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論文

シンポジウム「核燃料サイクル・バックエンドの科学; その研究教育の在り方」と故安俊弘教授の足跡

中山 真一; 奥村 雅彦*; 長崎 晋也*; 榎田 洋一*; 梅木 博之*; 高瀬 博康*; 川崎 大介*; 長谷川 秀一*; 古田 一雄*

原子力バックエンド研究(CD-ROM), 23(2), p.131 - 148, 2016/12

平成28年6月25日に東京大学にて、核燃料サイクル・バックエンドに関する研究を支えるためのシンポジウム「核燃料サイクル・バックエンドの科学 -その研究教育の在り方-」が開催された。限られた参加者による限られた時間内のシンポジウムであったが、この分野に身を置いてきた参加者による闊達な意見交換がなされ、今後の議論につながる意見を共有できた。このシンポジウムの内容を報告するとともに、本シンポジウムの企画者のひとりであり、シンポジウム直前に亡くなられたカリフォルニア大学バークレー校の安俊弘(Joonhong Ahn)教授に対する追悼の意を表し、本紙面を借りてその功績を紹介する。

論文

Theory of spin Hall magnetoresistance (SMR) and related phenomena

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:57 パーセンタイル:63.7(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。

論文

Spin pumping blocked by single-layer graphene

白 怜士*; 田代 隆治*; 中山 裕康*; 家田 淳一; 圓谷 志郎; 境 誠司; 安藤 和也*

Applied Physics Express, 8(7), p.073009_1 - 073009_3, 2015/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:11.36(Physics, Applied)

Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt二重層の境界面に、単層グラフェン(SLG)を挿入するとスピンポンピングが強力に抑制されることを見いだした。Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt二重層におけるスピンポンピングは、強磁性層の磁化緩和を促進させる。このことは、強磁性共鳴線幅のマイクロ波周波数依存性により定量的に評価される。我々は、このスピンポンピングによる磁化緩和の促進が、Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/SLG/Pt三重層において消失することを示す。本成果は、単一原子層によってスピンポンピングが遮断されることを示しており、金属系のスピンポンピングにおける界面短距離スピン交換結合の重要性を明らかにするものである。

論文

Interface-dependent magnetotransport properties for thin Pt films on ferrimagnetic Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$

塩見 雄毅*; 大谷 隆史*; 井口 敏*; 佐々木 孝彦*; Qiu, Z.*; 中山 裕康*; 内田 健一*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 104(24), p.242406_1 - 242406_5, 2014/06

 被引用回数:21 パーセンタイル:71.32(Physics, Applied)

We have studied magnetoresistance and Hall effects for 1.8-nm-thick Pt films grown on a ferrimagnetic insulator Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ in a wide temperature (0.46-300 K) and magnetic-field (-15 to 15 T) region. In the low-temperature regime where quantum corrections to conductivity are observed, weak antilocalization behavior observed in Pt films is critically suppressed when the film is attached to Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$. Hall resistance in the Pt film is also affected by Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$, and it exhibits logarithmic temperature dependence in a broad temperature range. The magnetotransport properties in the high-field range are significantly influenced by the interface between Pt and Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$.

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

Quantitative study of the spin Hall magnetoresistance in ferromagnetic insulator/normal metal hybrids

Althammer, M.*; Meyer, S.*; 中山 裕康*; Schreier, M.*; Altmannshofer, S.*; Weiler, M.*; Huebl, H.*; Gepr$"a$gs, S.*; Opel, M.*; Gross, R.*; et al.

Physical Review B, 87(22), p.224401_1 - 224401_15, 2013/06

 被引用回数:330 パーセンタイル:99.39(Materials Science, Multidisciplinary)

強磁性絶縁体/Ptと強磁性絶縁体/常磁性金属/Pt複合素子において、スピンHall磁気抵抗効果の定量測定を行った。強磁性絶縁体にはイットリウム鉄ガーネット,ニッケルフェライト,マグネタイトを用い、常磁性中間層には銅、金を用いた。以上により、薄い中間層にかかわらず、Pt層のスピンHall効果と逆スピンHall効果の複合によって強磁性層の磁化方向に依存した磁気抵抗効果が生じるというスピンHall磁気抵抗効果の理論の正当性が実験的に確認された。スピンHall磁気抵抗効果の理論を援用することで、4$$times10^{14}Omega^{-1}$$m$$^{-2}$$のスピンミキシングコンダクタンスを持つサンプルに対して、PtのスピンHall角とスピン拡散長がそれぞれ、$$0.11pm0.08, 1.5pm0.5$$nmと得られた。

論文

Theory of spin Hall magnetoresistance

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:468 パーセンタイル:99.66(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。

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

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

Acoustic spin pumping; Direct generation of spin currents from sound waves in Pt/Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ hybrid structures

内田 健一*; 安立 裕人; 安 東秀*; 中山 裕康*; 戸田 雅也*; Hillebrands, B.*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Journal of Applied Physics, 111(5), p.053903_1 - 053903_8, 2012/03

 被引用回数:22 パーセンタイル:70.04(Physics, Applied)

現在のエレクトロニクスは電子に付随する「電荷」の情報を用いる技術に基づいているが、電子に付随するもう一つの情報である「スピン(磁気)」を利用する技術が開発されれば、電気・磁気デバイスの高性能化と省エネルギー化が実現できると考えられている。このような研究分野はスピントロニクスと呼ばれ世界中で盛んに研究が進められているが、ここでの中心的課題は、素子にスピン(磁気)の流れをいかに作り出すかという点である。今回われわれは、一見するとスピン(磁気)を運ばない音波を用いてスピン流を作り出せることを発見した。圧電素子を白金とイットリウム鉄ガーネットという磁性絶縁体の複合体に取り付け、逆スピンホール効果と呼ばれる方法を用いて、白金の中に注入されるスピン流の信号を観測した。われわれの線型応答理論に基づくモデル計算は、検出される信号を定性的にも定量的にも説明可能であり、われわれは身近にありふれた「音波」からスピン流を生成する方法を明らかにしたと言える。

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

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。

論文

Inverse spin-Hall effect induced by spin pumping in different size Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt films

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

Journal of Physics; Conference Series, 266, p.012100_1 - 012100_4, 2011/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:96.03

スピン流を電圧に変換する逆スピンホール効果を異なる長さや幅のNi$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt薄膜で調べた。スピンポンプによって逆スピンホール効果から生じる電圧を室温で測定した。実験結果から逆スピンホール効果によって発生する電圧はNi$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt薄膜の長さに比例することが明らかになった。一方、発生する電圧はNi$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt薄膜の幅が変わっても変化しなかった。この結果は逆スピンホール効果を表すモデルと整合する。

論文

Quantifying spin mixing conductance in $$F$$/Pt ($$F$$ = Ni, Fe, and Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$) bilayer film

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

Journal of Physics; Conference Series, 266, p.012115_1 - 012115_4, 2011/01

 被引用回数:10 パーセンタイル:97.9

$$F$$/Pt二層膜($$F$$=Ni, Fe, and Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$)におけるスピンミキシング伝導度をスピンポンピングをもとにしたモデルでの強磁性共鳴(FMR)の最大線幅から定量化を行った。Pt層が$$F$$層に接しているときはスピンポンプによるFMR線幅の増大が観測された。実験ではこれらの$$F$$/Pt二層膜ではスピンミキシング伝導度はそれぞれ同じ程度の大きさを持つことが示された。このことはこれらの薄膜でのスピンポンプによるスピン注入効率がほぼ同一であることを示している。

論文

Observation of longitudinal spin-Seebeck effect in magnetic insulators

内田 健一*; 安立 裕人; 太田 岳*; 中山 裕康*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 97(17), p.172505_1 - 172505_3, 2010/10

 被引用回数:504 パーセンタイル:99.64(Physics, Applied)

We propose a longitudinal spin-Seebeck effect, in which a magnon-induced spin current is injected parallel to a temperature gradient from a ferromagnet into an attached paramagnetic metal. The longitudinal spin-Seebeck effect is measured in a simple and versatile system composed of a ferrimagnetic insulator Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ slab and a Pt film by means of the inverse spin-Hall effect. The experimental results highlight the intriguing character of the longitudinal spin-Seebeck effect due to its own geometric configuration.

論文

Some aspects of $${Theta}^+$$ parity determination in the reaction $${gamma}N$$ $$rightarrow$$ $${Theta}^+$$ $$bar{K}$$ $$rightarrow$$ $$NK{bar{K}}$$

Titov, A. I.; 江尻 宏泰*; Haberzettl, H.*; 中山 健三*

Physical Review C, 71(3), p.035203_1 - 035203_19, 2005/03

 被引用回数:10 パーセンタイル:60.27(Physics, Nuclear)

SPring-8のGeVエネルギーのレーザー電子ビームによるペンタクォークに関する実験は新しい問題を切り開いた。その中で、最近の問題の1つは、$${Theta}^+$$粒子のパリティを決定することである。陽子ないし中性子にGeVエネルギーの$$gamma$$線を照射することで、$${gamma}N$$$$rightarrow$$$${Theta}^+$$$$bar{K}$$$$rightarrow$$$$NK{bar{K}}$$反応が発生する。この反応で生成される$${Theta}^+$$粒子のパリティをどのように決定するかについて、われわれは分析を行った。われわれの計算によれば、$${gamma}N$$$$rightarrow$$$${Theta}^+$$$$bar{K}$$反応において、バックグランドを形成する非共鳴状態の影響は決して小さくないことがわかった。つまり、反応の第一過程である$${gamma}N$$$$rightarrow$$$$K$$$${Theta}^+$$反応から、明確にパリティを決めることはできないのである。これらのさまざまなメカニズムに関して議論する。

口頭

Prior estimation of dose reduction as a result of decontamination in Fukushima pilot projects

奥村 雅彦; 赤坂 浩一郎*; 高瀬 博康*; 宮原 要; 中山 真一

no journal, , 

東京電力福島第一原子力発電所事故によって環境中に放出された核種のうち、放射性セシウムは半減期が長く、地表に留まる性質があるため、被ばくを避けるために住民は避難を余儀なくされた。住民帰還のためには除染が必要になるが、これまで大規模な除染は例がなかったため、原子力機構が国から除染モデル事業を委託された。この事業の主目的はさまざまな除染方法の試行と効率的な除染方法の選定であったが、その一環として、原子力機構が開発したコンピューターソフトウェア「除染効果評価システム」を用いて除染効果を事前に評価する試みも行われた。そこでは、空間線量率をはじめとする評価に必要な除染前の情報収集とソフトウェアへの入力方法、そして、評価結果の解釈方法などが整備された。この手法は除染による空間線量率の低減効果を事前に可視化できることに加えて、土壌除染などで発生する除去物量を事前に大まかに知ることも可能であり、国の本格除染の最初の対象地域である田村市の一部への適用例を概説する。

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