 哲也; 山野 秀将

Proceedings of 8th Japan-Korea Symposium on Nuclear Thermal Hydraulics and Safety (NTHAS-8) (USB Flash Drive), 8 Pages, 2012/12

本論文では、JSFRコールドレグ配管をシミュレートし2エルボ配管での圧力変動特性を縮尺モデルによる圧力計試験を行って解明した。実験の結果、2エルボ配管での圧力変動特は第一エルボ内及び近傍の1エルボ流動と類似することがわかった。

Emergent phenomena in perovskite-type manganites

田口 康二郎*; 酒井 英明*; 奥山 大輔*; 石渡 晋太郎*; 藤岡 淳*; 福田 竜生; 橋爪 大輔*; 賀川 史敬*; 高橋 陽太郎*; 島野 亮*; et al.

Physica B; Condensed Matter, 407(11), p.1685 - 1688, 2012/06

https://doi.org/10.1016/j.physb.2012.01.006

Perovskite-type manganites exhibit various interesting phenomena arising from complex interplay among spin, charge, orbital, and lattice degrees of freedom. As the respective examples, perovskite-type YMnO and SrBaMnO are discussed. In the YMnO, the ferroelectric lattice distortion associated with the -type spin order is observed for the first time. Displacement-type ferroelectricity with off-center magnetic ions is discovered for SrBaMnO, which shows both large polarization value and strong coupling between ferroelectricity and magnetism.

PIV measurements of a complex turbulent flow in a short elbow piping under a high Reynolds number condition

高村 宏行*; 今野 宏章*; 江原 真司*; 橋爪 秀利*; 相澤 康介; 山野 秀将

Proceedings of 9th International Symposium on Particle Image Velocimetry (PIV '11) (USB Flash Drive), 6 Pages, 2011/07

In this study, flow experiments are carried by using a 1/7-scale model of a cold-leg piping by means of Particle Image Velocimetry (PIV) to elucidate the flow structure in the piping. A single elbow, a dual elbow, and a triple elbow layout are used to understand the complex flow field. Cross sections perpendicular to the mean flow direction and cross sections parallel to that contain a curvature radius of the elbow are visualized minutely by the PIV measurement. We apply spectral analysis to the velocity data in time series by means of Fast Fourier Transform (FFT). We calculate the turbulent kinetic energy and the root-mean-square (rms) of the velocity fluctuations to value the turbulent intensity. As a result of the experiments of the flow cross sections, it is elucidated how the separated flow region changes depending on Reynolds number and fluctuation frequency characteristics in flow velocity in the vicinity of the separated flow region.

Systematic study for the shell effect in the fission fragment mass distribution reptured from neutron rich nuclei

太田 雅久*; 龍田 早苗*; 山本 和幸*; 浅野 大雅*; 和田 隆宏*; 橋詰 和明*; 住吉 光介*; 大槻 かおり*; 梶野 敏貴*; 小浦 寛之; et al.

Nuclear Physics A, 805(2), p.558 - 560, 2008/02

r過程元素合成で用いる核分裂生成物分布データを系統的に計算した。核分裂の有無、及び核分裂生成物分布の違いが、最終的なr過程元素分布に現れることと、特にどの質量数領域が強く影響を受けるかを明らかにした。