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論文

Ag nanoparticles embedded in Nd:YAG crystals irradiated with tilted beam of 200 MeV Xe ions; Optical dichroism correlated to particle reshaping

Li, R.*; Pang, C.*; 雨倉 宏*; Ren, F.*; H$"u$bner, R.*; Zhou, S.*; 石川 法人; 大久保 成彰; Chen, F.*

Nanotechnology, 29(42), p.424001_1 - 424001_8, 2018/10

 パーセンタイル:100(Nanoscience & Nanotechnology)

銀イオン注入法と高速重イオン照射法を組み合わせることで、Nd:YAG(Nbをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット)結晶中に埋め込まれている銀ナノ粒子を制御性良く変形させることができた。本研究では、Nd:YAG結晶中に埋め込まれた球形状の銀ナノ粒子に高速重粒子線を照射することで、銀ナノ粒子を変形させることを試みた。今回、照射前後の表面プラズモン共鳴の微小な変化を検知できることを利用して、照射による金属ナノ粒子のわずかな変形を検出することにも成功した。また、離散双極子近似(DDA)計算と組み合わせることで、その変形度を定量化する手法を開発した。

論文

Spin colossal magnetoresistance in an antiferromagnetic insulator

Qiu, Z.*; Hou, D.*; Barker, J.*; 山本 慧; Gomonay, O.*; 齊藤 英治*

Nature Materials, 17(7), p.577 - 580, 2018/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:3.52(Chemistry, Physical)

巨大磁気抵抗とは導体絶縁体相転移の近傍で磁場により電気抵抗が大幅に変化する現象を指す。これは磁気構造と電気伝導の強い相関に由来し、数十年にわたって盛んに研究されてきた。本稿では、反強磁性絶縁体であるCr$$_{2}$$O$$_{3}$$が室温においてスピン流についての明確な導体不導体を起こすことを報告する。スピン流透過率はネール温度近傍の14度の間で2桁変化する。このスピン流についての導体不導体転移は磁場によって制御可能であり、定温で最大500%透過率が変化し事実上のスピン流透過不透過切り替えのスイッチとなる。

論文

Scaling of memories and crossover in glassy magnets

Samarakoon, A. M.*; 高橋 満*; Zhang, D.*; Yang, J.*; 片山 尚幸*; Sinclair, R.*; Zhou, H. D.*; Diallo, S. O.*; Ehlers, G.*; Tennant, D. A.*; et al.

Scientific Reports (Internet), 7(1), p.12053_1 - 12053_8, 2017/09

AA2017-0448.pdf:3.45MB

 被引用回数:2 パーセンタイル:52.47(Multidisciplinary Sciences)

Glassiness is ubiquitous and diverse in characteristics in nature. Understanding their differences and classification remains a major scientific challenge. Here, we show that scaling of magnetic memories with time can be used to classify magnetic glassy materials into two distinct classes. The systems studied are high temperature superconductor-related materials, spin-orbit Mott insulators, frustrated magnets, and dilute magnetic alloys. Our bulk magnetization measurements reveal that most densely populated magnets exhibit similar memory behavior characterized by a relaxation exponent of $$1-n$$ $$approx$$ $$0.6$$(1). This exponent is different from $$1-n$$ $$approx$$ $$1/3$$ of dilute magnetic alloys that was ascribed to their hierarchical and fractal energy landscape, and is also different from $$1-n=1$$ of the conventional Debye relaxation expected for a spin solid, a state with long range order.

論文

Antiferromagnetic anisotropy determination by spin Hall magnetoresistance

Wang, H.*; Hou, D.*; Qiu, Z.*; 吉川 貴史*; 齊藤 英治; Jin, X.*

Journal of Applied Physics, 122(8), p.083907_1 - 083907_6, 2017/08

 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

An electric method for measuring magnetic anisotropy in antiferromagnetic insulators (AFIs) is proposed. When a metallic film with strong spin-orbit interactions, e.g., platinum (Pt), is deposited on an AFI, its resistance should be affected by the direction of the AFI N$'e$el vector due to the spin Hall magnetoresistance (SMR). Accordingly, the direction of the AFI N$'e$el vector, which is affected by both the external magnetic field and the magnetic anisotropy, is reflected in resistance of Pt. The magnetic field angle dependence of the resistance of Pt on AFI is calculated by considering the SMR, which indicates that the antiferromagnetic anisotropy can be obtained experimentally by monitoring the Pt resistance in strong magnetic fields. Calculations are performed for realistic systems such as Pt/Cr$$_2$$O$$_3$$, Pt/NiO, and Pt/CoO.

論文

Time-resolved study of field-induced suppression of longitudinal spin Seebeck effect

日置 友智*; 井口 亮*; Qiu, Z.*; Hou, D.*; 内田 健一*; 齊藤 英治

Applied Physics Express, 10(7), p.073002_1 - 073002_4, 2017/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:43.58(Physics, Applied)

We have investigated the magnetic-field-induced suppression of the longitudinal spin Seebeck effect (LSSE) by using a time-resolved measurement technique at room temperature. The result manifested two distinctive time domains: the short-time domain where the observed voltage is insensitive to the magnetic fields, and the long-time domain where the both response time and the magnitude of the observed voltage decreased simultaneously by the magnetic fields. We estimated the magnon propagation length by fitting the transient LSSE response. The propagation length shows a strong dependence on the applied magnetic field, indicating the importance of long-range and low-frequency magnons in the LSSE.

論文

Spin-current probe for phase transition in an insulator

Qiu, Z.*; Li, J.*; Hou, D.*; Arenholz, E.*; N'Diaye, A. T.*; Tan, A.*; 内田 健一*; 佐藤 浩司*; 岡本 聡*; Tserkovnyak, Y.*; et al.

Nature Communications (Internet), 7, p.12670_1 - 12670_6, 2016/08

 被引用回数:50 パーセンタイル:2.85(Multidisciplinary Sciences)

Spin fluctuation and transition have always been one of the central topics of magnetism and condensed matter science. Experimentally, the spin fluctuation is found transcribed onto scattering intensity in the neutron-scattering process, which is represented by dynamical magnetic susceptibility and maximized at phase transitions. Importantly, a neutron carries spin without electric charge, and therefore it can bring spin into a sample without being disturbed by electric energy. However, large facilities such as a nuclear reactor are necessary. Here we show that spin pumping, frequently used in nanoscale spintronic devices, provides a desktop microprobe for spin transition; spin current is a flux of spin without an electric charge and its transport reflects spin excitation. We demonstrate detection of antiferromagnetic transition in ultra-thin CoO films via frequency-dependent spin-current transmission measurements, which provides a versatile probe for phase transition in an electric manner in minute devices.

論文

Observation of temperature-gradient-induced magnetization

Hou, D.*; Qiu, Z.*; 井口 亮*; 佐藤 浩司*; Vehstedt, E. K.*; 内田 健一*; Bauer, G. E. W.*; 齊藤 英治

Nature Communications (Internet), 7, p.12265_1 - 12265_6, 2016/07

 被引用回数:6 パーセンタイル:33.51(Multidisciplinary Sciences)

Applying magnetic fields has been the method of choice to magnetize non-magnetic materials, but they are difficult to focus. The magneto-electric effect and voltage-induced magnetization generate magnetization by applied electric fields, but only in special compounds or heterostructures. Here we demonstrate that a simple metal such as gold can be magnetized by a temperature gradient or magnetic resonance when in contact with a magnetic insulator by observing an anomalous Hall-like effect, which directly proves the breakdown of time-reversal symmetry. Such Hall measurements give experimental access to the spectral spin Hall conductance of the host metal, which is closely related to other spin caloritronics phenomena such as the spin Nernst effect and serves as a reference for theoretical calculation.

論文

All-oxide spin Seebeck effects

Qiu, Z.*; Hou, D.*; 吉川 貴史*; 内田 健一*; 齊藤 英治

Applied Physics Express, 8(8), p.083001_1 - 083001_3, 2015/08

 被引用回数:15 パーセンタイル:24.02(Physics, Applied)

We report the observation of longitudinal spin Seebeck effects (LSSEs) in an all-oxide bilayer system comprising an IrO$$_2$$ film and an Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ film. Spin currents, which are generated by a temperature gradient across the IrO$$_2$$ $$/$$ Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ interface, were detected as a voltage via the inverse spin Hall effect in the conductive IrO$$_2$$ layer. This voltage is proportional to the magnitude of the temperature gradient; its magnetic field dependence is consistent with the characteristics of LSSEs. This demonstration may lead to the realization of low-cost, stable, transparent spin-current-driven thermoelectric devices.

論文

Precise determination of $$^{12}_{Lambda}$$C level structure by $$gamma$$-ray spectroscopy

細見 健二; Ma, Y.*; 味村 周平*; 青木 香苗*; 大樂 誠司*; Fu, Y.*; 藤岡 宏之*; 二ツ川 健太*; 井元 済*; 垣口 豊*; et al.

Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2015(8), p.081D01_1 - 081D01_8, 2015/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:38.64(Physics, Multidisciplinary)

$$gamma$$線分光によって$$^{12}_{Lambda}$$Cハイパー核のレベル構造を精密に測定した。ゲルマニウム検出器群Hyperball2を用いて、$$^{12}$$C$$(pi^{+}, K^{+}gamma)$$反応からの4本の$$gamma$$線遷移を同定することに成功した。基底状態スピン二重項$$(2^{-}, 1^{-}_{1})$$のエネルギー間隔は直接遷移$$M1$$$$gamma$$線により、$$161.5pm0.3$$(stat)$$pm0.3$$(syst)keVと測定された。また、励起準位である$$1^{-}_{2}$$$$1^{-}_{3}$$について、それぞれ、$$2832pm3pm4$$, keVと$$6050pm8pm7$$, keVと励起エネルギーを決定した。これらの測定された$$^{12}_{Lambda}$$Cの励起エネルギーは反応分光による$$lambda$$ハイパー核の実験研究において決定的な基準となる。

論文

第一原理分子動力学法によるカーボンアロイ触媒における酸素還元反応機構

池田 隆司; Hou, Z.*; Chai, G.-L.*; 寺倉 清之*

表面科学, 36(7), p.345 - 350, 2015/07

カーボンアロイ触媒は固体高分子形燃料電池の白金代替正極触媒として有望視されている。我々は第一原理に基づいた分子動力学シミュレーションによりカーボンアロイ触媒における酸素還元反応機構を調べてきた。本稿では我々のシミュレーションにより示唆されたカーボンアロイ触媒の活性点での可能な酸素還元反応機構を紹介する。

論文

Intrinsic surface magnetic anisotropy in Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ as the origin of low-magnetic-field behavior of the spin Seebeck effect

内田 健一*; 大江 純一郎*; 吉川 貴史*; 大門 俊介*; Hou, D.*; Qiu, Z.*; 齊藤 英治

Physical Review B, 92(1), p.014415_1 - 014415_8, 2015/07

 被引用回数:16 パーセンタイル:22.39(Materials Science, Multidisciplinary)

The magnetic-field dependence of the longitudinal spin Seebeck effect (LSSE) in a Pt/Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ (YIG)-slab junction system was found to deviate from a bulk magnetization curve of the YIG slab in a low field range. In this paper, we show that the deviation originates from the difference between surface and bulk magnetization processes in the YIG slab and that it appears even when removing possible extrinsic magnetic anisotropy due to surface roughness and replacing the Pt layer with different materials. This result indicates that the anomalous field dependence of the LSSE is due to an intrinsic magnetic property of the YIG surface. Our numerical calculation based on the Landau-Lifshitz-Gilbert equation shows that the deviation between the LSSE and bulk magnetization curves is qualitatively explained by introducing easy-axis perpendicular magnetic anisotropy near the surface of YIG.

論文

Spin-current injection and detection in $$kappa$$-(BEDT-TTF)$$_{2}$$Cu[N(CN)$$_{2}$$]Br

Qiu, Z.*; 賣市 幹大*; Hou, D.*; 内田 健一*; 山本 浩史*; 齊藤 英治

AIP Advances (Internet), 5(5), p.057167_1 - 057167_7, 2015/05

 被引用回数:11 パーセンタイル:33.57(Nanoscience & Nanotechnology)

Spin-current injection into an organic semiconductor $$kappa$$-(BEDT-TTF)$$_{2}$$Cu[N(CN)$$_{2}$$]Br film induced by the spin pumping from an yttrium iron garnet (YIG) film. When magnetization dynamics in the YIG film is excited by ferromagnetic or spin-wave resonance, a voltage signal was found to appear in the $$kappa$$-(BEDT-TTF)$$_{2}$$Cu[N(CN)$$_{2}$$]Br film. Magnetic-field-angle dependence measurements indicate that the voltage signal is governed by the inverse spin Hall effect in $$kappa$$-(BEDT-TTF)$$_{2}$$Cu[N(CN)$$_{2}$$]Br. We found that the voltage signal in the $$kappa$$-(BEDT-TTF)$$_{2}$$Cu[N(CN)$$_{2}$$]Br/YIG system is critically suppressed around 80 K, around which magnetic and/or glass transitions occur, implying that the efficiency of the spin-current injection is suppressed by fluctuations which critically enhanced near the transitions.

論文

Influence of interface condition on spin-Seebeck effects

Qiu, Z.*; Hou, D.*; 内田 健一*; 齊藤 英治

Journal of Physics D; Applied Physics, 48(16), p.164013_1 - 164013_5, 2015/04

 被引用回数:26 パーセンタイル:12.17(Physics, Applied)

The longitudinal spin-Seebeck effect (LSSE) has been investigated for Pt/yttrium iron garnet (YIG) bilayer systems. The magnitude of the voltage induced by the LSSE is found to be sensitive to the Pt/YIG interface condition. We observed large LSSE voltage in a Pt/YIG system with a better crystalline interface, while the voltage decays steeply when an amorphous layer is introduced at the interface artificially.

論文

Overview of plasma-material interaction experiments on EAST employing MAPES

Ding, F.*; Luo, G.-N.*; Pitts, R.*; Litnovsky, A.*; Gong, X.*; Ding, R.*; Mao, H.*; Zhou, H.*; Wampler, W. R.*; Stangeby, P. C.*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 455(1-3), p.710 - 716, 2014/12

 被引用回数:17 パーセンタイル:7.29(Materials Science, Multidisciplinary)

A movable material probe system (Material and Plasma Evaluation System: MAPES) with an independent pumping system and a sample exchange chamber has been developed and installed on a horizontal port of the EAST tokamak for studies of plasma material interaction (PMI). In the 2012 experimental campaign, deposition and erosion were studied for three samples: mock-up of the outer first wall panels (FWPs) in ITER, castellated tungsten, and molybdenum mirrors. The FWPs with carbon deposition layer were exposed to helium plasmas. The maximum erosion rate of the carbon was valuated to be 8 nm/s. The castellated tungsten with rectangular cells and roof-like shaped cells was exposed to deuterium plasmas to compare amount of deposits on the gap surface. The amount of carbon and boron impurities on the gap surface of the roof-like shaped cells were reduced to less than 30% compared with that of the rectangular cells. The molybdenum mirrors of which protective ducts are installed in front were exposed to deuterium plasmas in order to investigate effects of length of the ducts. It was found that the reflectivity of the mirrors with 60 mm-long protective ducts is kept the initial reflectivity.

論文

Active sites and mechanisms for oxygen reduction reaction on nitrogen-doped carbon alloy catalysts; Stone-Wales defect and curvature effect

Chai, G.-L.*; Hou, Z.*; Shu, D.-J.*; 池田 隆司; 寺倉 清之*

Journal of the American Chemical Society, 136(39), p.13629 - 13640, 2014/10

 被引用回数:117 パーセンタイル:2.79(Chemistry, Multidisciplinary)

カーボンアロイ触媒は酸素還元反応の白金代替触媒として有望視されている。しかしながら酸素還元反応の反応サイトと反応機構についてはまだ議論されているところである。本論文では、第一原理計算に基づいて窒素ドープカーボンアロイ触媒中の様々な構造による可能な酸素還元反応機構に関して一般的な考察を行った。我々の研究から、Stone-Wales欠陥にドープされた窒素対のみが良い活性点を与えることが示唆され、この構造による酸素還元活性は活性点周囲の曲率により調整ができ、極大ポテンシャル(0.8V)に近づけることが可能であることが示された。

論文

Possible oxygen reduction reactions for graphene edges from first principles

池田 隆司; Hou, Z.*; Chai, G.-L.*; 寺倉 清之*

Journal of Physical Chemistry C, 118(31), p.17616 - 17625, 2014/08

 被引用回数:30 パーセンタイル:16.64(Chemistry, Physical)

窒素をドープした炭素ベースのナノ材料が固体高分子形燃料電池の非白金電極触媒として非常に興味がもたれている。この研究では、第一原理計算に基づいたシミュレーションにより窒素をドープしたグラフェン端が電子供与性・受容性、および塩基性を制御することにより高い酸素還元活性を示し、これらの制御により酸性条件下でそれぞれ内圏型と外圏型電子移動による高い4電子還元選択性をもつことを示した。我々のシミュレーションからジグザグ端でカルボニル酸素の隣にピリジン様窒素が存在する場合に2電子還元が選択的に起きることもわかった。この研究により酸素還元反応に対するグラフェン状物質にドープされた窒素の役割が明らかとなった。

論文

Interplay between oxidized monovacancy and nitrogen doping in graphene

Hou, Z.*; Shu, D.-J.*; Chai, G.-L.*; 池田 隆司; 寺倉 清之*

Journal of Physical Chemistry C, 118(34), p.19795 - 19805, 2014/08

 被引用回数:7 パーセンタイル:60.98(Chemistry, Physical)

非貴金属触媒やナノ電子デバイス材料として注目されている窒素ドープグラフェンには、多くの場合、窒素量と同程度かそれ以上の酸素が含まれている。我々は、グラフェンの単空孔は複空孔やストーンウェルズ欠陥よりもしばしば観察され、より化学的に活性であることから、酸化単空孔と窒素ドーパントの相互作用を密度汎関数計算により調べた。温度と酸素、水素ガスの分圧の関数として窒素未ドープ酸化単空孔と窒素ドープ酸化単空孔の相図を求めた。また単空孔の酸化と窒素ドープによる電子構造の変化を調べた。我々の計算結果からエーテル基が酸化単空孔での安定構造に共通して存在し、ほとんどの安定構造ではキャリアがドープされないことがわかった。

論文

NMR chemical shifts of $$^{15}$$N-bearing graphene

Wang, X.*; Hou, Z.*; 池田 隆司; 寺倉 清之*

Journal of Physical Chemistry C, 118(25), p.13929 - 13935, 2014/06

 被引用回数:6 パーセンタイル:65.42(Chemistry, Physical)

グラフェンの端と欠陥での可能な窒素含有部のNMR化学シフトを第一原理計算により調べた。我々の計算結果はピリジン様窒素とグラファイト様窒素が$$^{15}$$N NMRにより容易に同定できることを示しており、これは実験と一致している。一方、ピリジニウム様窒素とピロール様窒素を識別することはこれらの$$^{15}$$N核のNMRシグナルが重なるために困難である。しかしながら、我々はシミュレーションから$$^{1}$$H NMRがこれらを区別するのに有用であることを示した。すなわちピリジニウム様窒素とピロール様窒素に直接結合している$$^{1}$$HのNMR化学シフトは0.8と10.8ppmと見積もられた。我々が考慮した様々な端部の$$^{15}$$N NMRシグナルはピリジン様窒素を除き欠陥でのものとほぼ同じであった。一方、アームチェアー端と欠陥サイトでのピリジン様窒素はその凝集の程度により敏感に$$^{15}$$N NMRの化学シフトが変化することがわかった。

論文

In-beam $$gamma$$ spectroscopy of the even-even nucleus $$^{190}$$Pt

Li, G. S.*; Liu, M. L.*; Zhou, X. H.*; Zhang, Y. H.*; Liu, Y. X.*; Zhang, N. T.*; Hua, W.*; Zheng, Y. D.*; Fang, Y. D.*; Guo, S.*; et al.

Physical Review C, 89(5), p.054303_1 - 054303_9, 2014/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:63.98(Physics, Nuclear)

タンデム加速器で88MeVにまで加速された$$^{18}$$Oビームを用いて$$^{176}$$Yb($$^{18}$$O, 4$$n$$)反応を起こし、$$^{190}$$Ptの高スピン準位を調べた。その結果、$$nu$$ $$i^{-2}_{13/2}$$ $$nu$$ $$h^{-1}_{9/2}$$ $$nu$$ $$j^{-1}$$1(ここで$$nu j$$$$nu p_{3/2}$$もしくは$$nu f_{5/2}$$)配位による正パリティバンドを大幅に拡張するとともに新しく負パリティバンドを同定し、$$nu$$ $$i^{-3}_{13/2}$$ $$nu$$ $$j^{-1}$$配位を持つことを明らかにした。また、イラスト準位においてスピンの増加に伴い振動から回転へと構造変化を起こしている可能性について議論した。さらにバンド特性を明らかにするためにTotal Routhian surface計算を行った。

論文

Actively circulated liquid metal divertor (ACLMD)

嶋田 道也; 廣岡 慶彦*; Zhou, H.*

Europhysics Conference Abstracts (Internet), 38F, p.O2.110_1 - O2.110_4, 2014/00

核融合炉のダイバータ材料に最も有望なものとしてタングステンが検討されている。タングステン・ダイバータはITER実験炉の熱負荷には耐えられるものの、原型炉レベルの熱負荷を処理することは困難である。またディスラプション等に伴って短時間に膨大な熱負荷が生じた場合、溶融し再固化した後タングステン表面に凹凸が生じるため処理可能な熱負荷が著しく劣化する可能性がある。さらにタングステンは延性脆性遷移温度が摂氏400度と高く、中性子照射によりさらに上昇して亀裂を生じる懸念がある。そこで液体金属をダイバータ材料として用い、磁場に垂直の電流を液体金属中に流すことにより液体金属を循環させることを提案する。液体金属の流速が0.3m/s程度あれば、原型炉レベルの熱負荷を処理することが可能である。MHD方程式を円筒座標系で検討し、電圧の立ち上げを1分程度かけて行えば、電極に印加する電流・電圧は工学的に対処できるレベルであることを明らかにし、この新しいダイバータ概念が更なる検討に値することを示した。

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