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高橋 遼*; 中堂 博之; 松尾 衛; 針井 一哉*; 大沼 悠一*; 前川 禎通; 齊藤 英治
Nature Communications (Internet), 11, p.3009_1 - 3009_6, 2020/06
被引用回数：18 パーセンタイル：80.01(Multidisciplinary Sciences)Hydrodynamic motion can generate a flux of electron-spin's angular momentum via the coupling between fluid rotation and electron spins. Such hydrodynamic generation, called spin hydrodynamic generation (SHDG), has recently attracted attention in a wide range of fields, especially in spintronics. Spintronics deals with spin-mediated interconversion taking place on a micro or nano scale because of the spin-diffusion length scale. To be fully incorporated into the interconversion, SHDG physics should also be established in such a minute scale, where most fluids exhibit a laminar flow. Here, we report electric voltage generation due to the SHDG in a laminar flow of a liquid-metal mercury. The experimental results show a scaling rule unique to the laminar-flow SHDG. Furthermore, its energy con- version efficiency turns out to be about 105 greater than of the turbulent one. Our findings reveal that the laminar-flow SHDG is suitable to downsizing and to extend the coverage of fluid spintronics.
近藤 恭弘; 平野 耕一郎; 伊藤 崇; 菊澤 信宏; 北村 遼; 森下 卓俊; 小栗 英知; 大越 清紀; 篠崎 信一; 神藤 勝啓; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 1350, p.012077_1 - 012077_7, 2019/12
被引用回数：1 パーセンタイル：52.28(Physics, Particles & Fields)J-PARC加速器の要素技術試験に必要な3MeV H
リニアックを高度化した。イオン源にはJ-PARCリニアックと同じものを用い、RFQは、J-PARCリニアックで2014年まで使用した30mA RFQに代わり新たに製作した50mA RFQを設置した。したがって、このシステムはエネルギー3MeV、ビーム電流50mAとなる。このリニアックの本来の目的は、このRFQの試験であるが、J-PARC加速器の運転維持に必要な様々な機器の試験を行うことができる。加速器は既に試運転が終了しており、測定プログラムが開始されつつある。この論文では、この3MeV加速器の現状について報告する。
Fe
O
cantileversSeo, Y.-J.*; 針井 一哉; 高橋 遼*; 中堂 博之; 大柳 洸一*; Qiu, Z.*; 小野 崇人*; 塩見 雄毅*; 齊藤 英治
Applied Physics Letters, 110(13), p.132409_1 - 132409_4, 2017/03
被引用回数：12 パーセンタイル：50.89(Physics, Applied)フェリ磁性体であるYFeOを用いたサブミクロンカンチレバーを収束イオンビーム法によって作成し、その振動特性を磁場によって制御した。カンチレバーは縦横2つの振動モードを示し、それぞれのモードは外部磁場の印加によって共鳴周波数が減少、増大した。この結果は磁気力の磁場変化を取り扱った数値シミュレーションでよく再現された。周波数変化は数%に及ぶことから、磁場による高効率な振動制御が行われたと結論できる。
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
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.
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
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 
5 GHz/T. This study revisits the primordial issue of magnetism with modern technologies to shed new light on the fundamental spin-rotation coupling.
Qiu, Z.*; 安藤 和也*; 内田 健一*; 梶原 瑛祐*; 高橋 遼*; 中山 裕康*; 安 東秀*; 藤川 安仁*; 齊藤 英治
Applied Physics Letters, 103(9), p.092404_1 - 092404_4, 2013/08
被引用回数：115 パーセンタイル：95.84(Physics, Applied)白金(Pt)/イットリウム鉄ガーネット(YIG)界面を高い精度で制御することに成功し、そのPt/YIG界面におけるスピンミキシングコンダクタンスを研究した。高い結晶性をもつ明瞭な界面が、ミキシングコンダクタンスの最大値を得るためには重要な要素であることを実験的に示した。そのスピンミキシングコンダクタンスはよく制御されたPt/YIG界面において、理論的予想最大値と近い、1.3
10
m
という値が得られた。
Fe
/Pt films中山 裕康*; 安藤 和也*; 針井 一哉; 吉野 達郎*; 高橋 遼*; 梶原 瑛祐*; 内田 健一*; 藤川 安仁*; 齊藤 英治
Physical Review B, 85(14), p.144408_1 - 144408_7, 2012/04
被引用回数：190 パーセンタイル：98(Materials Science, Multidisciplinary)強磁性共鳴(FMR)によるスピンポンピングで誘起される逆スピンHall効果(ISHE)の形状依存性を定量的に調べた。NiFe/Pt薄膜のサイズと膜厚を変え、FMRスペクトルとISHEによって誘起される起電力を測定した。薄膜形状を変えるとISHEによって誘起される電流はシステマティックに変化する。スピンポンピングによって誘起されるISHEの膜厚依存性はNiFeとPtでは異なっている。
松尾 衛; 家田 淳一; 高橋 遼*; 針井 一哉; 齊藤 英治; 前川 禎通
no journal, ,
物体の運動に伴う力学的角運動量のダイナミクスを用いたスピン流生成を理論的に調べる。特に、スピン・回転結合を通じた力学的角運動量とスピン角運動量の相互変換を議論する。
的場 史朗; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 山田 圭介; 千葉 敦也; 小泉 哲夫*; 高橋 果林*; 石川 学*; 城丸 春夫*; 加藤 遼也*; et al.
no journal, ,
マイクロチャンネルプレート(MCP)の最大検出効率は、検出器の全表面積に対する粒子検出部である多数の細孔の全開口面積の比(開口率)とほぼ等しいことが知られている。市販の一般的なMCPでは、機械的強度の制約により開口率は50%-60%で、検出効率も同程度である。本研究では、検出効率を最大限に向上させる目的で、円筒状細孔の粒子入射側にテーパー加工を施して開口部を大きくすることで開口率を約100%に増大させたMCPを開発した。このMCPについて、Ar
(
=1, 2, 3)のビームに対する検出効率を、0.5keVから1.08MeVの範囲で測定した。検出効率は、低いエネルギー領域ではエネルギーの増加に伴い上昇した。これは二次電子放出率がエネルギーとともに上昇するためだと考えられる。一方、50keV以上での検出効率は100%であり、イオン検出の高効率化のために開口部を大きくする方法として、テーパー加工が有効であることが確かめられた。
針井 一哉; 松尾 衛; 高橋 遼; 小野 正雄; 家田 淳一; 中堂 博之; 岡安 悟; 前川 禎通; 齊藤 英治
no journal, ,
スピンの流れであるスピン流はスピントロニクス領域において鍵となる概念である。スピン流は磁化、光、電流などの間の角運動量変換を用いて生成される。しかし、力学的な回転による角運動量は現在までスピン流生成に有効活用されてこなかった。この発表において我々は、スピン角運動量と回転の間の基本的な相互作用であるスピン回転相互作用に基づいた、力学的手法によるスピン流生成について、実験・理論両面での最近の結果を報告する。
高橋 遼; 前川 禎通; 齊藤 英治
no journal, ,
Spin-current generation from the macroscopic rotation has been demonstrated in a fluid motion, where we can easily generate rotation gradient by using the vorticity. In the pipe flow of a liquid, the spin current due to macroscopic motion is expected to be generated along the direction of the vorticity gradient, perpendicular to the pipe flow. To detect the spin current in a metal liquid (Hg and Ga
In
Sn
), we have utilized the inverse spin Hall (ISH) effect, expected to be generated along the flow direction in a pipe flow. As a result, a clear voltage signal appears when liquid metal is flowing. This unconventional voltage behavior is the feature predicted for the ISH effect induced by the mechanical motion. We have also examined the consistency with a theory on the spin-current generation due to the fluid motion and found that all the experimental results obey a universal scaling rule suggested by the theory.
高橋 遼; 針井 一哉*; 松尾 衛; 前川 禎通; 齊藤 英治
no journal, ,
Generation and utilization of spin currents are essential for the field of spintronics, dealing with spin-based transport in condensed matter systems. The key is angular-momentum conversion from/to spin degrees of freedom. Several forms of the angular momentum are utilized but there existed an angular-momentum carrier remaining to be used, namely macroscopic mechanical rotation. Especially, we focused on the vorticity, local rotation in fluid motion, and consequently we demonstrated that the fluid-mechanical motion enables us to generate spin currents, which is a novel spin-current generating method "Spin Hydrodynamic (SHD) Generation". Our experimental results and its consistency with theoretical predictions will be discussed in this presentation. Besides that, our recent experimental progress in this spin-hydrodynamic conversion phenomenon will be discussed.
中堂 博之; 今井 正樹; 針井 一哉; 小野 正雄; 高橋 遼*; 松尾 衛; 前川 禎通; 齊藤 英治
no journal, ,
電子は電気的自由度である電荷と磁気的自由度であるスピンをもつ。スピントロニクスは、この両方の自由度を駆使することによって従来のエレクトロニクスを超えた新機能を探索している。スピントロニクスにおいて中核となる物理量は、スピン分極した電子の流れであるスピン流である。スピン流は磁気の流れであると同時に角運動量の流れでもあるため、物体内部で多様な形態で存在する微視的な角運動量と相互変換することが知られている。この相互変換を通じて現在までに光, 熱, 磁化のダイナミクスからスピン流が生成されている。我々の研究グループではスピン流と相互作用する新たな角運動量として力学的回転運動に着目し、理論構築と系統的実験を連携しつつ研究を進めてきた。力学的運動とスピンの角運動量相互変換の基礎となる古典的な実験は1915年に発見されたアインシュタイン-ド・ハース効果とバーネット効果である。アインシュタイン-ド・ハース効果はスピン角運動量から物体のマクロな回転運動を生成する効果であるのに対して、バーネット効果は物体の回転運動からスピンを分極させ磁化を生じさせる効果である。バーネット効果の現代的な理論的知見ではその起源は、非慣性系におけるゲージ場であるスピン回転相互作用であり、量子相対論から厳密に導出される。我々は、このスピン回転相互作用に着目し、現代的実験手法を駆使して、新たな現象を開拓してきた。核磁気共鳴法を応用して回転座標系における測定を可能とする新規な装置を開発することによりスピン回転相互作用由来の有効磁場の直接観測に初めて成功し、核スピンに作用する回転場と磁場との等価性を実験的に示した。また、スピン回転相互作用が回転運動とスピン角運動量の直接的な相互作用であることに着目し、物質内部の角運動量を直接測定できる手法として応用し、角運動量補償点の観測を実証した。これらの成果を基礎として、我々は細管中を流れる流体の流速分布から生じる渦度勾配から直流スピン流が生成していることを実験的に示した。また、スピン波スピン流が運ぶ角運動量を用いて、スピン生成源から離れた位置にあるカンチレバーを駆動する実験にも成功している。本講演では我々が取り組んできたこれらの研究を実験データを示しながら紹介する。
