Spin-orbit-induced Ising ferromagnetism at a van der Waals interface

松岡 秀樹*; Barnes, S. E.*; 家田 淳一; 前川 禎通; Bahramy, M. S.*; Saika, B. K.*; 竹田 幸治; 和達 大樹*; Wang, Y.*; 吉田 訓*; et al.

Nano Letters, 21(4), p.1807 - 1814, 2021/02

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04851

Magnetocrystalline anisotropy, a key ingredient for establishing long-range order in a magnetic material down to the two-dimensional (2D) limit, is generally associated with spin-orbit interaction (SOI) involving a finite orbital angular momentum. Here we report strong out-of-plane magnetic anisotropy without orbital angular momentum, emerging at the interface between two different van der Waals (vdW) materials, an archetypal metallic vdW material NbSe possessing Zeeman-type SOI and an isotropic vdW ferromagnet VSe. We found that the Zeeman SOI in NbSe induces robust out-of-plane magnetic anisotropy in VSe down to the 2D limit with a more than 2-fold enhancement of the transition temperature. We propose a simple model that takes into account the energy gain in NbSe in contact with a ferromagnet, which naturally explains our observations. Our results demonstrate a conceptually new magnetic proximity effect at the vdW interface, expanding the horizons of emergent phenomena achievable in vdW heterostructures.

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

https://doi.org/10.1038/srep04105

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。

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

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.107.236602

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.

Event structure and double helicity asymmetry in jet production from polarized collisions at = 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

https://doi.org/10.1103/PhysRevD.84.012006

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()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。測定されたは、一番低い横運動量で-0.00140.0037、一番高い横運動量で-0.01810.0282であった。このの結果を幾つかのの分布を仮定した理論予想と比較する。

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

https://doi.org/10.1063/1.3565398

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.

Measurement of neutral mesons in + collisions at = 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

https://doi.org/10.1103/PhysRevD.83.052004

RHIC-PHENIX実験で重心エネルギー200GeVの陽子陽子衝突からの, , と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、、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。

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

https://doi.org/10.1016/0920-3796(94)00238-3

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。

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。

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.

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.