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論文

自動車部品用転がり軸受ボールの内部残留応力評価

宮川 進*; 伊藤 登志政*; 岩堀 恵介*; 青山 喜彦*; 久保 亮佑*; 村田 慎治*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 梶原 堅太郎*

材料, 69(4), p.308 - 314, 2020/04

数GPaの高い接触応力が繰り返し加えられる転がり軸受のフレーキング部分で、ナイタール腐食液で白く見える白色組織が認識される場合がある。これまで、ボールの白色組織の研究は、内輪と外輪の白色組織の研究よりも少なかった。本研究では、ボールの白色組織によるフレーキングメカニズムの説明の一環として、SPring-8の高エネルギー白色X線(A法)と実験室X線測定装置(B法)を使用したボールの内部残留応力分布を調査した。前者は、B法に準拠した表面残留応力によって修正された。後者は、電解研磨の形で応力を解放することによって変更された。結果は、修正された残留応力分布がほぼ定性的に一致することを示した。

報告書

ITER準拠制御システムによるジャイロトロン制御システムの開発と運用

大島 克己; 小田 靖久; 高橋 幸司; 寺門 正之; 池田 亮介; 林 一生*; 森山 伸一; 梶原 健; 坂本 慶司

JAEA-Technology 2015-061, 65 Pages, 2016/03

JAEA-Technology-2015-061.pdf:24.28MB

原子力機構では、ITERのEC H&CDシステムの開発に向け、ITERのPlant Control Design Handbookに準拠したジャイロトロン運転システムローカル制御システムのプロトタイプ開発を行った。本システムは、ITER CODAC Core Systemを使用して開発し、ジャイロトロン運転システムの状態遷移管理と監視をはじめ、ジャイロトロンの発振のための電源システムのタイミング制御と運転波形収集の機能を実装した。本システムを用いて、ITERのジャイロトロン運転システムに準拠した電源構成にて、ITER用170 GHzジャイロトロンの大電力発振シーケンスをITER準拠機材で制御する実証試験に成功した。現在、本システムを運用してジャイロトロンの調達に伴う性能確認試験を進めている。本報告書は、ITER準拠制御システムによるジャイロトロン運転システムの概要、基本設計及び機能の詳細、及び最新の運用結果についてまとめたものである。

論文

Spin-electricity conversion induced by spin injection into topological insulators

塩見 雄毅*; 野村 健太郎*; 梶原 瑛祐*; 江藤 数馬*; Novak, M.*; 瀬川 耕司*; 安藤 陽一*; 齊藤 英治

Physical Review Letters, 113(19), p.196601_1 - 196601_5, 2014/11

 被引用回数:217 パーセンタイル:99.13(Physics, Multidisciplinary)

We report successful spin injection into the surface states of topological insulators by using a spin pumping technique. By measuring the voltage that shows up across the samples as a result of spin pumping, we demonstrate that a spin-electricity conversion effect takes place in the surface states of bulk-insulating topological insulators Bi$$_{1.5}$$Sb$$_{0.5}$$Te$$_{1.7}$$Se$$_{1.3}$$ and Sn-doped Bi$$_{2}$$Te$$_{2}$$Se. In this process, the injected spins are converted into a charge current along the Hall direction due to the spin-momentum locking on the surface state.

論文

ITER準拠制御システムによるジャイロトロンローカル制御システムの開発

小田 靖久; 大島 克己; 中本 崇志*; 橋本 慰登*; 山本 剛史; 林 一生*; 池田 幸治; 池田 亮介; 梶原 健; 高橋 幸司; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 90(7), p.365 - 373, 2014/07

原子力機構では、ITERのECシステムの開発に向け、ITERのPlant Control Design Handbookに準拠したジャイロトロン運転システムのローカル制御システムのプロトタイプ開発を行った。本システムは、ITER CODAC Core Systemを使用して開発し、ジャイロトロン運転システムの状態遷移管理と監視をはじめ、ならびにジャイロトロンの発振のための電源システムのタイミング制御と運転波形収集の機能を実装した。本システムを用いて、ITERのジャイロトロン運転システムに準拠した電源構成にて、ITER用170GHzジャイロトロンの大電力発振シーケンスをITER準拠機材で制御する実証試験を行い、大電力RF発振を確認した。

論文

Spin-wave spin current in magnetic insulators

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:7 パーセンタイル:12.07(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.

論文

Spin mixing conductance at a well-controlled platinum/yttrium iron garnet interface

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:97 パーセンタイル:95.88(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$$times$$10$$^{18}$$m$$^{-2}$$という値が得られた。

論文

Spin-relaxation modulation and spin-pumping control by transverse spin-wave spin current in Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$

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:6 パーセンタイル:30.5(Physics, Applied)

Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$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Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$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Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$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、Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$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。

論文

Unidirectional spin-wave heat conveyer

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:102 パーセンタイル:96.17(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$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$, 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.

論文

Longitudinal spin Seebeck effect in various garnet ferrites

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:83 パーセンタイル:94.96(Materials Science, Multidisciplinary)

種々のガーネットフェライトY$$_{3-x}$$$$R$$$$_{x}$$Fe$$_{5-y}$$$$M$$$$_{y}$$O$$_{12}$$($$R$$=Gd, Ca; $$M$$=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/Y$$_{3-x}$$$$R$$$$_{x}$$Fe$$_{5-y}$$$$M$$$$_{y}$$O$$_{12}$$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/Y$$_{3-x}$$$$R$$$$_{x}$$Fe$$_{5-y}$$$$M$$$$_{y}$$O$$_{12}$$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Y$$_{3-x}$$$$R$$$$_{x}$$Fe$$_{5-y}$$$$M$$$$_{y}$$O$$_{12}$$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/Y$$_{3-x}$$$$R$$$$_{x}$$Fe$$_{5-y}$$$$M$$$$_{y}$$O$$_{12}$$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。

論文

Heat-induced damping modification in yttrium iron garnet/platinum hetero-structures

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:45 パーセンタイル:88(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.

論文

Spin-current-driven thermoelectric coating

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:202 パーセンタイル:98.62(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.

論文

Interface induced inverse spin Hall effect in bismuth/permalloy bilayer

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:60 パーセンタイル:91.48(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。

論文

Thermal spin pumping and magnon-phonon-mediated spin-Seebeck effect

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:106 パーセンタイル:96.24(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.

論文

Geometry dependence on inverse spin Hall effect induced by spin pumping in Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/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:161 パーセンタイル:97.96(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。Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/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Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$とPtでは異なっている。

論文

All-oxide system for spin pumping

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:28 パーセンタイル:76.85(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。

論文

Surface-acoustic-wave-driven spin pumping in Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$/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:41 パーセンタイル:84.26(Physics, Applied)

表面音波(a surface acoustic wave SAW)によるスピン流生成をY$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$(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。

論文

Detection of spin-wave spin current in a magnetic insulator

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:8 パーセンタイル:47.07(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$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ interface.

論文

Inverse spin-Hall effect induced by spin pumping in metallic systems

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:338 パーセンタイル:99.43(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。Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/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、Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$を強磁性絶縁体Y$$_3$$Fe$$_4$$GaO$$_{12}$$で置き換えたPt/Y$$_3$$Fe$$_4$$GaO$$_{12}$$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。

論文

Spin pumping by parametrically excited exchange magnons

Sandweg, C. W.*; 梶原 瑛祐*; Chumak, A. V.*; Serga, A. A.*; Vasyuchka, V. I.*; Jungfleisch, M. B.*; 齊藤 英治; Hillebrands, B.*

Physical Review Letters, 106(21), p.216601_1 - 216601_4, 2011/05

 被引用回数:208 パーセンタイル:98.46(Physics, Multidisciplinary)

We experimentally show that exchange magnons can be detected by using a combination of spin pumping and the inverse spin-Hall effect proving its wavelength integrating capability down to the submicrometer scale. The magnons were injected in a ferrite yttrium iron garnet film by parametric pumping and the inverse spin-Hall effect voltage was detected in an attached Pt layer. The role of the density, wavelength, and spatial localization of the magnons for the spin pumping efficiency is revealed.

論文

Universality of the spin pumping in metallic bilayer films

吉野 達郎*; 安藤 和也*; 針井 一哉*; 中山 裕康*; 梶原 瑛祐*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 98(3), p.132503_1 - 132503_3, 2011/03

 被引用回数:30 パーセンタイル:77.86(Physics, Applied)

金属二層薄膜でスピンポンプを用いて大きなスピン流を生成する明確な指針を示す。Ni$$_{1-x}$$Fe$$_{x}$$/Pt二層薄膜で逆スピンホール効果を用いてスピンポンプを行い生成したスピン流について測定を行った。逆スピンホール効果の信号の大きさはスピンポンプモデルをもとにした計算結果でよく再現される。スピン流の大きさは飽和磁化の大きさ,ダンピング定数,磁化歳差の立体角の積によって一般に決定される。

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