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論文

Observation of gyromagnetic reversal

今井 正樹; 緒方 裕大*; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛*; 大沼 悠一*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 113(5), p.052402_1 - 052402_3, 2018/07

 被引用回数:12 パーセンタイル:69.15(Physics, Applied)

We report direct observation of gyromagnetic reversal, which is the sign change of gyromagnetic ratio in a ferrimagnet Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$, by using the Barnett effect measurement technique at low temperatures. The Barnett effect is a phenomenon in which magnetization is induced by mechanical rotation through the coupling between rotation and total angular momentum $$J$$ of electrons. The magnetization of Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ induced by mechanical rotation disappears at 135 K and 240 K. The temperatures correspond to the magnetization compensation temperature $$T_{rm M}$$ and the angular momentum compensation temperature $$T_{rm A}$$, respectively. Between $$T_{rm M}$$ and $$T_{rm A}$$, the magnetization flips over to be parallel against the angular momentum due to the sign change of gyromagnetic ratio. This study provides an unprecedented technique to explore the gyromagnetic properties.

論文

Enhanced orbital magnetic moment in FeCo nanogranules observed by Barnett effect

緒方 裕大; 中堂 博之; Gu, B.; 小林 伸聖*; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 齊藤 英治; 前川 禎通

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 442, p.329 - 331, 2017/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:57.14(Materials Science, Multidisciplinary)

The gyroscopic g factor, $$g'$$, of FeCo nanogranules embedded in a matrix of MgF$$_2$$ (FeCo-MgF$$_2$$) was determined by measuring the magnetic-field generation from a rotating sample due to the Barnett effect. The $$g'$$ value of the FeCo-MgF$$_2$$ is estimated to be 1.76 $$pm$$ 0.11. The orbital contribution to the magnetic moment in the FeCo nanogranules was found to be quite large compared with that in bulk FeCo, being consistent with a density-functional-theory calculation that shows that the orbital magnetic moment may increase at the FeCo/MgF$$_2$$ interfaces. The result suggests that the orbital magnetic moment is enhanced by symmetry breaking at the surface of the FeCo nanogranules.

論文

Gyroscopic $$g$$ factor of rare earth metals

緒方 裕大; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 前川 禎通; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 110(7), p.072409_1 - 072409_4, 2017/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:60.64(Physics, Applied)

We develop the $$in$$ $$situ$$ magnetization measurement apparatus for observing the Barnett effect consisting of a fluxgate sensor, high speed rotor with frequencies of up to 1.5 kHz, and magnetic shield at room temperature. The effective magnetic field (Barnett field) in a sample arising from rotation magnetizes the sample and is proportional to the rotational frequency. The gyroscopic $$g$$ factor, $$g'$$, of rare earth metals, in particular, Gd, Tb and Dy were estimated to be 2.00$$pm$$0.08, 1.53$$pm$$0.17, and 1.15$$pm$$0.32, respectively, from the slopes of the rotation dependence of the Barnett field. This study provides a technique to determine the $$g'$$ factor even in samples where the spectroscopic method may not be available.

論文

Effect of strong gravitational field on oriented crystalline perovskite-type manganese oxide La$$_{1-x}$$Sr$$_x$$MnO$$_3$$

徳田 誠*; 真下 茂*; Khandaker, J. I.*; 緒方 裕大; 峯 洋二*; 速水 真也*; 吉朝 朗*

Journal of Materials Science, 51(17), p.7899 - 7906, 2016/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:10.2(Materials Science, Multidisciplinary)

We report the effect of a strong gravitational field on oriented crystalline perovskite-type manganese oxide La$$_{1-x}$$Sr$$_x$$MnO$$_3$$ (LSMO). A strong gravitational field can change in crystalline state and the enhancement of usual diffusion. We subjected oriented crystalline La$$_{1-x}$$Sr$$_x$$MnO$$_3$$ with different grain and grain-boundary (GBs) Sr concentrations to a strong gravitational field and investigated the resulting changes in the A-site cation diffusion and physical properties of the material. The quantitative analysis at the grain and GBs indicated that cation diffusion was more enhanced than the annealed one. The temperature dependence of the magnetic susceptibility of the gravity samples changed with the Sr concentration in the grains. The temperature dependence of the resistivity curves of the gravity sample showed several abrupt changes, which corresponded to phase transitions at the grains and GBs, which may be caused by composition changes.

論文

Influence of sedimentation of atoms on structural and thermoelectric properties of Bi-Sb alloys

Januszko, K.*; Stabrawa, A.*; 緒方 裕大; 徳田 誠*; Khandaker, J. I.*; Wojciechowski, K.*; 真下 茂*

Journal of Electronic Materials, 45(3), p.1947 - 1955, 2016/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:18.51(Engineering, Electrical & Electronic)

Functionally graded thermoelectric materials (FGTMs) have been prepared by sedimentation of atoms under a strong gravitational field. Starting samples of Bi$$_x$$Sb$$_{1-x}$$ alloys with different composition x were synthesized by melting of metals and subsequent annealing of quenched samples. Strong gravity experiments were performed in a unique ultracentrifuge apparatus under acceleration of over 0.5$$times$$10$$^6$$ G at temperatures of 538 K and 623 K. As a result of sedimentation, large changes in chemical composition (x = 0.45 to 1) were obtained. It was found that the changes in chemical composition were correlated with alterations of the Seebeck coefficient. The obtained experimental data allowed the development of a semiempirical model for the selection of optimal processing parameters for preparation of Bi-Sb alloys with required thermoelectric properties.

論文

Diffusion phenomenon at the interface of Cu-brass under a strong gravitational field

緒方 裕大*; 井口 裕介*; 徳田 誠*; Januszko, K.*; Khandaker, J. I.*; 小野 正雄; 真下 茂*

Journal of Applied Physics, 117(12), p.125902_1 - 125902_6, 2015/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:32.7(Physics, Applied)

To investigate diffusion phenomenon at the interface between Cu and brass under a strong gravitational field generated by ultracentrifuge apparatus, we performed gravity experiments on samples prepared by electroplating with interfaces normal and parallel to the direction of gravity. For the parallel-mode sample, for which sedimentation cannot occur thorough the interface, the concentration change was significant within the lower gravity region; many pores were observed in this region. Many vacancies arising from crystal strain due to the strong gravitational field moved into the lower gravity region, and enhanced the atoms mobilities. For the two normal-mode samples, which have interface normal to the direction of gravity, the composition gradient of the brass-on- Cu sample was steeper than that for Cu-on-brass. This showed that the atoms of denser Cu diffuse in the direction of gravity, whereas Zn atoms diffuse in the opposite direction by sedimentation. The interdiffusion coefficients became higher in the Cu-on-brass sample, and became lower in the brass-on-Cu sample. This rise may be related to the behavior of the vacancies.

口頭

超重力場を用いた伝導合金の研究と今後展開

西尾 太一郎*; 平井 雄也*; 清水 秀樹*; 小野 正雄; 岡安 悟; 緒方 裕大*; 真下 茂*

no journal, , 

超伝導体研究における究極の目的の一つは室温超伝導体の合成である。しかし銅酸化物高温超伝導体の発見から25年以上たつが、この目的が達成される見込みは未だに立っていない。われわれは、極限環境下での超伝導体の振る舞いが超伝導転移温度を上げるための一つヒントになるのではないかと考えている。多くの超伝導体では高圧下において結晶に歪が生じ、超伝導転移温度が上昇することが知られている。極限状態によって引き起こされた結晶の歪は、超伝導転移温度の上昇において重要な因子であると考えられる。力学的物質・スピン制御研究グループは、静水圧力と一軸圧力以外の第三の方法、つまり超重力場によって超伝導体の結晶を歪ませることに注目している。加熱した試料を10$$^{5}$$ G以上の超重力場の下に置くと、重い原子が重力方向に移動し、軽い原子が反対方向に移動する。そのまま試料を冷やすとその状態が凍結される。この方法によってこれまでと異なるタイプの歪を引き起こすことが可能である。「超重力場によって超伝導体を歪ませ、それによって超伝導特性にどのような変化が引き起こされるか」という研究内容について紹介する。

口頭

Isotope fractionation in AgI super-ionic conductor by centrifugation

小野 正雄; 岡安 悟; 井口 裕介*; 江坂 文孝; 石塚 悦男; 大澤 崇人; 緒方 裕大; 真下 茂*

no journal, , 

We are investigating the isotope fractionation in solid or liquid under strong centrifugal acceleration field. In this study, we have performed the ultracentrifuge experiments on $$alpha$$ -AgI super ionic conductor samples. All centrifuged samples keep their stoichiometry. The isotope ratio of $$^{107}$$Ag / $$^{109}$$Ag on centrifuged samples have negative gradient in the direction of centrifugal force. These results show that the heavy $$^{109}$$Ag isotopes move in the direction of the centrifugal force and the light isotopes move in the counter direction keeping their charge balance in the specimen. Additionally, I will introduce the development of isotope separation process in liquid based on this result.

口頭

常磁性バーネット効果の観測と装置開発

緒方 裕大; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 家田 淳一; 岡安 悟; 前川 禎通; 齊藤 英治

no journal, , 

近年、電子スピン角運動量と力学的な角運動量の相互作用を利用したスピンメカトロニクスの研究が注目を浴びている。我々の研究グループによって、流体の局所的な回転運動からスピン流を生成する実験が成功し、表面弾性波による固体中の局所回転運動からも交流スピン流が生成する理論が提案されている。これらの中心原理となっているのが、回転運動によって生じる有効磁場(バーネット磁場)である。力学回転とスピンの相互作用は古くから行われており、1915年のアインシュタイン-ド・ハース効果とバーネット効果が知られている。平成26年度、本研究グループでは単体Gdのg因子は2に近い値をとることが確かめられた。本研究では軌道による磁性が顕著なTbにおいて、バーネット効果の測定を行った。その結果、Tbのg因子がランデのg因子の値とよく一致することが実験的にわかった。発表ではこの結果の詳細と、現在開発中の低温用常磁性バーネット効果測定装置について報告する。

口頭

Barnett effect in rare-earth metals

緒方 裕大; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 家田 淳一; 岡安 悟; 前川 禎通; 齊藤 英治

no journal, , 

The magnetomechanical factor g of Gd, Tb, and Dy metals were determined by measurements of the Barnett effect using homemade apparatus, which consists of fluxgate sensor, magnetic shield, and high speed rotar. We performed mechanical rotation experiments up to 1.5 kHz at room temperature. The emergent magnetic field (Barnett field) in sample caused by mechanical rotation linearly depends on the rotational frequency. The gfactor of Gd, Tb, and Dy samples were estimated to be 2.00$$pm$$0.08, 1.53$$pm$$0.17, and 1.15$$pm$$0.32, respectively, from the slopes of the rotation dependence of the Barnett field. This study provides a new technique for determination of the g factor even under zero magnetic field.

口頭

バーネット効果による角運動量補償点の直接観測

今井 正樹; 緒方 裕大; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛*; 大沼 悠一; 前川 禎通; 齊藤 英治

no journal, , 

フェリ磁性体において副格子の磁化が打ち消しあい正味の磁化がゼロになる温度を磁気補償点と呼ぶ。これに対し副格子の$$g$$因子がそれぞれ異なる場合、副格子の角運動量が打ち消し合う角運動量補償点が別に存在する。この角運動量補償点では磁化反転の高速化が期待され、高速磁気デバイス材料としても興味がもたれている。われわれは角運動量と直接作用する外場である回転場(Barnett効果)を用いて希土類ガーネット磁性体の角運動量補償温度を直接観測することに成功した。

口頭

フェリ磁性ガーネット$$R_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$($$R$$=希土類)の角運動量補償温度の制御

今井 正樹; 緒方 裕大*; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 大沼 悠一*; 松尾 衛*; 前川 禎通; 齊藤 英治

no journal, , 

一部のフェリ磁性体は正味の磁化がゼロになる磁気補償温度$$T_{rm M}$$をもつ。さらに、副格子を構成するイオン上の電子の$$g$$因子が異なる場合、正味の角運動量がゼロになる角運動量補償温度$$T_{rm A}$$をもつ。我々はバーネット効果を用いて$$T_{rm A}$$を観測した。バーネット効果は角運動量$$J$$と回転$$Omega$$の結合により磁化$$M_{Omega}$$が生じる現象である。磁気補償温度では磁化が0のため$$M_{Omega}=0$$となり、角運動量が0のときはバーネット効果が働かなくなるためやはり$$M_{Omega}=0$$となる。磁場を用いた通常の磁化測定と比較することで低温側で0を横切る温度が$$T_{rm M}$$、高温側が$$T_{rm A}$$であると決定された。フェリ磁性体ガーネット$$R_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$($$R$$=希土類)はFe$$^{3+}$$のスピンと$$R^{3+}$$が反強磁性的に結合しており、全角運動量$$J$$$$g$$因子が異なる希土類イオンが入ることで、$$T_{rm M}$$$$T_{rm A}$$の変化が期待される。希土類の置換による$$T_{rm A}$$の変化を報告する。

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