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論文

Giant spin hydrodynamic generation in laminar flow

高橋 遼*; 中堂 博之; 松尾 衛; 針井 一哉*; 大沼 悠一*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Nature Communications (Internet), 11, p.3009_1 - 3009_6, 2020/06

 被引用回数:0

Hydrodynamic motion can generate a flux of electron-spin's angular momentum via the coupling between fluid rotation and electron spins. Such hydrodynamic generation, called spin hydrodynamic generation (SHDG), has recently attracted attention in a wide range of fields, especially in spintronics. Spintronics deals with spin-mediated interconversion taking place on a micro or nano scale because of the spin-diffusion length scale. To be fully incorporated into the interconversion, SHDG physics should also be established in such a minute scale, where most fluids exhibit a laminar flow. Here, we report electric voltage generation due to the SHDG in a laminar flow of a liquid-metal mercury. The experimental results show a scaling rule unique to the laminar-flow SHDG. Furthermore, its energy con- version efficiency turns out to be about 105 greater than of the turbulent one. Our findings reveal that the laminar-flow SHDG is suitable to downsizing and to extend the coverage of fluid spintronics.

論文

Manipulation of saturation magnetization and perpendicular magnetic anisotropy in epitaxial Co$$_{x}$$Mn$$_{4-x}$$N films with ferrimagnetic compensation

伊藤 啓太*; 安富 陽子*; Zhu, S.*; Nurmamat, M.*; 田原 昌樹*; 都甲 薫*; 秋山 了太*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 小口 多美夫*; et al.

Physical Review B, 101(10), p.104401_1 - 104401_8, 2020/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

Spintronics devices utilizing a magnetic domain wall motion have attracted increasing attention, and ferrimagentic materials with almost compensated magnetic moments are highly required to realize the fast magnetic domain wall motion. Here, we report a key function for this purpose in anti-perovskite Co$$_{x}$$Mn$$_{4-x}$$N films. Perpendicular magnetization emerges for $$0.8 leq x$$, and the saturation magnetization reaches a minimum value at $$x = 0.8$$.

論文

Universal $$frac{1}{3}$$-suppression of magnonic shot noise in diffusive insulating magnets

仲田 光樹; 大沼 悠一*; 松尾 衛*

Physical Review B, 100(1), p.014406_1 - 014406_8, 2019/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

強磁性絶縁体接合系と比較し、不純物散乱をうける磁性絶縁体バルク中のマグノン流ノイズは$$frac{1}{3}$$に抑制されることを明らかにした。

論文

Laser control of magnonic topological phases in antiferromagnets

仲田 光樹; Kim, S. K.*; 高吉 慎太郎*

Physical Review B, 100(1), p.014421_1 - 014421_9, 2019/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:68.36(Materials Science, Multidisciplinary)

巨視的磁化が無いため これまでスピントロニクス分野で見落とされていた「Neel磁気秩序を有する反強磁性絶縁体」に着目し、マグノンに宿る「トポロジカル量子物性」の創発・発芽機構をFloquet理論の観点から理論的に確立・解明した。特に 「マグノン」に特有の「電場誘起の幾何学的位相」を活用し、「時間反転対称性により保護されたトポロジカル物性」の制御・デザイン方法を確立した。本研究により 反強磁性絶縁体に固有の「非平衡トポロジカル物性」のレーザー制御・光デザインが実現可能になる。2018年に量子光学分野の発展に対してノーベル物理学賞が与えられたことに象徴される通り、昨今のレーザー技術の進展は目覚ましい。本研究はそうした「量子光学」分野と「マグノンスピントロニクス」分野を紡ぎ、両者に「光マグノンスピントロニクス」という新たな架け橋をかける革新的研究と位置づけられる。

論文

放射線とスピントロニクス

家田 淳一

放射線と産業, (146), p.48 - 52, 2019/06

スピントロニクス研究の現状について、「何ができて何が課題なのか」、「国内外の研究動向は」といった側面を紹介し、最後に「放射線や量子ビームとの接点」について検討する。

論文

Tunable magnonic thermal Hall effect in skyrmion crystal phases of ferrimagnets

Kim, S. K.*; 仲田 光樹; Loss, D.*; Tserkovnyak, Y.*

Physical Review Letters, 122(5), p.057204_1 - 057204_6, 2019/02

 被引用回数:10 パーセンタイル:5.66(Physics, Multidisciplinary)

フェリ磁性スカーミオン結晶中のトポロジカルマグノンホール効果、およびその熱制御方法を理論的に提案する。

論文

Preferred site occupation of 3$$d$$ atoms in Ni$$_{x}$$Fe$$_{4-x}$$N (${it x}$ = 1 and 3) films revealed by X-ray absorption spectroscopy and magnetic circular dichroism

高田 郁弥*; 伊藤 啓太*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 高梨 弘毅*; 木村 昭夫*; 末益 崇*

Physical Review Materials (Internet), 2(2), p.024407_1 - 024407_5, 2018/02

 被引用回数:7 パーセンタイル:38.3(Materials Science, Multidisciplinary)

X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism measurements were performed at the Ni and Fe $$L_{2,3}$$ absorption edges for Ni$$_{x}$$Fe$$_{4-x}$$N (${it x}$ = 1 and 3) epitaxial films. Shoulders at approximately 2 eV above the Ni $$L_{2,3}$$ main peaks in the XAS spectrum of Ni$$_{3}$$FeN were interpreted to originate from hybridization of orbitals between Ni 3$$d$$ at face-centered (II) sites and N 2$$p$$ at body-centered sites, while such features were missing in NiFe$$_{3}$$N film. Similar shoulders were observed at Fe $$L_{2,3}$$ edges in both films. Hence, Ni atoms preferentially occupied corner (I) sites, where the hybridization was weak because of the relatively long distance between Ni at I sites and N atoms. The relatively large magnetic moment deduced from sum-rule analysis of NiFe$$_{3}$$N also showed a good agreement with the presence of Ni atoms at I sites.

論文

Tunable sign change of spin hall magnetoresistance in Pt/NiO/YIG structures

Hou, D.*; Qiu, Z.*; Barker, J.*; 佐藤 浩司*; 山本 慧; V$'e$lez, S.*; Gomez-Perez, J. M.*; Hueso, L. E.*; Casanova, F.*; 齊藤 英治

Physical Review Letters, 118(14), p.147202_1 - 147202_6, 2017/04

 被引用回数:66 パーセンタイル:1.58(Physics, Multidisciplinary)

Spin Hall magnetoresistance (SMR) has been investigated in Pt/NiO/YIG structures in a wide range of temperature and NiO thickness. The SMR shows a negative sign below a temperature that increases with the NiO thickness. This is contrary to a conventional SMR theory picture applied to the Pt/YIG bilayer, which always predicts a positive SMR. The negative SMR is found to persist even when NiO blocks the spin transmission between Pt and YIG, indicating it is governed by the spin current response of the NiO layer. We explain the negative SMR by the NiO "spin flop" coupled with YIG, which can be overridden at higher temperature by positive SMR contribution from YIG. This highlights the role of magnetic structure in antiferromagnets for transport of pure spin current in multilayers.

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:11 パーセンタイル:28.25(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

Spin-mechatronics

松尾 衛; 齊藤 英治; 前川 禎通

Journal of the Physical Society of Japan, 86(1), p.011011_1 - 011011_7, 2017/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:35.42(Physics, Multidisciplinary)

物体の機械運動に伴う力学的角運動量を用いたスピン制御およびスピン流生成の理論とその実証実験に関する我々の最新の研究成果をまとめた解説論文(Invited review paper)である。

論文

液体金属流体におけるスピン流発電

松尾 衛

応用物理, 86(1), p.31 - 35, 2017/01

スピントロニクスにおける最重要課題の一つがスピンの流れ「スピン流」の生成制御である。近年の微細加工技術の進展によってスピン流を媒介とする多様な物性現象を探索されている。本稿ではスピン流を媒介して液体金属流体運動から電圧を発生する「スピン流体発電」を紹介する。回転体中に普遍的に現れる相互作用、スピン回転結合により、物体の力学的角運動量とスピンとが相互変換される。その結果、細管に流した液体金属中の渦度分布からスピン流が生成され、管に沿った方向に電圧が生じる。これはスピントロニクスに動力を組み込む試みであり、MEMSとスピン流の融合したデバイス開発が期待される。

論文

放射性同位体を用いたスピン偏極陽電子ビーム

河裾 厚男

陽電子科学, (4), p.9 - 22, 2015/02

本稿では、放射性同位体から生ずる陽電子のスピン偏極性、スピン偏極陽電子ビームの開発、スピン偏極陽電子消滅の基礎、及び、スピン偏極ポジトロニウム測定による金属表面の電流誘起スピン蓄積の研究、について解説する。

論文

Contact-induced spin polarization in BNNT(CNT)/TM (TM=Co, Ni)nanocomposites

Kuzubov, A. A.*; Kovaleva, E. A.*; Avramov, P. V.*; Kuklin, A. V.*; Mikhaleva, N. S.*; Tomilin, F. N.*; 境 誠司; 圓谷 志郎; 松本 吉弘*; 楢本 洋*

Journal of Applied Physics, 116(8), p.084309_1 - 084309_4, 2014/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:55.31(Physics, Applied)

The interaction between carbon and BN nanotubes (NT) and transition metal Co and Ni supports was studied using electronic structure calculations. Several configurations of interfaces were considered, and the most stable ones were used for electronic structure analysis. All NT/Co interfaces were found to be more energetically favorable than NT/Ni, and conductive carbon nanotubes demonstrates lightly stronger bonding than semiconducting ones. The presence of contact-induced spin polarization was established for all nanocomposites. It was found that the contact-induced polarization of BNNT leads to the appearance of local conductivity in the vicinity of the interface while the rest of the nanotube lattice remains to be insulating.

論文

Atomic structure and physical properties of fused porphyrin nanoclusters

Avramov, P. V.*; Kuzubov, A. A.*; 境 誠司; 大伴 真名歩*; 圓谷 志郎; 松本 吉弘*; Eleseeva, N. S.*; Pomogaev, V. A.*; 楢本 洋*

Journal of Porphyrins and Phthalocyanines, 18(7), p.552 - 568, 2014/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Chemistry, Multidisciplinary)

A wide variety of planar and curved fused porphyrin/metalloporphyrin nanoclusters have been studied at the LC-GGA DFT level. It was found that curved and hollow-caged 0D and 1D nanoclusters are metastable and bear unique atomic and electronic structure and mechanical properties. Under different types of mechanical loads the nanoclusters display ultrastrong and superelastic properties. The curvature of the hollow cage nanoclusters leads to the redistribution of the metal d states near the Fermi level. The extremely high spin states allow one to use Fe-porphyrin nanoclusters as molecular supermagnets and logic quantum gates for holonomic quantum computations.

口頭

原子層スケールでみたグラフェン/ニッケル界面の電子スピン状態

境 誠司; 松本 吉弘*; 圓谷 志郎; 楢本 洋*; 小出 明広*; 藤川 高志*; 山内 泰*; 雨宮 健太*

no journal, , 

グラフェンは、長距離スピン輸送の実現や分子性材料をスピントロニクスに用いるためのベース材料として注目されている。本研究では、グラフェン基デバイスの基本構造であるグラフェン/磁性金属界面の電子スピン状態を、原子層スケールの深さ分解能を有する深さ分解X線磁気円二色性分光とスピン偏極He原子線による最表面スピン検出法を用いて調べた。その結果、単層グラフェン(SLG)/Ni(111)界面から数原子層の領域で、Ni薄膜の容易磁化方向が面内から面直方向に変化することが明らかになった。一方、SLGは、界面のNi原子層との相互作用により伝導を担う$$pi$$バンドの電子状態が変化しNiと逆向きのスピン偏極を生じることやスピン軌道相互作用の増大が生じることが分かった。

口頭

Spin-polarized positron beam study of surface spin polarization

Zhang, H.; 山本 春也; Li, H.; 前川 雅樹; 深谷 有喜; 河裾 厚男; 関 剛斎*; 齊藤 英治*; 高梨 弘毅*

no journal, , 

Some important magnetic effects, such as giant magnetoresistance and tunneling magnetoresistance, occur near the interface between magnetic and nonmagnetic layers. Spin-injection electrodes, which will be used in spin devices, are normally thin films. Spin phenomena such as the spin Hall effect and the giant Rashba effect occur near surfaces. These are potential applications of spin-polarized positron beam. In this presentation, we introduce our research and development of highly spin-polarized positron beam using a $$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga source in addition to conventional $$^{22}$$Na sources and their applications to the band structures of classical and new ferromagnets including Heusler alloys, the surface ferromagnetism, and current-induced spin polarization on some non-magnetic metal surfaces.

口頭

Spin orientation and electronic states at graphene/nickel interface

松本 吉弘*; 圓谷 志郎; 小出 明広*; 大伴 真名歩*; Avramov, P.*; 楢本 洋*; 雨宮 健太*; 藤川 高志*; 境 誠司

no journal, , 

グラフェン基スピントロニクスデバイスの特性を司るグラフェン/磁性金属界面の電子・スピン状態について、深さ分解X線磁気円二色性分光による調査を行った。その結果、グラフェン/ニッケル界面においてニッケル中の電子スピン(磁化)の安定な配置が面直方向に変化する特異な物性(界面誘起垂直磁気異方性)が生じることが明らかになった。さらに、界面における相互作用によりグラフェンの電子状態が変化し磁性を帯びることも分かった。

口頭

中性子反射率法による埋もれた界面の構造評価

武田 全康

no journal, , 

中性子反射率法は、ナノスケールの多層構造物質中に埋もれた界面の非破壊的な構造解析手法である。講演ではJ-PARCに設置されている磁性多層膜の構造解析に有効な偏極中性子反射率計の概要と測定例を紹介する。

口頭

スピン偏極陽電子ビームを用いた酸化亜鉛空孔誘起磁性の検出

阿部 浩之; 前川 雅樹; Zhou, K.*; 河裾 厚男

no journal, , 

近年、電子のスピンを利用した新たなデバイスの創生を目指して、スピントロニクス材料の研究が進められている。スピン偏極陽電子消滅測定法は、材料中の余剰スピンを検出することができる手法である。これは、陽電子と電子がスピン偏極している場合、消滅$$gamma$$線のドップラー拡がり測定で得られる電子運動量分布がスピン反転に対して非対称性を示すことを利用している。スピントロニクス材料研究で重要視される薄膜材料の評価を行うために、我々はスピン偏極陽電子ビーム開発を進めている。本研究では、このスピン偏極陽電子ビームを用いて、酸化亜鉛(ZnO)の空孔誘起強磁性の検出を試みた。100keV酸素イオン照射により、表面近傍に空孔型欠陥を導入し、正負磁場中において、消滅$$gamma$$線のドップラー拡がりスペクトルを観測した。その結果、磁場反転に対してスペクトル強度が変化することを見出した。これは、陽電子と消滅する電子がスピン偏極しており、磁場によってその向きを変えることを示している。

口頭

スピン偏極陽電子・ポジトロニウムの将来展開

河裾 厚男

no journal, , 

これまで原子力機構が行ってきたスピン偏極陽電子ビーム技術の開発とそれを用いた物性研究の成果を紹介するとともに、研究を通じて新たに掘り起こされた基礎的な問題点を指摘し、将来展開を標榜する。

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