Alternation of magnetic anisotropy accompanied by metal-insulator transition in strained ultrathin manganite heterostructures

小林 正起*; Anh, L. D.*; 鈴木 雅弘*; 金田-高田 真悟*; 竹田 幸治; 藤森 伸一; 芝田 悟朗*; 田中 新*; 田中 雅明*; 大矢 忍*; et al.

Physical Review Applied (Internet), 15(6), p.064019_1 - 064019_10, 2021/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.15.064019

A fundamental understanding of the interfacial magnetic properties in ferromagnetic heterostructures is essential for utilizing ferromagnetic materials for spintronic device applications. Here, we investigate the interfacial magnetic and electronic structures of epitaxial single-crystalline LaAlO(LAO)/LaSrMnO(LSMO)/Nb:SrTiO(Nb:STO) heterostructures with varying LSMO layer thicknesses, in which the magnetic anisotropy strongly changes with the LSMO thickness due to the delicate balance between strains originating from both the Nb:STO and LAO layers, using X-ray magnetic circular dichroism and photoemission spectroscopy. We successfully detect the clear change of the magnetic behavior of the Mn ions concomitant with the thickness-dependent metal-insulator transition. Our results suggest that the double-exchange interaction induces ferromagnetism in the metallic LSMO film under tensile strain caused by the STO substrate, while the superexchange interaction determines the magnetic behavior in the insulating LSMO film under compressive strain originating from the top LAO layer. The change in strain, depending on LSMO layer thickness, is confirmed by scanning transmission electron microscopy. Based on those findings, the formation of a magnetic dead layer near the LAO/LSMO interface is attributed to competition between the superexchange interaction via Mn orbitals under compressive strain and the double-exchange interaction via the orbitals. These findings provide key aspects of ferromagnetic oxide heterostructures for the development of spintronic device applications.

Thermally altered subsurface material of asteroid (162173) Ryugu

北里 宏平*; Milliken, R. E.*; 岩田 隆浩*; 安部 正真*; 大竹 真紀子*; 松浦 周二*; 高木 靖彦*; 中村 智樹*; 廣井 孝弘*; 松岡 萌*; et al.

Nature Astronomy (Internet), 5(3), p.246 - 250, 2021/03

https://doi.org/10.1038/s41550-020-01271-2

2019年4月「はやぶさ2」ミッションは、地球に近い炭素質の小惑星(162173)リュウグウの人工衝撃実験を成功させた。これは露出した地下物質を調査し、放射加熱の潜在的な影響をテストする機会を提供した。はやぶさ2の近赤外線分光器(NIRS3)によるリュウグウの地下物質の観測結果を報告する。発掘された材料の反射スペクトルは、表面で観測されたものと比較して、わずかに強くピークがシフトした水酸基(OH)の吸収を示す。これは、宇宙風化や放射加熱が最上部の表面で微妙なスペクトル変化を引き起こしたことを示している。ただし、このOH吸収の強度と形状は、表面と同様に、地下物質が300Cを超える加熱を経験したことを示している。一方、熱物理モデリングでは、軌道長半径が0.344AUに減少しても、推定される掘削深度1mでは放射加熱によって温度が200Cを超えて上昇しないことが示されている。これは、リュウグウ母天体が放射加熱と衝撃加熱のいずれか、もしくは両方により熱変化が発生したという仮説を裏付けている。

The Surface composition of asteroid 162173 Ryugu from Hayabusa2 near-infrared spectroscopy

北里 宏平*; Milliken, R. E.*; 岩田 隆浩*; 安部 正真*; 大竹 真紀子*; 松浦 周二*; 荒井 武彦*; 仲内 悠祐*; 中村 智樹*; 松岡 萌*; et al.

Science, 364(6437), p.272 - 275, 2019/04

https://doi.org/10.1126/science.aav7432

小惑星探査機はやぶさ2のターゲット天体であるリュウグウは、始原的な炭素質物質で構成されていると考えられている。はやぶさ2に搭載された近赤外分光計(NIRS3)によって、天体の表面組成を得た。天体全体の観測で、弱く細い吸収が2.72ミクロンに確認され、OHを含む鉱物の存在を示している。弱いOH吸収と低いアルベドは熱やショックによって変質を受けた炭素質コンドライトに似ている。OHバンドの位置はほとんど一定であり、衝撃片の集合によって形成されたリュウグウは組成的に均質であることを示している。

Remote radiation imaging system using a compact -ray imager mounted on a multicopter drone

佐藤 優樹; 小澤 慎吾*; 寺阪 祐太; 冠城 雅晃; 谷藤 祐太; 川端 邦明; 宮村 浩子; 和泉 良*; 鈴木 敏和*; 鳥居 建男

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(1), p.90 - 96, 2018/01

https://doi.org/10.1080/00223131.2017.1383211

A remote radiation imaging system comprising a lightweight Compton camera and a multicopter drone was developed to remotely and quickly measure radioactive contamination inside the buildings of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS). The drone system is used for measuring detailed radiation distributions in narrow areas, which have been difficult to gauge with conventional aircraft monitoring using helicopters. A measurement of radiation distributions in outdoor environments in the coastal areas of Fukushima, Japan, was performed. The drone system with the Compton camera succeeded in remote observations of dense hotspots from the sky over a contaminated area near the FDNPS. The time required for image reconstruction is approximately 550 s in the case of a 9-m flight altitude for the hotspots with a surface dose rate of several tens of Sv/h. This drone system will be used inside the buildings of the FDNPS for remote measurement of radioactive contamination.

各種粘土鉱物のCsの収着・脱離挙動

横山 信吾*; 中田 弘太郎*; 鈴木 伸一

粘土科学, 54(1), p.28 - 35, 2015/08

https://doi.org/10.11362/jcssjnendokagaku.54.1_28

福島県の土壌には様々な種類の粘土鉱物が含まれており、地域によって主要な粘土鉱物種が異なることが知られている。また、同一の粘土鉱物であっても、その環境により交換性陽イオンの組成なども異なると予想される。そのため、土壌中の放射性セ シウムの安定性を系統的に理解するうえでは、鉱物学的性質の異なる様々な粘土鉱物のCsの収着・脱離挙動を統一的な手法で評価することが重要である。また、周知のとおり放射性セシウムによる汚染度合い(放射性セシウム濃度)は地域によって異なっており、その安定性への影響評価も重要と考えられるが、十分に理解されているとは言いがたい。そこで本研究では、土壌中の放射性セシウムの安定性評価に資するため、Csの収着・脱離挙動に対する粘土鉱物種の影響、粘土鉱物の交換性陽イオン種の影響に関して調べた。具体的には、10mol/Lおよび10mol/LのCs溶液を 収着試験の初期濃度として、8種類の粘土鉱物に対して収着・脱離試験を実施した。その結果、10mol/LのCs溶液を用いた収着・脱離試験では、粘土鉱物の層問陽イオン種はCsの収着挙動に影響を与え、その影響は粘土鉱物種により異なることが明らかとなった。一方、10mol/LのCs溶液を用いた収着・脱離試験の結果より、今回使用した粘土鉱物では110mol/g程度のCsを強固に収着することが明らかとなった。

Cesium-adsorption behavior of weathered biotite from Fukushima Prefecture depends on the degree of vermiculitization

山田 裕久*; 横山 信吾*; 渡部 雄二郎*; 鈴木 正哉*; 鈴木 伸一; 八田 珠郎*

日本イオン交換学会誌, 25(4), p.207 - 211, 2014/11

http://doi.org/10.5182/jaie.25.207

We investigate the Cs-adsorption behavior of weathered biotites collected from Domiki, Mankei, Tozawa, and Yatsuzaku (in Fukushima) by changing the initial concentration of Cs in a solution. The degree of weathering of the samples increased in the following order: Domeki sample Tozawa Mankei Yatsuzaku. A characteristic feature of the Domeki sample was distortion of the biotite layer. The Tozawa sample had an even greater degree of distortion of the biotite layer. In the Mankei sample, hydrobiotite and randomly interstratified biotite-vermiculite were observed with distorted biotite. The Yatsuzaku sample contained vermiculite with hydrobiotite and distorted biotite. The Cs adsorption ratio was associated with the initial Cs concentration of the solution. The Cs adsorption ratio of samples in an initial solution of 1 to 100 ppm Cs was about 99%; it decreased with increasing Cs concentration in the solution. Dependency of Cs adsorption behavior on the degree of weathering of biotite was clearly observed in the Cs concentration range of 300 to 1000 ppm. With increasing degree of weathering, the rate of decrease in Cs adsorption ratio with increasing initial Cs concentration in the solution became slower and the maximum amount of Cs adsorbed by the sample increased. These results confirm that weathered phyllosilicates, vermiculite, interstratified biotite-vermiculite, and distorted biotite play important roles in Cs adsorption.

Observation of spontaneously excited waves in the ion cyclotron frequency range on JT-60U

市村 真*; 檜垣 浩之*; 柿本 真吾*; 山口 裕資*; 根本 健樹*; 片野 誠*; 石川 正男; 森山 伸一; 鈴木 隆博

Nuclear Fusion, 48(3), p.035012_1 - 035012_7, 2008/03

https://doi.org/10.1088/0029-5515/48/3/035012

本論文では、JT-60Uにおけるイオンサイクロトロン周波数帯の自発的励起波動の実験的観測に関して報告する。磁場閉じ込めプラズマ中では、非等方速度分布に起因して不安定性が駆動される。中性粒子入射による高エネルギーDイオンによる励起波動と核融合反応イオン(He, T)による2つのタイプの揺動が観測されている。これらの揺動は、JET, TFTRで観測されるイオンサイクロトロン放射(ICE)と呼ばれるものと同じものと考えられる。本論文では、初めてこれらの励起波動の空間構造を明らかとした。ICRF加熱用のアンテナを磁気プローブとして用い、ポロイダル方向の空間構造を測定し、観測される波動が揺動磁場成分を持つことが明らかとなった。また、トロイダル方向の空間構造からDイオンに起因する揺動は磁場方向の波数が零付近、核融合反応イオンに起因する揺動は有限な波数を持つことが明らかとなった。さらに核融合反応イオンのHeとTに関しても異なる構造が観測され、異なるアルベン波動が不安定になることが示唆された。

Wave excitation in magnetically confined plasmas with an anisotropic velocity distribution

市村 真*; 檜垣 浩之*; 柿本 真吾*; 山口 裕資*; 根本 健樹*; 片野 誠*; 小澤 功*; 室 大志*; 石川 正男; 森山 伸一; et al.

Fusion Science and Technology, 51(2T), p.150 - 153, 2007/02

https://doi.org/10.13182/FST07-A1337

磁場によって閉じ込められたプラズマ中では、非熱的エネルギーを持ったイオンの存在により、イオンサイクロトロン周波数帯の揺動が自発的に励起される。GAMMA10においては、磁力線方向と垂直に加熱されたプラズマの温度非等方性に起因するアルベンイオンサイクロトロン(AIC)波動が観測されている。一方、核燃焼プラズマにおいては、局所的なミラー磁場配位に捕捉される高温イオンの存在に起因すると考えられる静電波動の励起やイオンサイクロトロン放射(ICE)が観測されている。これらの不安定揺動を総合的に理解することを目的として実験的観測と波動励起の計算を行った。実験では、JT-60Uに設置されているICRFアンテナをピックアップループとして用い、ICRF領域の揺動の計測とその空間構造の測定を行った。垂直NBIに起因する揺動と核融合反応生成イオンに起因する揺動を観測し、その磁力線方向の波数測定から揺動の分散関係を明らかとした。AIC波動との関連を議論する。

地質環境の熱履歴推定手法に関する調査

富山 眞吾*; 松尾 重明*; 松永 絹子*; 鈴木 美穂子*

JNC TJ7420 2005-054, 295 Pages, 2004/02

JNC-TJ7420-2005-054.pdf:17.76MB

地質環境の熱履歴を把握する手法構築するための基礎資料として、現在用いられている地質温度計に関する研究事例の収集・整理を行なった。

Inner-shell ionization in high density hot plasma produced by high intensity laser irradiation

森林 健悟; Zhidkov, A. J.*; 佐々木 明; 周藤 佳子; 鈴木 慎悟*

Atomic Collision Research in Japan, No.27, p.1 - 3, 2001/00

短パルス高強度レーザーを数nmの大きさの巨大クラスターに照射することにより高温高密度電子状態を生成することが予測されている。この電子の衝突電離により内殻励起状態を形成し、X線を発生する。特に、クリプトンやゼノンのような高い電子番号の原子のクラスターの場合は、短波長X線が発生し、短波長X線源やX線レーザー源として注目されている。ここでは高温高密度状態でのゼノンイオンの多価イオン及び、内殻励起状態の生成過程に関して考察する。電子温度を数keV,電子密度を10~10/cmとする。考慮した原子過程としては電子衝突励起・電離,自動イオン化,輻射遷移である。この条件のもとでニッケル様ゼノンイオンを初期状態とし、電子衝突で電離し、数100fs後の内殻励起状態などのカルシウム様ゼノンイオンのポピュレーションを計算した。ポピュレーションの密度,温度依存性を調べた。ポピュレーションは密度と比例して増加するが、10cmのとき約100fsで飽和すること、また、温度とともに増加するが、10keVを超えると温度依存性がなくなることがわかった。内殻(1s,2s,2p,3s,3p)電離過程を含む場合と含まない(3d電子だけが電離する)場合を計算した結果、前者のポピュレーションの方が三桁程度大きくなり、高温高密度電子状態では内殻電離過程が多価イオン生成に重要であることを発見した。