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Sud, A.*; 山本 慧; 飯浜 賢志*; 石橋 一晃*; 深見 俊輔*; 紅林 秀和*; 水上 成美*
Physical Review Letters, 134(24), p.246704_1 - 246704_7, 2025/06
We investigate the nonlinear coupling between acoustic (ac) and optical (op) modes in the coupled magnetization dynamics of synthetic antiferromagnets (SyAFs), utilizing current-driven resonance spectroscopy. A clear spectral splitting is evident in the ac mode when strongly excited by the radio frequency (RF) current at the driving frequency half that of the op mode resonance. The Landau-Lifshitz phenomenology aligns with the experimental observations, affirming the coupling of the RF-excited ac and op modes through three-magnon mixing. The nonlinearity enables a Rabi-like splitting in in-plane magnetized SyAF without breaking its natural symmetries. This discovery holds potential for advancing our understanding of nonlinear antiferromagnetic dynamics.
Sheng, L.*; 山本 慧; 他18名*
Nature Physics, 8 Pages, 2025/04
被引用回数：1Controlling the spin current lies at the heart of spintronics and its applications. In ferromagnets, the sign of spin currents is fixed once the current direction is determined. However, spin currents in antiferromagnets can possess opposite polarizations, but this requires enormous magnetic fields to lift the degeneracy between the two modes. Therefore, controlling spin currents with opposite polarization is still a challenge. Here we demonstrate the control of spin currents at room temperature by magnon interference in a canted antiferromagnet, namely, haematite that has recently been classified as an altermagnet. Magneto-optical characterization by Brillouin light scattering reveals that the spatial periodicity of the beating patterns is tunable via the microwave frequency. We further observe that the inverse spin Hall voltage changes sign as the frequency is tuned, evincing a frequency-controlled switching of polarization of pure spin currents. Our work highlights the use of antiferromagnetic magnon interference to control spin currents, which substantially extends the horizon for the emerging field of coherent antiferromagnetic spintronics.
Fe
O
Ba, Y.*; 山本 慧; 他6名*
Physical Review B, 111(10), p.104401_1 - 104401_15, 2025/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)Ferrimagnet insulator yttrium iron garnet (YFeO, YIG) attracts much interest in magnonics and microwave applications due to its relatively low magnetic damping and long magnon relaxation time. The magnetoelastic interaction between YIG magnetization and surface acoustic waves (SAWs) has been the basis in the development of acoustic-surface-wave isolators. However, the investigation of SAW-driven magnetic resonance in YIG is limited by the low compatibility of YIG and SAW devices. In this work, we demonstrate nonreciprocal resonant SAW absorption in an on-chip YIG-SAW device integrated by the focused ion beam technique. We observed two distinct SAW absorption signals attributed to the perpendicular standing spin waves (PSSW). Furthermore, the large observed nonreciprocity is compared to theoretical predictions incorporating the influence of asymmetric surface conditions on PSSW mode profiles and nonreciprocal magnon-SAW coupling. The strongly nonreciprocal SAW attenuation in YIG offers a promising opportunity for highly efficient rf signal processing technologies.
田口 美岐*; 宮田 登*; 宮崎 司*; 青木 裕之; Ozawa, Satoru*; 長谷川 龍一 *; 盛満 裕真*; 川口 大輔*; 山本 悟*; 田中 敬二*
Polymer Journal, 7 Pages, 2025/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Polymer Science)Polyrotaxane (PR) exhibits unique mechanical properties due to the ability of its cyclic molecules to move or slide along the axial chain. Thus, to design advanced polymer-based composite materials and organic devices, it is crucial to better understand the aggregation states at the surface and substrate interface in polymer films containing PR. Here, we report the depth profile of PR along the direction normal to the interface when it is mixed with polystyrene (PS). Neutron reflectivity and X-ray photoelectron spectroscopy revealed that PS and PR segregated at the surface and substrate interface, respectively, and that the extent of segregation depended on the length of PS. The surface enrichment of PS is driven by both energy and entropy, whereas the enrichment of PR at the substrate interface is energy driven.
山本 啓介; 中川 拓哉; 下条 裕人; 木島 惇; 三浦 大矢; 小野瀬 芳彦*; 難波 浩司*; 内田 広明*; 坂本 和彦*; 小野 千佳*; et al.
JAEA-Technology 2024-019, 211 Pages, 2025/02
JAEA-Technology-2024-019.pdf:35.35MB
日本原子力研究開発機構(以下、「JAEA」という。)核燃料サイクル工学研究所旧ウラン濃縮施設は、遠心分離法によるウラン濃縮技術を確立させるための技術開発を本格的に行う目的で建設された施設であり、単機遠心分離機の開発、遠心機材料の開発及び遠心機によるウラン濃縮処理を主に実施したG棟及びG棟に付属するH棟、遠心分離機の小規模カスケード試験を行っていたJ棟、遠心分離機の寿命試験を行っていたL棟、その他ウラン貯蔵施設、廃棄物保管施設、廃水処理施設など複数の施設で構成されていた。これらの施設におけるウラン濃縮技術開発は、開発技術の日本原燃(株)のウラン濃縮工場及びウラン濃縮技術開発センターへの技術移転が完了し、JAEAにおける技術開発の当初の目的が達成されたため、平成13年に終了した。廃水処理室は、昭和51年に建設され、旧ウラン濃縮施設で発生した放射性廃水の処理を行ってきたが、平成20年度に廃水処理室以外の施設に廃水処理設備が整備されて以降は、施設のバックアップ的な位置づけとして維持管理されてきた。さらに、昨今においては、他の施設における廃水処理の実績等からバックアップとしての必要性が無くなり、施設も建設後約48年が経過し、老朽化も進んでいたことから、施設中長期計画に基づき同施設を廃止措置することになり、令和3年11月から令和5年8月に内装設備の解体撤去を行った。本報告は令和5年9月から令和6年3月に行った管理区域解除のための放射線測定に係る実積と関連する知見をまとめたものである。
新居 陽一*; 山本 慧; 菅野 将誠*; 前川 禎通*; 小野瀬 佳文*
Physical Review Letters, 134(2), p.027001_1 - 027001_5, 2025/01
被引用回数：2 パーセンタイル：87.69(Physics, Multidisciplinary)While the rectification phenomenon caused by the simultaneous breaking of time reversal and spatial inversion symmetries has been extended to a wide range of (quasi)particles and waves, the nonreciprocal diffraction, which is the imbalance of upward and downward deflections, was previously observed only for photons and remained to be extended to other (quasi)particles. Here, we present evidence of the nonreciprocal diffraction of surface acoustic wave (SAW) utilizing a magnetoelastic grating on a SAW device. Asymmetric diffraction intensities were observed when the ferromagnetic resonance was acoustically excited. Based on a theoretical model, we ascribe the microscopic origin of this phenomenon to the resonant scattering involving ferromagnetic resonance excitations. The novel property may pave an avenue to further development of SAW devices for various purposes including microwave communications and quantum engineering applications.
C and 500C高木 穂乃香*; 薮塚 武史*; 林田 洋寿*; Song, F.; 甲斐 哲也; 篠原 武尚; 栗田 圭輔; 飯倉 寛; 山本 典央*; 中島 稔*; et al.
Solid State Ionics, 417, p.116716_1 - 116716_7, 2024/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Physical)Tracer diffusion coefficients of lithium-ions in the sintered samples of Li
Al
Ge(PO
)
(LAGP) have been measured through the neutron radiography (NR) technique in the wide temperature range from 25C to 500C. The diffusion data above and below 300C were collected using pulsed and reactor-generated neutrons, respectively, which coincide with each other at 300C exhibiting a single curve in the Arrhenius plot. The room-temperature diffusion coefficient and the activation energy below 300C are obtained as 1.47
10
cm
s
and 0.37 eV, respectively. The activation energy of the conductivity diffusion coefficient almost agrees with the tracer one, and the deduced Haven ratio of 0.40 is consistent with the concerted migration model of the lithium-ions.
宮崎 司*; 宮田 登*; 有馬 寛*; 下北 啓輔*; 山本 勝宏*; 竹中 幹人*; 中西 洋平*; 柴田 基樹*; 青木 裕之; 山田 悟史*; et al.
Colloids and Surfaces A; Physicochemical and Engineering Aspects, 701, p.134928_1 - 134928_8, 2024/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Physical)Isotactic polypropylene (PP) thin films deposited on Si substrates were subjected to neutron reflectivity (NR) measurements under various humidity conditions to evaluate the isothermal adsorption of water accumulated between the PP layer and Si substrate, with focus on the temperature-dependence of the adsorption isotherm. The adsorption of accumulated water followed a single type II isotherm according to the Brunauer-Emmett-Teller (BET) classification, regardless of temperature. This can be attributed to the weak interactions between the PP layer and Si substrate, and between the PP layer and water molecules. Hydrophobic PP does not significantly interact with water molecules and the hydrophilic Si surface. Therefore, the interfacial water molecules are simply adsorbed on the native oxide layer on Si via simple interaction between the water molecules and the silicon oxide surface without being affected by the PP layer. Consequently, the adsorption isotherm of the accumulated water follows the single type II adsorption isotherm regardless of temperature, similar to the adsorption isotherm of water simply adsorbed on exposed silica surfaces. These weak interactions of the PP layer with the Si surface and water molecules also lead to fast diffusion kinetics for the accumulated water along the interface.
山本 慧
日本磁気学会研究会資料, 250, p.7 - 11, 2024/10
この講演では、まず表面音波が三つの異なる意味での回転と関係し得ることを解説する。次にこのうち変位ベクトルの回転が回転磁場を生じることを指摘し、スピン波共鳴を介して表面音波の非相反性として観測できることを、実験結果を交えて紹介する。
revealed by inelastic X-ray and neutron scattering木村 耕治*; 筒井 智嗣*; 山本 裕太*; 中埜 彰俊*; 川村 啓介*; 梶本 亮一; 蒲沢 和也*; Martin, A.*; Webber, K. G.*; 柿本 健一*; et al.
Physical Review B, 110(13), p.134314_1 - 134314_10, 2024/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)We performed inelastic X-ray and neutron scattering (IXS and INS) experiments for (Ba,Ca)TiO single crystals to elucidate the effect of Ca doing on the atomic dynamics. Dispersion relations of transverse phonons in BaTiO, (Ba
Ca
)TiO, and (Ba
Ca
)TiO were determined. The 
-site-O vibrational mode as well as the acoustic mode were observed both by IXS and INS, whereas the Ti-O soft mode was detected only by INS. It was found that the -site-O vibration exhibits significant softening with increasing Ca concentration, while the Ti-O soft mode is almost unaffected by the Ca doping. This finding is discussed in comparison with the polarization hysteresis loops and piezoelectric coefficients of (Ba,Ca)TiO. It is indicated that the softening of the -site-O vibration contributes to the enhancement of the piezoelectricity of Ca-doped BaTiO-based materials.
田村 文彦; 杉山 泰之*; 沖田 英史; 山本 昌亘; 吉井 正人*; 大森 千広*; 清矢 紀世美*; 野村 昌弘; 島田 太平; 長谷川 豪志*; et al.
Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.774 - 776, 2024/10
大強度陽子加速器J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)は金属磁性体(MA)空胴の特長を生かしビーム出力1MWでの陽子ビーム加速を行っている。ビームはキッカー電磁石により1周で取り出されるが、ビームの取り出し直後、空胴に短時間電圧の跳ね上がりが発生する。これは電圧制御フィードバックに遅延があり、1ターン取り出し時のステップ状のビーム電流の減少に対する応答には一定の時間がかかることが理由であり、広帯域(Q=2)MA空胴ではこの応答の遅れは電圧の跳ね上がりとして観測される。跳ね上がりは取り出し時の電圧が高い場合には空胴機器の損傷の原因となりうるものである。電圧制御フィードバックのゲインパターンを用いて取り出しと同時に出力を抑止すればこの跳ね上がりを抑制できるが、RCSのようなマルチハーモニック運転の場合、パターン設定が煩雑である。このため、低電力高周波(LLRF)制御システムの機能としてビーム取り出しに同期し出力を抑止する仕組みを用意した。機能の詳細、試験結果、活用方法について報告する。
沖田 英史; 田村 文彦; 山本 昌亘; 宮越 亮輔*; 野村 昌弘; 島田 太平; 吉井 正人*; 大森 千広*; 清矢 紀世美*; 原 圭吾*; et al.
Proceedings of 21st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.765 - 769, 2024/10
J-PARC 3GeVシンクロトロン(RCS)の高周波加速システムは、金属磁性体コアを装填した加速空胴と真空管増幅器を含む高周波電源で構成される。1MW級の大強度陽子ビームを加速するRCSでは、ビームが高周波加速システムに与える負荷(ビームローディング)により高周波電源に大きな負荷がかかる。安定した大強度ビーム運転や、更なるビーム強度増強に向けた検討には、ビームローディングを考慮した高周波電源の挙動評価が重要である。本研究では、回路シミュレータLTSPICEを用いて実際に使用している金属磁性体コアや真空管の特性を考慮可能な独自の回路シミュレーションモデルを構築した。構築した回路シミュレーションモデルはRCSの大強度運転時の高周波電源の挙動を評価するのに十分な性能を有していることを確認した。本発表では、構築した回路シミュレーションモデルの詳細と大強度運転時の高周波電源の挙動を計算し実測と比較した結果等について報告する。
下北 啓輔*; 山本 勝宏*; 宮田 登*; 柴田 基樹*; 中西 洋平*; 荒川 勝利*; 竹中 幹人*; 木田 拓充*; 徳満 勝久*; 田中 亮*; et al.
Langmuir, 40(30), p.15758 - 15766, 2024/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Multidisciplinary)To investigate the structure of the interface between polyethylene films and substrates, the neutron reflectivity (NR) of deuterated polyethylene (dPE) thin films deposited on Si substrates was measured, demonstrating water accumulation at the interface, even under ambient conditions. After leaching the thermally annealed dPE films in hot p-xylene, NR measurements were conducted on the layers remaining on the substrate, clearly revealing that the adsorption layer of dPE grew during annealing and consisted of two layers, an inner adsorption layer and an outer adsorption layer, as previously proposed for amorphous polymers. The inner adsorption layer was approximately 3.7 nm thick with a density comparable to that of the bulk. The outer adsorption layer was several nanometers thick and appeared to grow insufficiently on top of the inner adsorption layer under the annealing conditions examined in this study. This study clarifying the growth of the adsorption layer of polyethylene at the interface with an inorganic substrate is useful for improving the performance of polymer/inorganic filler nanocomposites due to the wide utility of crystalline polyolefins as polymer matrix materials in nanocomposites.
Kawano, Masayuki*; 盛満 裕真*; Liu, Y.*; 宮田 登*; 宮崎 司*; 青木 裕之; 川口 大輔*; 山本 悟*; 田中 敬二*
Macromolecules, 57(14), p.6625 - 6633, 2024/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Polymer Science)A better understanding of the dynamic behavior of polymer chains on solid surfaces is indispensable for the design and construction of high-performance polymer composites. We herein visualized the in-plane movement of isolated poly(methyl methacrylate) (PMMA) and poly(tert-butyl methacrylate) (PtBMA) single chains on hydrophilic silicon wafers under ambient conditions by atomic force microscopy. Isolated PMMA chains adsorbed to the substrate, whereas PtBMA chains diffused, the degree of which was dependent on the humidity. Neutron reflectivity revealed the formation of a layer of condensed water on the substrate. All-atomistic molecular dynamics simulations implied that the diffusivity difference of the two polymers was based on the submerged depth in which a part of a chain existed. That is, the interaction of a polymer with the surface of the hydrophilic substrate primarily governs its lateral movement, or adsorption behavior, facilitated by the presence of water.
山本 慧; 前川 禎通*
Annalen der Physik, 536(5), p.2300395_1 - 2300395_11, 2024/05
被引用回数：1 パーセンタイル：0.00(Physics, Multidisciplinary)We derive a general expression for the magnetostatic field generated by mechanical deformations to a ferromagnetic material in the continuum description. Linearization with respect to the displacement vector is shown to be well defined. To demonstrate the use of the formulation, we discuss two examples. Firstly, a complete derivation of the magneto-rotation coupling for a uniformly magnetized film is given. Secondly, the lowest asymmetric mode of Lamb waves propagating through a magnetic vortex is shown to induce in-plane magnetostatic field localized around the vortex core.
巻内 崇彦*; 日置 友智*; 清水 祐樹*; 星 幸治郎*; Elyasi, M.*; 山本 慧; 横井 直人*; Serga, A. A.*; Hillebrands, B.*; Bauer, G. E. W.*; et al.
Nature Materials, 23(5), p.627 - 632, 2024/05
被引用回数：10 パーセンタイル：94.22(Chemistry, Physical)When excited, a magnetization in a magnet precesses around the field in an anticlockwise manner on a time scale governed by viscous magnetization damping, after which any information carried by the initial actuation seems to be lost. The damping appears to be a fundamental bottleneck for the use of magnets in information processing. Nevertheless, here we demonstrate recall of the magnetization-precession phase after times that far exceed the damping time scale by two orders of magnitude using dedicated two-colour microwave pump-and-probe experiments for a YFeO microstructured film. Time- resolved magnetization state tomography confirms the magnetic persistent coherence (MPC) by revealing a double-exponential decay of the magnetization correlation. We attribute MPC to a feedback effect, viz. coherent coupling of the uniform precession with long-lived excitations at the minima of the spin-wave dispersion relation. Our finding liberates magnetic systems from the strong damping in nanostructures tyranny that limits their use in coherent information storage and processing.
Elyasi, M.*; 山本 慧; 日置 友智*; 巻内 崇彦*; 清水 祐樹*; 齊藤 英治*; Bauer, G. E. W.*
Physical Review B, 109(18), p.L180402_1 - L180402_7, 2024/05
被引用回数：1 パーセンタイル：40.97(Materials Science, Multidisciplinary)Magnets are interesting materials for classical and quantum information technologies. However, the short decoherence and dephasing times that determine the scale and speed of information networks severely limit the appeal of employing the ferromagnetic resonance. Here we show that the lifetime and coherence of the uniform Kittel mode can be enhanced by three-magnon interaction-induced mixing with the long-lived magnons at the minima of the dispersion relation. Analytical and numerical calculations based on this model explain recent experimental results and predict experimental signatures of quantum coherence.
山本 慧
JPSJ News and Comments (Internet), 21, p.07_1 - 07_2, 2024/04
A novel mechanism for generating net magnetization from phonons in chiral crystals builds upon the modern notion of geometric phases and extends the scope of century-old research efforts to understand the transfer of angular momentum between lattice and spins.
雨倉 宏*; Chettah, A.*; 鳴海 一雅*; 千葉 敦也*; 平野 貴美*; 山田 圭介*; 山本 春也*; Leino, A. A.*; Djurabekova, F.*; Nordlund, K.*; et al.
Nature Communications (Internet), 15, p.1786_1 - 1786_10, 2024/02
被引用回数：2 パーセンタイル：62.71(Multidisciplinary Sciences)高い電子的阻止能領域の照射条件で高エネルギー重イオンを固体に照射すると、イオンの飛跡に沿って潜在イオントラックと呼ばれる柱状の損傷領域が形成される。イオントラックは、多くの物質中で形成されていることが知られているが、ダイヤモンドにおいて観察された例は皆無であった。高エネルギー(GeV)のウランイオンにおいてさえ、観察された例はない。本研究では、2-9MeV C
フラーレンイオンを照射したダイヤモンドにおいて、初めてイオントラックが観察された。高分解能電子顕微鏡による観察により、イオントラックの内部がアモルファス化していることが示唆され、さらに、電子エネルギー損失分光法による分析によって、グラファイト由来の
-結合の信号が検知された。分子動力学法に基づく計算シミュレーションで、上記の実験結果を再現することに成功した。
沖田 英史; 田村 文彦; 山本 昌亘; 野村 昌弘; 島田 太平; Saha, P. K.; 吉井 正人*; 大森 千広*; 杉山 泰之*; 長谷川 豪志*; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 2687(7), p.072005_1 - 072005_7, 2024/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)縦方向位相空間トモグラフィは、ビーム進行方向(縦方向)の位相空間分布を得るための有効な測定ツールである。J-PARCシンクロトロン(3GeVシンクロトロン及びメインリング)の大強度運転時の位相空間分布の測定には、空間電荷効果や集束力の非線形性等のビーム物理を考慮したトモグラフィが必要であった。本研究では、ビーム物理を考慮可能なハイブリッドアルゴリズムを採用したCERN's TomographyのJ-PARCシンクロトロンへの導入とベンチマークを実施した。ベンチマークの結果、J-PARCシンクロトロンの大強度運転条件における位相空間分布を高精度に測定可能であることを確認した。
