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前川 禎通; 吉川 貴史*; 中堂 博之; 家田 淳一; 齊藤 英治
Journal of Applied Physics, 133(2), p.020902_1 - 020902_24, 2023/01
被引用回数：0Along with the progress of spin science and spintronics research, the flow of electron spins, i.e., spin current, has attracted interest. New phenomena and electronic states were explained in succession using the concept of spin current. Moreover, as many of the conventionally known spintronics phenomena became well organized based on spin current, it has rapidly been recognized as an essential concept in a wide range of condensed matter physics. In this article, we focus on recent developments in the physics of spin, spin current, and their related phenomena, where the conversion between spin angular momentum and different forms of angular momentum plays an essential role. Starting with an introduction to spin current, we first discuss the recent progress in spintronic phenomena driven by spin-exchange coupling: spin pumping, topological Hall torque, and emergent inductor. We, then, extend our discussion to the interaction/interconversion of spins with heat, lattice vibrations, and charge current and address recent progress and perspectives on the spin Seebeck and Peltier effects. Next, we review the interaction between mechanical motion and electron/nuclear spins and argue the difference between the Barnett field and rotational Doppler effect. We show that the Barnett effect reveals the angular momentum compensation temperature, at which the net angular momentum is quenched in ferrimagnets.
Lee, O.*; 山本 慧; 埋田 真樹; Zollitsch, C. W.*; Elyasi, M.*; 吉川 貴史*; 齊藤 英治; Bauer, G. E. W.*; 紅林 秀和*
Physical Review Letters, 130(4), p.046703_1 - 046703_6, 2023/01
被引用回数：0We experimentally and theoretically demonstrate that nonlinear spin-wave interactions suppress the hybrid magnon-photon quasiparticle or "magnon polariton" in microwave spectra of an yttrium iron garnet film detected by an on-chip split-ring resonator. We observe a strong coupling between the Kittel and microwave cavity modes in terms of an avoided crossing as a function of magnetic fields at low microwave input powers, but a complete closing of the gap at high powers. The experimental results are well explained by a theoretical model including the three-magnon decay of the Kittel magnon into spin waves. The gap closure originates from the saturation of the ferromagnetic resonance above the Suhl instability threshold by a coherent back reaction from the spin waves.
岡 弘*; 丹野 敬嗣; 矢野 康英; 大塚 智史; 皆藤 威二; 橋本 直幸*
Journal of Nuclear Materials, 572, p.154032_1 - 154032_8, 2022/12
被引用回数：1 パーセンタイル：71.47(Materials Science, Multidisciplinary)窒素濃度(0.0034-0.029 wt%)の異なる9Cr-ODS鋼について700
Cのクリープ特性とクリプ前後の組織変化について調査を行った。クリープ強度は、窒素濃度の増加に伴い顕著な低下が確認された。高窒素濃度材において変態フェライト領域と残留フェライト領域の境界にそってYリッチな粗大粒子が確認された。
と
相では窒素の固溶度が異なることから、オーステナイト変態プロセスが生じる際に、窒素が相に拡散・濃化し、逆変態時に残留フェライト相に吐き出され、両境界付近で窒素の濃化生じる。その結果として、熱力学的不安定を解消するために分散粒子の粗大化が生じると考えられる。窒素濃度が高いほど多数のクリープボイドが観察されたことから、粗大化した分散粒子を起点にクリープボイドが発達したことにより、早期破断が生じたと考えられる。
髭本 亘; 横山 淳*; 伊藤 孝; 鈴木 泰雅*; Raymond, S.*; 柳瀬 陽一*
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 119(49), p.e2209549119_1 - e2209549119_6, 2022/11
量子臨界点近傍においては様々な量子状態が出現し得る。特に非通常型の超伝導の対形成には量子臨界揺らぎが重要な役割を担っているものと考えられている。本論文ではミュオンと中性子を用いて観測したCeCo(In
Zn
)
の超伝導状態について報告している。
=0.03付近から超伝導状態において磁気秩序が発達する様子が観測され、量子相転移が起こっていることを示している。さらにその転移点において超伝導磁場侵入長の増大が見られており、これらの結果は量子臨界性と超伝導電子対形成の強い相関を示している。
において観測される局在電子の起源について伊藤 孝
めそん, (56), p.21 - 26, 2022/09
近年、水素原子・イオン打ち込み技術の発展に伴い、熱力学的固溶限を超えて大量の水素を固体材料の格子間隙に強制的に導入できるようになってきた。これにより、絶縁体のホストを金属化するなどの振り幅の大きい物性制御が可能になりつつある。それとともに、低濃度ドープでは認知されなかった余剰電子の奇妙な振る舞いが明かになってきた。本稿では、代表的な電子材料の1つであるSrTiOを水素照射により金属化した際に、遍歴電子とともに局在電子が存在する痕跡が観測されたという事実に注目し、この局在電子の起源について
SR実験と密度汎関数理論(DFT)計算の結果に基づいて議論する。
; 
SR studies and charge-spin percolation modelSheng, Q.*; 金子 竜也*; Yamakawa, Kohtaro*; Guguchia, Z.*; Gong, Z.*; Zhao, G.*; Dai, G.*; Jin, C.*; Guo, S.*; Fu, L.*; et al.
Physical Review Research (Internet), 4(3), p.033172_1 - 033172_14, 2022/09
A pyrite system NiS
Se exhibits a bandwidth controlled Mott transition via (S,Se) substitutions in a two-step process: the antiferromagnetic insulator (AFI) to antiferromagnetic metal (AFM) transition at 
0.45 followed by the AFM to paramagnetic metal (PMM) transition at 1.0. Among a few other Mott systems which exhibit similar two-step transitions, Ni(S,Se) is of particular interest because a large intermediate AFM region in the phase diagram would provide unique opportunities to study the interplay between the spin and charge order. By comparing and combining our muon spin relaxation studies and previous neutron scattering studies, here we propose a picture where the spin order is maintained by the percolation of "nonmetallic" localized and dangling Ni moments surrounded by S, while the charge transition from AFI to AFM is caused by the percolation of the conducting paths generated by the Ni-Se-Ni bonds.
= 
quasikagome-lattice compound CeRhPdSn investigated using muon spin relaxation and neutron scatteringTripathi, R.*; Adroja, D. T.*; Ritter, C.*; Sharma, S.*; Yang, C.*; Hillier, A. D.*; Koza, M. M.*; Demmel, F.*; Sundaresan, A.*; Langridge, S.*; et al.
Physical Review B, 106(6), p.064436_1 - 064436_17, 2022/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)We present the results of muon spin relaxation (SR) and neutron scattering measurements on the Ce-based quasikagome lattice CeRhPdSn ( = 0.1 to 0.75). Our SR results reveal the absence of both static long-range magnetic order and spin freezing down to 0.05 K in the = 0.1 sample, which is consistent with neutron scattering results. The weak temperature-dependent plateaus of the dynamic spin fluctuations below 0.2 K in zero field together with its longitudinal-field (LF) dependence indicate the presence of dynamic spin fluctuations persisting even at 0.05 K without static magnetic order. We argue that such a behavior for = 0.1 can be attributed to a metallic spin-liquid-like ground state near the quantum critical point in the frustrated Kondo lattice. The LF-SR study suggests that the out of kagome plane spin fluctuations are responsible for the spin-liquid behavior.
小川 文男*; 中山 雄太*; 旭吉 雅健*; 橋立 竜太; 若井 隆純; 伊藤 隆基*
Transactions of the Indian National Academy of Engineering (Internet), 7(2), p.549 - 564, 2022/06
改良9Cr-1Mo鋼の非比例多軸クリープ疲労負荷におけるひずみエネルギーベースの寿命評価法を提案する。非弾性ひずみエネルギー密度は、ヒステリシスループ内の面積として算出した。また平均応力の影響を実験的に検討し、非弾性ひずみエネルギー密度とクリープ疲労寿命の関係を調べた。ヒステリシスループの調査から、最大応力の低下は破損寿命の延長につながるが、ひずみ保持中の応力緩和は強度低下を引き起こすことがわかった。そこで、ヒステリシスループの最大応力とひずみ保持中の最小応力の影響を考慮した非弾性ひずみエネルギー密度の補正法を提案し、単軸および非比例多軸荷重のひずみエネルギー密度を求めた。これらの結果をもとに、非比例多軸荷重下でのクリープ疲労寿命を支配するメカニズムについて考察した。
complex as a possible origin of localized electron behavior in hydrogen-irradiated SrTiO伊藤 孝
e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 20(3), p.128 - 134, 2022/05
A recent muon spin rotation (SR) study on a paramagnetic defect complex formed upon implantation of pseudo-proton into SrTiO is reviewed with a specific focus on the relation with experimental signatures of coexisting delocalized and localized electrons in hydrogen-irradiated metallic SrTiO films. The paramagnetic defect complex, composed of interstitial and Ti small polaron, is characterized by a small dissociation energy of about 30 meV. Density functional theory (DFT) calculations in the generalized gradient approximation (GGA) +
scheme for a corresponding hydrogen defect complex reveal that a thermodynamic donor level associated with electron transfer from an H
-Ti complex to the conduction band can form just below the conduction band minimum for realistic values. These findings suggest that the coexistence of delocalized and localized electrons can be realized in hydrogen-irradiated SrTiO in electron-rich conditions.
Cs内山 雄介*; 徳永 夏樹*; 東 晃平*; 上平 雄基; 津旨 大輔*; 岩崎 理樹*; 山田 正俊*; 立田 穣*; 石丸 隆*; 伊藤 友加里*; et al.
Science of the Total Environment, 816, p.151573_1 - 151573_13, 2022/04
被引用回数：3 パーセンタイル：85.21(Environmental Sciences)福島県新田川を対象に、台風201326号に伴う出水イベントに着目し、台風通過直後に実施された海底堆積調査結果と、高解像度海洋モデルを併用することによって新田川起源の懸濁態放射性核種の海底での堆積状況を評価した。数値モデルによる底面せん断応力、残差流による懸濁質輸送、局所的土砂収支に対応する侵食・堆積パターンは、現地観測結果を定性的によく説明しており、モデルの妥当性を示すとともに観測による懸濁態Cs分布パターンの形成機構について明確な解釈を与えた。
社本 真一*; 赤津 光洋*; 松浦 直人*; 河村 聖子; 針井 一哉*; 小野 正雄*; Chang, L.-J.*; 伊藤 孝; 根本 祐一*; 家田 淳一
Physical Review Research (Internet), 4(1), p.013245_1 - 013245_7, 2022/03
イットリウム鉄ガーネットの磁気ブラッグピークに対する超音波注入効果を、準弾性中性子散乱によって研究した。磁気ブラッグピークは、温度の低下とともに大幅に強化さる。エネルギー幅は、超音波注入によって引き起こされる試料温度上昇の平方根に比例して増加した。磁気ブラッグピークは格子振動によって増強されることから、この増強はスピン-格子結合と密接に関連していると予想される。縦波モードで100Kを超えると観測された急激な散乱信号の低下は、スピン-格子結合の劣化を示唆している。これは、温度が100Kを超えるとスピンゼーベック効果が低下することと一致しており、スピン-格子結合による劣化メカニズムに証明を与えている。
矢野 康英; 橋立 竜太; 丹野 敬嗣; 今川 裕也; 加藤 章一; 鬼澤 高志; 伊藤 主税; 上羽 智之; 大塚 智史; 皆藤 威二
JAEA-Data/Code 2021-015, 64 Pages, 2022/01
JAEA-Data-Code-2021-015.pdf:2.6MB
安全性・経済性に優れ、放射性廃棄物の減容化・有害度の低減に貢献する高速増殖炉サイクルシステムの実用化の観点から、燃料の高燃焼度化が求められており、これに対応した被覆管材料の開発が必要不可欠である。この高燃焼度達成のための被覆管材料には、耐照射スエリング性能及び高温強度特性に優れた酸化物分散強化(Oxide Dispersion Strengthened; ODS)フェライト鋼の研究開発を実施している。ODSフェライト鋼を燃料被覆管として適用するためには、材料強度基準整備が重要であり、そのためのクリープ強度データ等の各種強度データ取得を実施している。本研究では、材料強度基準整備に資することを目的に、これまで得られた知見・検討結果に基づき、9Cr-ODS鋼被覆管の引張強度とクリープ強度特性について評価を行った。9Cr-ODS鋼は相変態温度を持つことから、母相の相状態が変化しない850C以下と事故時を想定したそれ以上の温度域に分けて評価を行った。
大塚 智史; 静川 裕太; 丹野 敬嗣; 今川 裕也; 橋立 竜太; 矢野 康英; 鬼澤 高志; 皆藤 威二; 大沼 正人*; 光原 昌寿*; et al.
Journal of Nuclear Science and Technology, 11 Pages, 2022/00
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)原子力機構では、ナトリウム冷却高速炉(SFR)用燃料被覆管材料として9Cr-酸化物分散強化型(ODS)鋼の開発を進めている。燃料被覆管材料にとって、クリープ特性は重要特性の一つである。よって、SFRに9Cr-ODS鋼を導入するためには、9Cr-ODS鋼の炉内クリープ強度の信頼性高い予測評価が不可欠である。本研究では、700Cでの9Cr-ODS鋼のクリープ強度とナノ組織の定量的相関性について調査を行った。また、9Cr-ODS鋼照射材のナノ組織解析に基づく炉内クリープ特性予測の可能性について議論を行った。9Cr-ODS鋼の700Cでのクリープ破断寿命は、そのナノ組織と密接な相関を有することがわかった。9Cr-ODS鋼のクリープ破断寿命とナノ組織の相関を既存のクリープモデルに基づき解析し、両者をつなぐ相関式を示した。本相関式の信頼性を高めるためには、9Cr-ODS鋼の2次クリープ速度の応力指数と酸化物分散状態の関係を明らかにする必要がある。
Sm M
ssbauer and Sm L
-edge X-ray absorption spectroscopies筒井 智嗣; 東中 隆二*; 中村 頼人*; 藤原 孝将*; 中村 仁*; 小林 義男*; 伊藤 孝; 依田 芳卓*; 加藤 和男*; 新田 清文*; et al.
Hyperfine Interactions, 242(1), p.32_1 - 32_10, 2021/12
被引用回数：0 パーセンタイル：1.69Sm synchrotron-radiation-based Mssbauer spectroscopy was performed in Sm-based intermetallics having a cubic crystal structure, Sm
Ge
, SmB
, SmBe, and Sm
Al
(
= transition metals). In spite of the difference of the local structure around the Sm sites, the observed Mssbauer spectra consist of a single line at 300 K. On the other hand, Sm L-edge X-ray absorption spectra consist of two components, suggesting Sm
and Sm states. Difference of the number of the spectral components between the Mssbauer spectroscopy and X-ray absorption spectroscopy is caused by the difference of the time window in the scattering process of these measurements. Correlation between the isomer shifts in the Mssbauer spectroscopy and average Sm valence states estimated from the X-ray absorption spectroscopy exhibits a linear correlation.
矢野 康英; 丹野 敬嗣; 岡 弘; 大塚 智史; 皆藤 威二
Journal of Nuclear Materials, 555, p.153105_1 - 153105_8, 2021/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Materials Science, Multidisciplinary)今回の研究目的は、400から600Cで熱時効された11Crフェライト/マルテンサイト鋼とSUS316鋼を用いた異材接合部の引張特性と組織評価を実施することとした。微細組織観察はSEMとTEMを用いた。異材接合部の組織は少量の残留オーステナイト組織を含むラスマルテンサイト組織であった。400と450Cで2相分離とG相の形成に起因した熱時効硬化が確認されたが、明確な全伸びの低下は確認されなかった。また、破面としても劈開破壊よりむしろ細かな延性破面が支配的であった。引張強度の増加は2相分離に起因し、軟化相である残留オーステナイト相が延性保持に寄与していることが推察された。
大柳 洸一*; Gomez-Perez, J. M.*; Zhang, X.-P.*; 吉川 貴史*; Chen, Y.*; Sagasta, E.*; Chuvilin, A.*; Hueso, L. E.*; Golovach, V. N.*; Sebastian Bergeret, F.*; et al.
Physical Review B, 104(13), p.134428_1 - 134428_14, 2021/10
被引用回数：4 パーセンタイル：59.52(Materials Science, Multidisciplinary)We report the observation of the spin Hall magnetoresistance (SMR) in a paramagnetic insulator. By measuring the transverse resistance in a Pt/GdGaO
(GGG) system at low temperatures, paramagnetic SMR is found to appear with an intensity that increases with the magnetic field aligning GGG's spins. The observed effect is well supported by a microscopic SMR theory, which provides the parameters governing the spin transport at the interface. Our findings clarify the mechanism of spin exchange at a Pt/GGG interface, and demonstrate tunable spin-transfer torque through the field-induced magnetization of GGG. In this regard, paramagnetic insulators offer a key property for future spintronic devices.
中山 雄太*; 小川 文男*; 旭吉 雅健*; 橋立 竜太; 若井 隆純; 伊藤 隆基*
ISIJ International, 61(8), p.2299 - 2304, 2021/08
被引用回数：2 パーセンタイル：33.62(Metallurgy & Metallurgical Engineering)高温において多軸負荷を受ける改良9Cr-1Mo鋼のクリープ疲労強度について述べる。中空円筒試験片を用いて、さまざまなひずみ波形での低サイクル疲労試験を実施した。低サイクル疲労試験は、軸ひずみを固定した比例負荷と、軸ひずみとせん断ひずみの位相差が90度の非比例負荷の下で実施した。応力緩和とひずみ保持が破壊寿命に及ぼす影響を検討するために、さまざまなひずみ速度での低サイクル疲労試験とさまざまな保持時間でのクリープ疲労試験も実施した。2種類の多軸クリープ疲労寿命評価方法を提案した。第一の方法は、非比例負荷係数とクリープ損傷を考慮したマンソンのユニバーサルスロープ法を使用してひずみ範囲を計算する。第二の方法は、線形損傷則を用いて非比例負荷係数を考慮して疲労損傷を計算し、修正延性損耗則からクリープ損傷を計算する。第二の方法は精度が優れ、第一の方法はそれより精度は劣るが、実用性が高い。
矢野 康英; 丹野 敬嗣; 大塚 智史; 皆藤 威二; 鵜飼 重治*
Materials Transactions, 62(8), p.1239 - 1246, 2021/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)FeCrAl-ODS鋼被覆管を製作し、その被覆管の熱時効の影響を調査するために、450C,5000時間と15000時間の熱時効後に、硬さ試験,リング引張試験,TEM観察を実施した。全てのFeCrAl鋼被覆管で熱時効硬化が確認され、延性低下を伴う顕著な強度上昇も生じた。熱時効硬化挙動は(Ti, Al)リッチ相(
'相)析出とAl7wt%未満の場合は'相析出も起因していると考えられる。同様の組成をもつFeCrAl-ODS鋼を比較した場合、再結晶材と未再結晶材で熱時効硬化は生じるが、後者は延性低下を伴わないことが明らかになった。この挙動の差は、結晶粒界,転位密度,試験片作製方向の影響が起因していると考えられる。本研究は、文部科学省の原子力システム研究開発事業による委託業務として、北海道大学が実施した平成25
28年度「事故時高温条件での燃料健全性確保のためのODSフェライト鋼燃料被覆管の研究開発」の中で北海道大学からの委託により原子力機構が実施した研究成果である。
西村 昇一郎*; 鳥居 寛之*; 深尾 祥紀*; 伊藤 孝; 岩崎 雅彦*; 神田 聡太郎*; 川越 清以*; Kawall, D.*; 河村 成肇*; 黒澤 宣之*; et al.
Physical Review A, 104(2), p.L020801_1 - L020801_6, 2021/08
被引用回数：7 パーセンタイル：84.45(Optics)As a method to determine the resonance frequency, Rabi-oscillation spectroscopy has been developed. In contrast to conventional spectroscopy which draws the resonance curve, Rabi-oscillation spectroscopy fits the time evolution of the Rabi oscillation. By selecting the optimized frequency, it is shown that the precision is twice as good as conventional spectroscopy with a frequency sweep. Furthermore, the data under different conditions can be treated in a unified manner, allowing more efficient measurements for systems consisting of a limited number of short-lived particles produced by accelerators such as muons. We have developed a fitting function that takes into account the spatial distribution of muonium and the spatial distribution of the microwave intensity to apply this method to ground-state muonium hyperfine structure measurements at zero field. It was applied to the actual measurement data, and the resonance frequencies were determined under various conditions. The result of our analysis gives 
= 4 463 301.61 
0.71 kHz.
齋藤 雅史*; 金子 暁子*; 阿部 豊*; 内堀 昭寛; 栗原 成計; 高田 孝*; 大島 宏之
Proceedings of 28th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 28) (Internet), 7 Pages, 2021/08
ナトリウム-水反応現象解析コードの妥当性評価及び改良に資する実験データ取得のため、水中に空気を噴出させた場合に発生する液滴エントレインメントの可視化実験を実施した。本実験では液滴径と液滴速度を計測するとともに、ノズル形状の影響を明らかとした。
