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論文

Magnetic Bragg peak enhancement under ultrasound injection

社本 真一*; 赤津 光洋*; 松浦 直人*; 河村 聖子; 針井 一哉*; 小野 正雄*; Chang, L.-J.*; 伊藤 孝; 根本 祐一*; 家田 淳一

Physical Review Research (Internet), 4(1), p.013245_1 - 013245_7, 2022/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.013245

イットリウム鉄ガーネットの磁気ブラッグピークに対する超音波注入効果を、準弾性中性子散乱によって研究した。磁気ブラッグピークは、温度の低下とともに大幅に強化さる。エネルギー幅は、超音波注入によって引き起こされる試料温度上昇の平方根に比例して増加した。磁気ブラッグピークは格子振動によって増強されることから、この増強はスピン-格子結合と密接に関連していると予想される。縦波モードで100Kを超えると観測された急激な散乱信号の低下は、スピン-格子結合の劣化を示唆している。これは、温度が100Kを超えるとスピンゼーベック効果が低下することと一致しており、スピン-格子結合による劣化メカニズムに証明を与えている。

論文

Angular momentum compensation manipulation to room temperature of the ferrimagnet Ho$$_{3-x}$$Dy$$_{x}$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ detected by the Barnett effect

今井 正樹; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 大沼 悠一*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 114(16), p.162402_1 - 162402_4, 2019/04

https://doi.org/10.1063/1.5095166
 被引用回数：20 パーセンタイル：73.01(Physics, Applied)

We demonstrate that the angular momentum compensation temperature $$T_{rm A}$$, at which the net angular momentum in the sample disappears, can be controlled in Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ by partially substituting Dy for Ho. The $$T_{rm A}$$ can be detected using the Barnett effect, by which mechanical rotation magnetizes an object due to spin-rotation coupling. We found that $$T_{rm A}$$ increases with the Dy content and clarified that the $$T_{rm A}$$ of Ho$$_{1.5}$$Dy$$_{1.5}$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ coincides with room temperature. The Barnett effect enables us to explore materials applicable to magnetic devices utilizing the angular momentum compensation only by rotating the powder sample at room temperature.

論文

Observation of gyromagnetic reversal

今井 正樹; 緒方 裕大*; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛*; 大沼 悠一*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 113(5), p.052402_1 - 052402_3, 2018/07

https://doi.org/10.1063/1.5041464
 被引用回数：18 パーセンタイル：65.6(Physics, Applied)

We report direct observation of gyromagnetic reversal, which is the sign change of gyromagnetic ratio in a ferrimagnet Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$, by using the Barnett effect measurement technique at low temperatures. The Barnett effect is a phenomenon in which magnetization is induced by mechanical rotation through the coupling between rotation and total angular momentum $$J$$ of electrons. The magnetization of Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ induced by mechanical rotation disappears at 135 K and 240 K. The temperatures correspond to the magnetization compensation temperature $$T_{rm M}$$ and the angular momentum compensation temperature $$T_{rm A}$$, respectively. Between $$T_{rm M}$$ and $$T_{rm A}$$, the magnetization flips over to be parallel against the angular momentum due to the sign change of gyromagnetic ratio. This study provides an unprecedented technique to explore the gyromagnetic properties.

論文

Enhanced orbital magnetic moment in FeCo nanogranules observed by Barnett effect

緒方 裕大; 中堂 博之; Gu, B.; 小林 伸聖*; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 齊藤 英治; 前川 禎通

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 442, p.329 - 331, 2017/11

https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2017.06.101
 被引用回数：8 パーセンタイル：66.67(Materials Science, Multidisciplinary)

The gyroscopic g factor, $$g'$$, of FeCo nanogranules embedded in a matrix of MgF$$_2$$ (FeCo-MgF$$_2$$) was determined by measuring the magnetic-field generation from a rotating sample due to the Barnett effect. The $$g'$$ value of the FeCo-MgF$$_2$$ is estimated to be 1.76 $$pm$$ 0.11. The orbital contribution to the magnetic moment in the FeCo nanogranules was found to be quite large compared with that in bulk FeCo, being consistent with a density-functional-theory calculation that shows that the orbital magnetic moment may increase at the FeCo/MgF$$_2$$ interfaces. The result suggests that the orbital magnetic moment is enhanced by symmetry breaking at the surface of the FeCo nanogranules.

論文

Gyroscopic $$g$$ factor of rare earth metals

緒方 裕大; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 前川 禎通; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 110(7), p.072409_1 - 072409_4, 2017/02

https://doi.org/10.1063/1.4976998
 被引用回数：19 パーセンタイル：65.79(Physics, Applied)

We develop the $$in$$ $$situ$$ magnetization measurement apparatus for observing the Barnett effect consisting of a fluxgate sensor, high speed rotor with frequencies of up to 1.5 kHz, and magnetic shield at room temperature. The effective magnetic field (Barnett field) in a sample arising from rotation magnetizes the sample and is proportional to the rotational frequency. The gyroscopic $$g$$ factor, $$g'$$, of rare earth metals, in particular, Gd, Tb and Dy were estimated to be 2.00$$pm$$0.08, 1.53$$pm$$0.17, and 1.15$$pm$$0.32, respectively, from the slopes of the rotation dependence of the Barnett field. This study provides a technique to determine the $$g'$$ factor even in samples where the spectroscopic method may not be available.

論文

Spin hydrodynamic generation

高橋 遼*; 松尾 衛; 小野 正雄; 針井 一哉; 中堂 博之; 岡安 悟; 家田 淳一; 高橋 三郎*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Nature Physics, 12, p.52 - 56, 2016/01

https://doi.org/10.1038/nphys3526
 被引用回数：108 パーセンタイル：96.36(Physics, Multidisciplinary)

Magnetohydrodynamic generation is the conversion of fluid kinetic energy into electricity. Such conversion, which has been applied to various types of electric power generation, is driven by the Lorentz force acting on charged particles and thus a magnetic field is necessary. On the other hand, recent studies of spintronics have revealed the similarity between the function of a magnetic field and that of spin-orbit interactions in condensed matter. This suggests the existence of an undiscovered route to realize the conversion of fluid dynamics into electricity without using magnetic fields. Here we show electric voltage generation from fluid dynamics free from magnetic fields; we excited liquid-metal flows in a narrow channel and observed longitudinal voltage generation in the liquid. This voltage has nothing to do with electrification or thermoelectric effects, but turned out to follow a universal scaling rule based on a spin-mediated scenario. The result shows that the observed voltage is caused by spin-current generation from a fluid motion: spin hydrodynamic generation. The observed phenomenon allows us to make mechanical spin-current and electric generators, opening a door to fluid spintronics.

論文

Barnett effect in paramagnetic states

小野 正雄; 中堂 博之; 針井 一哉; 岡安 悟; 松尾 衛; 家田 淳一; 高橋 遼*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Physical Review B, 92(17), p.174424_1 - 174424_4, 2015/11

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.92.174424
 被引用回数：29 パーセンタイル：74.62(Materials Science, Multidisciplinary)

We report the observation of the Barnett effect in paramagnetic states by mechanically rotating gadolinium (Gd) metal with a rotational frequency of up to 1.5 kHz above the Curie temperature. An in situ magnetic measurement setup comprising a high-speed rotational system and a fluxgate magnetic sensor was developed for the measurement. Temperature dependence of the observed magnetization follows that of paramagnetic susceptibility, indicating that any emergent magnetic field is proportional to the rotational frequency and is independent of temperature. From the proportionality constant of the emergent field, the gyromagnetic ratio of Gd is calculated to be -29 $$pm$$ 5 GHz/T. This study revisits the primordial issue of magnetism with modern technologies to shed new light on the fundamental spin-rotation coupling.

論文

Line splitting by mechanical rotation in nuclear magnetic resonance

針井 一哉; 中堂 博之; 小野 正雄; 松尾 衛; 家田 淳一; 岡安 悟; 前川 禎通; 齊藤 英治

Japanese Journal of Applied Physics, 54(5), p.050302_1 - 050302_3, 2015/05

https://doi.org/10.7567/JJAP.54.050302
 被引用回数：13 パーセンタイル：49.9(Physics, Applied)

Nuclear magnetic resonance (NMR) measurements for a nuclear spin 1/2 system in an external magnet field and mechanical rotation in kHz range are reported. NMR signals are measured by the synchronous rotation of a sample and a detector coil under the condition that the rotation axis is perpendicular to the external field. NMR line splits into two despite the system having a single Zeeman level separation. We analytically show that the splitting originates in the nuclear spin motion under mechanical rotation, and is determined by only the angular velocity of the rotation without any material parameters.

論文

Rotational Doppler effect and Barnett field in spinning NMR

中堂 博之; 針井 一哉; 松尾 衛; 家田 淳一; 小野 正雄; 前川 禎通; 齊藤 英治

Journal of the Physical Society of Japan, 84(4), p.043601_1 - 043601_4, 2015/04

https://doi.org/10.7566/JPSJ.84.043601
 被引用回数：18 パーセンタイル：72.24(Physics, Multidisciplinary)

We report the observation of the rotational Doppler effect using nuclear magnetic resonance (NMR). We have developed a coil-spinning technique that enables measurements by rotating a detector and fixing a sample. We found that the rotational Doppler effect gives rise to NMR frequency shifts equal to the rotation frequency. We formulate the rotational Doppler effect and the Barnett field using a vector model for the nuclear magnetic moment. This formulation reveals that, with just the sample rotating, both effects cancel each other, thereby explaining the absence of an NMR frequency shift in conventional sample-spinning NMR measurements.

論文

Diffusion phenomenon at the interface of Cu-brass under a strong gravitational field

緒方 裕大*; 井口 裕介*; 徳田 誠*; Januszko, K.*; Khandaker, J. I.*; 小野 正雄; 真下 茂*

Journal of Applied Physics, 117(12), p.125902_1 - 125902_6, 2015/03

https://doi.org/10.1063/1.4916376
 被引用回数：8 パーセンタイル：34.64(Physics, Applied)

To investigate diffusion phenomenon at the interface between Cu and brass under a strong gravitational field generated by ultracentrifuge apparatus, we performed gravity experiments on samples prepared by electroplating with interfaces normal and parallel to the direction of gravity. For the parallel-mode sample, for which sedimentation cannot occur thorough the interface, the concentration change was significant within the lower gravity region; many pores were observed in this region. Many vacancies arising from crystal strain due to the strong gravitational field moved into the lower gravity region, and enhanced the atoms mobilities. For the two normal-mode samples, which have interface normal to the direction of gravity, the composition gradient of the brass-on- Cu sample was steeper than that for Cu-on-brass. This showed that the atoms of denser Cu diffuse in the direction of gravity, whereas Zn atoms diffuse in the opposite direction by sedimentation. The interdiffusion coefficients became higher in the Cu-on-brass sample, and became lower in the brass-on-Cu sample. This rise may be related to the behavior of the vacancies.

論文

Observation of Barnett fields in solids by nuclear magnetic resonance

中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 家田 淳一; 春木 理恵*; 岡安 悟; 前川 禎通; 安岡 弘志; 齊藤 英治

Applied Physics Express, 7(6), p.063004_1 - 063004_4, 2014/06

https://doi.org/10.7567/APEX.7.063004
 被引用回数：44 パーセンタイル：84.37(Physics, Applied)

電気的に中性な物体であっても、回転する物体中の粒子には磁場が生じることが予言されている。この磁場をバーネット磁場という。我々は核磁気共鳴法が固体中に生じたバーネット磁場を測定できることを示す。我々は試料とNMR検出コイルを同じ早さで回転させると核磁気モーメントの符号を反映したNMRシフトが生じることを見いだした。この結果はバーネット磁場の直接的証拠である。NMRを用いたバーネット磁場の測定は未知の核磁気モーメントの符号を決定できる。

論文

Ultracentrifuge experiment on AgI super-ionic conductor

小野 正雄; 岡安 悟; 井口 裕介*; 江坂 文孝; Bagum, R.*; 春木 理恵; 真下 茂*

Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan (Internet), 12(ists29), p.Tq_1 - Tq_3, 2014/04

https://doi.org/10.2322/tastj.12.Tq_1

これまでに固相の固溶系2成分合金や単体金属を遠心処理することで、固相中で元素や同位体組成を傾斜化できることを示した。ここで、2成分のイオン結晶の場合は、化学量論組成を保とうとする性質によって、たとえ遠心処理で分解を起こせたとしても元素組成を傾斜させることは難しいと考えられる。しかしながら、結晶中では自己拡散が起こっているので、元素組成を保ったままで、同位体組成を傾斜させることはできると考えられる。そこで我々は、遠心処理によって2成分のイオン結晶中で生じる同位体効果を調べるために、超イオン伝導体の$$alpha$$-AgIに関する超遠心実験を計画した。この超イオン伝導体$$alpha$$-AgIは、真性イオン結晶でありAgイオンの自己拡散が顕著であるため、この実験に最適である。研究の第一段階として、分解が生じない温度条件と遠心加速度条件の組み合わせを探る実験を行った。結果として、最大遠心加速度61万G、最高試料温度350$$^{circ}$$C、最大実験時間24時間の条件の組み合わせであれば、分解の起こらない実験が可能であることを確かめた。

論文

Separation in $$varepsilon$$-phase of BiPb alloy under mega-gravity

岡安 悟; 小野 正雄; 西尾 太一郎*; 井口 祐介*; 真下 茂*

Defect and Diffusion Forum, 323-325, p.545 - 548, 2012/04

https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.323-325.545
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nanoscience & Nanotechnology)

超重力場下の処理では固体中でも原子の沈降が生じる。その結果、BiPb合金の$$varepsilon$$相において部分的な溶融結晶化が発生する。完全結晶であるBi$$_{3}$$Pb$$_{7}$$のhcp相と部分的に欠陥の入ったBi$$_{3}$$Pb$$_{7-delta}$$のhcp相でのわずかな密度の違いが超重力場下では大きく拡大される。そしてその結果$$varepsilon$$相が分離を起こす。分離した相ではそれぞれの超伝導特性が異なる。

論文

Isotope distribution in pure indium after liquid-state centrifugation

小野 正雄; 岡安 悟; 江坂 文孝; 春木 理恵; 真下 茂*

Journal of the Japan Society of Microgravity Application, 28(2), p.S89 - S91, 2011/04

http://www.e-jasma.com/arc/paper/J1319435226

純インジウムを、遠心加速度82万g,溶融状態の温度300$$^{circ}$$Cで100時間遠心処理し、2次イオン質量分析器(CAMECA IMS-6f)で回収試料中の同位体比$$^{113}$$In/$$^{115}$$Inを測定した。同位体比は遠心加速度の方向に1.3%減少する方向で傾斜していた。この同位体比の傾斜は、重い$$^{115}$$Inが遠心加速度の向きに、軽い$$^{113}$$Inが遠心加速度と反対方向に移動した結果生じたものである。当該実験結果、及び、この現象を利用した同位体分離技術を開発するために必要な条件決定までの取り組みについて発表する。

論文

Deformation twinning of Bi-Sb solid alloy formed under a strong gravitational field

井口 裕介*; 真下 茂*; 小野 正雄; 岡安 悟

Philosophical Magazine Letters, 90(7), p.513 - 518, 2010/07

https://doi.org/10.1080/09500831003776790
 被引用回数：4 パーセンタイル：29.26(Materials Science, Multidisciplinary)

Bi-Sb合金に関する超重力場実験を実施し、実験後の試料断面の光学観察及び電子線後方散乱回折により結晶状態を調べた。重力が大きな領域では結晶の微細化が見られ、結晶の微細化が観察されなかった重力が弱い領域では配向角がおおよそ90$$^{circ}$$の変形双晶が見られた。この変形双晶部位の厚さは、通常の変形双晶と比べて大きく、重力場の大きさに比例して大きくなっていることがわかった。また、実験温度条件240$$^{circ}$$C,遠心処理10時間の場合、結晶の微細化が生じる重力場のしきい値は、おおよそ17万Gであることがわかった。

論文

RBS study of diffusion under strong centrifugal force in bimetallic Au/Cu thin films

Hao, T.; 小野 正雄; 岡安 悟; 境 誠司; 鳴海 一雅; 平岩 佑介*; 楢本 洋*; 前田 佳均

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 268(11-12), p.1867 - 1870, 2010/06

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2010.02.030
 被引用回数：5 パーセンタイル：39.68(Instruments & Instrumentation)

We investigate firstly the effect of strong centrifugal force ($$sim$$10$$^{6}$$ G, G = 9.8 m/s$$^{2}$$: SCF) on diffusion behavior in bimetallic Au/Cu thin films. Then SCF were applied with 0.61$$times$$10$$^{6}$$ G in the directions inward (+MG) and outward (-MG) $$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ substrates at 220$$^{circ}$$C for 140 minutes. The Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS: 2.7 MeV $$^{4}$$He$$^{+}$$) was used to evaluate the depth profiles of gold and copper atoms for the bimetallic Au/Cu thin films. The results show that in the present condition the diffusion of copper atoms through the gold layer is main process but the diffusion of gold atoms into the copper layers is unobvious for all the cases. Furthermore, it was found that SCF of +MG do not affect distinctly the diffusion of copper atoms through the gold layer, while SCF of -MG can promote damatically the diffusion of copper atoms through gold.

論文

Development of special rotor for centrifugal separation of isotopes in solid pure metals

小野 正雄; 末吉 正典*; 岡安 悟; Hao, T.; 江坂 文孝; 大澤 崇人; 井口 裕介*; 真下 茂

Review of Scientific Instruments, 80(8), p.083908_1 - 083908_6, 2009/08

https://doi.org/10.1063/1.3184762
 被引用回数：3 パーセンタイル：17.78(Instruments & Instrumentation)

新しい着想を試すために、気相ではなく固相状態で同位体遠心分離を行うための2つの沈降槽を有したロータの開発を行った。この着想は、固体中の構成原子の沈降現象を基本原理としている。インジウムを用いた性能確認試験では、ロータは、97000回転/分もの回転速度でも、外部の試料供給装置から射出供給した試料を回転の安定性を損なうことなくすべて受け止めることができ、さらに、固体状態でも、ロータ内の沈降槽間を非常に強い遠心加速度場の影響で生じる塑性変形流動によって試料が移動することを確認した。また、試料の同位体比を二次イオン質量分析器(SIMS)を用いて評価したところ、設計にて意図した通りの同位体分離が起きていることを確認した。

論文

Isotope fractionation due to sedimentation of atoms in centrifuged indium-lead alloy

小野 正雄; 井口 裕介*; 岡安 悟; 江坂 文孝; 小林 桂*; Hao, T.; Bagum, R.*; 大澤 崇人; 藤井 貴美夫; 中村 栄三*; et al.

Defect and Diffusion Forum, 289-292, p.63 - 68, 2009/04

原子スケールで連続的に組成が傾斜した傾斜構造を持つ超重力場実験後のIn-Pb合金(出発状態:In:Pb=80:20at%,実験条件:81万G,100時間,150$$^{circ}$$C(固体状態))について同位体存在比の変動を調べた。分析には二次イオン質量分析器(SIMS)を用いた。構成元素であるPbの場合、質量数の差が2となる$$^{206}$$Pbと$$^{208}$$Pbに着目すると、同位体存在比$$^{206}$$Pb/$$^{208}$$Pbが重力方向に連続的に1.5%減少し、質量数の差が1となる$$^{207}$$Pbと$$^{208}$$Pbに着目すると、同位体存在比$$^{207}$$Pb/$$^{208}$$Pbが同じく重力方向に連続的に0.8%減少していることがわかった。また、$$^{206}$$Pb/$$^{208}$$Pbと$$^{207}$$Pb/$$^{208}$$Pbの3同位体プロットから、質量差のみに依存した同位体比の変動が起こり、重い$$^{206}$$Pbが重力方向に増加し、軽い$$^{206}$$Pbが重力と反対方向に増加したことがわかった。この結果から、超重力場は合金中の相互拡散に影響を及ぼすだけでなく、自己拡散にも影響を及ぼすことを、質量差に依存した同位体分別効果という形で確認することができた。

論文

Sedimentation of impurity atoms in InSb semiconductor under a strong gravitational field

井口 裕介*; 小野 正雄; 岡安 悟; 真下 茂

Defect and Diffusion Forum, 289-292, p.319 - 322, 2009/04

これまでに、合金や化合物に100万Gレベルの超重力場を加えることで、構成原子の沈降現象を誘起し、原子スケールの傾斜構造の形成に成功してきた。本研究では、超重力場下の半導体中での不純物原子の沈降について調べた。試料はGeを物理蒸着(PVD)したInSb単結晶ウエハーとし、超重力場実験条件は、最大遠心加速度59万G,超重力場実験としては比較的高温の400$$^{circ}$$Cの試料温度にて、60時間とした。超重力場処理したGeの侵入深さが、地上重力場下で同一温度で熱処理した場合に比べ数倍深くなっていることがわかった。

論文

Formation of amorphous graded structure in Bi$$_{3}$$Pb$$_{7}$$ intermetallic compounds under strong gravitational field

真下 茂; 井口 裕介*; Bagum, R.*; 佐野 智一*; 竹田 晋吾*; 木村 滋*; 坂田 修身*; 小野 正雄; 岡安 悟; 鶴井 隆雄*; et al.

Defect and Diffusion Forum, 289-292, p.357 - 360, 2009/04

単相で均一なBi$$_{3}$$Pb$$_{7}$$金属間化合物を、102万G,130$$^{circ}$$C,100時間の実験条件にて超重力処理したところ、目視でも確認できる特異なナノ構造を持つ4つの層状構造が形成された。重力が最も小さい領域となる4番目の層では、純Biの析出が見られ、2,3番目の層では、Pbの組成が重力方向に増加する組成傾斜構造が形成されていた。2層目では、アモルファス相が含まれていることを示唆する非常にブロードなピークを持つX線回折パターンが確認された。

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