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論文

Spin hydrodynamic generation

高橋 遼*; 松尾 衛; 小野 正雄; 針井 一哉; 中堂 博之; 岡安 悟; 家田 淳一; 高橋 三郎*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Nature Physics, 12, p.52 - 56, 2016/01

 被引用回数:24 パーセンタイル:7.93(Physics, Multidisciplinary)

Magnetohydrodynamic generation is the conversion of fluid kinetic energy into electricity. Such conversion, which has been applied to various types of electric power generation, is driven by the Lorentz force acting on charged particles and thus a magnetic field is necessary. On the other hand, recent studies of spintronics have revealed the similarity between the function of a magnetic field and that of spin-orbit interactions in condensed matter. This suggests the existence of an undiscovered route to realize the conversion of fluid dynamics into electricity without using magnetic fields. Here we show electric voltage generation from fluid dynamics free from magnetic fields; we excited liquid-metal flows in a narrow channel and observed longitudinal voltage generation in the liquid. This voltage has nothing to do with electrification or thermoelectric effects, but turned out to follow a universal scaling rule based on a spin-mediated scenario. The result shows that the observed voltage is caused by spin-current generation from a fluid motion: spin hydrodynamic generation. The observed phenomenon allows us to make mechanical spin-current and electric generators, opening a door to fluid spintronics.

論文

Ion induced modifications of Mn-doped ZnO films

松波 紀明*; Ito, M.*; Kato, M.*; 岡安 悟; 左高 正雄*; 垣内田 洋*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 365(Part A), p.191 - 195, 2015/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:81.41(Instruments & Instrumentation)

マンガンを6%添加した酸化亜鉛薄膜を室温で100MeVキセノンイオンで照射し、X線回折(XRD)による原子構造や光学吸収,電気抵抗,磁化率測定といった物性にどのような変化が現れるか調べた。XRDの強度は照射量5$$times$$10$$^{14}$$ cm$$^{-2}$$まで単調に減少し、未照射試料の1/50になった。バンドギャップはほとんど変化しないが($$<$$ 0.02eV)、電気抵抗は4桁減少した。電気抵抗の変化でいえば、低エネルギーイオン照射(100keVネオンまたは窒素)に比べ変化の度合いが大きい。磁化率($$chi$$)の温度依存性はキュリー則に従い$$chi$$ = $$chi$$$$_{o}$$ + C/Tとなり常磁性を示す。キュリー定数Cは照射によって照射量10$$^{12}$$ cm$$^{-2}$$で未照射の値(C$$_{O}$$=0.012emu cm$$^{-3}$$ K)の半分まで減少した。

論文

Barnett effect in paramagnetic states

小野 正雄; 中堂 博之; 針井 一哉; 岡安 悟; 松尾 衛; 家田 淳一; 高橋 遼*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Physical Review B, 92(17), p.174424_1 - 174424_4, 2015/11

 被引用回数:10 パーセンタイル:36.72(Materials Science, Multidisciplinary)

We report the observation of the Barnett effect in paramagnetic states by mechanically rotating gadolinium (Gd) metal with a rotational frequency of up to 1.5 kHz above the Curie temperature. An in situ magnetic measurement setup comprising a high-speed rotational system and a fluxgate magnetic sensor was developed for the measurement. Temperature dependence of the observed magnetization follows that of paramagnetic susceptibility, indicating that any emergent magnetic field is proportional to the rotational frequency and is independent of temperature. From the proportionality constant of the emergent field, the gyromagnetic ratio of Gd is calculated to be -29 $$pm$$ 5 GHz/T. This study revisits the primordial issue of magnetism with modern technologies to shed new light on the fundamental spin-rotation coupling.

論文

Equilibrium and non-equilibrium charge-state distributions of 2.0 MeV/u carbon ions passing through carbon foils

今井 誠*; 左高 正雄*; 松田 誠; 岡安 悟; 川面 澄*; 高廣 克己*; 小牧 研一郎*; 柴田 裕実*; 西尾 勝久

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 354, p.172 - 176, 2015/07

 被引用回数:6 パーセンタイル:28.02(Instruments & Instrumentation)

炭素薄膜通過後の2.0MeV/uの炭素イオンについて平衡状態および非平衡状態の両方の電荷分布を実験的に調べた。測定された電荷状態分布は、10$$mu$$g/cm$$^{2}$$の標的厚さで平衡に達し、これは98$$mu$$g/cm$$^{2}$$の最大標的厚さまで変化しなかった。平衡電荷分布、平衡平均電荷、および平衡分布の幅と傾きを、ETACHAコードを含むシミュレーション結果だけでなく、既存の半経験式を用いた予測と比較した。C$$^{2+}$$, C$$^{3+}$$, C$$^{4+}$$入射イオンの電荷分布, 平均電荷状態および分布幅は、平衡前の領域で5.7$$mu$$g/cm$$^{2}$$の標的厚さで準平衡値に合流し、そして同じ速度での硫黄イオンで既に示されているように、C$$^{5+}$$およびC$$^{6+}$$イオンを含む全ての初期荷電状態についての真の平衡値に到達している。ETACHAと単一電子移動のみを考慮したレート方程式の2種類のシミュレーションを使用することで、測定された電荷状態の変化を定性的に再現した。準平衡な挙動はETACHAコードで再現できるが、初歩的なレート方程式では再現できない。

論文

Line splitting by mechanical rotation in nuclear magnetic resonance

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

Japanese Journal of Applied Physics, 54(5), p.050302_1 - 050302_3, 2015/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:60.55(Physics, Applied)

Nuclear magnetic resonance (NMR) measurements for a nuclear spin 1/2 system in an external magnet field and mechanical rotation in kHz range are reported. NMR signals are measured by the synchronous rotation of a sample and a detector coil under the condition that the rotation axis is perpendicular to the external field. NMR line splits into two despite the system having a single Zeeman level separation. We analytically show that the splitting originates in the nuclear spin motion under mechanical rotation, and is determined by only the angular velocity of the rotation without any material parameters.

論文

Commensurate and incommensurate vortex states confined in mesoscopic triangles of weak pinning superconducting thin films

小久保 伸人*; 宮原 大*; 岡安 悟; 野島 勉*

Journal of the Physical Society of Japan, 84(4), p.043704_1 - 043704_4, 2015/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:68.27(Physics, Multidisciplinary)

ピン止めの弱いアモルファス超伝導薄膜で作った微少な正三角形、二等辺三角形試料中の量子磁束状態を走査型SQUID顕微鏡で直接観察を行った。量子磁束配列は試料形状の正三角形に整合する三角格子以外に、非整合の準安定状態が得られた。異なる形状の試料で量子磁束配列を解析し、試料形状に対して整合・非整合な配列の対称性と安定性について議論する。

論文

Direct imaging of vortex polygons and vortex shells in mesoscopic squares of a weak pinning superconducting thin film

小久保 伸人*; 岡安 悟; 野島 勉*; 多持 洋孝*; 篠崎 文重*

Journal of the Physical Society of Japan, 83(8), p.083704_1 - 083704_5, 2014/08

 被引用回数:11 パーセンタイル:28.13(Physics, Multidisciplinary)

We report on the direct visualization of vortices in mesoscopic squares of a weak pinning amorphous superconducting thin film using a scanning superconducting quantum interference device microscope. From systematic measurements made on selected dots, we trace how the vortex pattern evolves with an applied magnetic field. The observed images clearly illustrate the formation of symmetric polygons and concentric shells of vortices, from which the rule of shell filling with increasing vorticity is formulated. We analyze the size and shape of vortex polygons and obtain insight into the flow pattern of the shielding current governing vortex configurations.

論文

Observation of Barnett fields in solids by nuclear magnetic resonance

中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 家田 淳一; 春木 理恵*; 岡安 悟; 前川 禎通; 安岡 弘志; 齊藤 英治

Applied Physics Express, 7(6), p.063004_1 - 063004_4, 2014/06

 被引用回数:21 パーセンタイル:20.35(Physics, Applied)

電気的に中性な物体であっても、回転する物体中の粒子には磁場が生じることが予言されている。この磁場をバーネット磁場という。我々は核磁気共鳴法が固体中に生じたバーネット磁場を測定できることを示す。我々は試料とNMR検出コイルを同じ早さで回転させると核磁気モーメントの符号を反映したNMRシフトが生じることを見いだした。この結果はバーネット磁場の直接的証拠である。NMRを用いたバーネット磁場の測定は未知の核磁気モーメントの符号を決定できる。

論文

Ultracentrifuge experiment on AgI super-ionic conductor

小野 正雄; 岡安 悟; 井口 裕介*; 江坂 文孝; Bagum, R.*; 春木 理恵; 真下 茂*

Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan (Internet), 12(ists29), p.Tq_1 - Tq_3, 2014/04

これまでに固相の固溶系2成分合金や単体金属を遠心処理することで、固相中で元素や同位体組成を傾斜化できることを示した。ここで、2成分のイオン結晶の場合は、化学量論組成を保とうとする性質によって、たとえ遠心処理で分解を起こせたとしても元素組成を傾斜させることは難しいと考えられる。しかしながら、結晶中では自己拡散が起こっているので、元素組成を保ったままで、同位体組成を傾斜させることはできると考えられる。そこで我々は、遠心処理によって2成分のイオン結晶中で生じる同位体効果を調べるために、超イオン伝導体の$$alpha$$-AgIに関する超遠心実験を計画した。この超イオン伝導体$$alpha$$-AgIは、真性イオン結晶でありAgイオンの自己拡散が顕著であるため、この実験に最適である。研究の第一段階として、分解が生じない温度条件と遠心加速度条件の組み合わせを探る実験を行った。結果として、最大遠心加速度61万G、最高試料温度350$$^{circ}$$C、最大実験時間24時間の条件の組み合わせであれば、分解の起こらない実験が可能であることを確かめた。

論文

Enhancement of critical current densities in (Ba,K)Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$ by 320 MeV Au irradiation in single crystals and by high-pressure sintering in powder-in-tube wires

Pyon, S.*; 田縁 俊光*; 大竹 史哲*; 土屋 雄司*; 井上 啓*; 秋山 弘樹*; 梶谷 秀樹; 小泉 徳潔; 岡安 悟; 為ヶ井 強*

Applied Physics Express, 6(12), p.123101_1 - 123101_4, 2013/12

 被引用回数:12 パーセンタイル:38.62(Physics, Applied)

単結晶(Ba,K)Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$試料に320MeV Auイオン照射を行い、臨界電流密度$$J$$$$_{rm c}$$が5Kの自己磁場で1.0$$times$$10$$^{7}$$A/cm$$^{2}$$まで上昇することを確かめた。この物質の潜在能力の高さから(Ba,K)Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$超伝導線材をBi2223テープ材の工業生産で有用性が確立しているパウダーインチューブ法と高温静水圧法を組み合わせて作製した。この試料で臨界電流密度$$J$$$$_{rm c}$$は4.2K自己磁場で37kA/cm$$^{2}$$、90kOeで3.0kA/cm$$^{2}$$に達した。磁気光学イメージ法でこの線材の粒間に大きな$$J$$$$_{rm c}$$が流れることを確認した。

論文

Effects of irradiation-particle energy on critical current density in Co-doped BaFe$$_{2}$$As$$_{2}$$

田縁 俊光*; 柳生田 英徳*; 仲島 康行*; 為ヶ井 強*; 岡安 悟; 北村 尚*; 村上 健*; Laviano, F.*; Ghigo, G.*

Physica C, 484, p.62 - 65, 2013/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:50.82(Physics, Applied)

CoドープしたBaFe$$_{2}$$As$$_{2}$$にXeおよびAu照射を行った場合の超伝導特性へのイオンエネルギー依存性について報告する。照射によって起こる超伝導転移温度の低下は欠陥構造や試料の厚さなどと関連していることがわかった。重イオン照射は臨界電流密度$$J$$$$_{rm c}$$の増大とヒステリシスループでの小さなディップ構造を引き起こす。また未照射試料に見られたヒステリシスループのフィッシュテール効果は少ない照射量で完全に消失する。臨界電流密度$$J$$$$_{rm c}$$の増大は欠陥構造に大きく依存する。低エネルギーで導入されたスプレー状の円柱状欠陥は磁束量子のエンタングルメントを引き起こして臨界電流密度$$J$$$$_{rm c}$$が大きく上昇する。

論文

Effects of particle irradiations on vortex states in iron-based superconductors

為ヶ井 強*; 田縁 俊光*; 柳生田 英徳*; 土屋 雄司*; Mohan, S.*; 谷口 智隆*; 仲島 康行*; 岡安 悟; 笹瀬 雅人*; 北村 尚*; et al.

Superconductor Science and Technology, 25(8), p.084008_1 - 084008_14, 2012/08

 被引用回数:55 パーセンタイル:6.47(Physics, Applied)

様々な高エネルギー粒子を鉄系超伝導体に照射し、臨界電流密度$$J$$$$_{rm c}$$と磁束ダイナミクスへの影響を系統的に調べた。十分なエネルギー付与のできる粒子線照射ならば、銅酸化物高温超伝導体の場合と同様に、$$J$$$$_{rm c}$$の増加や磁束ダイナミクスの抑制に効果があることがわかった。一般に、$$J$$$$_{rm c}$$の増大は銅酸化物に比べて遙かに高い照射量まで持続する。照射効果の詳細はイオン種やエネルギーに依存するが、同種のイオンやエネルギーでもその効果は対象となる鉄系超伝導体ごとに異なる。重イオン照射によって作られる欠陥の相関性は不可逆磁化の角度依存性によって確かめられた。

論文

Separation in $$varepsilon$$-phase of BiPb alloy under mega-gravity

岡安 悟; 小野 正雄; 西尾 太一郎*; 井口 祐介*; 真下 茂*

Defect and Diffusion Forum, 323-325, p.545 - 548, 2012/04

 パーセンタイル:100

超重力場下の処理では固体中でも原子の沈降が生じる。その結果、BiPb合金の$$varepsilon$$相において部分的な溶融結晶化が発生する。完全結晶であるBi$$_{3}$$Pb$$_{7}$$のhcp相と部分的に欠陥の入ったBi$$_{3}$$Pb$$_{7-delta}$$のhcp相でのわずかな密度の違いが超重力場下では大きく拡大される。そしてその結果$$varepsilon$$相が分離を起こす。分離した相ではそれぞれの超伝導特性が異なる。

論文

Effect of Si interlayers on the magnetic and mechanical properties of Fe/Ge neutron polarizing multilayer mirrors

丸山 龍治; 山崎 大; 岡安 悟; 武田 全康; 是津 信行*; 永野 幹典*; 山村 和也*; 林田 洋寿; 曽山 和彦

Journal of Applied Physics, 111(6), p.063904_1 - 063904_10, 2012/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:87.32(Physics, Applied)

Fe/Ge多層膜の界面に薄いSi層を積層させて得られるFe/Si/Ge/Si多層膜を中性子偏極スーパーミラーとして用いた際に、中性子の偏極性能を得るために必要な外部磁場が小さく抑えられることが知られている。このメカニズムを解明するために、中性子偏極反射率,磁化,膜応力測定等を行った。中性子偏極性能を得るために必要な外部磁場の大きさは膜応力の大きさに比例し、Fe/Si/Ge/Si多層膜では膜応力が著しく小さいという結果が得られ、中性子偏極スーパーミラーの成膜において膜応力を減少させることの重要性が示された。さらに、これらの多層膜に対してX線光電子分光測定を行った結果、Fe/Si/Ge/Si多層膜ではSiがGe層全体に分布していることがわかった。SiとGeとは比率によらず固溶体を形成することが知られており、これが膜応力の蓄積を妨げているのではないかと考えられる。

論文

Radiation effects on film formation and nanostructural changes of iron disilicide thin film

笹瀬 雅人*; 山本 博之; 岡安 悟

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 272, p.318 - 321, 2012/02

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

イオンビームは薄膜作製において、基板処理,成膜,改質など種々の場面に広く利用される。これはそのエネルギーに応じて固体との相互作用が変化し、照射効果も大きく異なることによる。ここでは、環境に優しい将来の半導体材料として期待される鉄シリサイド薄膜に注目し、全く異なる二つのエネルギー領域で成膜・改質に応用した結果を紹介する。基板の表面処理に応用した例では、数keVのイオンビームを表面に照射することにより、化合物半導体薄膜の膜質向上につなげた。これは基板に適度な量の欠陥を生成することで相互拡散・反応を促進させるとともに、基板との結晶方位関係を一定に保つことに成功したものである。条件を最適化することにより、薄膜/基板界面を原子レベルで急峻なものとすることにもつなげた。また改質に応用した例では、100MeV程度の重イオンを照射して薄膜中にビームトラックを形成させ、半導体から金属への相転移により物性が変化することを見いだした。これらはいずれもイオンビームのエネルギーに応じた固体との相互作用を利用したものである。発表ではイオンビームの固体へのエネルギー付与量,阻止能,欠陥生成の深さ分布などと併せて議論を行う。

論文

Flux pinning properties of correlated pinning at low temperatures in ErBCO films with inclined columnar defects

淡路 智*; 難波 雅史*; 渡辺 和雄*; 甲斐 英樹*; 向田 昌志*; 岡安 悟

Journal of Applied Physics, 111(1), p.013914_1 - 013914_4, 2012/01

 被引用回数:16 パーセンタイル:32.26(Physics, Applied)

$$c$$軸に対して傾いた円柱状欠陥を含むErBa$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{y}$$薄膜の低温高磁場下での臨界電流密度$$J$$$$_{c}$$$$c$$軸相関ピン止めの影響をトランスポート法と不可逆磁場特性B$$_{irr}$$から調べた。マッチング磁場より大きな高磁場下では温度を下げると臨界電流密度$$J$$$$_{c}$$に対する相関ピンの寄与は著しく減少する。低温においてはマッチング磁場の存在が相関ピンのピン止め力に対する寄与を制限する、というのは最大ピン止め力における相関ピンとランダムピンの比率は不可逆磁場B$$_{irr}$$の逆数に比例するからである。このことは低温強磁場での相関ピンの効率の低さは、高い不可逆磁場と低いマッチング磁場の結果であることを意味している。低温高磁場での臨界電流密度の改善を行うためにはマッチング磁場の増大を計るかあるいは同じことであるが、強いランダムピンの導入が有効である。

論文

Cooperative behavior of the random and correlated pinning in Er123 films with columnar defects

淡路 智*; 難波 雅史*; 渡辺 和雄*; 伊藤 俊*; 青柳 英二*; 甲斐 英樹*; 向田 昌志*; 岡安 悟

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 21(3), p.3192 - 3195, 2011/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:76.93(Engineering, Electrical & Electronic)

重イオン照射したEr123薄膜の磁束ピン止め特性を$$J$$$$_{rm c}$$($$B$$, $$T$$, $$theta$$)特性として詳細に調べた。B//cの$$F$$$$_{rm p}$$曲線でマッチング磁場がc軸平行で0.3テスラとc軸から傾けたときは1.7テスラに相当するときに2つのピークが観測された。さらに$$J$$$$_{rm c}$$($$theta$$)で$$theta$$=0$$^{circ}$$(B//c)のときのピークは、円柱状欠陥によるピン止めに起因するが、磁場増加に伴い一旦減少するが不可逆磁場近傍では増大するようになる。c軸相関のピン止め中心とランダム分布のピン止め中心が協調して働いているモデルを用いると$$F$$$$_{rm p}$$(B)の二重ピーク構造や$$J$$$$_{rm c}$$の角度依存性を説明できることがわかった。

論文

Spin pumping efficiency from half metallic Co$$_2$$MnSi

中堂 博之; 安藤 和也*; 斉藤 今朝美*; 岡安 悟; 春木 理恵; 桜庭 裕弥*; 安岡 弘志; 高梨 弘毅; 齊藤 英治

Journal of Applied Physics, 109(7), p.073915_1 - 073915_4, 2011/04

 被引用回数:13 パーセンタイル:40.54(Physics, Applied)

スピン流の生成及び制御は、スピントロニクス研究分野の基本技術として重要である。近年、強磁性共鳴(FMR)を利用したスピンポンピングがスピン流を生成する手段としてスピントロニクスの基礎,応用研究に広く用いられるようになってきた。本研究では、強磁性材料として高スピン偏極Co$$_2$$MnSi(CMS)に着目し、スピンポンピング実験を行った。測定に用いた試料は単結晶CMS/Ptヘテロ構造薄膜である。CMS層で生成されたスピン流はPt層の逆スピンホール効果によって電流に変換されるので、電極間に生じた起電力を測定しCMSのスピン変換効率を見積もる。測定の結果、FMR共鳴磁場で起電力が最大になっており、磁場方向を反転させると起電力の符号は反転する。このことは逆スピンホール効果の幾何的要因を反映しており、CMSのスピンポンピングで生成されたスピン流がPt層に注入されたことを示唆している。見積もられたスピン変換効率はパーマロイより小さいことがわかった。このことから、スピン変換効率はバルクの分極率ではなく、界面の分極率が重要であると考えられる。

論文

Isotope distribution in pure indium after liquid-state centrifugation

小野 正雄; 岡安 悟; 江坂 文孝; 春木 理恵; 真下 茂*

Journal of the Japan Society of Microgravity Application, 28(2), p.S89 - S91, 2011/04

純インジウムを、遠心加速度82万g,溶融状態の温度300$$^{circ}$$Cで100時間遠心処理し、2次イオン質量分析器(CAMECA IMS-6f)で回収試料中の同位体比$$^{113}$$In/$$^{115}$$Inを測定した。同位体比は遠心加速度の方向に1.3%減少する方向で傾斜していた。この同位体比の傾斜は、重い$$^{115}$$Inが遠心加速度の向きに、軽い$$^{113}$$Inが遠心加速度と反対方向に移動した結果生じたものである。当該実験結果、及び、この現象を利用した同位体分離技術を開発するために必要な条件決定までの取り組みについて発表する。

論文

Strong correlation among structural, electronic, and magnetic properties of Sr$$_{2}$$Fe$$_{1+x}$$Mo$$_{1-x}$$O$$_{6}$$ (0 $$leq$$x$$leq$$ 1)

吉田 宏二*; 池内 晋也*; 清水 大*; 岡安 悟; 鈴木 孝至*

Journal of the Physical Society of Japan, 80(4), p.044716_1 - 044716_4, 2011/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:59.93(Physics, Multidisciplinary)

Sr$$_{2}$$Fe$$_{1+x}$$Mo$$_{1-x}$$O$$_{6}$$ with 0$$leq$$x$$leq$$1,の構造,電気,磁気特性の系統的な変化を調べた。これは組成xを変化させることで半金属二重ペロブスカイト構造のSr$$_{2}$$FeMoO$$_{6}$$(x=0)から、反強磁性金属SrFeO$$_{3}$$(=Sr$$_{2}$$Fe$$_{2}$$O$$_{6}$$: x=1)まで変化させることに等しい。室温での結晶格子体積はxを増加させると単調に減少する。x=0.5近傍で体積の減少は急に大きくなるがこれは正方晶から立方晶への構造相転移によるものである。同様にx=0.5近傍で電気的基底状態が金属から絶縁体に、さらに磁気的基底状態も強磁性から常磁性に変化する。これらの事実は二重ペロブスカイト構造において、結晶構造と遍歴電子および強磁性状態発現の間に強い相関があることを示している。さらにこの臨界組成は組成比による特有の物理的変化を反映している。

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