Spin-polarized Weyl cones and giant anomalous Nernst effect in ferromagnetic Heusler films

角田 一樹; 桜庭 裕弥*; 増田 啓介*; 河野 嵩*; 鹿子木 将明*; 後藤 一希*; Zhou, W.*; 宮本 幸治*; 三浦 良雄*; 奥田 太一*; et al.

Communications Materials (Internet), 1, p.89_1 - 89_9, 2020/11

https://doi.org/10.1038/s43246-020-00088-w

Weyl semimetals are characterized by the presence of massless band dispersion in momentum space. When a Weyl semimetal meets magnetism, large anomalous transport properties emerge as a consequence of its topological nature. Here, using in-situ spin- and angle-resolved photoelectron spectroscopy combined with ab initio calculations, we visualize the spin-polarized Weyl cone and flat-band surface states of ferromagnetic CoMnGa films with full remanent magnetization. We demonstrate that the anomalous Hall and Nernst conductivities systematically grow when the magnetization-induced massive Weyl cone at a Lifshitz quantum critical point approaches the Fermi energy, until a high anomalous Nernst thermopower of 6.2 VK is realized at room temperature. Given this topological quantum state and full remanent magnetization, CoMnGa films are promising for realizing high efficiency heat flux and magnetic field sensing devices operable at room temperature and zero-field.

Element-specific density of states of CoMnGe 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

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.165120

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.

Parallel lattice fluid simulations for transport phenomena in porous media

渡辺 正; 河野 浩二*; 大橋 弘忠*

Application of High-Performance Computing in Engineering VII, p.115 - 124, 2002/00

格子流体法により天然バリア中の物質輸送現象の並列計算を行うため、計算手法の特徴と並列計算効率について検討した。実数格子ガス法では粒子の位置と速度は実数値で表され、不特定のプロセッサ間において不特定の数の粒子の転送が生じる。格子ボルツマン法では粒子は格子上を移動するため、隣接するプロセッサ間で一定量の転送のみを行う。これらを考慮し分散メモリに対応した並列化を行うことにより32並列において18倍前後の高速化が達成された。また、不特定の粒子の転送にあたっては、まず一定量を転送し、次に残りを転送することが効率的であることがわかった。共有メモリを利用する場合は、メモリ使用量及び転送量を少なくし、同等の高速化が達成されることが明らかとなった。

再処理施設の爆発安全性解析のための3次元熱流動コード; CELVA-3D (受託研究)

西尾 軍治*; 山崎 昇*; 河野 浩二*; 渡邊 浩二*; 村崎 穣*

JAERI-Data/Code 98-033, 235 Pages, 1998/11

JAERI-Data-Code-98-033.pdf:9.87MB

CELVA-3Dは、再処理施設のセル内で想定される爆発時の熱流動現象と放射性物質の移行挙動を評価するため開発された計算コードである。この計算コードでは、3次元熱流動解析によりセル内の温度、圧力、流速を、熱流動を考慮した物質移流解析によりセル内の放射性物質の閉じ込め効果を計算する。また、CELVA-3Dは爆燃用解析のCELVA-3D(M)と爆轟用解析のCELVA-3D(R)に分かれている。ここで、CELVA-3D(M)の数値解法はSIMPLE法及びSIMPLEST法(半陰解法)が、CELVA-3D(R)はICE法(陽解法)が採用されている。CELVA-3Dの解析モデルは、再処理施設の想定爆発を模擬した安全性実証試験の結果と比較することにより検証された。

新型酸回収蒸発缶(新材料製)の詳細設計(2/2)

横山 博巨*; 金沢 俊夫*; 福間 忠士*; 為清 好三*; 柳田 甲二*; 降矢 喬*; 河野 弘志*; 伊藤 圭二*; 白倉 貴雄*; 柏原 晋一郎*; et al.

PNC TN8410 87-086VOL2, 944 Pages, 1986/09

PNC-TN8410-87-086VOL2.pdf:32.16MB

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核燃料施設におけるセキュリティ対策,1; 内部脅威対策としての個人の信頼性確認

山田 博之; 河野 壮馬; 田崎 隆; 小島 順二; 北尾 貴彦; 中村 仁宣

no journal, , 

原子力機構における個人の信頼性確認制度の実施概要及び導入時の課題とその対応について発表する。個人の信頼性確認制度の導入時の課題として、(1)情報管理の方法、(2)苦情の申出等に係る受け皿の整備、(3)個人の信頼性確認制度の対象者による制度理解が挙げられる。原子力機構においては、次の対応を図っている。(1)情報管理の方法として、個人の信頼性確認制度に係る情報は2人ルールを適用することによって厳格な管理を実施している。(2)苦情の申出等に係る受け皿の整備に対して、原子力機構内の各施設の核物質防護管理者や人事部門、法務部門等の要員で構成した第3者委員会を設置している。(3)個人の信頼性確認制度の対象者への制度理解については、理解促進のために、広報誌に制度導入のお知らせを掲載したり、施設内へポスター掲示によって理解促進活動を図った。個人の信頼性確認制度の導入によって内部脅威リスクの低減が期待されるが、内部脅威対策に限らず、核物質防護措置は組み合わせが重要であることから、運用の最適化を図ることで、核燃料施設の内部脅威対策の強化に努めていく。

強磁性CoMnGa薄膜におけるスピン偏極ワイル分散と巨大異常ネルンスト効果の観測

角田 一樹; 桜庭 裕弥*; 増田 啓介*; 河野 嵩*; 鹿子木 将明*; 後藤 一希*; Zhou, W.*; 宮本 幸治*; 三浦 良雄*; 奥田 太一*; et al.

no journal, , 

異常ネルンスト効果は強磁性体に熱流を流した際に、温度勾配と磁化の外積方向に電場が生じる現象である。これまで、異常ネルンスト効果による熱電能は磁化の大きさに比例すると考えられてきたが、近年、反強磁性体を含むいくつかの磁性材料でこの経験則が破綻していることが明らかになってきた。特に強磁性ホイスラー合金CoMnGaの室温における熱電能は約6.0V/Kに達しており、Feなどの典型的な強磁性体の約10倍の大きさに匹敵する。このような巨異常ネルンスト効果には、フェルミ準位近傍のトポロジカルに非自明な電子構造が重要な役割を果たしていると考えられている。本研究では、組成比を緻密に制御したCoMnGa薄膜に着目し、スピン・角度分解子電子分光,熱輸送測定,第一原理計算を行うことで異常ネルンスト効果による熱電能と電子構造の対応関係を解明した。

ホイスラー合金CoMnSi薄膜におけるスピン偏極電子構造の温度依存性の観測

角田 一樹; 鹿子木 将明*; 桜庭 裕弥*; 増田 啓介*; 河野 嵩*; 後藤 一希*; 宮本 幸治*; 三浦 良雄*; 宝野 和博*; 奥田 太一*; et al.

no journal, , 

CoMnSiは少数スピン状態にギャップが開いており、多数スピンのみが伝導に寄与するハーフメタル強磁性体であることが理論的に予測されている。実際、CoMnSiを用いたトンネル磁気抵抗素子では2000%もの巨大な出力が報告されている。しかし、巨大磁気抵抗比は低温でのみ観測されており、室温では出力が300%程度に低下することが問題となっている。室温における性能低下の要因は、電子間相互作用に起因した多体効果や熱励起マグノンによる影響などいくつか理論的モデルが提唱されているが、低温から室温までのスピン偏極率を調べる実験手法が限られることから、有限温度におけるスピン偏極率低下のメカニズムは未解明のままである。本研究では、CoMnSi薄膜についてスピン・角度分解光電子分光を行い、バンド分散およびスピン偏極率の温度変化を詳細に追跡した。フェルミ準位近傍ではハーフメタル性を担うバルクバンドと、スピン偏極した表面バンドが混在していることが明らかとなった。また、スピン偏極率は温度の上昇に伴って低下しており、マグノンの熱励起を記述するブロッホの則によって現象をよく説明できることが明らかになった。

Temperature-dependent spin-polarized electronic structure of the half-metallic Heusler alloy CoMnSi films

角田 一樹; 鹿子木 将明*; 桜庭 裕弥*; 増田 啓介*; 河野 嵩*; 後藤 一希*; 宮本 幸治*; 三浦 良雄*; 宝野 和博*; 奥田 太一*; et al.

no journal, , 

Heusler alloy CoMnSi is theoretically predicted to be a half-metal ferromagnet exhibiting 100 spin-polarization. In fact, a huge output has been reported for tunnel magnetoresistance (TMR) devices using CoMnSi films. However, such a giant TMR ratio is observed only at low temperatures, and the output drastically decreases at room temperature. Several theoretical models have been proposed for the spin-depolarization at room temperature, but the mechanism remains unclear. In this study, we have fabricated CoMnSi films and performed temperature-dependent spin- and angle-resolved photoelectron spectroscopy. We confirmed a steep hole-band at point and electron-band at X point. Those experimentally observed bands are well reproduced by the calculations. More importantly, the temperature-dependent spin-polarization can be nicely fitted by Bloch law. This implies that the spin-depolarization can be explained by the thermally excited magnon model.