Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
Initialising ...
大柳 洸一*; 高橋 三郎*; 吉川 貴史*; 齊藤 英治
Physical Review B, 107(1), p.014423_1 - 014423_8, 2023/01
被引用回数：12 パーセンタイル：76.65(Materials Science, Multidisciplinary)We have theoretically investigated the spin Seebeck effect (SSE) in a normal metal (NM)/paramagnetic insulator (PI) bilayer system. Through a linear response approach, we calculated the thermal spin pumping from PI to NM and backflow spin current from NM to PI, where the spin-flip scattering via the interfacial exchange coupling between conduction-electron spin in NM and localized spin in PI is taken into account. We found a finite spin current appears at the interface under the difference in the effective temperatures between spins in NM and PI, and its intensity increases by increasing the density of the localized spin S. Our model well reproduces the magnetic-field-induced reduction of the paramagnetic SSE in Pt/Gd
Ga
O
experimentally observed when the Zeeman energy is comparable to the thermal energy, which can be interpreted as the suppression of the interfacial spin-flip scattering. The present finding provides an insight into the mechanism of paramagnetic SSEs and the thermally induced spin-current generation in magnetic materials.
國分 陽子; 内海 芳宣*; 伊藤 三郎*; 島田 耕史
第23回AMSシンポジウム報告集, p.60 - 63, 2022/12
地表面の侵食速度等をベリリウム-10やアルミニウム-26で測定する場合、その測定試料として岩石や堆積物に含まれる石英を用いる。本報告では、その石英を抽出するために、フッ化水素酸を用いた化学処理を行わず、細胞分離装置であるセルハンドラーを用いた例を紹介する。セルハンドラーによる鉱物試料への光の当て方及びカメラの露光時間を最適化したところ、石英と長石などのそれ以外の鉱物を画像認識にて識別できることがわかった。また、この条件で岩石試料を用いた試験を試みたところ、装置内蔵の画像認識ソフトで石英を識別しピッキングを行う全自動による石英のみの抽出に成功した。
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：25 パーセンタイル：83.41(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.
大柳 洸一*; 高橋 三郎*; Cornelissen, L. J.*; Shan, J.*; 大門 俊介*; 吉川 貴史*; Bauer, G. E. W.*; Van Wees, B. J.*; 齊藤 英治
Nature Communications (Internet), 10, p.4740_1 - 4740_6, 2019/10
被引用回数：48 パーセンタイル：88.21(Multidisciplinary Sciences)The discovery of new materials that efficiently transmit spin currents has been important for spintronics and material science. The electric insulator GdGaO (GGG), a standard substrate for growing magnetic films, can be a spin current generator, but has never been considered as a superior conduit for spin currents. Here we report spin current propagation in paramagnetic GGG over several microns. Surprisingly, spin transport persists up to temperatures of 100 K 
T
=180 mK, the magnetic glass-like transition temperature of GGG. At 5 K and 3.5 T, we find a spin diffusion length 
m and a spin conductivity 
Sm
that is larger than that of the record quality magnet YFeO (YIG). We conclude that exchange stiffness is not required for efficient spin transport, which challenges conventional models and provides new material-design strategies for spintronic 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：2 パーセンタイル：8.00(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：46 パーセンタイル：88.11(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：22 パーセンタイル：75.18(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.
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：7 パーセンタイル：29.21(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.
Chen, Y.-T.*; 高橋 三郎*; 中山 裕康*; Althammer, M.*; Goennenwein, S. T. B.*; 齊藤 英治; Bauer, G. E. W.*
Journal of Physics; Condensed Matter, 28(10), p.103004_1 - 103004_15, 2016/03
被引用回数：94 パーセンタイル：60.06(Physics, Condensed Matter)スピンホール効果によってスピン流が発生する金属と磁性絶縁体との二重層におけるいわゆるスピンホール磁気抵抗(SMR)を概観する。関連する角運動量が強磁性層に伝達され、それにより電気抵抗が印加電流と磁化方向との間の角度によって変調される。SMRは、絶縁体の磁化方向とスピン伝達トルクを非侵入的に測定するための便利なツールを提供する。SMR、すなわちスピン拡散理論および量子力学的境界条件を計算するための最小の理論的手段を紹介する。これは、実験に適合させることができる少数のパラメータを導出する。理論の限界と、強磁性近接効果やRashbaスピン軌道トルクなどの代替メカニズムについて議論し、新しい展開を指摘する。
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：122 パーセンタイル：96.05(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.
Chen, Y.-T.*; 高橋 三郎*; 中山 裕康*; Althammer, M.*; Goennenwein, S. T. B.*; 齊藤 英治; Bauer, G. E. W.*
Physical Review B, 87(14), p.144411_1 - 144411_9, 2013/04
被引用回数：702 パーセンタイル：99.72(Materials Science, Multidisciplinary)Ptを代表とするスピン軌道相互作用を持つ常磁性層と、イットリウム鉄ガーネットのような強磁性絶縁体からなる複合膜におけるスピンHall磁気抵抗効果についての理論を提案した。スピンHall磁気抵抗効果はスピンHall効果と逆スピンHall効果によって起きる非平衡な界面磁化に起因している。強磁性/常磁性2層膜および強磁性/常磁性/強磁性3層膜におけるスピンHall磁気抵抗効果を計算し、2層膜の計算がスピンHall磁気抵抗効果の実験結果を説明できること、3層膜では磁化が平行配置になることでスピンHall磁気抵抗効果の強度が増強されることが分かった。特に、3層膜におけるスピンHall磁気抵抗効果とスピン移行トルクが磁化配置によって制御可能であることが示された。
安藤 和也*; 高橋 三郎; 家田 淳一; 紅林 秀和*; Trypiniotis, T.*; Barnes, C. H. W.*; 前川 禎通; 齊藤 英治
Nature Materials, 10(9), p.655 - 659, 2011/09
被引用回数：266 パーセンタイル：98.64(Chemistry, Physical)Injection of spin currents into solids is crucial for exploring spin physics and spintronics. There has been significant progress in recent years in spin injection into high-resistivity materials, for example, semiconductors and organic materials, which uses tunnel barriers to circumvent the impedance mismatch; the impedance mismatch between ferromagnetic metals and high-resistivity materials drastically limits the spin-injection efficiency. However, because of this problem, there is no route for spin injection into these materials through low-resistivity interfaces, that is, Ohmic contacts, even though this promises an easy and versatile pathway for spin injection without the need for growing high-quality tunnel barriers. Here we show experimental evidence that spin pumping enables spin injection free from this condition; room-temperature spin injection into GaAs from Ni
Fe
through an Ohmic contact is demonstrated through dynamical spin exchange. Furthermore, we demonstrate that this exchange can be controlled electrically by applying a bias voltage across a NiFe/GaAs interface, enabling electric tuning of the spin-pumping efficiency.
梶原 瑛祐*; 高橋 三郎*; 前川 禎通; 齊藤 英治*
IEEE Transactions on Magnetics, 47(6), p.1591 - 1594, 2011/06
被引用回数：9 パーセンタイル：45.88(Engineering, Electrical & Electronic)Conduction electron can carry a flow spin angular momentum, a spin current. This paper describes another type of spin current: a spin current carried by spin waves. Some types of spin waves can carry a spin current, which can propagate both in insulators and metals. These two types of spin currents were found to exchange each other at a Pt/Y
Fe
O interface.
安藤 和也*; 高橋 三郎; 家田 淳一; 梶原 瑛祐*; 中山 裕康*; 吉野 達郎*; 針井 一哉*; 藤川 安仁*; 松尾 衛*; 前川 禎通; et al.
Journal of Applied Physics, 109(10), p.103913_1 - 103913_11, 2011/05
被引用回数：479 パーセンタイル：99.54(Physics, Applied)強磁性/常磁性複層系において、スピンポンピングによって誘起された逆スピンホール効果(ISHE)の系統的な研究を行う。強磁性共鳴により駆動されたスピンポンピングが常磁性層にスピン流を注入し、常磁性層におけるISHEの作用によりスピン流に対して横向きに起電力が生じる。NiFe/Pt薄膜系では、強磁性共鳴条件において印加磁場の向きと直交する方向に起電力が発生することがわかった。起電力のスペクトル形状はローレンツ関数を用いてよく再現され、観測された起電力は完全にスピンポンピング誘起のISHEによるものであることを示している。すなわち、本実験ではその他の外的な磁気電圧効果は排除されている。起電力はマイクロ波強度,印加磁場の方向,薄膜の大きさに対し系統的に変化する。この振る舞いはLandau-Lifshitz-Gilbert方程式に基づく理論計算によりよく再現される。また、この起電力は、NiFeを強磁性絶縁体YFe
GaOで置き換えたPt/YFeGaO複層膜系においても観測され、スピンポンピング誘起ISHEが起電力の起源となっていることを示唆している。
安立 裕人; 内田 健一*; 齊藤 英治; 大江 純一郎; 高橋 三郎; 前川 禎通
Applied Physics Letters, 97(25), p.252506_1 - 252506_3, 2010/12
被引用回数：148 パーセンタイル：96.36(Physics, Applied)理論的かつ実験的にスピンゼーベック効果の低温での巨大な増幅現象を議論する。われわれの理論解析は、この現象におけるフォノンの自由度の重要性を明らかとした。すなわち、スピンゼーベック効果は低エネルギースピン励起を引き起こす非平衡フォノンによって強く増幅されるのである。われわれはさらに、大域的なスピン流を伴わないスピンゼーベック効果の観測を理解する鍵が上記のフォノンドラッグのシナリオにあることを指摘し、基盤の情報がスピンゼーベック効果に影響を与えることを予言する。
内田 健一*; Xiao, J.*; 安立 裕人; 大江 純一郎; 高橋 三郎; 家田 淳一; 太田 岳*; 梶原 瑛祐*; 梅沢 浩光*; 河合 浩孝*; et al.
Nature Materials, 9(11), p.894 - 897, 2010/11
被引用回数：1124 パーセンタイル：99.88(Chemistry, Physical)ゼーベック効果に代表される熱電発電は、次世代の省エネルギー技術には不可欠の機能である。これまでこの機能の発現には伝導電子の存在が必要であると思われてきたが、伝導電子の存在は熱デバイスの設計にとって不利であることが多いため、結果として伝導電子の存在が熱電発電の応用範囲を限定する原因となっていた。今回、われわれは絶縁体中を流れる熱流から電圧を生成することに成功したので、それを報告する。われわれが明らかにしたのは、磁性絶縁体LaY
FeOが伝導電子を持たないのにもかかわらず、熱流をスピン圧に変換できるという事実である。このスピン圧は、LaYFeOに貼付けられたPt薄膜中で生じる逆スピンホール効果を用いることで電圧に変換することができるため、熱流から電圧を生成することが可能となる。今回の実験結果を理解するためには、LaYFeOとPtとの界面に働く、熱によるスピン交換相互作用を考える必要がある。われわれの発見は熱電変換素子となりうる物質の可能性を拡げ、そしてまたスピンゼーベック効果の背後に潜む物理を理解するための極めて重要な情報を与えた。
p diodes irradiated with gold ions大島 武; 佐藤 隆博; 及川 将一; 小野田 忍; 菱木 繁臣; 平尾 敏雄; 神谷 富裕; 横山 琢郎*; 坂本 愛理*; 田中 礼三郎*; et al.
Materials Science Forum, 556-557, p.913 - 916, 2007/00
被引用回数：4 パーセンタイル：75.58(Materials Science, Ceramics)炭化ケイ素(SiC)を耐放射線性の粒子検出器へ応用する研究の一環として、六方晶SiC(6H-SiC)npダイオード中に金(Au)イオンが入射したときの電荷収集効率(CCE)を調べた。試料には、p型エピタキシャル膜上にリン注入によりn層を作製したnpダイオードを用い、12MeV-Auイオン入射によるイオン誘起過渡電流(TIBIC)測定を行った。TIBICシグナルを時間積分することで収集電荷量を求めたところ0.10pCであった。一方、Auイオン入射により発生する電荷量を見積もったところ0.195pCと求められ、CCEが約50%であることが明らかとなった。イオン入射によりSiC中に発生する電子-正孔対の濃度を計算したところ、CCEが100%となる酸素やシリコンイオン入射の場合に比べ約二桁高濃度であることが見いだされた。このことより、Auイオン入射では非常に高濃度の電子-正孔対(プラズマ)が発生するためにプラズマ中で電子-正孔対が再結合してしまい、その結果、CCEが低下することが推測される。
p diodes irradiated with Au-ions岩本 直也; 大島 武; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 小野田 忍; 菱木 繁臣; 平尾 敏雄; 神谷 富裕; 横山 琢郎*; 坂本 愛理*; et al.
Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.185 - 188, 2006/10
六方晶炭化ケイ素(6H-SiC) npダイオードに12MeVの金イオンを照射し、ダイオードの電荷収集効率をイオンビーム励起過渡電流(TIBIC)によって評価した。酸素(O)及びシリコン(Si)イオンの照射では電荷収集効率(CCE)は100%であったが、金イオンでは約50%であった。イオン入射によって6H-SiC npダイオードで発生した電子-正孔対の濃度をKobetich & Katz(KK)モデルを使って評価すると、電子-正孔対の濃度は入射イオンの原子番号が大きくなると増加することが明らかとなった。したがって、金イオンを入射した6H-SiC npダイオードにおけるCCEの減少は、高濃度の電子-正孔対内での電子と正孔の再結合に起因することが示唆される。
p diodes using transient ion beam-induced current大島 武; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 山川 猛; 小野田 忍; 若狭 剛史; Laird, J. S.; 平尾 敏雄; 神谷 富裕; 伊藤 久義; et al.
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 541(1-2), p.236 - 240, 2005/04
被引用回数：9 パーセンタイル：54.92(Instruments & Instrumentation)炭化ケイ素(SiC)半導体を用いた放射線粒子検出器開発の一環として、SiC pnダイオードにイオンが入射した時に発生する電荷の収集挙動を調べた。実験はTIARAのタンデム加速器に接続するマイクロビームラインにて、15MeV酸素イオンを用いて行った。シングルイオンヒットによるイオンビーム誘起過渡電流(TIBIC)を測定したところ、SiC pnダイオードへの印加電圧の増加に従い過渡電流波形のピーク強度が大きくなること及び収集時間が短くなることが見いだされた。さらに、過渡電流を積算することで収集電荷を見積もった結果、印加電圧が低く空乏層がイオンの飛程より短い場合は、ファネリング効果によって空乏層より深い領域で発生した電荷が収集されることが判明した。また、空乏層長がイオンの飛程より長くなる印加電圧150Vでは、ほぼ100%の電荷収集効率となり、SiC pnダイオードが粒子検出器として応用可能であることが確認された。
住田 泰史*; 今泉 充*; 大島 武; 伊藤 久義; 桑島 三郎*
Proceedings of 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conference and Exhibition (PVSC-31), p.667 - 670, 2005/00
宇宙用の高効率太陽電池として期待される三接合太陽電池の放射線劣化予測の新技術を開発するため、NIEL(Non Ionizing Energy Loss)解析から見積もられるダメージドーズ(D
)をもとに劣化を予測する方法を検討した。InGaP/GaAs/Ge三接合太陽電池に対し、陽子線(50keVから10MeV)または電子線(1MeV)のみを照射した場合、陽子線と電子線の両方を照射した場合について、それぞれDを見積もり、太陽電池特性の劣化量とDの関係を調べた。その結果、全ての場合において特性劣化が同一の関係式で表されることが判明した。これより、陽子線,電子線及び両者の複合照射においてもDを劣化予測の指標として用いることが可能であり、実宇宙での劣化予測に際してNIEL解析が有効であると帰結できた。
