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山根 結太*; 深見 俊輔*; 家田 淳一
Physical Review Letters, 128(14), p.147201_1 - 147201_6, 2022/04
被引用回数：3 パーセンタイル：56.47(Physics, Multidisciplinary)らせん磁性体で最近発見された創発インダクタンスの理論を、空間反転対称性が破れた場合に生じるスピン軌道相互作用を考慮に入れることで任意の磁気テクスチャに拡張する。強磁性体中電子の動的アハロノフ-キャッシャー位相に基づく定式化で、スピン軌道創発インダクタンスの新概念提案を行う。スピン軌道創発インダクタンスは、空間的に一様な磁化でも磁性とスピン軌道相互作用の共存で普遍的に生じ、広範囲の温度と周波数で安定した動作を実現する。空間反転非対称性を備えた強磁性体を含む広く研究されている実験系を、本研究が提供する新しい視点で再考することで、超広帯域周波数範囲でのスピン軌道物理学とスピントロニクスベースの電力管理の研究に新しいパラダイムを開くことにつながる。
船戸 匠*; 松尾 衛
Physical Review Letters, 128(7), p.077201_1 - 077201_6, 2022/02
被引用回数：3 パーセンタイル：56.47(Physics, Multidisciplinary)The spin-motive force (SMF) in a simple ferromagnetic monolayer caused by a surface acoustic wave is studied theoretically via spin-vorticity coupling (SVC). The SMF has two mechanisms. The first is the SVC-driven SMF, which produces the first harmonic electromotive force, and the second is the interplay between the SVC and the magnetoelastic coupling, which produces the dc and second harmonic electromotive forces. We show that these electric voltages induced by a Rayleigh-type surface acoustic wave can be detected in polycrystalline nickel. No sophisticated device structures, noncollinear magnetic structures, or strong spin-orbit materials are used in our approach. Consequently, it is intended to broaden the spectrum of SMF applications considerably.
家田 淳一; 山根 結太*
Physical Review B, 103(10), p.L100402_1 - L100402_5, 2021/03
被引用回数：15 パーセンタイル：78.56(Materials Science, Multidisciplinary)The emergent induction of spiral magnets that was proposed [Nagaosa, Jpn. J. Appl. Phys. 58, 120909 (2019)] and recently demonstrated [Yokouchi et al., Nature 586, 232 (2020)] is shown to be further extended by a comprehensive treatment of the Rashba spin-orbit coupling and the electron spin relaxation that affect the underlying processes of spin-transfer torque and spinmotive force. Within adiabatic approximation, we show that the output voltages are widely altered intrinsically via the Rashba effect whereas extrinsically via the nonadiabatic correction due to the spin relaxation and sample disorder. The findings respectively clarify the origins for the amplitude modulation and sign change of the emergent inductance with tunability by electrical gating and careful sample preparation.
山根 結太*; 家田 淳一
Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 491, p.165550_1 - 165550_5, 2019/12
被引用回数：6 パーセンタイル：31.53(Materials Science, Multidisciplinary)We present an analytical study on the spinmotive force (SMF) generated by translational motion of magnetic skyrmion. A SMF refers to an electrical voltage induced by dynamical magnetic textures, which reflects the spatiotemporal variation of the magnetization. The dynamics of a skyrmion thus can be detected by a SMF measurement, which may play an important role in future skyrmion-based technologies. We find the dependence of the SMF on skyrmion structure (e.g., skyrmion or anti-skyrmion, Neel or Bloch type, and the polarity of the skyrmion core) and Rashba and Dresselhaus spin-orbit couplings (SOCs). To this end, we derive explicit formulae for the spin-dependent electric fields originating from the two SOCs. Our findings offer a comprehensive understanding of the phenomenon and an estimation of the electrical voltage signal associated with a moving skyrmion for a given experiment.
Zhou, W.*; 関 剛斎*; 今村 裕志*; 家田 淳一; 高梨 弘毅*
Physical Review B, 100(9), p.094424_1 - 094424_5, 2019/09
被引用回数：6 パーセンタイル：32.35(Materials Science, Multidisciplinary)The generation of the spinmotive force (SMF) requires the temporal and spatial variations of the magnetic moments. We explore an approach to satisfy this requirement by creating asymmetry in a thin film structure along the out-of-plane direction, through the use of an exchange-coupled 
1
-FePt / Ni
Fe
bilayer element. As the spin wave is excited by rf magnetic field, a continuous dc voltage signal along the out-of-plane direction of the bilayer element appears. The sign of the voltage signal and its microwave power dependency agree with the theoretical framework of the SMF. The corresponding spin wave modes are revealed by carrying out the micromagnetic simulation. Our results demonstrate the generation of the SMF using a vertically structured element in addition to previously reported in-plane structured devices.
家田 淳一; 前川 禎通
Spin Current (2nd Edition), p.69 - 92, 2017/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Engineering, Electrical & Electronic)この章では、磁気伝導体のスピン流と電圧を発生させる新しい概念であるスピン起電力(SMF)について概説する。SMFは、伝導スピンと磁化の間の交換相互作用を介して磁気ナノ構造に誘起され、断熱的,非断熱的、およびそれらのスピン-軌道結合等価物の様々なタイプのスピン電界が見出されている。実験では、スピン軌道結合の寄与を含め断熱的SMFが観察されているが、非断熱効果の検出はいまだ困難である。SMFは、磁化ダイナミクスの電気的検出を提供するため、通常の方法では困難であった反強磁性体のダイナミクスを検出することができるなど様々な応用につながると期待される。
大塚 紀彰; 松井 義典; 土谷 邦彦; 松井 哲也*; 有田 節男*; 和田 將平*
Proceedings of 23rd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-23) (DVD-ROM), 7 Pages, 2015/05
東京電力福島第一原子力発電所で発生した事故を教訓に、過酷事故においても水位、水素濃度等を計測可能な機器の開発が求められている。特に、高温過酷環境においても使用可能な水素センサの開発は、水素爆発の防止の観点から必要不可欠である。本研究では、過酷環境下用計測機器の一環として、固体電解質を用いた水素濃度センサを開発し、過酷環境下における適用性の評価を目的とした特性試験を実施した。雰囲気温度400
Cにおける試験の結果、水素センサは水素濃度に応じた電圧を得られることを確認した。また雰囲気圧力0
1MPaの環境においても、水素濃度及び圧力変化に応じた電圧を得たことから、過酷環境下用計測機器としての見通しを得た。
白井 理*; 山名 元*; 岩井 孝; 荒井 康夫
Proceedings of Nuclear Fuel Cycle Technologies Closing the Fuel Cycle (CD-ROM), 7 Pages, 2003/00
窒化物燃料の乾式再処理に関する研究成果をレビューする。起電力測定で求めたUN, NpN及びPuNの塩化物溶融塩中での平衡電位は、各々の窒化物に関する熱力学的諸量からの評価値とほぼ一致した。また、UN, NpN, PuNを陽極として定電位差電解を行い、陰極にアクチノイドを回収することに成功した。講演では、今後の研究課題についても議論する予定である。
倉富 敬*; 山口 憲司; 山脇 道夫*; Bak, T.*; Nowotny, J.*; Rekas, M.*; Sorrell, C. C.*
Solid State Ionics, 154-155, p.223 - 228, 2002/12
被引用回数：14 パーセンタイル：57.54(Chemistry, Physical)多結晶質TiO
の半導体特性を1023-1223Kの範囲で電気伝導度と熱起電力の同時測定により測定した。それぞれの測定により、バンド幅は3.34, 3.13eVと求まった。さらに、正孔と電子の移動度の比は温度の上昇とともに減少することが明らかになったものの、この事実は温度に対してほとんど依存性を示さなかった単結晶の場合とは異なる結果となった。この違いは、多結晶質TiOにおける粒界の影響によるものと考えられた。
/Np couple in LiCl-KCl eutectic melts白井 理; 飯塚 政利*; 岩井 孝; 荒井 康夫
Journal of Applied Electrochemistry, 31(9), p.1055 - 1060, 2001/09
被引用回数：22 パーセンタイル：47.09(Electrochemistry)723~823KのLiCL-KCl共晶塩中でのNp/Npの酸化還元対の電気化学挙動を起電力測定、サイクリックボルタンメトリー及びクロノポテンショメトリーにより調べた。Ag/AgCl参照電極(1wt%AgCl-LiCl-KCl)に対するNp/Npの標準酸化還元電位(E
)は次式で表されることがわかった。E=-2.0298+0.0000706
T(V)。また、LiCL-KCl中でのNpの拡散係数(D
)は、D=2.2210
+6.8810
T+5.6010
T
(cm・s
)であった。サイクリックボルタモグラムにはNpのバルクの析出・溶解だけでなく、アンダーポテンシャルデポジションによるNpの吸脱着波が観察された。このピーク電位の解析からNpの仕事関数は3.04eVと予測できた。
日浦 寛雄*; 遠藤 泰一; 山浦 高幸; 松井 義典; 新見 素二; 星屋 泰二; 小檜山 守*; 本橋 嘉信*
JAERI-Conf 99-006, p.343 - 348, 1999/08
軽水炉の高燃焼度燃料の健全性確認には、燃料内の酸素ポテンシャル変化を把握することが重要なファクタとなっている。この変化を把握するためには高温度及び高照射量で使用可能と考えられるジルコニア固体電解質を用いた酸素センサが有力である。また、Ni/NiOを固体標準極として使用することによりセンサの小型化が可能となり燃料棒への内蔵が容易になると期待される。そこでこのセンサをJMTRで中性子照射し、中性子照射下における起電力特性を調べた。この結果、Y
O
で安定化したジルコニア固体電解質(YSZ)を用いたセンサは、中性子フルエンス(E
1MeV)1.510
m
まで照射しても、未照射センサとほぼ同じ起電力特性を示した。しかしながら、この起電力は計算値より低い値であった。この原因は固体電解質と標準極の密着性が不十分であったためと判明し、このため、この密着性を改善した結果、センサの起電力特性を著しく改善した。
Gd
O
by solid state EMF measurements中村 彰夫
Zeitschrift f
r Physikalische Chemie, 207, p.223 - 243, 1998/00
固相起電力法(Ni,NiO|安定化ジルコニア|UGdyO)により表記のウラン-ガドリニア固溶体系(y=0.05,0.10,0.20,0.30)の酸素ポテンシャル(g(D)=h(O)-TS(O))を0.0025≦x≦0.18,及び500≦T≦1100Cの範囲で正確に決定した。得られたg(O)データに統計処理を行うことにより、その酸素の部分モルエンタルピー及びエントロピー(h(O),S(O))を、温度T(K),不定比組成(x)及びGd含有量(y)の関数として正確に表す熱力学的表式を導いた。その結果、本系のanti-g(O),h(O),S(O)が、すべて各々のx,Tを含む単一のマスター・カーブで表されることが明らかにされた(その相対的変化のみがyに比例して変化する)。他の温度及びy領域をカバーする文献データとの比較から、ここで導いた表式がT=1500C及びy~0.6の範囲まで適用可能なことがわかった。
小奈 勝也*
PNC TJ1360 97-001, 53 Pages, 1997/03
放射性廃棄物の処分に係る研究施設の立地誘発のために、昭和60年度より「ジオトピア構想」という地下環境の開発利用に関する調査研究を実施してきている。超電導エレベータや温度差利用駆動モータ等の革新的技術の開発は、このような背景から着手したものである。さらに、より地域振興への貢献と科学技術への関心を高めることを目標として、平成3年よりその技術を一般市民が理解し易い模型などの「触れる」形態にする作業を実施してきており、放射性廃棄物から発生する熱を利用することを目標とした熱電変換素子(ゼーベック素子)を組込んで駆動する模型や温度差で駆動するモータ(スターリング・エンジン)等の検討を実施してきた。今年度は、これら熱(温度差)利用を発生源に近い環境から、「上流域」、「中流域」、「下流域」を区別して、それぞれの区分に適したシステムの開発を検討した。「上流域」では、スターリング・エンジンを発電システムへ組込むことを想定したモデルの製作に関する予備検討を行った。検討に際しては、関係者からなる検討会を設置して行った。「中流域」では、ゼーベック素子による発電システムを、電池への充電を可能にするシステムを検討した。「下流域」では、様々な気体分子をファンデル・ワールス力で包含させた、いわゆる「ガス・クラスレート(気体の水和物)」の分解圧を利用した駆動システムを検討した。
日浦 寛雄*; 遠藤 泰一; 山浦 高幸; 新見 素二; 星屋 泰二; 齋藤 順市; 相沢 静男; 大岡 紀一; 小桧山 守*
JAERI-Research 97-028, 46 Pages, 1997/03
JAERI-Research-97-028.pdf:2.49MB
原研大洗研究所材料試験炉部では、軽水炉等で照射された高燃焼度燃料内部の化学的挙動を解明することを目的に、燃料棒内酸素ポテンシャル測定技術の開発を行っている。本試験においては、MgO,CaO,YOで各々安定化したジルコニア固体電解質(MSZ,CSZ,YSZ)を用いた酸素センサを材料試験炉(JMTR)で中性子照射し、照射下及び照射後測定においてその起電力特性等について評価した。その結果、照射下測定ではYSZ試料の起電力は照射量の増加にともない徐々に低下した。また照射後測定ではMSZ,CSZ,YSZ試料で照射とともにセンサ起電力は低下するが、CSZ試料はMSZ,YSZ試料に比べ起電力の低下が少ないことが判明した。
山田 政治; 荒 克之
計測と制御, 33(12), p.1070 - 1075, 1994/12
HTTR炉心出口ガス温度の監視用センサとして、ナイクロシル・ナイシル熱電対の採用を検討するため、高温ヘリウム中で長期間の加熱試験を行った。試験の目的は、熱電対をシース型として使用するため、高温ヘリウム中でのシース材料と熱電対素線の両立性、及びシース材の耐久性を調べることである。シース材料として耐熱金属の中からインコネル600、インコロイ800、インコロイ825、ハステロイX、ナイクロシルの5種を選択し、実用サイズとして予定されているシース外径8mm中の試料を製作し、ヘリウム雰囲気中で約1200C、20000時間の加熱を行った。この結果、長時間の使用ではシース材料によって熱起電力の安定性に大きく差が出ることが認められた。加熱中の温度の記録、及び加熱後の試料の分析、検査の結果から、シース材としてナイクロシルを使うことにより要求を満足するとの結論が得られた。
not registered
PNC TJ1360 93-001, 128 Pages, 1993/03
地下は人類にとっての重要な未踏領域の一つであり、地下(地底)の持つ様々の特徴を活かし利用するための検討は必要かつ重要である。このため動力炉・核燃料開発事業団では地底総合開発構想(ジオトピア構想)として過去5年間にわたり検討を進めてきた。本構想の実現にあたっては、地下をよく知るための探査・診断技術、深部との往来・通信技術、建設・施工技術等、幅広いシステム工学、人間工学等に係わる技術検討が必要と考え、昨年度からは地下開発に関する先導的新技術に焦点を当て調査研究を進めることとした。熱電変換は、近年ペルチェ効果によるソリッド・ステート冷却・加熱が盛んに利用され、とりわけ光通信用半導体レーザなどの精密温度制御は、電子デバイスの高性能化の代表例である。一方、ゼーベック効果を利用した熱電発電システムは、12年間の宇宙旅行後、1989年8月に海王星に大接近した惑星探査機VOVAGER2号の発電器として使われ、長寿命電源としての信頼性が高いことが再確認された。ジオトピア構想の検討では、これまでに地下空間において独立してエネルギーを抽出していく技術、とりわけ小温度差を駆動エネルギーとして利用する各種の変換技術を検討してきた。本年度は、その中から熱電素子に注目し、その研究開発状況と利用形態について調査し、とりまとめを行った。超電導、レーザー等の先端技術を模倣あるいは駆使した模型、玩具等グッズの制作メーカーを調査し、これらのなかからテラフォーミングに利用可能な単体の設計背景、発展計画等も調査した。
荒 克之; 山田 政治; 若山 直昭; 小林 一夫*
Journal of Nuclear Science and Technology, 24(6), p.480 - 489, 1987/06
被引用回数：2 パーセンタイル：29.75(Nuclear Science & Technology)多目的高温ガス炉用炉内温度センサとして、白金モリブデン合金熱電対を実用化するため、Pt-5%Mo/Pt-0.1%Mo熱電対の裸素線を試作し、高温アルゴン中および高温真空中で加熱して、熱起電力、機械的強度、金属組織の安定性を調べた。高温アルゴン中では不純物ガスによるMoの選択的な酸化や炭化が生じ、機械的強度が大巾に低下し、粒界腐食が生じたが、真空中では熱電的、機械的、金属組織的な諸特性はすべて安定していた。これより、素線回りの雰囲気管理の重要性が明らかとなり、不純物ガスのゲッター材であるタンタルをシースとしたTaシース熱電対を試作して1200C3000時間の長期高温試験を実施した。その結果、熱起電力ドリフトは0.7%以下で、素線の機械的強度の劣化もなく、すべて良好に作動した。これより、実用化へ向かっての開発の見通しが得られた。
家田 淳一; 山根 結太*; Hemmatiyan, S.*; Sinova, J.*; 前川 禎通
no journal, ,
磁場勾配のもとにおかれた磁気バブル配列が電圧(スピン起電力)を生成することを示す。発生する電圧の理論式を導出し、電流駆動磁化ダイナミクスにおける非断熱性を記述する現象論的パラメータ
の値を直接測定する手段を与える。このスピン起電力によって、磁場勾配を利用した新しいタイプのスピントロニ クス素子開発への扉が開かれる。
大塚 紀彰; 松井 義典; 土谷 邦彦; 松井 哲也*; 有田 節男*; 和田 將平*
no journal, ,
東京電力福島第一原子力発電所事故における教訓を踏まえ、実用発電用原子炉の安全対策高度化に資する技術開発の一環として、過酷環境下でも測定可能な水素濃度センサの開発が必要不可欠である。本研究は、耐熱・耐放射線・耐圧性に優れた水素濃度センサを開発するために、固体電解質型水素濃度センサを選定し、高温環境下(室温700C)における水素濃度(0.013.5%)と起電力との関係を調べた。この結果、300700Cの範囲における水素濃度変化に対して、起電力が変化することを観測した。得られた起電力は、内部水素濃度を補正することにより、ネルンストの式と良い一致を示した。このことから、開発した固体電解質型水素濃度センサが、高温環境下における適用性を有するという見通しを得た。
家田 淳一; 山根 結太*; Sinova, J.*
no journal, ,
近年、反強磁性物質が技術応用上の興味を集めている。ここで、反強磁性金属におけるスピン伝導を理解するうえでは強磁性体ベースのスピントロニクスで重要な役割を果たしていたs-d交換相互作用に加え、副格子の自由度を考慮する必要がある。本講演では、それらを考慮することで、反強磁性磁壁の運動や反強磁性共鳴により電圧生成が可能であることを理論的に明らかにする。この結果は、反強磁性体の運動を電気的に検出する新しい手法を提供するため、今後の反強磁性スピントロニクスの展開において重要な役割を果たすことが期待される。また、同様の手法により、反強磁性体におけるスピントランスファートルクの定式化を行う。電子と磁化の交換相互作用と副格子間の電子ダイナミクスを競合するモデルパラメータとして、それぞれが支配的となる二つの極限について調査した。本成果は様々な形態の反強磁性物質におけるスピントルクを定量化する手段を与える。
