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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.
山本 風海; 金正 倫計; 林 直樹; Saha, P. K.; 田村 文彦; 山本 昌亘; 谷 教夫; 高柳 智弘; 神谷 潤一郎; 菖蒲田 義博; et al.
Journal of Nuclear Science and Technology, 59(9), p.1174 - 1205, 2022/09
被引用回数：5 パーセンタイル：87.42(Nuclear Science & Technology)J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は、最大1MWの大強度ビームを25Hzという早い繰り返しで中性子実験及び下流の主リングシンクロトロンに供給することを目的に設計された。2007年の加速器調整運転開始以降、RCSではビーム試験を通じて加速器の設計性能が満たされているかの確認を進め、必要に応じてより安定に運転するための改善を行ってきた。その結果として、近年RCSは1MWのビーム出力で連続運転を行うことが可能となり、共用運転に向けた最後の課題の抽出と対策の検討が進められている。本論文ではRCSの設計方針と実際の性能、および改善点について議論する。
CoGa
films窪田 崇秀*; 高野 大地*; 小田 洋平*; Mohanty, S.*; 伊藤 啓太*; 松木 充弘*; 林田 誠弘*; Sun, M.*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; et al.
Physical Review Materials (Internet), 6(4), p.044405_1 - 044405_12, 2022/04
被引用回数：5 パーセンタイル：56.94(Materials Science, Multidisciplinary)This study focuses on an inverse-type Heusler alloy, MnCoGa (MCG), with a small off-stoichiometry (
), showing perpendicular magnetic anisotropy (PMA). We observed a relatively large uniaxial magnetocrystalline anisotropy constant (
) on the order of 10
J/m
at room temperature in the MCG films with a small tetragonal distortion of a few percent. X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) was employed to get insight into the origin for the PMA. Negligible angular variation of the orbital magnetic moment evaluated using the XMCD spectra suggested a minor role of the so-called Bruno's term to . The origin of the PMA was discussed based on the second-order perturbation theory in terms of the spin-orbit coupling, and first principles calculations, claiming that the mixing of the occupied 
- and the unoccupied 
-spin states is responsible for the PMA of the MCG films.
小野 滉貴*; 肥後本 隼也*; 齋藤 優冴*; 内野 瞬; 西田 祐介*; 高橋 義朗*
Nature Communications (Internet), 12, p.6724_1 - 6724_8, 2021/11
被引用回数：8 パーセンタイル：68.36(Multidisciplinary Sciences)量子輸送は物理学においてお馴染みの概念である。特に、端子間で生じる量子輸送は固体物理において多く研究がなされており、基礎的な重要性に加え、量子デバイスへの応用も考えられている。最近では、操作性の高い冷却原子気体を用いた量子輸送の研究-アトムトロニクス-が行われるようになり、メゾスコピック輸送を理解する新たなアプローチとして注目されている。今回、我々は2軌道光学格子中でのYb原子気体を用いた量子輸送のスキームを実現した。我々のスキームでは、多成分フェルミ原子気体と局在不純物からなる系を考え、カレントは不純物と原子気体との相互作用によりスピン空間上で生じる。我々は実際、このスキームで生じる多彩な量子輸送を明らかにした。本研究は、スピン自由度を用いたアトムトロニクスの扉を開く重要な成果であったと考えられる。
VAl/Fe layered films showing exchange bias窪田 崇秀*; 嶋田 雄介*; 土屋 朋生*; 吉川 智己*; 伊藤 啓太*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 今野 豊彦*; 木村 昭夫*; 高梨 弘毅*
Nanomaterials (Internet), 11(7), p.1723_1 - 1723_11, 2021/07
被引用回数：2 パーセンタイル：17.05(Chemistry, Multidisciplinary)Heusler alloys exhibit various magnetic properties. In this study, a layered sample consisting of a Heusler alloy, MnVAl and a ferromagnet, Fe, is selected as a material system exhibiting exchange bias. Although the fully ordered MnVAl is known as a ferrimagnet, the MnVAl/Fe layered structure exhibits exchange bias. The high-angle annular dark field STEM images demonstrated the formation of MnVAl clusters with the L2
phase distributed only around the interface to the Fe layer in the sample. Furthermore, the antiferromagnetic coupling between the Mn- and Fe-moments were observed in element specific hysteresis loops measured using XMCD. The locally ordered L2 phase and antiferromagnetic Mn-moments in the MnVAl layer are important for the exchange bias.
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：7.45(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.
MnGe (Ga) film via Ge (Ga) 
absorption spectroscopy吉川 智己*; Antonov, V. N.*; 河野 嵩*; 鹿子木 将明*; 角田 一樹; 宮本 幸治*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 後藤 一希*; 桜庭 裕弥*; et al.
Physical Review B, 102(6), p.064428_1 - 064428_7, 2020/08
被引用回数：2 パーセンタイル：12.54(Materials Science, Multidisciplinary)X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) spectroscopy were applied at the Ge (Ga) edge to unravel the spin-resolved unoccupied electronic states of CoMnGe (Ga). Complicated spectral features were observed in both XAS and XMCD spectra. For their interpretation, we compared the experimental XAS and XMCD spectra with the calculated Ge (Ga) 4
and 4
orbital partial density of states. The comparison enabled a qualitative explanation of the XMCD spectra as the difference between the majority and minority-spin unoccupied density of states summed over the 4 and 4 orbitals. Our finding provides a new approach to uncover the spin-split partial density of states above the Fermi level.
MnGe revealed by resonant photoelectron spectroscopy河野 嵩*; 鹿子木 将明*; 吉川 智己*; Wang, X.*; 角田 一樹*; 宮本 幸治*; 室 隆桂之*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 後藤 一希*; et al.
Physical Review B, 100(16), p.165120_1 - 165120_6, 2019/10
被引用回数：5 パーセンタイル：27.17(Materials Science, Multidisciplinary)Resonant photoelectron spectroscopy at the Co and Mn 2
core absorption edges of half-metallic CoMnGe has been performed to determine the element-specific density of states (DOS). A significant contribution of the Mn 3
partial DOS near the Fermi level (
) was clarified by measurement at the Mn 2 absorption edge. Further analysis by first-principles calculation revealed that it has 
symmetry, which must be responsible for the electrical conductivity along the line perpendicular to the film plane. The dominant normal Auger contribution observed at the Co 2 absorption edge indicates delocalization of photoexcited Co 3 electrons. The difference in the degrees of localization of the Mn 3 and Co 3 electrons in CoMnGe is explained by the first-principles calculation.
V
Te
角田 一樹*; 鹿子木 将明*; Reimann, J.*; Nurmamat, M.*; 後藤 伸一*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; Kokh, K. A.*; Tereshchenko, O. E.*; G
dde, J.*; et al.
New Journal of Physics (Internet), 21(9), p.093006_1 - 093006_8, 2019/09
被引用回数：11 パーセンタイル：64.45(Physics, Multidisciplinary)We systematically investigate the magnetic, structural and electronic properties and the ultrafast carrier dynamics in a series of V-doped SbTe samples of composition SbVTe with x = 0, 0.015 and 0.03. Element specific X-ray magnetic circular dichroism signifies that the ferromagnetism of V-doped SbTe is governed by the p-d hybridization between the host carrier and the magnetic dopant. Time- and angle-resolved photoemission spectroscopy has revealed that the V impurity induced states underlying the topological surface state (TSS) add scattering channels that significantly shorten the duration of transient surface electrons down to 100 fs scale. This is in a sharp contrast to the prolonged duration reported for pristine samples though the TSS is located inside the bulk energy gap of the host in either magnetic or non-magnetic cases. It implies the presence of a mobility gap in the bulk energy gap region of the host material.
VAl Heusler alloy thin films; Appearance of antiferromagnetism and exchange bias in a layered structure with Fe土屋 朋生*; 小林 亮太*; 窪田 崇秀*; 斉藤 耕太郎*; 小野 寛太*; 大原 高志; 中尾 朗子*; 高梨 弘毅*
Journal of Physics D; Applied Physics, 51(6), p.065001_1 - 065001_7, 2018/02
被引用回数：10 パーセンタイル：45.49(Physics, Applied)MnVAl Heusler alloy films were epitaxially grown on MgO(100) single-crystal substrates by ultra-high-vacuum magnetron sputtering. A2- and L21-type MnVAl order was controlled by the deposition temperature. A2-type MnVAl films showed no spontaneous magnetization, while L21-type MnVAl films showed ferrimagnetic behaviour with a maximum saturation magnetization of 220 emu/cm
at room temperature (RT). An antiferromagnetic reflection was observed with neutron diffraction at RT for an A2-type MnVAl film deposited at 400
C. A bilayer sample of the antiferromagnetic A2-type MnVAl and Fe showed an exchange bias of 120 Oe at 10 K.
atoms in NiFe
N (
= 1 and 3) films revealed by X-ray absorption spectroscopy and magnetic circular dichroism高田 郁弥*; 伊藤 啓太*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 高梨 弘毅*; 木村 昭夫*; 末益 崇*
Physical Review Materials (Internet), 2(2), p.024407_1 - 024407_5, 2018/02
被引用回数：14 パーセンタイル：48.04(Materials Science, Multidisciplinary)X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism measurements were performed at the Ni and Fe absorption edges for NiFeN ( = 1 and 3) epitaxial films. Shoulders at approximately 2 eV above the Ni main peaks in the XAS spectrum of NiFeN were interpreted to originate from hybridization of orbitals between Ni 3 at face-centered (II) sites and N 2
at body-centered sites, while such features were missing in NiFeN film. Similar shoulders were observed at Fe edges in both films. Hence, Ni atoms preferentially occupied corner (I) sites, where the hybridization was weak because of the relatively long distance between Ni at I sites and N atoms. The relatively large magnetic moment deduced from sum-rule analysis of NiFeN also showed a good agreement with the presence of Ni atoms at I sites.
内田 健一*; 吉川 貴史*; 関 剛斎*; 小宅 教文*; 塩見 淳一郎*; Qiu, Z.*; 高梨 弘毅*; 齊藤 英治
Physical Review B, 92(9), p.094414_1 - 094414_6, 2015/09
被引用回数：87 パーセンタイル：93.34(Materials Science, Multidisciplinary)The anomalous Nernst effect (ANE) has been investigated in alternately stacked multilayer films comprising paramagnetic and ferromagnetic metals. We found that the ANE is enhanced by increasing the number of the paramagnet/ferromagnet interfaces and keeping the total thickness of the films constant, and that the enhancement appears even in the absence of magnetic proximity effects; similar behavior was observed not only in Pt/Fe multilayers but also in Au/Fe and Cu/Fe multilayers free from proximity ferromagnetism. This universal enhancement of the ANE in metallic multilayers suggests the presence of unconventional interface-induced thermoelectric conversion in the Fe films attached to the paramagnets.
高柳 智弘; 植野 智晶*; 堀野 光喜; 飛田 教光; 林 直樹; 金正 倫計; 入江 吉郎*; 岡部 晃大; 谷 教夫; 内藤 伸吾*; et al.
Proceedings of 12th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.1169 - 1174, 2015/09
J-PARC 3GeV RCSのビーム入射システムにおける水平シフトバンプ電磁石用の新しい電源を開発し製作した。新しい電源は、LINACの入射ビームエネルギーが181MeVから400MeVへとアップグレードをするのに合わせ、現在の2倍以上の電源容量が必要になる。さらに、電磁石のセラミックダクトを覆うRFシールドのループコイルのインダクタンスと励磁場の共振によるビームロスを防ぐために、電流リップルノイズの低減が要求される。そこで、新しい電源の主回路方式に、これまでのIGBTの半導体スイッチを利用したチョッパ方式から、コンデンサの充放電を利用した転流方式を新たに採用することにした。コンデンサ転流方式は、台形波形(バンプ波形)を出力する際に常時スイッチングを行うチョッパ方式と異なり、原理的にはバンプ波形の分岐点での3回のスイッチ操作で形成が可能である。出力試験の結果、スイッチングに起因するリプル電流の発生が大幅に低減されたことを確認した。さらに、バンプ電磁石に起因するビームロスが低減し、RCSの所期性能である1MW相当のビーム加速に成功した。本論文では、転流方式を採用した新シフトバンプ電源の特性について述べる。
関 剛斎*; 内田 健一*; 吉川 貴史*; Qiu, Z.*; 齊藤 英治; 高梨 弘毅*
Applied Physics Letters, 107(9), p.092401_1 - 092401_4, 2015/08
被引用回数：39 パーセンタイル：81.4(Physics, Applied)We experimentally observed the inverse spin Hall effect (ISHE) of ferromagnetic FePt alloys. Spin Seebeck effect due to the temperature gradient generated the spin current (
) in the FePt
YFe
O
(YIG) structure, and was injected from YIG to FePt and converted to the charge current through ISHE of FePt. The significant difference in magnetization switching fields for FePt and YIG led to the clear separation of the voltage of ISHE from that of anomalous Nernst effect in FePt. We also investigated the effect of ordering of FePt crystal structure on the magnitude of ISHE voltage in FePt.
Zhang, H.; 山本 春也; 深谷 有喜; 前川 雅樹; Li, H.; 河裾 厚男; 関 剛斎*; 齊藤 英治*; 高梨 弘毅*
Scientific Reports (Internet), 4, p.4844_1 - 4844_5, 2014/04
被引用回数：40 パーセンタイル：81.69(Multidisciplinary Sciences)Current-induced spin polarization (CISP) on the outermost surfaces of Au, Cu, Pt, Pd, Ta, and W nanoscaled films were studied using a spin-polarized positron beam. The Au and Cu surfaces showed no significant CISP. In contrast, the Pt, Pd, Ta, and W films exhibited large CISP (3 to 15% per input charge current of 10
A/cm
) and the CISP of Ta and W were opposite to those of Pt and Pd. The sign of the CISP obeys the same rule in spin Hall effect suggesting that the spin-orbit coupling is mainly responsible for the CISP. The magnitude of the CISP is explained by the Rashba-Edelstein mechanism rather than the diffusive spin Hall effect. This settles a controversy, that which of these two mechanisms dominates the large CISP on metal surfaces.
濱 克宏; 見掛 信一郎; 西尾 和久; 松岡 稔幸; 石橋 正祐紀; 笹尾 英嗣; 引間 亮一*; 丹野 剛男*; 真田 祐幸; 尾上 博則; et al.
JAEA-Review 2013-050, 114 Pages, 2014/02
JAEA-Review-2013-050.pdf:19.95MB
日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階;地表からの調査予測研究段階」、「第2段階;研究坑道の掘削を伴う研究段階」、「第3段階;研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなり、2012年度は、第2段階および第3段階の調査研究を進めた。本報告書は、2010年度に改定した「超深地層研究所地層科学研究基本計画」に基づいた、超深地層研究所計画の第2段階および第3段階の調査研究のうち2012年度に実施した(1)調査研究、(2)施設建設、(3)共同研究等の成果を取りまとめたものである。
Schury, P. H.*; 和田 道治*; 伊藤 由太*; Naimi, S.*; 園田 哲*; 三田 浩希*; 高峰 愛子*; 岡田 邦宏*; Wollnik, H.*; Chon, S.*; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 317(Part B), p.537 - 543, 2013/12
被引用回数：28 パーセンタイル：89.64(Instruments & Instrumentation)極短寿命の原子核の高精度質量測定を実現する目的のために、理化学研究所において多反射時間飛行法(MRTOF)による質量分析を実施した。とりわけ大きな興味の対象としているのはr過程元素合成や超ウラン原子核の質量測定である。このような原子核に対しては、MRTOFはこれまで伝統的に質量測定に使われてきたペニングトラップ法に比べてよりよいパフォーマンスを与えることができる。われわれはMRTOFが与える質量測定の相対精度が
にまで達し、そして重く、短寿命な原子核に適用可能であることをいくつかの実例を示しながら紹介する。
國丸 貴紀; 見掛 信一郎; 西尾 和久; 鶴田 忠彦; 松岡 稔幸; 石橋 正祐紀; 笹尾 英嗣; 引間 亮一; 丹野 剛男; 真田 祐幸; et al.
JAEA-Review 2013-018, 169 Pages, 2013/09
JAEA-Review-2013-018.pdf:15.71MB
日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、「地層処分技術に関する研究開発」のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階; 地表からの調査予測研究段階」、「第2段階; 研究坑道の掘削を伴う研究段階」、「第3段階; 研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなり、2011年度は、第2段階及び第3段階の調査研究を進めた。本報告書は、2010年度に改訂した「超深地層研究所地層科学研究基本計画」に基づいた、超深地層研究所計画の第2段階及び第3段階の調査研究のうち2011年度に実施した(1)調査研究、(2)施設建設、(3)共同研究等の成果を取りまとめたものである。
河裾 厚男; 深谷 有喜; 前川 雅樹; Zhang, H.; 関 剛斎*; 吉野 達郎*; 齊藤 英治*; 高梨 弘毅*
Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 342, p.139 - 143, 2013/09
被引用回数：19 パーセンタイル：62.26(Materials Science, Multidisciplinary)電流通電下にある白金超薄膜表面におけるスピン偏極陽電子消滅を観測した。その結果、表面で形成されるオルソポジトロニウムの強度が通電方向に応じて変化することが明らかになった。この結果は、通電下において白金表面の伝導電子がスピン偏極していることを示唆している。その場合、伝導電子のスピン偏極率は1%以上であると推定される。
園田 哲*; 和田 道治*; 富田 英生*; 坂本 知佳*; 高塚 卓旦*; 古川 武*; 飯村 秀紀; 伊藤 由太*; 久保 敏幸*; 松尾 由賀利*; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 295, p.1 - 10, 2013/01
被引用回数：21 パーセンタイル：83.7(Instruments & Instrumentation)ガスセル中でのレーザー共鳴イオン化を用いた新しいタイプのイオン源を開発した。このイオン源は、ガスセル中に入射した放射性核種の原子を、レーザーでイオン化して、オンラインで質量分離するためのものである。このイオン源の特長は、ガスセルからイオンを引き出す出口に六極イオンガイドを付けて差動排気することにより、同位体分離装置を高真空に保ちながらガスセルの出口径を大きくした点にある。これによって、ガス中でイオン化されたイオンの引出し時間が短くなり、より短寿命の放射性核種の分離が可能となった。このイオン源は、理化学研究所の放射性イオンビーム施設(RIBF)で使用される予定である。
