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論文

Magnetomechanical sensing based on delta-E effect in Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ micro bridge

有沢 洋希*; 大門 俊介*; 追川 康之*; Seo, Y.-J.*; 針井 一哉; 大柳 洸一*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 114(12), p.122402_1 - 122402_5, 2019/03

We have investigated magnetic field effects on mechanical vibration of a magnetic microbridge made of ferrimagnetic insulator Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ at room temperature. The mechanical resonance frequency of the bridge exhibits a steep change at the saturation magnetic field of the microbridge. The steep change was shown to originate from magnetoelastic coupling combined with shape magnetic anisotropy. The competition between shape magnetic anisotropy and the external magnetic field can drive a delta-E effect, the modulation of Young modulus via the magnetoelastic coupling, in a narrow field range, which results in the observed steep change in the mechanical property.

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:1 パーセンタイル:59.26(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

Nanoscale spatial analysis of clay minerals containing cesium by synchrotron radiation photoemission electron microscopy

吉越 章隆; 塩飽 秀啓; 小林 徹; 下山 巖; 松村 大樹; 辻 卓也; 西畑 保雄; 小暮 敏博*; 大河内 拓雄*; 保井 晃*; et al.

Applied Physics Letters, 112(2), p.021603_1 - 021603_5, 2018/01

 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

放射光光電子顕微鏡(SR-PEEM)を人工的にCs吸着したミクロンサイズの風化黒雲母微粒子のピンポイント分析に適用した。絶縁物にもかかわらず、チャージアップの影響無しに構成元素(Si, Al, Cs, Mg, Fe)の空間分布を観察できた。Csが粒子全体に分布することが分かった。Cs M$$_{4,5}$$吸収端近傍のピンポイントX線吸収分光(XAS)から、1価の陽イオン状態(Cs$$^{+}$$)であることがわかった。さらに、Fe L$$_{2,3}$$吸収端の測定から、Feの価数状態を決定した。我々の結果は、サンプルの伝導性に左右されること無く、SR-PEEMがさまざまな環境試料に対するピンポイント化学分析法として利用可能であることを示すものである。

論文

Effect of rattling motion without cage structure on lattice thermal conductivity in LaOBiS$$_{2-x}$$Se$$_x$$

Lee, C. H.*; 西田 篤弘*; 長谷川 巧*; 西当 弘隆*; 國岡 春乃*; 河村 聖子; 中村 充孝; 中島 健次; 水口 佳一*

Applied Physics Letters, 112(2), p.023903_1 - 023903_4, 2018/01

 被引用回数:9 パーセンタイル:6.81(Physics, Applied)

LaOBiS$$_{2-x}$$Se$$_x$$の低エネルギーフォノンを中性子非弾性散乱によって調べた。主にBi原子の振動に関連すると思われる分散のないフラットなフォノンが、比較的低いエネルギー$$E = 6 sim 6.7$$meVに観測された。このフォノンは、S原子よりも原子質量の大きいSeをドープし格子が膨張することによってソフト化する。同時に、Seドープにより格子熱伝導率が減少する。これらの結果は、LaOBiS$$_{2-x}$$Se$$_x$$が籠状構造を持たないにもかかわらず、Bi原子のラットリングが籠状化合物のラットリングのようにフォノンを散乱しうるということを示唆しており、それが熱電特性を向上させるのに寄与していると考えられる。

論文

Photo-oxidative doping in $$pi$$-conjugated zig-zag chain of carbon atoms with sulfur-functional group

池浦 広美*; 関口 哲弘

Applied Physics Letters, 111(23), p.231605_1 - 231605_4, 2017/12

 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

-SCH$$_{3}$$側鎖をもつトランス-ポリアセチレン(PA)骨格の光酸化ドーピング過程を研究した。本分子系はジグザグ状のグラフェン-ナノリボン末端のヘテロ置換による材料機能化に関連している。硫黄K殻X線吸収端近傍構造(XANES)分光法を用い、S-CH$$_{3}$$と大気O$$_{2}$$との反応によりPA骨格に結合したS(O)CH$$_{3}$$や-SO$$_{3}$$$$^{-}$$など酸化生成物が選択的に生じることを示した。硫黄の酸化状態とXANESピーク位置との相関から、CH$$_{3}$$S$$^{delta+}$$ -PA$$^{delta-}$$の部分電荷分布を評価した。陽電荷的な硫黄原子は高い電気陰性度の酸素原子をより引き付け、更なる光酸化を促進すると期待できる。SO$$_{3}$$$$^{-}$$側鎖が生成していることから、明らかにPA骨格へのホールドーピングが起こっている。本結果はUV光照射を用いた原子レベルにおけるドーピング制御や空間選択ドーピングといった創製戦略を提供する。

論文

Design and control of interface reaction between Al-based dielectrics and AlGaN Layer in AlGaN/GaN metal-oxide-semiconductor structures

渡邉 健太*; 野崎 幹人*; 山田 高寛*; 中澤 敏志*; 按田 義治*; 石田 昌宏*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 孝功*; et al.

Applied Physics Letters, 111(4), p.042102_1 - 042102_5, 2017/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:25.41(Physics, Applied)

GaNは絶縁破壊電界などSiC以上の優れた物性値を有するため、パワーデバイスへの応用が期待されている。また、AlGaN/GaN HFETは優れた高周波特性を示すが、ゲートリーク電流低減のためにMOSゲート構造の実現が望まれている。本研究では、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$及びAlONについて成膜時の基板温度を室温から300度の範囲で変化させ、放射光光電子分光法によるMOS界面構造評価及び、MOSキャパシタによる電気特性評価を行った。その結果、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$を300度で成膜した場合、成膜中にAlGaN表面の酸化及び後熱処理によるGa拡散が見られ、界面特性が劣化することがわかった。それに対しAlONは成膜温度に関わらず界面反応のほとんどない良好な熱的安定性を示し、また界面特性にも優れることがわかった。

論文

Fabrication and magnetic control of Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ cantilevers

Seo, Y.-J.*; 針井 一哉; 高橋 遼*; 中堂 博之; 大柳 洸一*; Qiu, Z.*; 小野 崇人*; 塩見 雄毅*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 110(13), p.132409_1 - 132409_4, 2017/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:43.58(Physics, Applied)

フェリ磁性体であるY$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$を用いたサブミクロンカンチレバーを収束イオンビーム法によって作成し、その振動特性を磁場によって制御した。カンチレバーは縦横2つの振動モードを示し、それぞれのモードは外部磁場の印加によって共鳴周波数が減少、増大した。この結果は磁気力の磁場変化を取り扱った数値シミュレーションでよく再現された。周波数変化は数%に及ぶことから、磁場による高効率な振動制御が行われたと結論できる。

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:7 パーセンタイル:25.41(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

Gamma radiation resistance of spin Seebeck devices

Yagmur, A.*; 内田 健一*; 井原 和紀*; 井岡 郁夫; 吉川 貴史*; 小野 円佳*; 遠藤 純一*; 柏木 王明*; 中島 哲也*; 桐原 明宏*; et al.

Applied Physics Letters, 109(24), p.243902_1 - 243902_4, 2016/12

 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

スピンゼーベック効果(SSE)に基づく熱電素子の$$gamma$$線抵抗性を調べるため、約3$$times$$10$$^{5}$$Gyの$$gamma$$線照射試験を実施した。SSE素子には、Pt/Ni$$_{0.2}$$Zn$$_{0.3}$$Fe$$_{2.5}$$O$$_{4}$$/GlassとPt/Bi$$_{0.1}$$Y$$_{2.9}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$/Gd$$_{3}$$Ga$$_{5}$$O$$_{12}$$を用いた。SSE素子の熱電特性,磁気特性、構造は、$$gamma$$線照射により影響されないことを確認した。この結果は、SSE素子が厳しい照射環境でさえ熱電素子として適用可能なことを示した。

論文

Spin-current-driven thermoelectric generation based on interfacial spin-orbit coupling

Yagmur, A.*; 軽部 修太郎*; 内田 健一*; 近藤 浩太*; 井口 亮*; 吉川 貴史*; 大谷 義近*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 108(24), p.242409_1 - 242409_4, 2016/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.37(Physics, Applied)

The longitudinal spin Seebeck effect (SSE) in Bi $$_{2}$$O$$_{3}$$/Cu/yttrium-iron-garnet (YIG) devices has been investigated. When an out-of-plane temperature gradient is applied to the Bi$$_{2}$$O$$_{3}$$/Cu/YIG device, a spin current is generated across the Cu/YIG interface via the SSE and then converted into electric voltage due to the spin$-orbit coupling at the Bi$_{2}$$O$$_{3}$$/Cu interface. The sign of the SSE voltage in the Bi$$_{2}$$O$$_{3}$$/Cu/YIG devices is opposite to that induced by the conventional inverse spin Hall effect in Pt/YIG devices. The SSE voltage in the Bi$$_{2}$$O$$_{3}$$/Cu/YIG devices disappears in the absence of the Bi$$_{2}$$O$$_{3}$$layer and its thermoelectric conversion efficiency is independent of the Cu thickness, indicating the important role of the Bi$$_{2}$$O$$_{3}$$/Cu interface. This result demonstrates that not only the bulk inverse spin Hall effect but also the spin-orbit coupling near the interface can be used for SSE-based thermoelectric generation.

論文

Dynamics of spallation during femtosecond laser ablation studied by time-resolved reflectivity with double pump pulses

熊田 高之; 乙部 智仁; 錦野 将元; 長谷川 登; 林 照剛*

Applied Physics Letters, 108(1), p.011102_1 - 011102_4, 2016/01

AA2015-0725.pdf:1.07MB

 被引用回数:7 パーセンタイル:38.55(Physics, Applied)

ダブルパルスを用いた時間分解反射率測定法により、フェムト秒レーザーアブレーションにおける非熱効果によって膜状に試料が剥離するダイナミクスを調べた。アブレーション閾値以上のポンプ光照射後、剥離膜と母体試料表面におけるプローブ光反射波の干渉による振動が現れる。その振幅は、第1ポンプ光の直後に第2ポンプ光を照射すると増大するが、両光の時間間隔とともに減少し、20ps以上では消滅した。この結果は、第1ポンプ光直後の第2光が膜剥離前の母体試料表面を励起するのに対して、20ps以上離れた第2光は既に剥離した膜を励起したものと考えられる。剥離膜は試料母体との機械的接触を持たないために、膜に付与されたエネルギーは試料母体に散逸することなく、膜表面から激しい蒸発を促し、膜自体を破壊したのであろう。本結果から決定される膜剥離時間は10ps程度と決定され、この値は膜厚と音速によって決定される構造緩和時間20psと実験結果と近い値となることが見出された。

論文

Anomalous lattice deformation in GaN/SiC(0001) measured by high-speed ${{it in situ}}$ synchrotron X-ray diffraction

佐々木 拓生; 石川 史太朗*; 高橋 正光

Applied Physics Letters, 108(1), p.012102_1 - 012102_5, 2016/01

AA2015-0769.pdf:2.43MB

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.37(Physics, Applied)

We report an anomalous lattice deformation of GaN layers grown on SiC(0001) by molecular beam epitaxy. The evolution of the lattice parameters during the growth of the GaN layers was measured by in situ synchrotron X-ray diffraction. The lattice parameters in the directions parallel and normal to the surface showed significant deviation from the elastic strains expected for lattice-mismatched films on substrates up to a thickness of 10 nm. The observed lattice deformation was well explained by the incorporation of hydrostatic strains due to point defects. The results indicate that the control of point defects in the initial stage of growth is important for fabricating GaN-based optoelectronic devices.

論文

Activation and control of visible single defects in 4H-, 6H-, and 3C-SiC by oxidation

Lohrmann, A.*; Castelletto, S.*; Klein, J. R.*; 大島 武; Bosi, M.*; Negri, M.*; Lau, D. W. M.*; Gibson, B. C.*; Prawer, S.*; McCallum, J. C.*; et al.

Applied Physics Letters, 108(2), p.021107_1 - 021107_4, 2016/01

 被引用回数:17 パーセンタイル:14.47(Physics, Applied)

Creation and characterisation of single photon emitters near the surface of 4H- and 6H-silicon carbide bulk substrates and 3C-SiC epitaxially grown on silicon substrates were investigated. These single photon emitters can be created and stabilized by thermal annealing in an oxygen atmosphere at temperatures above 550 $$^{circ}$$C. Hydrofluoric acid (HF) treatment is shown to effectively annihilate the emission from defects and to restore an optically clean surface. However, the emission from the defects can be obtained after re-oxidation above 550 $$^{circ}$$C. By measuring using standard confocal microscopy techniques, the excited state lifetimes for the emitters are found to be in the nanosecond regime in all three polytypes, and the emission dipoles are aligned with the lattice.

論文

Enhanced inverse spin Hall contribution at high microwave power levels in La$$_{0.67}$$Sr$$_{0.33}$$MnO$$_3$$/SrRuO$$_3$$ epitaxial bilayers

Haidar, S. M.*; 塩見 雄毅*; Lustikova, J.*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 107(15), p.152408_1 - 152408_5, 2015/10

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

We have investigated microwave power dependence of dc voltage generated upon ferromagnetic resonance in a La$$_{0.67}$$Sr$$_{0.33}$$MnO$$_3$$/SrRuO$$_3$$ epitaxial bilayer film at room temperature. With increasing microwave power above $$sim$$75 mW, the magnitude of the voltage signal decreases as the sample temperature approaches the Curie temperature of La$$_{0.67}$$Sr$$_{0.33}$$MnO$$_3$$ due to heating effects. By analyzing the dependence of the voltage signal on the direction of the magnetic field, we show that with increasing microwave power the contribution from the inverse spin Hall effect becomes more dominant than that from the anisotropic magnetoresistance effect.

論文

Temporal behavior of unresolved transition array emission in water window soft X-ray spectral region from multiply charged ions

Dinh, T.-H.*; 鈴木 悠平*; 荒居 剛己*; Li, B.*; Dunne, P.*; O'Sullivan, G.*; 藤岡 慎介*; 長谷川 登; 河内 哲哉; 錦野 将元; et al.

Applied Physics Letters, 107(12), p.121101_1 - 121101_5, 2015/09

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

We have characterized the spectral structure and the temporal history of the laser-produced high-Z multi-charged ion plasmas for the efficient water window soft X-ray sources. Strong unresolved transition array (UTA) emission was observed due to 4d-4f and 4f-5g transitions from Au, Pb, and Bi plasmas in the 280-700 eV photon energy region. The temporal behavior of the emission was essentially similar of that of the laser pulse with a slight delay between different transitions. These results provide feedback for accurate modeling of the atomic processes with the radiative hydrodynamic simulations.

論文

Observation of inverse spin Hall effect in ferromagnetic FePt alloys using spin Seebeck effect

関 剛斎*; 内田 健一*; 吉川 貴史*; Qiu, Z.*; 齊藤 英治; 高梨 弘毅*

Applied Physics Letters, 107(9), p.092401_1 - 092401_4, 2015/08

 被引用回数:15 パーセンタイル:24.02(Physics, Applied)

We experimentally observed the inverse spin Hall effect (ISHE) of ferromagnetic FePt alloys. Spin Seebeck effect due to the temperature gradient generated the spin current ($$J_s$$) in the FePt$$vert$$Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ (YIG) structure, and $$J_s$$ was injected from YIG to FePt and converted to the charge current through ISHE of FePt. The significant difference in magnetization switching fields for FePt and YIG led to the clear separation of the voltage of ISHE from that of anomalous Nernst effect in FePt. We also investigated the effect of ordering of FePt crystal structure on the magnitude of ISHE voltage in FePt.

論文

Non-thermal effects on femtosecond laser ablation of polymers extracted from the oscillation of time-resolved reflectivity

熊田 高之; 赤木 浩; 板倉 隆二; 乙部 智仁; 錦野 将元; 横山 淳

Applied Physics Letters, 106(22), p.221605_1 - 221605_5, 2015/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:74.64(Physics, Applied)

時間分解反射率測定法を用いて透明高分子のフェムト秒レーザーアブレーションダイナミクスを追ったところ、アブレーション閾値以上の強度のポンプ光入射後に反射率の振動を観測した。本振動は試料表面と、非熱効果によって試料から剥離した薄膜において反射したプローブ光の干渉によるものであると結論付けた。

論文

Spontaneous formation of suboxidic coordination around Co in ferromagnetic rutile Ti$$_{0.95}$$Co$$_{0.05}$$O$$_2$$ film

Hu, W.*; 林 好一*; 福村 知昭*; 赤木 和人*; 塚田 捷*; 八方 直久*; 細川 伸也*; 大和田 謙二; 高橋 正光; 鈴木 基寛*; et al.

Applied Physics Letters, 106(22), p.222403_1 - 222403_5, 2015/06

 被引用回数:21 パーセンタイル:16.17(Physics, Applied)

The local atomic structures around Co in high temperature diluted ferromagnetic semiconductor Co-doped TiO$$_2$$ has been investigated using X-ray fluorescence holography and X-ray absorption fine structure experiments. While the Co atoms in the Ti$$_{0.99}$$Co$$_{0.01}$$O$$_2$$ simply substituted for Ti sites in the rutile structure, a suboxidic arrangement of CoO$$_2$$Ti$$_4$$ was found to form around Co in the Ti$$_{0.95}$$Co$$_{0.05}$$O$$_2$$ films. First-principles calculations supported the stability of the aggregated suboxidic clusters in the rutile TiO$$_2$$. The suboxidic coordination may be the source of strong exchange interaction, resulting in the high Curie temperature in Co-dopedTiO$$_2$$.

論文

Comprehensive study and design of scaled metal/high-$$k$$/Ge gate stacks with ultrathin aluminum oxide interlayers

淺原 亮平*; 秀島 伊織*; 岡 博*; 箕浦 佑也*; 小川 真吾*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*

Applied Physics Letters, 106(23), p.233503_1 - 233503_4, 2015/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:28.28(Physics, Applied)

サブnmの換算酸化膜厚を有する高性能金属/high-$$k$$/Geゲートスタック構造とその界面特性の改善を酸化アルミニウム中間層を使った界面反応制御によって実現した。物理および電気的な複合評価によってAlOx界面層の諸特性やプラズマ酸化などの詳細な関係を明らかにした。

論文

Transverse thermoelectric effect in La$$_{0.67}$$Sr$$_{0.33}$$MnO$$_3$$|SrRuO$$_3$$ superlattices

塩見 雄毅*; 半田 優*; 吉川 貴史*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 106(23), p.232403_1 - 232403_4, 2015/06

 被引用回数:18 パーセンタイル:19.47(Physics, Applied)

Transverse thermoelectric effects in response to an out-of-plane heat current have been studied in an external magnetic field for ferromagnetic superlattices consisting of La$$_{0.67}$$Sr$$_{0.33}$$MnO$$_3$$ and SrRuO$$_3$$ layers. The superlattices were fabricated on SrTiO$$_3$$ substrates by pulsed laser deposition. We found that the sign of the transverse thermoelectric voltage for the superlattices is opposite to that for La$$_{0.67}$$Sr$$_{0.33}$$MnO$$_3$$ and SrRuO$$_3$$ single layers at 200 K, implying an important role of spin Seebeck effects inside the superlattices. At 10 K, the magnetothermoelectric curves shift from the zero field due to an antiferromagnetic coupling between layers in the superlattices.

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