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北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
Japanese Journal of Applied Physics, 63(3), p.032005_1 - 032005_6, 2024/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Applied)検出器の応答パターンを利用した新しいガンマ線イメージング技術を紹介する。この方法では、三次元状にランダムに配置された複数の遮蔽体キューブを使用する。これらのキューブで定義された領域内では、ガンマ線の入射方向に基づいて固有のガンマ線フラックスパターンが形成される。このパターンは、複数のシンチレーターキューブの応答パターンとして測定される。ガンマ線の入射方向と対応する検出器応答パターンを事前に測定することで、アンフォールディング法を用いて入射方向を推定することができる。
Cs点線源を用いてシミュレーションを行った。その結果、10MBqのCs線源をイメージャーから3m離れた位置に設置した場合、約10
の角度分解能で撮像できることがわかった。これらの結果は、我々の新しい方法が既存のガンマ線イメージング技術と同等以上の性能を有することを示唆している。この撮像法の応用としては、原子力発電所の廃止措置、核医学、セキュリティ、天文学などが考えられる。
石川 卓門*; 松尾 衛; 加藤 岳生*
Physical Review B, 107(5), p.054426_1 - 054426_9, 2023/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)We study the temperature dependence of spin-Hall magnetoresistance (SMR) in antiferromagnetic-insulator/metal bilayer systems. We calculate the amplitude of the SMR signal by using a quantum Monte Carlo simulation and examine how the SMR depends on the amplitude of the spin, thickness of the antiferromagnetic-insulator layer, and randomness of the exchange interactions. Our results for simple quantum spin models provide a useful starting point for understanding SMR measurements on atomic layers of magnetic compounds.
北山 佳治; 野上 光博*; 人見 啓太朗*
KEK Proceedings 2022-3, p.46 - 53, 2023/01
街灯の光で夜道に映し出された自分の影の向きや形から街灯の位置を予想することができる。この考えをガンマ線イメージャーに応用したものはCoded apertureとして知られている。今回、立体的な遮蔽とシンチレータ結晶配置を持ったCoded Cube Camera - POrtable (C3PO)を発案した。C3POは鉛、シンチレータ、空乏でできたキューブを3
33のルーリックキューブ状にランダムに配置したもので、各シンチレータの出力は3次元影模様を作り出す。三次元影からアンフォールディングによって線源方向分布にもどる。今回、Geant 4を用いたシミュレーションでその特性や実現可能性を検討した。
Sn thin films by magneto-optical Kerr effect内村 友宏*; Yoon, J.-Y.*; 佐藤 佑磨*; 竹内 祐太郎*; 金井 駿*; 武智 涼太*; 岸 桂輔*; 山根 結太*; DuttaGupta, S.*; 家田 淳一; et al.
Applied Physics Letters, 120(17), p.172405_1 - 172405_5, 2022/04
被引用回数：11 パーセンタイル：84.45(Physics, Applied)We perform a hysteresis-loop measurement and domain imaging for 
-oriented 
-Mn
Sn
thin films using magneto-optical Kerr effect (MOKE) and compare it with the anomalous Hall effect (AHE) measurement. We obtain a large Kerr rotation angle of 10 mdeg., comparable with bulk single-crystal MnSn. The composition 
dependence of AHE and MOKE shows a similar trend, suggesting the same origin, i.e., the non-vanishing Berry curvature in the momentum space. Magnetic domain observation at the saturated state shows that x dependence of AHE and MOKE is explained by an amount of reversible area that crucially depends on the crystalline structure of the film. Furthermore, in-depth observation of the reversal process reveals that the reversal starts with nucleation of sub-micrometer-scale domains dispersed in the film, followed by a domain expansion, where the domain wall preferentially propagates along the ![$$[11bar{2}0]$$](/search/images/ERNTCMK2MJQXE4ZSPUYF0JA.gif)
direction. Our study provides a basic understanding of the spatial evolution of the reversal of chiral-spin structure in non-collinear antiferromagnetic thin films.
竹安 正則; 藤原 健壮
JAEA-Review 2021-061, 11 Pages, 2022/03
JAEA-Review-2021-061.pdf:1.78MB
福島県は、ホールボディカウンター(WBC)を用いて、福島県民を対象とした内部被ばく検査(以下、福島県WBC検査という。)を実施している。日本原子力研究開発機構は、福島県が実施しているWBC検査に対して開始当初から継続的に協力してきた。本資料では、これまでの福島県WBC検査について、検査データ、住民からの問合せ対応結果などをレビューし、まとめた。また、参考情報として、他の機関が実施し公開されている検査の結果についてもまとめた。
Schreiber, F.*; Meer, H.*; Schmitt, C.*; Ramos, R.*; 齊藤 英治; Baldrati, L.*; Kl
ui, M.*
Physical Review Applied (Internet), 16(6), p.064023_1 - 064023_9, 2021/12
被引用回数：3 パーセンタイル：26.56(Physics, Applied)We analyze the complex impact of the local magnetic spin texture on the transverse Hall-type voltage in device structures utilized to measure magnetoresistance effects. We find a highly localized and asymmetric magnetic sensitivity in the eight-terminal geometries that are frequently used in current-induced switching experiments, for instance, to probe antiferromagnetic materials. Using current-induced switching of antiferromagnetic NiO/Pt as an example, we estimate the change in the spin Hall magnetoresistance signal associated with switching events based on the domain-switching patterns observed via direct imaging. This estimate correlates with the actual electrical data after subtraction of a nonmagnetic contribution. Here, the consistency of the correlation across three measurement geometries with fundamentally different switching patterns strongly indicates a magnetic origin of the measured and analyzed electrical signals.
荒木 康史; 家田 淳一
Physical Review Letters, 127(21), p.277205_1 - 277205_7, 2021/12
被引用回数：5 パーセンタイル：54.81(Physics, Multidisciplinary)強いスピン-軌道相互作用の下での電子系には、運動量空間内のトポロジーが発現する。この電子系トポロジーは磁性体中の磁気構造に対して、乱れや熱揺らぎに影響されない電場誘起トルクを与える。本研究では現象論的なトルクの分類に基づき、バンドトポロジーとトルクの間の直接的な関係を示す。内因性異常ホール効果と同様に、トルクにもまた、非平衡輸送電流に依らず異常速度に起因した内因的効果が現れる。特に本論文では、磁気構造内でのみ現れる内因的トルクの存在を明らかにし、これを「トポロジカルホールトルク(THT)」と呼ぶ。このTHTはバルク結晶中で現れ、界面や表面といった構造を用いる必要がないものである。数値モデルの計算に基づき、金属強磁性体中での従来のスピン移行トルクと比較して、このTHTは非常に大きなトルクを与えることを明らかにする。特に金属強磁性体
における実験で報告されていた巨大な電流誘起トルクは、このTHTとして理解できることを示す。
竹内 祐太郎*; 山根 結太*; Yoon, J.-Y.*; 伊藤 隆一*; 陣内 佛霖*; 金井 駿*; 家田 淳一; 深見 俊輔*; 大野 英男*
Nature Materials, 20(10), p.1364 - 1370, 2021/10
被引用回数：84 パーセンタイル：98.68(Chemistry, Physical)Electrical manipulation of magnetic materials by current-induced spin torque constitutes the basis of spintronics. Recent studies have demonstrated electrical controls of ferromagnets and collinear antiferromagnets by spin-orbit torque (SOT). Here we show an unconventional response to SOT of a non-collinear antiferromagnet, which has recently attracted great attention owing to large anomalous Hall effect despite vanishingly small net magnetization. In heterostructures with epitaxial non-collinear antiferromagnet MnSn, we observe a characteristic fluctuation of Hall resistance, which is attributed to a persistent rotation of chiral-spin structure of MnSn driven by SOT. We find that level of the fluctuation that varies with sample size represents the number of magnetic domains of Mn
Sn. In addition, MnSn thickness dependence of critical current reveals that SOT generated by small current density below 20 MA cm
effectively acts on the chiral-spin structure even in thick MnSn above 20 nm. The results provide unprecedented pathways of electrical manipulation of magnetic materials, offering new-concept spintronics devices with unconventional functionalities and low-power consumption.
大柳 洸一*; Gomez-Perez, J. M.*; Zhang, X.-P.*; 吉川 貴史*; Chen, Y.*; Sagasta, E.*; Chuvilin, A.*; Hueso, L. E.*; Golovach, V. N.*; Sebastian Bergeret, F.*; et al.
Physical Review B, 104(13), p.134428_1 - 134428_14, 2021/10
被引用回数：13 パーセンタイル：78.56(Materials Science, Multidisciplinary)We report the observation of the spin Hall magnetoresistance (SMR) in a paramagnetic insulator. By measuring the transverse resistance in a Pt/GdGa
O
(GGG) system at low temperatures, paramagnetic SMR is found to appear with an intensity that increases with the magnetic field aligning GGG's spins. The observed effect is well supported by a microscopic SMR theory, which provides the parameters governing the spin transport at the interface. Our findings clarify the mechanism of spin exchange at a Pt/GGG interface, and demonstrate tunable spin-transfer torque through the field-induced magnetization of GGG. In this regard, paramagnetic insulators offer a key property for future spintronic devices.
O/YIG structureQi, J.*; Hou, D.*; Chen, Y.*; 齊藤 英治; Jin, X.*
Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 534, p.167980_1 - 167980_6, 2021/09
被引用回数：1 パーセンタイル：7.51(Materials Science, Multidisciplinary)Temperature dependence of the spin Hall magnetoresistance (SMR) has been investigated herein Pt/CrO/YFeO structure. Well below the N
el temperature of CrO, the SMR is not observed at the noise level of 1.2 ppm. In vicinity of the Nel temperature, only a positive SMR tracks the YIG magnetic switching process, supporting that the SMR of normal metal/antiferromagnetic insulator/ferromagnetic insulator trilayer is controlled by the Nel vector of the antiferromagnetic insulator. A high field magnetoresistance is observed up to an external magnetic field of 20000 Oe which has a field angle dependence symmetry consistent with the SMR. We attribute this high field magnetoresistance to be induced by the Hanle magnetoresistance in Pt.
Sn thin filmsYoon, J.-Y.*; 竹内 祐太郎*; DuttaGupta, S.*; 山根 結太*; 金井 駿*; 家田 淳一; 大野 英男*; 深見 俊輔*
AIP Advances (Internet), 11(6), p.065318_1 - 065318_6, 2021/06
被引用回数：14 パーセンタイル：78.56(Nanoscience & Nanotechnology)We investigate the relationship between structural parameters, magnetic ordering, and the anomalous Hall effect (AHE) of MnSn (
) thin films annealed at various temperature 
. The crystal structure changes with and and at 
C near the stoichiometric composition (
) epitaxial single-phase 
0
-MnSn(
) is obtained. At room temperature, a larger AHE is obtained when the single-phase epitaxial MnSn with the lattice constant closer to that of bulk is formed. The temperature dependence of the AHE shows different behaviors depending on and can be explained by considering the variation of magnetic ordering. A close inspection into the temperature and composition dependence suggests a variation of magnetic phase transition temperature with composition and/or a possible correlation between the AHE and Fermi level position with respect to the Weyl points. Our comprehensive study would provide the basis for utilizing the unique functionalities of non-collinear antiferromagnetic materials.
Cs outflow from forest floor adjacent to a residential area; Comparison of decontaminated and non-decontaminated forest floor新里 忠史; 渡辺 貴善
Global Environmental Research (Internet), 24(2), p.129 - 136, 2021/06
降雨期の福島県の森林において、土壌侵食に伴うセシウム137流出量の3年間にわたるモニタリングを除染地および未除染地において実施した。その結果、除染地でのセシウム137流出量は未除染地の10から14倍多いものの、除染地からのセシウム137流出率は林床被覆の回復に対応して3.24%から0.61%に減少した。林床被覆が60%以上に達すると、除染地でのセシウム137流出量は変動が小さくなり、流出率は未除染地と同レベルとなった。林床被覆の回復に伴うセシウム137流出量の減少は、雨滴衝撃に対する林床の保護効果の回復および流出物に含まれるセシウム137濃度の比較的高い土壌成分の割合が減少することによると考えられる。
荒木 康史; 三澤 貴宏*; 野村 健太郎*
Physical Review Research (Internet), 3(2), p.023219_1 - 023219_15, 2021/06
本論文では、トポロジカルディラック半金属(TDSM)表面のギャップレス状態を介した、長距離スピン伝送を理論面から提案する。次世代のスピントロニクス素子の構築のためには、散逸の少ないスピン流を実現することが必要である。主要なスピン流のキャリアは金属中の伝導電子や磁性絶縁体中のスピン波であるが、これらはジュール熱やギルバート緩和により伝播距離が制限される問題がある。本研究ではTDSM(CdAs, NaBi等)のスピン・ヘリカルな表面状態が、乱れに対して頑強である性質を用いて、低散逸で長距離のスピン輸送を提案する。2つの磁性絶縁体とTDSMの接合系を考え、一方の磁性体の磁化ダイナミクスにより、TDSM表面を介して他方の磁性体に注入されるスピン流に注目する。表面における輸送理論と、格子模型による実時間発展シミュレーションを併用することにより、TDSM表面を流れるスピン流は準量子化された値をとり、その値は界面の微視的な結合の構造によらないことを示す。さらに、このスピン流は長距離においても乱れに対して強いことを示し、TDSMがスピントロニクス素子へ応用可能な表面状態をもつことを提案する。
Baldrati, L.*; Schmitt, C.*; Gomonay, O.*; Lebrun, R.*; Ramos, R.*; 齊藤 英治; Sinova, J.*; Klui, M.*
Physical Review Letters, 125(7), p.077201_1 - 077201_6, 2020/08
被引用回数：36 パーセンタイル：91.52(Physics, Multidisciplinary)We achieve current-induced switching in collinear insulating antiferromagnetic CoO/Pt, with fourfold in-plane magnetic anisotropy. This is measured electrically by spin Hall magnetoresistance and confirmed by the magnetic field-induced spin-flop transition of the CoO layer. By applying current pulses and magnetic fields, we quantify the efficiency of the acting current-induced torques and estimate a current-field equivalence ratio of 
TA
m
. The Nel vector final state 
is in line with a thermomagnetoelastic switching mechanism for a negative magnetoelastic constant of the CoO.
荒木 康史; 三澤 貴宏*; 野村 健太郎*
Physical Review Research (Internet), 2(2), p.023195_1 - 023195_11, 2020/05
We theoretically manifest that the edge of a quantum spin Hall insulator (QSHI), attached to an insulating ferromagnet (FM), can realize a highly efficient spin-to-charge conversion. Based on a one-dimensional QSHI-FM junction, the electron dynamics on the QSHI edge is analyzed, driven by a magnetization dynamics in the FM. Under a large gap opening on the edge from the magnetic exchange coupling, we find that the spin injection into the QSHI edge gets suppressed while the charge current driven on the edge gets maximized, demanded by the band topology of the one-dimensional helical edge states.
Hou, D.*; Qiu, Z.*; 齊藤 英治
NPG Asia Materials, 11, p.35_1 - 35_6, 2019/07
被引用回数：40 パーセンタイル：84.4(Materials Science, Multidisciplinary)Spin transport is a key process in the operation of spin-based devices that has been the focus of spintronics research for the last two decades. Conductive materials, such as semiconductors and metals, in which the spin transport relies on electron diffusion, have been employed as the channels for spin transport in most studies. Due to the absence of conduction electrons, the potential to be a spin channel has long been neglected for insulators. However, since the demonstration of spin transmission through a ferromagnetic insulator, it was realized that insulators with magnetic ordering can also serve as channels for spin transport. Here, the recent progress of spin transport in antiferromagnetic insulators is briefly described with an introduction to the experimental techniques. The observations regarding the temperature dependence of spin transmission, spin current switching and the negative spin Hall magnetoresistance are discussed. We also include the challenges for developing the functionality of antiferromagnetic insulators as well as the unresolved problems from the experimental observations.
-FeO/NiO/Pt epitaxial stacksDong, B.-W.*; Baldrati, L.*; Schneider, C.*; 新関 友彦*; Ramos, R.*; Ross, A.*; Cramer, J.*; 齊藤 英治; Klui, M.*
Applied Physics Letters, 114(10), p.102405_1 - 102405_5, 2019/03
被引用回数：11 パーセンタイル：52.56(Physics, Applied)We study the spin Hall magnetoresistance (SMR) in epitaxial -FeO/NiO(001)/Pt stacks, as a function of temperature and thickness of the antiferromagnetic insulating NiO layer. Upon increasing the thickness of NiO from 0 nm to 10 nm, we detect a sign change of the SMR in the temperature range between 10 K and 280 K. This temperature dependence of the SMR in our stacks is different compared to that of previously studied yttrium iron garnet/NiO/Pt, as we do not find any peak or sign change as a function of temperature. We explain our data by a combination of spin current reflection from both the NiO/Pt and -FeO/NiO interfaces and the thickness-dependent exchange coupling mode between the NiO and -FeO layers, comprising parallel alignment for thin NiO and perpendicular alignment for thick NiO.
中村 仁宣; 中道 英男; 向 泰宣; 細馬 隆; 栗田 勉; LaFleur, A. M.*
Proceedings of International Conference on Mathematics & Computational Methods Applied to Nuclear Science & Engineering (M&C 2017) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2017/04
施設の計量管理と保障措置を適切に行うため、PITの前に実施するクリーンアウトの計画段階において、核物質の位置と量がどこにどれくらいあるかを把握することは極めて重要である。原子力機構とLANLは共同で、クリーンアウトにおいてMOX粉末の存在が目視で見ることができない課題に対し、MOX粉末の回収を支援するためのツール(BCAT)を、計算手法に基づく分散線源解析法(DSTA)を用いて開発した。BCATは単純な中性子測定器から構成され、運転員にホールドアップの位置を提供する。中性子測定結果から、ホールドアップの位置とその量を把握するために、57測定点からなるBCATの中性子測定結果とホールドアップの位置や量を知るために定義したエリア(53ヶ所)との関係をMCNPXシミュレーションに基づく行列手法(数学的な手法)で求めた。このため、MCNPXのモデルは、プロセス全体をより精密に構築する必要があった。BCATは運転員にホールドアップを回収すべき場所を提供することから、ホールドアップを効果的に回収することができるとともに、MUFの低減にも寄与する(MUFの低減は計量管理の改善に役立つ)。また、BCATは、核物質の効果的な回収に寄与するばかりではなく未測定在庫等の発見にも貢献する。原子力機構では廃止措置に係るグローブボックスの解体を、保障措置上の透明性を維持しながら実施するために、本ツールを効果的に活用していく予定である。
LaFleur, A. M.*; 中村 仁宣; Menlove, H. O.*; 向 泰宣; Swinhoe, M. T.*; Marlow, J. B.*; 栗田 勉
Proceedings of 37th ESARDA Annual Meeting (Internet), p.435 - 441, 2015/08
PCDFのグローブボックス内滞留核物質(ホールドアップ)を測定しているIBAS(中性子測定装置)は2010年に再校正を行い、測定バイアスの改善を実施してきた。2011年にクリーンアウトした際、各グローブボックスのホールドアップのアルファ値測定を実施したところ、校正時に使用した標準試料(アルファ: 0.67)に対し、15.8から31.5であり全く異なる値であった。このことから、この差が計量管理の測定に影響していないかどうかを確認するため、ホールドアップの中性子自己増倍測定及びMCNP計算を行い、校正式の妥当性確認を実施した。その結果、IBASの校正式は健全であることを確認することができた。この結果は実際のグローブボックス内の複数個所からの粉末回収及び精密測定に基づくものであり、今後のプルトニウムホールドアップへの計量管理や査察測定を行なう上で貴重な知見を提供するものである。
B+
He integrated continuous monitor (BHCM) to holdup monitoring in glove boxes向 泰宣; LaFleur, A. M.*; 中村 仁宣; Menlove, H. O.*; Swinhoe, M. T.*; Marlow, J. B.*; 栗田 勉
Proceedings of INMM 55th Annual Meeting (Internet), 8 Pages, 2014/07
ホールドアップの計量管理及び保障措置の改善及びHeの不足に伴う代替技術確立に向けた取り組みとして、B+He統合型中性子連続モニター(BHCM)を設計し、プルトニウム転換技術開発施設のグローブボックス中ホールドアップ測定を実施した。ここでは、BHCMの概要及び予備測定時におけるMCNPとの比較結果、並びに、運転時におけるグローブボックスの実測定において、全中性子計数率のトレンドデータと運転状態を比較して得られたB検出管のプロセスモニタリング能力の実証結果について報告する。
