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Zhou, Z.*; Frost, W.*; Lloyd, D. C.*; 関 剛斎*; 窪田 崇秀*; Ramos, R.*; 齊藤 英治; 高梨 弘毅; 廣畑 貴文*
Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 571, p.170575_1 - 170575_5, 2023/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)Recent development in neuromorphic computation allows us to achieve low power and highly efficient calculations better than the conventional von Neumann computation. In order to achieve realistic synaptic operation, potentiation to add weighting to strengthen a selected artificial synapse. Such functionality can be achieved by reducing the electrical resistance of the artificial synapse. Recently, a ferromagnetic Heusler alloy used in a magnetoresistive junction has been demonstrated to crystallise via the layer-by-layer mode by introducing an electrical current pulse. In this study, we have extended the current-induced crystallisation to a junction with epitaxially-grown Heusler alloy after post-annealing for crystallisation. By combining this potentiation functionality with the neuromorphic operation, realistic synaptic computation can be developed.
and Eu
ions onto sedimentary rock in the presence of gamma-irradiated humic acidZhao, Q.*; 齊藤 毅*; 宮川 和也; 笹本 広; 小林 大志*; 佐々木 隆之*
Journal of Hazardous Materials, 428, p.128211_1 - 128211_10, 2022/04
被引用回数：5 パーセンタイル：62.11(Engineering, Environmental)令和2年度以降の幌延深地層研究計画において原子力機構が取り組んでいる課題の1つである「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認」では、坑道周辺の掘削損傷領域において物質移行に関するデータの取得が必要である。本研究では、地下水中に含まれる腐植物質であるフミン酸に着目し、放射線によるフミン酸の分解反応がCsイオンとEuイオンの収着能へ与える影響について、幌延地域の堆積岩を例として調べた。放射線を照射していないフミン酸の存在下では、Euはフミン酸と錯体を形成することで、岩石への収着能は低下する。一方で、放射線の照射によりフミン酸が分解されると、岩石へ収着するEuイオンが増加することが確認された。また、Csの岩石への収着能はフミン酸の影響を受けることが無く、また、放射線により分解されたフミン酸の影響も見られないことが分かった。以上のことから、廃棄体の近傍ではフミン酸の放射線分解により、岩石への収着するEuイオンの割合が大きくなることが考えられる。
Chen, Y.*; 佐藤 正寛*; Tang, Y.*; 塩見 雄毅*; 大柳 洸一*; 益田 隆嗣*; 南部 雄亮*; 藤田 全基*; 齊藤 英治
Nature Communications (Internet), 12, p.5199_1 - 5199_7, 2021/08
被引用回数：8 パーセンタイル：61.37(Multidisciplinary Sciences)A triplon refers to a fictitious particle that carries angular momentum 
corresponding to the elementary excitation in a broad class of quantum dimerized spin systems. Such systems without magnetic order have long been studied as a testing ground for quantum properties of spins. Although triplons have been found to play a central role in thermal and magnetic properties in dimerized magnets with singlet correlation, a spin angular momentum flow carried by triplons, a triplon current, has not been detected yet. Here we report spin Seebeck effects induced by a triplon current: triplon spin Seebeck effect, using a spin-Peierls system CuGeO
. The result shows that the heating-driven triplon transport induces spin current whose sign is positive, opposite to the spin-wave cases in magnets. The triplon spin Seebeck effect persists far below the spin-Peierls transition temperature, being consistent with a theoretical calculation for triplon spin Seebeck effects.
吉川 貴史*; Reitz, D.*; 伊藤 宏陽*; 巻内 崇彦*; 杉本 宜陽*; 恒川 翔*; 大門 俊介*; 大柳 洸一*; Ramos, R.*; 高橋 三郎*; et al.
Nature Communications (Internet), 12, p.4356_1 - 4356_7, 2021/07
被引用回数：19 パーセンタイル：88.38(Multidisciplinary Sciences)Thermoelectric effects have been applied to power generators and temperature sensors that convert waste heat into electricity. The effects, however, have been limited to electrons to occur, and inevitably disappear at low temperatures due to electronic entropy quenching. Here, we report thermoelectric generation caused by nuclear spins in a solid: nuclear-spin Seebeck effect. The sample is a magnetically ordered material MnCO having a large nuclear spin 
of 
Mn nuclei and strong hyperfine coupling, with a Pt contact. In the system, we observe low-temperature thermoelectric signals down to 100 mK due to nuclear-spin excitation. Our theoretical calculation in which interfacial Korringa process is taken into consideration quantitatively reproduces the results. The nuclear thermoelectric effect demonstrated here offers a way for exploring thermoelectric science and technologies at ultralow temperatures.
Frost, W.*; 関 剛斎*; 窪田 崇秀*; Ramos, R.*; 齊藤 英治; 高梨 弘毅*; 廣畑 貴文*
Applied Physics Letters, 118(17), p.172405_1 - 172405_5, 2021/04
被引用回数：1 パーセンタイル：7.86(Physics, Applied)We demonstrate that the spin-Seebeck effect can be used to estimate the volume of edge domains formed in a giant magnetoresistive (GMR) device. The thermal gradient induced by Joule heating can be harnessed by the addition of a ferromagnetically insulating channel of Fe
O on the sides of the GMR pillar. This generates a spin wave in FeO, which couples with the free-layer edge magnetization and controls the reversal of the ferromagnetic layers in one direction only, increasing the current density from 
A/cm
to 
A/cm. By simple assumption, we estimate the effect of the edge domain on magnetization reversal to be 
by spin-transfer torque.
長尾 郁弥; 新里 忠史; 佐々木 祥人; 伊藤 聡美; 渡辺 貴善; 土肥 輝美; 中西 貴宏; 佐久間 一幸; 萩原 大樹; 舟木 泰智; et al.
JAEA-Research 2020-007, 249 Pages, 2020/10
JAEA-Research-2020-007.pdf:15.83MB
2011年3月11日に発生した太平洋三陸沖を震源とするマグニチュード9.0の東北地方太平洋沖地震とそれに伴って発生した津波により、東京電力(現東京電力ホールディングス)福島第一原子力発電所の事故が発生し、その結果、環境中へ大量の放射性物質が放出された。この事故により放出された放射性核種は、その大部分が森林に沈着している。これに対し、面積が広大であり大量の除去土壌などが生じる、多面的な森林の機能が損なわれる可能性があるなどの問題があり、生活圏近傍を除き、汚染された森林の具体的な除染計画はない。そのため、未除染の森林から放射性セシウムが流出し、既に除染された生活圏に流入することで空間線量率が上がってしまうのではないか(外部被ばくに関する懸念)、森林から河川に流出した放射性セシウムが農林水産物に取り込まれることで被ばくするのではないか、規制基準値を超えて出荷できないのではないか(内部被ばくに関する懸念)などの懸念があり、避難住民の帰還や産業再開の妨げとなる可能性があった。日本原子力研究開発機構では、環境中に放出された放射性物質、特に放射性セシウムの移動挙動に関する「長期環境動態研究」を2012年11月より実施している。この目的は、自治体の施策立案を科学的側面から補助する、住民の環境安全に関する不安を低減し、帰還や産業再開を促進するといった点にある。本報告書は、原子力機構が福島県で実施した環境動態研究におけるこれまでの研究成果について取りまとめたものである。
Se ultrathin films on van der Waals ferromagnet CrSiTe
加藤 剛臣*; 菅原 克明*; 伊東 直洋*; 山内 邦彦*; 佐藤 匠*; 小口 多美夫*; 高橋 隆*; 塩見 雄毅*; 齊藤 英治; 佐藤 宇史*
Physical Review Materials (Internet), 4(8), p.084202_1 - 084202_6, 2020/08
被引用回数：4 パーセンタイル：20.66(Materials Science, Multidisciplinary)We investigated the Dirac-cone state and its modulation when an ultrathin film of topological insulator BiSe was epitaxially grown on a van der Waals ferromagnet CrSiTe (CST) by angle-resolved photoemission spectroscopy. We observed a gapless Dirac-cone surface state in six quintuple-layer (6QL) BiSe on CST, whereas the Dirac cone exhibits a gap of 0.37 eV in its 2QL counterpart. Intriguingly, this gap is much larger than those for BiSe films on Si(111). We also revealed no discernible change in the gap magnitude across the ferromagnetic transition of CST, suggesting the very small characteristic length and energy scale of the magnetic proximity effect. The present results suggest a crucial role of interfacial coupling for modulating Dirac electrons in topological-insulator hybrids.
南部 雄亮*; Barker, J.*; 沖野 夕貴*; 吉川 貴史*; 塩見 雄毅*; Enderle, M.*; Weber, T.*; Winn, B.*; Graves-Brook, M.*; Tranquada, J. M.*; et al.
Physical Review Letters, 125(2), p.027201_1 - 027201_6, 2020/07
被引用回数：45 パーセンタイル：94.07(Physics, Multidisciplinary)We measure the mode-resolved direction of the precessional motion of the magnetic order, i.e., magnon polarization, via the chiral term of inelastic polarized neutron scattering spectra. The magnon polarization is a unique and unambiguous signature of magnets and is important in spintronics, affecting thermodynamic properties such as the magnitude and sign of the spin Seebeck effect. However, it has never been directly measured in any material until this work. The observation of both signs of magnon polarization in YFe
O
also gives direct proof of its ferrimagnetic nature. The experiments agree very well with atomistic simulations of the scattering cross section.
Fe
O小畠 雅明; 吉井 賢資; 福田 竜生; 川崎 郁斗; 岡根 哲夫; 山上 浩志; 矢板 毅; 針井 一哉; 家田 淳一; 岡安 悟; et al.
JPS Conference Proceedings (Internet), 30, p.011192_1 - 011192_6, 2020/03
スピンゼーベック効果を示す系として注目されているPt/YFeO(YIG)系に対し、放射光を用いた硬X線光電子分光(HAXPES)により表面及び界面の電子状態測定を行った。本系ではスピンゼーベック効果のほかに特異な性質を示すことが報告されている。例えば、外部磁場が存在しない状況でもホール効果を発現する。この起源として、YIG中のFeイオンがPt膜に染み出し、磁性を持つ金属間化合物を生成している可能性が提案されている。そこでHAXPESの分析深さを利用し、界面近傍の鉄イオン等の電子状態を測定した。Ptの厚みが2nm, 5nm, 8nm, 10nmの試料を測定したところ、2nmと5nmの試料において鉄イオンの分析を行うことができた。Fe 1s光電子スペクトルからは、鉄イオンが3+のものと金属的な0価に近い2つの状態が存在することが判明し、上記の可能性を支持する結果が得られた。Pt 4fやO 1sスペクトルなども測定しており、詳しい結果は当日報告する。
Chen, Y.*; 塩見 雄毅*; Qiu, Z.*; 新関 友彦*; 埋田 真樹*; 齊藤 英治
Scientific Reports (Internet), 9, p.19052_1 - 19052_8, 2019/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Multidisciplinary Sciences)In superconductors, a topological configuration of the superconducting order parameter called a superconducting vortex carries magnetization. Such a magnetic topological object behaves like a minute particle generating a magnetic flux. Since the flux is localized with a nanometer scale, the vortex provides a nano-scale probe for local magnetic fields. Here we show that information of magnetic stripes in insulators can be read out by using vortices in an adjacent superconductor film as a probe. The orientation and width of magnetic micro stripes are both transcribed into resistance change of the superconductor through the modulation of vortex mobility affected by local magnetization. By changing the direction of external magnetic fields, zero-field resistance changes continuously according to the stripe orientation, and its modulation magnitude reaches up to 100%. The width of the stripes can also be estimated from the oscillatory magnetoresistance. Our results demonstrate a new possibility for non-volatile analog memory devices based on topological objects.
廣部 大地*; 佐藤 正寛*; 萩原 雅人*; 塩見 雄毅*; 益田 隆嗣*; 齊藤 英治
Physical Review Letters, 123(11), p.117202_1 - 117202_7, 2019/09
被引用回数：14 パーセンタイル：65.02(Physics, Multidisciplinary)Investigating exotic magnetic materials with spintronic techniques is effective at advancing magnetism as well as spintronics. In this work, we report unusual field-induced suppression of the spin Seebeck effect (SSE) in a quasi-one-dimensional frustrated spin-
magnet LiCuVO
, known to exhibit spin-nematic correlation in a wide range of external magnetic field 
. The suppression takes place above 
T in spite of the -linear isothermal magnetization curves in the same range. The result can be attributed to the growth of the spin-nematic correlation while increasing . The correlation stabilizes magnon pairs carrying spin 2, thereby suppressing the interfacial spin injection of SSE by preventing the spin-1 exchange between single magnons and conduction electrons at the interface. This interpretation is supported by integrating thermodynamic measurements and theoretical analysis on the SSE.
長尾 郁弥; 新里 忠史; 佐々木 祥人; 伊藤 聡美; 渡辺 貴善; 土肥 輝美; 中西 貴宏; 佐久間 一幸; 萩原 大樹; 舟木 泰智; et al.
JAEA-Research 2019-002, 235 Pages, 2019/08
JAEA-Research-2019-002.pdf:21.04MB
2011年3月11日に発生した太平洋三陸沖を震源とするマグニチュード9.0の東北地方太平洋沖地震とそれに伴って発生した津波により、東京電力福島第一原子力発電所の事故が発生し、その結果、環境中へ大量の放射性物質が放出され、その大部分が森林に沈着している。これに対し、面積が広大であり大量の除去土壌等が生じる、多面的な森林の機能が損なわれる可能性があるなどの問題があり、生活圏近傍を除き、汚染された森林の具体的な除染計画はない。そのため、未除染の森林から放射性セシウムが流出し、既に除染された生活圏に流入することに対する懸念があり、避難住民の帰還や産業再開の妨げとなる可能性があった。原子力機構では、環境中に放出された放射性物質、特に放射性セシウムの移動挙動に関する「長期環境動態研究」を2012年11月より実施している。この目的は、自治体の施策立案を科学的側面から補助する、住民の環境安全に関する不安を低減し、帰還や産業再開を促進するといった点にある。本報告書は、原子力機構が福島県で実施した環境動態研究におけるこれまでの研究成果について取りまとめたものである。
and CrGeTe伊東 直洋*; 吉川 貴史*; Barker, J.*; 廣部 大地*; 塩見 雄毅*; 齊藤 英治
Physical Review B, 100(6), p.060402_1 - 060402_6, 2019/08
被引用回数：43 パーセンタイル：88.83(Materials Science, Multidisciplinary)We have studied the longitudinal spin Seebeck effect (LSSE) in the layered ferromagnetic insulators CrSiTe and CrGeTe covered by Pt films in the measurement configuration where spin current traverses the ferromagnetic Cr layers. The LSSE response is clearly observed in the ferromagnetic phase and, in contrast to a standard LSSE magnet YFeO, persists above the critical temperatures in both CrSiTe/Pt and CrGeTe/Pt samples. With the help of a numerical calculation, we attribute the LSSE signals observed in the paramagnetic regime to exchange-dominated interlayer transport of in-plane paramagnetic moments reinforced by short-range ferromagnetic correlations and strong Zeeman effects.
針井 一哉; Seo, Y.-J.*; 堤 康雅*; 中堂 博之; 大柳 洸一*; 松尾 衛; 塩見 雄毅*; 小野 崇人*; 前川 禎通; 齊藤 英治
Nature Communications (Internet), 10, p.2616_1 - 2616_5, 2019/06
被引用回数：28 パーセンタイル：81.46(Multidisciplinary Sciences)Electric current has been used to send electricity to far distant places. On the other hand, spin current, a flow of electron spin, can in principle also send angular momentum to distant places. In a magnet, there is a universal spin carrier called a spin wave, a wave-type excitation of magnetization. Since spin waves exhibit a long propagation length, it should be able to send angular momentum that can generate torque and force at a distant place: a new function of magnets. Here we observe mechanical angular momentum transmission and force generation due to spin waves injected into YFeO by the spin-Seebeck effect. The spin-wave current, transmitted through a YFeO micro cantilever, was found to create a mechanical force on the cantilever as a non-local reaction of the spin-Seebeck effect. Spin-wave current can be generated remotely even in open circuits, and it can be used to drive micro mechanical devices.
亀田 麻衣*; 廣部 大地*; 大門 俊介*; 塩見 雄毅*; 高橋 三郎*; 齊藤 英治
Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 476, p.459 - 463, 2019/04
被引用回数：1 パーセンタイル：4.76(Materials Science, Multidisciplinary)Nonlinear effects of spin pumping have been investigated by numerically calculating the temporal evolution of the magnon number affected by three- and four-magnon interactions. We showed that the three-magnon interaction gives rise to the enhancement of spin-pumping spin current. We also found that the four-magnon interaction in combination with the three-magnon interaction can be responsible for the experimentally observed low-frequency oscillation of spin current.
Lustikova, J.*; 塩見 雄毅*; 横井 直人*; 壁谷 典幸*; 木村 憲彰*; 家永 紘一郎*; 金子 真一*; 大熊 哲*; 高橋 三郎*; 齊藤 英治
Nature Communications (Internet), 9, p.4922_1 - 4922_6, 2018/11
被引用回数：30 パーセンタイル：83.87(Multidisciplinary Sciences)A rectenna, standing for a rectifying antenna, is an apparatus which generates d.c. electricity from electric fluctuations. It is expected to realize wireless power transmission as well as energy harvesting from environmental radio waves. To realize such rectification, devices that are made up of internal atomic asymmetry such as an asymmetric junction have been necessary so far. Here we report a material that spontaneously generates electricity by rectifying environmental fluctuations without using atomic asymmetry. The sample is a common superconductor without lowered crystalline symmetry, but, just by putting it in an asymmetric magnetic environment, it turns into a rectifier and starts generating electricity. Superconducting vortex strings only annihilate and nucleate at surfaces, and this allows the bulk electrons to feel surface fluctuations in an asymmetric environment: a vortex rectenna. The rectification and generation can be switched on and off with only a slight change in temperature or external magnetic fields.
塩見 雄毅*; Lustikova, J.*; 渡辺 真悟*; 廣部 大地*; 高橋 三郎*; 齊藤 英治
Nature Physics, 15(1), p.22 - 26, 2018/10
被引用回数：17 パーセンタイル：74.55(Physics, Multidisciplinary)Various spintronic phenomena originate from the exchange of angular momentum between the spin of electrons and other degrees of freedom in crystalline materials. Many degrees of freedom, such as magnetization and mechanical motion, have already been united into this exchange framework. However, the nuclear spin -a key angular momentum- has yet to be incorporated. Here we observe spin pumping from nuclear magnetic resonance (NMR), in which nuclear spin dynamics emits a spin current, a flow of spin angular momentum of electrons. By using the canted antiferromagnet MnCO, in which typical nuclear spin-wave formation is established due to the reinforced hyperfine coupling, we find that a spin current is generated from an NMR. Nuclear spins are indispensable for quantum information technology and are also frequently used in various sensors, such as in magnetic resonance imaging. The observed NMR spin pumping allows spin-current generation from nuclei and will enable spintronic detection of nuclear spin states.
鶴田 忠彦; 新里 忠史; 中西 貴宏; 土肥 輝美; 中間 茂雄; 舟木 泰智; 御園生 敏治; 大山 卓也; 操上 広志; 林 誠二*; et al.
JAEA-Review 2017-018, 86 Pages, 2017/10
JAEA-Review-2017-018.pdf:17.58MB
2011年3月11日の東日本大震災に伴う福島第一原子力発電所の事故以降、福島環境安全センターでは、福島の環境回復に向けた取組みとして、事故により環境中に放出された放射性物質のうち特に放射性セシウムの分布状況を評価し将来予測を行うとともに、森林から河川水系を経て海洋に至る環境や我々の生活圏での放射性セシウムの移動状況に係る調査研究「環境動態研究」に取り組んでいる。この度、最新の成果をとりまとめるとともに他機関の関連する最新の成果も参照しまとめたことから、研究成果報告書類として報告する。なお、本成果は、外部への情報発信の一つである福島部門ウェブサイトにおけるQAページを、根拠情報となる科学的知見を含め「根拠に基づく情報発信」として更新するにあたり、コンテンツとして活用されるものである。
塩見 雄毅*; 高嶋 梨菜*; 齊藤 英治
Physical Review B, 96(13), p.134425_1 - 134425_9, 2017/10
被引用回数：76 パーセンタイル：93.29(Materials Science, Multidisciplinary)A magnon Nernst effect, an antiferromagnetic analog of the magnon Hall effect in ferromagnetic insulators, has been studied experimentally for the layered antiferromagnetic insulator MnPS in contact with two Pt strips. Thermoelectric voltage in the Pt strips grown on MnPS single crystals exhibits nonmonotonic temperature dependence at low temperatures, which is unlikely to be explained by electronic origins in Pt but can be ascribed to the inverse spin Hall voltage induced by a magnon Nernst effect. Control of antiferromagnetic domains in the MnPS crystal by magnetoelectric cooling is found to modulate the low-temperature thermoelectric voltage in Pt, which is evidence consistent with the emergence of the magnon Nernst effect in Pt-MnPS hybrid structures.
渡辺 真悟*; 廣部 大地*; 塩見 雄毅*; 井口 亮*; 大門 俊介*; 亀田 麻衣*; 高橋 三郎*; 齊藤 英治
Scientific Reports (Internet), 7, p.4576_1 - 4576_6, 2017/07
被引用回数：6 パーセンタイル：29.59(Multidisciplinary Sciences)Spin pumping enables the generation of d.c. and gigahertz-band (GHz-band) voltages from an applied microwave via magnetization dynamics when combined with inverse spin Hall effects. However, generating such voltages in the in-between frequency region, or the megahertz (MHz) band, has been difficult since ferromagnetic resonance usually occurs in the GHz band. Here we show that in spite of GHz-band microwaves applied, MHz-band voltages can be generated by spin pumping with use of nonlinear magnetization dynamics in YFeO. The mechanism is ascribed to the MHz-band oscillation of the amplitude of the magnetization precession, which is projected onto a rectified voltage component via spin pumping. The present finding could be useful for frequency down-conversion thanks to the simple and durable structure, continuous-wave operation, and the tunability of an output frequency with low magnetic fields.
