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論文

Magnetic anisotropy by Rashba spin-orbit coupling in antiferromagnetic thin films

家田 淳一; Barnes, S. E.*; 前川 禎通

Journal of the Physical Society of Japan, 87(5), p.053703_1 - 053703_4, 2018/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:49.95(Physics, Multidisciplinary)

Magnetic anisotropy in an antiferromagnet (AFM) with inversion symmetry breaking (ISB) is investigated. The magnetic anisotropy energy (MAE) resulting from the Rashba spin-orbit and $$s$$-$$d$$ type exchange interactions is determined for two different models of AFMs. The global ISB model, representing the effect of a surface, an interface, or a gating electric field, results in an easy-plane magnetic anisotropy. In contrast, for a local ISB model, i.e., for a noncentrosymmetric AFM, perpendicular magnetic anisotropy (PMA) arises. Both results differ from the ferromagnetic case, in which the result for PMA depends on the band structure and dimensionality. These MAE contributions play a key role in determining the direction of the N$'{e}$el order parameter in antiferromagnetic nanostructures, and reflect the possibility of electrical-field control of the N$'{e}$el vector.

論文

Rashba spin-orbit anisotropy and the electric field control of magnetism

Barnes, S. E.*; 家田 淳一; 前川 禎通

Scientific Reports (Internet), 4, p.4105_1 - 4105_5, 2014/02

 被引用回数:81 パーセンタイル:2.84(Multidisciplinary Sciences)

電流ではなく電界を用いた強磁性超薄膜の磁性制御は、その効果が大きい場合、多くの技術的に重要な応用をもたらす。今日まで、そのような制御をもたらす磁気異方性の変化は、一般に磁性層の表面電荷ドーピングにより生じるものと理解されてきたが、一方でいくつかの重要な実験結果がこの筋書きでは説明できていない。多くの研究により、非磁性金属や半導体において、大きな表面電場がラシュバスピン・軌道結合を発生させ、伝導電子のスピン分裂を引き起こすことが示されている。磁性層では、この分裂が交換相互作用によって変調されることで、ジャロシンスキー・守谷機構を通じて大きな磁気異方性エネルギーをもたらす。この、電気的に誘起された異方性エネルギーに至る、通常とは異なるが、伝統的でもある道筋により、多くの実験における電界,膜厚,材料への依存性を説明することが可能となる。

論文

Spin-motive force due to a gyrating magnetic vortex

田辺 賢士*; 千葉 大地*; 大江 純一郎*; 葛西 伸哉*; 河野 日出夫*; Barnes, S. E.*; 前川 禎通; 小林 研介*; 小野 輝男*

Nature Communications (Internet), 3, p.845_1 - 845_5, 2012/05

 被引用回数:29 パーセンタイル:18.68(Multidisciplinary Sciences)

A change of magnetic flux through a circuit induces an electromotive force. By analogy, a recently predicated force that results from the motion of non-uniform spin structures has been termed the spin-motive force. Although recent experiments seem to confirm its presence, a direct signature of the spin-motive force has remained elusive. Here we report the observation of a real-time spin-motive force produced by the gyration of a magnetic vortex core. We report a good agreement between the experimental results, theory, and micromagnetic simulations, which, taken as a whole, provide strong evidence in favour of a spin-motive force.

論文

Continuous generation of spinmotive force in a patterned ferromagnetic film

山根 結太; 捧 耕平*; 安 東秀*; 針井 一哉*; 大江 純一郎*; 家田 淳一; Barnes, S. E.*; 齊藤 英治; 前川 禎通

Physical Review Letters, 107(23), p.236602_1 - 236602_4, 2011/11

 被引用回数:31 パーセンタイル:15.25(Physics, Multidisciplinary)

We study, both experimentally and theoretically, the generation of a dc spinmotive force. By exciting a ferromagnetic resonance of a comb-shaped ferromagnetic thin film, a continuous spinmotive force is generated. Experimental results are well reproduced by theoretical calculations, offering a quantitative and microscopic understanding of this spinmotive force.

論文

Spinmotive force due to intrinsic energy of ferromagnetic nanowires

山根 結太; 家田 淳一; 大江 純一郎*; Barnes, S. E.*; 前川 禎通

Applied Physics Express, 4(9), p.093003_1 - 093003_3, 2011/09

 被引用回数:5 パーセンタイル:69.82(Physics, Applied)

We study, both analytically and numerically, a spinmotive force arising from inherent magnetic energy of a domain wall in a wedged ferromagnetic nanowire. In a spatially-nonuniform nanowire, domain walls are subjected to an effective magnetic field, resulting in spontaneous motion of the walls. The spinmotive force mechanism converts the ferromagnetic exchange and demagnetizing energy of the nanowire into the electrical energy of the conduction electrons through the domain wall motion. The calculations show that this spinmotive force can be several microvolts, which is easily detectable by experiments.

論文

Event structure and double helicity asymmetry in jet production from polarized $$p + p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review D, 84(1), p.012006_1 - 012006_18, 2011/07

 被引用回数:21 パーセンタイル:29.45(Astronomy & Astrophysics)

重心エネルギー200GeVでの縦偏極陽子陽子衝突からのジェット生成のイベント構造と二重非対称($$A_{LL}$$)について報告する。光子と荷電粒子がPHENIX実験で測定され、イベント構造がPHYTIAイベント生成コードの結果と比較された。再構成されたジェットの生成率は2次までの摂動QCDの計算で十分再現される。測定された$$A_{LL}$$は、一番低い横運動量で-0.0014$$pm$$0.0037、一番高い横運動量で-0.0181$$pm$$0.0282であった。この$$A_{LL}$$の結果を幾つかの$$Delta G(x)$$の分布を仮定した理論予想と比較する。

論文

Identified charged hadron production in $$p + p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 and 62.4 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review C, 83(6), p.064903_1 - 064903_29, 2011/06

 被引用回数:114 パーセンタイル:0.77(Physics, Nuclear)

200GeVと62.4GeVでの陽子陽子の中心衝突からの$$pi, K, p$$の横運動量分布及び収量をRHICのPHENIX実験によって測定した。それぞれエネルギーでの逆スロープパラメーター、平均横運動量及び単位rapidityあたりの収量を求め、異なるエネルギーでの他の測定結果と比較する。また$$m_T$$$$x_T$$スケーリングのようなスケーリングについて示して陽子陽子衝突における粒子生成メカニズムについて議論する。さらに測定したスペクトルを二次の摂動QCDの計算と比較する。

論文

Equation-of-motion approach of spin-motive force

山根 結太; 家田 淳一; 大江 純一郎*; Barnes, S. E.*; 前川 禎通

Journal of Applied Physics, 109(7), p.07C735_1 - 07C735_3, 2011/04

 被引用回数:11 パーセンタイル:46.18(Physics, Applied)

We formulate a quantitative theory of an electromotive force of spin origin, i.e., spin-motive force, by the equation-of-motion approach. In a ferromagnetic metal, electrons couple to the local magnetization via the exchange interaction. The electrons are affected by spin dependent forces due to this interaction and the spin-motive force and the anomalous Hall effect appears. We have revealed that the origin of these phenomena is a misalignment between the conduction electron spin and the local magnetization.

論文

Azimuthal correlations of electrons from heavy-flavor decay with hadrons in $$p+p$$ and Au+Au collisions at $$sqrt{s_{NN}}$$ = 200 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Aramaki, Y.*; et al.

Physical Review C, 83(4), p.044912_1 - 044912_16, 2011/04

 被引用回数:7 パーセンタイル:46.07(Physics, Nuclear)

重いフレーバーのメソンの崩壊からの電子の測定は、このメソンの収量が金金衝突では陽子陽子に比べて抑制されていることを示している。われわれはこの研究をさらに進めて二つの粒子の相関、つまり重いフレーバーメソンの崩壊からの電子と、もう一つの重いフレーバーメソンあるいはジェットの破片からの荷電ハドロン、の相関を調べた。この測定は重いクォークとクォークグルオン物質の相互作用についてのより詳しい情報を与えるものである。われわれは特に金金衝突では陽子陽子に比べて反対側のジェットの形と収量が変化していることを見いだした。

論文

Measurement of neutral mesons in $$p$$ + $$p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 GeV and scaling properties of hadron production

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review D, 83(5), p.052004_1 - 052004_26, 2011/03

 被引用回数:120 パーセンタイル:1.41(Astronomy & Astrophysics)

RHIC-PHENIX実験で重心エネルギー200GeVの陽子陽子衝突からの$$K^0_s$$, $$omega$$, $$eta'$$$$phi$$中間子生成の微分断面積を測定した。これらハドロンの横運動量分布のスペクトルの形はたった二つのパラメーター、$$n, T$$、のTsallis分布関数でよく記述できる。これらのパラメーターはそれぞれ高い横運動量と低い横運動量の領域のスペクトルを決めている。これらの分布をフィットして得られた積分された不変断面積はこれまで測定されたデータ及び統計モデルの予言と一致している。

論文

Ferromagnetic resonance with a magnetic Josephson junction

Barnes, S. E.*; Aprili, M.*; Petkovi$'c$, I.*; 前川 禎通

Superconductor Science and Technology, 24(2), p.024020_1 - 024020_6, 2011/02

 被引用回数:7 パーセンタイル:59.49(Physics, Applied)

We show experimentally and theoretically that there is a coupling via the Aharonov-Bohm phase between the order parameter of a ferromagnet and a singlet, s-wave, Josephson supercurrent. We have investigated the possibility of measuring the dispersion of such spin waves by varying the magnetic field applied in the plane of the junction and demonstrated the electromagnetic nature of the coupling by the observation of magnetic resonance side-bands to microwave induced Shapirosteps.

論文

Operation of a simulated non-steady tokamak fuel loop using the tritium systems test assembly

小西 哲之; 山西 敏彦; 榎枝 幹男; 林 巧; 大平 茂; 山田 正行; 鈴木 卓美; 奥野 健二; Sherman, R. H.*; Willms, R. S.*; et al.

Fusion Engineering and Design, 28, p.258 - 264, 1995/00

 被引用回数:4 パーセンタイル:53.91

米国ロスアラモス国立研究所のトリチウムシステム試験施設(TSTA)は核融合炉燃料循環系の模擬試験施設であり、原研との日米協力によって100グラムレベルのトリチウムを用いて最長25日間の定常運転に成功した。しかし近未来のトカマクはパルス運転が想定され、また現実の装置では起動、停止など非定常条件にも対応する必要がある。この燃料循環系の非定常条件での挙動の研究を行うため、2年間協定を延長して実験を行っている。深冷蒸留による同位体分離システムはフィードバック流を用いた流路と1~2本に蒸留塔を減らした配位を用い、また自動制御を加えた。原研製燃料精製システム(JFCU)は新たに模擬プラズマ排ガスをバッチ処理する配位を用い、インベントリーを大きく低減することが確認された。TSTAループは満足すべき運転の柔軟性を示したが、制御上のいくつかの問題も摘出された。

報告書

Joint operation of the TSTA under the collaboration between JAERI and U.S.-DOE; TSTA extended loop operation with 100 grams of tritium on April-May, 1992

林 巧; 中村 博文; 小西 哲之; 井上 雅彦*; 平田 一弘*; 奥野 健二; 成瀬 雄二; Anderson, J. L.*; Sherman, R. H.*; Willms, R. S.*; et al.

JAERI-M 93-083, 54 Pages, 1993/03

JAERI-M-93-083.pdf:1.64MB

原研は日米核融合研究協力協定AnnexIVに基づき、米国ロスアラモス国立研究所TSTAにおいて核融合燃料ループの実証試験を行っている。本試験は、TSTAループ全体の長期間安全定常運転の実証を最大の目的として、92年4-5月に行われたもので、AnnexIV最大のマイルストーンであった。試験は25日間におよぶ昼夜連続運転であったがISS(深冷蒸留水素同位体分離装置)、FCU(燃料精製・捕集装置)J-FCU(JAERI-燃料精製捕集装置)等すべてのサブシステムが安定に制御された。また、マグネシウムベッドを用いたFCU、及びJ-FCUは、はじめての全TSTAループとの連続運転であったが、不純物を含む模擬プラズマ排ガスを安全かつ安定に連続処理できることを実証した。本報告書は、上記試験における詳細試験計画と結果の概要をまとめたものである。

報告書

Joint operation of the TSTA with the J-FCU under the collaboration between JAERI and U.S.-DOE; A First integrated tritium test between J-FCU and ISS on October, 1991

林 巧; 中村 博文; 小西 哲之; 山西 敏彦; 井上 雅彦*; 平田 一弘*; 奥野 健二; 成瀬 雄二; Anderson, J. L.*; Barnes, J. W.*; et al.

JAERI-M 93-081, 35 Pages, 1993/03

JAERI-M-93-081.pdf:1.19MB

原研は日米核融合研究協力協定AnnexIVに基づき、米国ロスアラモス国立研究所のTSTAにおいて核融合炉燃料ループの実証試験を行っている。本試験は、J-FCUとISSを連結した初の実験で、1)両システム連結運転上の制御特性、問題点の調査と2)レーザーラマン分光法によるISSの動特性測定を主目的として91年10月に行われた。試験中、上記連結上の問題はなく、ループ流量として2~10SLPM程度の領域で安定に運転できた。レーザーラマン分光測定は、短時間で非常に有効に作動し、ISSの動特性に関する知見を得た。本報告書は、上記試験の詳細結果をまとめたものである。

論文

Extended operation of reactor-scale fusion fuel loop under US-Japan collaboration

小西 哲之; 林 巧; 山西 敏彦; 中村 博文; 成瀬 雄二; 奥野 健二; Sherman, R. H.*; Willms, R. S.*; Barnes, J. W.*; Bartlit, J. R.*; et al.

Proceedings of 15th IEEE/NPSS Symposium on Fusion Engineering, p.204 - 207, 1993/00

Tritium Systems Test Assembly(TSTA)は米国ロスアラモス国立研究所の実験炉規模の核融合炉燃料循環系の模擬装置であり、原研とDOEの米国協力により運転されている。1992年4月~5月にかけて、100gレベルのトリチウムを用いて25日間の連続試験を行った。模擬プラズマ排ガスとしてHDT,He,CH$$_{4}$$,N$$_{2}$$混合ガスを用い、連続的に不純物の処理と同位体分離を行った。不純物処理は米国の精製系では低温吸着と金属マグネシウムによる水分解,原研製装置J-FCUでは、パラジウム透過と固体電解質セルによる水蒸気電解を用いた。同位体分離は4塔の深冷蒸留により、ラマン分光分析による連続分析を用いて安全な運転が行われた。一連の結果によりITERの1/5規模での定常燃料循環系の運転が実証されるとともに、高純度トリチウムが回収された。

論文

Fast-ion radial diffusivity evaluated from vertical neutral particle measurements following short pulse beam injection into a TFTR ohmic plasma

草間 義紀; W.W.Heidbrink*; Barnes, C. W.*; M.Beer*; G.W.Hammett*; D.C.McCune*; S.S.Medley*; S.D.Scott*; M.C.Zarnstorff*

PPPL-2813, 17 Pages, 1992/01

TFTRオーミックプラズマへの短パルスビーム入射における縦方向中性粒子測定から、高速イオンの径方向拡散係数を評価した。中性粒子束の時間変化を理論計算と比較することにより、高速イオンの拡散係数が0.1m$$^{2}$$/秒程度であることを示した。また、この値は他の測定から得られている値と一致した。

口頭

Equations-of-motion approach of spin-motive force

山根 結太; 家田 淳一; 大江 純一郎; Barnes, S. E.*; 前川 禎通

no journal, , 

Here, we formulate a quantitative theory of the spin-motive force by studying an equation of motion of an electron, which enables us to gain better understanding of its origin. In ferromagnetic metals, the electron spin prefers to be parallel with local magnetization because of the exchange coupling. We show, however, when the magnetization dynamics depends both on time and space, there arises a misalignment between them. We find that the misalignment causes a spin dependent force, which accelerates the electrons in a direction in which the exchange energy is lower. We obtain the general formula of the spin-motive force, and show the results of numerical simulations in a variety of ferromagnetic nanostructures.

口頭

Wire shape effect on spinmotive force

山根 結太; 家田 淳一; 大江 純一郎*; Barnes, S. E.*; 前川 禎通

no journal, , 

We study, both analytically and numerically, a spinmotive force arising from inherent magnetic energy of a domain wall in a wedged ferromagnetic nanowire. In a spatially-nonuniform nanowire, domain walls are subjected to an effective magnetic field, resulting in spontaneous motion of the walls. The spinmotive force mechanism converts the ferromagnetic exchange and demagnetizing energy of the nanowire into the electrical energy of the conduction electrons through the domain wall motion. The calculations show that this spinmotive force can be several microvolts, which is easily detectable by experiments.

口頭

Generation of DC spin-motive force in a patterned ferromagnetic film

山根 結太; 捧 耕平*; 安 東秀*; 針井 一哉*; 大江 純一郎*; 家田 淳一; Barnes, S. E.*; 齊藤 英治; 前川 禎通

no journal, , 

We study, both experimentally and theoretically, the generation of a dc spinmotive force. By exciting a ferromagnetic resonance of a comb-shaped ferromagnetic thin film, a continuous spinmotive force is generated. Experimental results are well reproduced by theoretical calculations, offering a quantitative and microscopic understanding of this spinmotive force.

口頭

Continuous dc spinmotive force in a patterned ferromagnetic film

山根 結太; 捧 耕平*; 安 東秀*; 針井 一哉*; 大江 純一郎*; 家田 淳一; Barnes, S. E.*; 齊藤 英治; 前川 禎通

no journal, , 

Recently, a motive force of spin origin, i.e., a "spinmotive force", has been theoretically predicted and experimentally observed. A spinmotive force reflects the spin of electrons in an essential manner and is a new concept relevant to electronic devices. However, problems remain, one of which is the continuous generation of such a spinmotive force. In this study, we present experiment and theory that demonstrate the continuous generation of a dc spinmotive force by exciting a ferromagnetic resonance of a single comb-shaped ferromagnetic thin film. Experimental results are well reproduced by theoretical calculations, offering a quantitative and microscopic understanding of this spinmotive force.

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