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内田 健一*; 安立 裕人; 梶原 瑛祐*; 前川 禎通; 齊藤 英治
Solid State Physics, 64; Recent Advances in Magnetic Insulators; From Spintronics to Microwave Applications, p.1 - 27, 2013/11
被引用回数：14 パーセンタイル：18.20(Physics, Condensed Matter)A spin wave is a collective motion of magnetic moment in magnetically ordered materials. Although spin waves have been known and investigated for many years, resent research has revealed that the spin wave plays an important role in spintronics as a carrier of spin current, i.e., a flow of spin angular momentum. Such a spin-wave spin current is available in magnetic insulators even in the absence of conduction electrons, thus opens a new route for investigating spintronic phenomena in magnetic insulators. In this article we review recent progress in insulator spintronics.
Qiu, Z.*; 安藤 和也*; 内田 健一*; 梶原 瑛祐*; 高橋 遼*; 中山 裕康*; 安 東秀*; 藤川 安仁*; 齊藤 英治
Applied Physics Letters, 103(9), p.092404_1 - 092404_4, 2013/08
被引用回数：120 パーセンタイル：95.64(Physics, Applied)白金(Pt)/イットリウム鉄ガーネット(YIG)界面を高い精度で制御することに成功し、そのPt/YIG界面におけるスピンミキシングコンダクタンスを研究した。高い結晶性をもつ明瞭な界面が、ミキシングコンダクタンスの最大値を得るためには重要な要素であることを実験的に示した。そのスピンミキシングコンダクタンスはよく制御されたPt/YIG界面において、理論的予想最大値と近い、1.3
10
m
という値が得られた。
Fe
O
梶原 瑛祐*; 内田 健一*; 菊池 大介*; 安 東秀*; 藤川 安仁*; 齊藤 英治
Applied Physics Letters, 103(5), p.052404_1 - 052404_4, 2013/07
被引用回数：7 パーセンタイル：29.30(Physics, Applied)YFeO薄膜面内の温度勾配中における熱流によるスピン緩和の変調について調べた。温度勾配の方向によってYFeO薄膜の強磁性共鳴の線幅、つまりスピン緩和、は増減すること、また、この変調はYFeO薄膜中の熱的に誘起された横スピン波によって生じるスピン移行トルクを原因とすることを明らかにした。それらの実験結果は、YFeOに蒸着されたPt薄膜中におけるスピンポンプによって生じるスピン流の大きさはGilbert緩和定数の二乗に反比例し、現象論的なスピンポンプ模型と矛盾しないことを示している。
安 東秀*; Vasyuchka, V. I.*; 内田 健一*; Chumak, A. V.*; 山口 和也*; 針井 一哉; 大江 純一郎*; Jungfleisch, M. B.*; 梶原 瑛祐*; 安立 裕人; et al.
Nature Materials, 12(6), p.549 - 553, 2013/06
被引用回数：132 パーセンタイル：96.16(Chemistry, Physical)In this paper, we show a magnetically controllable heat flow caused by a spin-wave current. The direction of the flow can be switched by applying a magnetic field. When microwave energy is applied to a region of ferrimagnetic Y
Fe
O, an end of the magnet far from this region is found to be heated in a controlled manner and a negative temperature gradient towards it is formed. This is due to unidirectional energy transfer by the excitation of spin-wave modes without time-reversal symmetry and to the conversion of spin waves into heat. The magnetically controlled remote heating we observe is directly applicable to the fabrication of a heat-flow controller.
内田 健一*; 野中 挙海*; 吉川 貴史*; 梶原 瑛祐*; 齊藤 英治
Physical Review B, 87(10), p.104412_1 - 104412_6, 2013/03
被引用回数：104 パーセンタイル：94.62(Materials Science, Multidisciplinary)種々のガーネットフェライトY
Fe
O(=Gd, Ca; =Al, Mn, V, In, Zr)の縦スピンゼーベック効果(LSSE)をPt中の逆スピンホール効果を用いて調べた。Pt/YFeO試料中のLSSE電圧はガーネットフェライト中のFeの濃度を上げると増大することが分かった。これは、Pt/YFeO界面でのスピンミキシングコンダクタンスの変化で説明できる。また、我々はLSSE電圧とYFeOの局所的な磁性パラメーターとの相関についても調べた。この実験結果はPt/YFeO試料中のLSSE電圧はキュリー温度および飽和磁化に正の相関があるが、磁気回転比とギルバートダンピング定数との有意な相関は無いことを示している。
Jungfleisch, M. B.*; 安 東秀*; 安藤 和也*; 梶原 瑛祐*; 内田 健一*; Vasyuchka, V. I.*; Chumak, A. V.*; Serga, A. A.*; 齊藤 英治; Hillebrands, B.*
Applied Physics Letters, 102(6), p.062417_1 - 062417_4, 2013/02
被引用回数：48 パーセンタイル：84.44(Physics, Applied)We experimentally demonstrate the manipulation of magnetization relaxation utilizing a temperature difference across the thickness of an yttrium iron garnet/platinum hetero-structure: the damping is either increased or decreased depending on the sign of the temperature gradient. This effect might be explained by a thermally induced spin torque on the magnetization precession. The heat-induced variation of the damping is detected by microwave techniques as well as by a DC voltage caused by spin pumping into the adjacent Pt layer and the subsequent conversion into a charge current by the inverse spin Hall effect.
桐原 明宏*; 内田 健一*; 梶原 瑛祐*; 石田 真彦*; 中村 泰信*; 眞子 隆志*; 齊藤 英治; 萬 伸一*
Nature Materials, 11(8), p.686 - 689, 2012/08
被引用回数：249 パーセンタイル：98.51(Chemistry, Physical)Energy harvesting technologies, which generate electricity from environmental energy, have been attracting great interest because of their potential to power ubiquitously deployed sensor networks and mobile electronics. Of these technologies, thermoelectric (TE) conversion is a particularly promising candidate, because it can directly generate electricity from the thermal energy that is available in various places. Here we show a novel TE concept based on the spin Seebeck effect, called "spin-thermoelectric (STE) coating", which is characterized by a simple film structure, convenient scaling capability, and easy fabrication. The STE coating, with a 60-nm-thick bismuth-substituted yttrium iron garnet (Bi:YIG) film, is applied by means of a highly efficient process on a non-magnetic substrate. Notably, spin-current-driven TE conversion is successfully demonstrated under a temperature gradient perpendicular to such an ultrathin STE-coating layer (amounting to only 0.01% of the total sample thickness). We also show that the STE coating is applicable even on glass surfaces with amorphous structures. Such a versatile implementation of the TE function may pave the way for novel applications making full use of omnipresent heat.
Hou, D.*; Qiu, Z.*; 針井 一哉; 梶原 瑛祐*; 内田 健一*; 藤川 安仁*; 中山 裕康*; 吉野 達郎*; 安 東秀*; 安藤 和也*; et al.
Applied Physics Letters, 101(4), p.042403_1 - 042403_4, 2012/07
被引用回数：79 パーセンタイル：91.85(Physics, Applied)ビスマス/パーマロイ二層膜における逆スピンホール効果をスピンポンピングを用いて室温下で測定した。その結果、強磁性共鳴の吸収線幅からビスマスが良いスピン吸収材であることわかった。また、二層膜の逆スピンホール電圧と抵抗値の測定により、ビスマス膜厚の増大とともに逆スピンホール電流が減少することを見いだした。これは白金/パーマロイのような従来の二層膜における逆スピンホール効果の理解とは異なるものである。ビスマス/パーマロイ界面のスピン伝導の変調を考慮することで、この逆スピンホール電流の膜厚依存性を定量的に説明できるモデルを構築した。
内田 健一*; 太田 岳*; 安立 裕人; Xiao, J.*; 野中 挙海*; 梶原 瑛祐*; Bauer, G. E. W.*; 前川 禎通; 齊藤 英治
Journal of Applied Physics, 111(10), p.103903_1 - 103903_11, 2012/05
被引用回数：127 パーセンタイル：95.86(Physics, Applied)The spin-Seebeck effect (SSE) in ferromagnetic metals and insulators has been investigated systematically by means of the inverse spin-Hall effect (ISHE) in paramagnetic metals. The SSE generates a spin voltage as a result of a temperature gradient in a ferromagnet, which injects a spin current into an attached paramagnetic metal. In the paramagnet, this spin current is converted into an electric field due to the ISHE, enabling the electric detection of the SSE. The observation of the SSE is performed in longitudinal and transverse configurations consisting of a ferromagnet/paramagnet hybrid structure, where thermally generated spin currents flowing parallel and perpendicular to a temperature gradient are detected, respectively.
Fe
/Pt films中山 裕康*; 安藤 和也*; 針井 一哉; 吉野 達郎*; 高橋 遼*; 梶原 瑛祐*; 内田 健一*; 藤川 安仁*; 齊藤 英治
Physical Review B, 85(14), p.144408_1 - 144408_7, 2012/04
被引用回数：207 パーセンタイル：98.03(Materials Science, Multidisciplinary)強磁性共鳴(FMR)によるスピンポンピングで誘起される逆スピンHall効果(ISHE)の形状依存性を定量的に調べた。NiFe/Pt薄膜のサイズと膜厚を変え、FMRスペクトルとISHEによって誘起される起電力を測定した。薄膜形状を変えるとISHEによって誘起される電流はシステマティックに変化する。スピンポンピングによって誘起されるISHEの膜厚依存性はNiFeとPtでは異なっている。
Qiu, Z.*; 梶原 瑛祐*; 安藤 和也*; 藤川 安仁*; 内田 健一*; 田代 隆治*; 針井 一哉*; 吉野 達郎*; 齊藤 英治
Applied Physics Letters, 100(2), p.022402_1 - 022402_3, 2012/01
被引用回数：32 パーセンタイル：74.88(Physics, Applied)単純な酸化物のみからなる系においてスピン波共鳴によるスピンポンプを逆スピンホール効果(ISHE)を用いて詳しく調べた。ランタンドープのイットリウム鉄ガーネット(La:YIG)/インジウムスズ酸化物(ITO)の2層膜においてスピンポンプが生じスピン流がITO層に注入され、それがISHEを通じて起電力として観測される。この起電力は面外磁場角度と励起マイクロ波パワーに依存して観測されたが、これはISHEの理論予測とよい一致を示す。酸化物のみからなる系でのスピンポンプの発見は酸化物スピントロニクスの可能性を広げるものである。
FeO/Pt hybrid structure内田 健一*; 安 東秀*; 梶原 瑛祐*; 戸田 雅也*; 齊藤 英治
Applied Physics Letters, 99(21), p.212501_1 - 212501_3, 2011/11
被引用回数：49 パーセンタイル：84.42(Physics, Applied)表面音波(a surface acoustic wave SAW)によるスピン流生成をYFeO(YIG)/Ptハイブリッド構造体で観測した。YIGとPtの界面でYIG相で発生した表面音波がPt相にスピン流を発生させていることを、Pt相の逆スピンホール効果で見いだした。ピエゾ振動子を貼り付けたYIG/Pt構造体では、YIG内の表面音波によるスピン電圧分布の系統的な測定を可能とする。この観測された現象はSAWベースのエレクトロニクスに高い親和性を持つので、スピントロニクスにおけるSAWデバイスの構築に道を拓くものである。
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：1107 パーセンタイル：99.87(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。
春日井 敦; 坂本 慶司; 林 健一*; 高橋 幸司; 庄山 裕章*; 梶原 健*; 池田 佳隆; 假家 強*; 満仲 義加*; 藤井 常幸; et al.
JAERI-Research 2002-027, 57 Pages, 2002/11
JAERI-Research-2002-027.pdf:3.6MB
ジャイロトロン内に発生する不要RFは、ジャイロトロンの長パルス化あるいは高効率化等の性能向上を妨げている要因の1つである。ジャイロトロンの内部に発生する不要RFには、(1)ビームトンネルにおける寄生発振,(2)放射器における寄生発振,(3)ジャイロトロン内部の散乱RFがある。ビームトンネルにおける寄生発振は、ビームトンネルの表面に炭化珪素材を適用することで完全に抑制することができた。その結果、ジャイロトロンの空胴共振器における主モードの発振効率を従来の約20%から30%以上に改善でき、高効率動作の実現を達成した。放射器の寄生発振については、空胴共振器での発振効率を高めることで軽減できることを明らかにした。ジャイロトロン内部の高周波回路の回折損失に起因する散乱RFはジャイロトロン出力の10%以上あることが明らかとなったが、冷却の工夫及びDCブレークの材質の変更により、動作を制限する要因にはなっていない。以上のように、寄生発振を抑制したこと及び散乱RFを管外で処理し、散乱RFに起因する内部加熱に対する冷却の強化により1MW-10秒レベル(0.9MW-9.2秒)の長パルス動作が可能となった。
坂本 慶司; 春日井 敦; 池田 佳隆; 林 健一*; 高橋 幸司; 梶原 健; 森山 伸一; 関 正美; 假家 強*; 満仲 義加*; et al.
Proceedings of 19th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2002) (CD-ROM), 5 Pages, 2002/10
ITERで要求される周波数170GHzにおいて、準連続運転となる0.9MW9秒,0.75MW17秒,0.5MW30秒,0.3MW60秒,0.2MW133秒等を達成し、連続出力ジャイロトロン開発に大きな見通しを得た。(パルス幅は内部の冷却強化によりさらに延長可能である。)JT-60U用110GHzジャイロトロンで1.2MW4秒の出力を得た。ジャイロトロン4本からなるECRHシステムを建設し、3MW2秒のプラズマ入射に成功し、JT-60Uでの電子温度26keVの達成に貢献した。これら、EC技術のKey要素(ジャイロトロン)とシステム統合の双方で大きな進展を示し、ミリ波帯のECシステムの核融合炉への適用に大きな見通しを与えた。
今井 剛; 坂本 慶司; 春日井 敦; 恒岡 まさき; 高橋 幸司; 庄山 裕章; 池田 幸治; 池田 佳隆; 梶原 健; 藤井 常幸; et al.
平成12年度電気学会原子力研究資料(NE-00-4), p.19 - 24, 2000/09
原研が、ITER及びJT-60U用に開発しているミリ波(100-200GHz帯)の大電力、長パルス、高効率ジャイロトロンの開発成果について報告する。人工ダイヤモンド窓により、大電力、長パルスが可能となり、また、エネルギー回収により、高効率が可能となった。これらの技術を最適化して、170GHz、1MWで50%の発振を達成し、また、長パルスでは、110GHzで、1MW,3秒,170GHzでは、約500kWで8秒の出力を得ている。
坂本 慶司; 春日井 敦; 庄山 裕章; 林 健一*; 高橋 幸司; 恒岡 まさき; 池田 幸治; 池田 佳隆; 梶原 健; 森山 伸一; et al.
25th International Conference on Infrared and Millimeter Waves Conference Digest, p.11 - 12, 2000/00
110GHzジャイロトロンは、JT-60UでITERの物理R&Dとなる加熱電流駆動や、新古典論テアリング不安定性の抑制、プラズマの立ち上げに使用されるもので、これまでに短パルスで1.2MW,1MWでは3秒、0.5MWでは6秒までの発振を得た。これまで3本のジャイロトロンを製作しJT-60UのECH加熱電流駆動装置に装着した。約50mの伝送系にジャイロトロンを接続して実際に1MW発振でのプラズマ入射にも成功し、最大15keVの電子温度上昇を得ている。RFの抵抗損失による最も熱負荷の厳しい空胴共振器は、設計通り1秒で定常状態に落ち着いた。出力窓の中心部の温度上昇は、1MW出力に対し約25度で定常状態になっており、設計値と良く一致する。この結果は、170GHzの場合、約45度の温度上昇に対応する。また、コレクタも設計通りの温度上昇を示しており、約5秒で定常状態に達する。このようにジャイロトロン内の主要コンポーネントについて長パルス化に関する見通しが得られた。ITER用ジャイロトロン開発では、これまで世界で初めて低損失人工ジャイヤモンド窓を装着して0.5MWで8秒の出力に成功しているが、新たに電子ビームの不安定性を抑制する機構を設けることにより、出力1.2MW、発振効率33%、エネルギー回収を含めた総合効率で52%を達成した。現在、これらの成果を取り入れ、連続出力を目指した長パルス化研究を継続している。
安田 良; 飯倉 寛; 松林 政仁; 梶原 堅一*; 香河 英史*; 櫛木 賢一*; 長田 泰一*
no journal, ,
近年、JRR-3に設置されている熱中性子ラジオグラフィ装置(TNRF)の産業利用件数は増加傾向にあり、利用分野も多様化している。こうした利用の促進は、文部科学省の事業である中性子利用技術移転推進プログラムや原子力機構の施設供用制度等による制度整備によるものといえる。こうした利用を通じて、中性子ラジオグラフィにおける新たな技術開発のニーズも出てきている。燃料電池関連の研究では、微小領域における水分布の可視化が望まれており、現状の性能を大きく超える空間分解能化の向上を目指している。本稿では、こうした中性子ラジオグラフィの産業利用促進と関連する技術開発の取組みの現状について概観し、今後の展開について検討する。
