力学回転による磁気構造操作

• Project/Area Number: 26610108
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Condensed matter physics II
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 針井 一哉 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 博士研究員 (00633900)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2015: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2014: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: スピンメカニクス / バーネット効果 / スピントロニクス / 高速回転装置

Outline of Annual Research Achievements

研究計画に従って１）空気軸受け式高速回転ユニットを製作し、加えて２）常磁性バーネット効果の観測と３）遠心管からの無線信号伝送実験を行った。それぞれの点について、以下のような成果が得られている。
１）空気軸受け式高速回転ユニットとして、外径25 mm、長さ70 mmのジルコニア製遠心管と、これを回転させるための砲金製空気軸受けを製作した。製作したユニットは現在、遠心管を最高320 Hzで回転可能である。現段階の回転限界は、ドライブエアにより遠心管が壁に押し付けられ、空気ベアリングが不安定化することに起因している。そこで、所定の回転速度へ到達させるため、ドライブエア流路の検討、遠心管のバランス調整を行っている。
２）常磁性バーネット効果の観測においては、磁化の回転下その場測定装置を作製し、磁気転移温度直上の常磁性状態ガドリニウム(Gd)棒を試料とした測定を行った。装置は高感度のフラックスゲート磁気センサとミューメタルシールド、Magic Angle Spinning (MAS)用回転装置からなっている。この装置を用いることで回転に起因する常磁性状態のGdの磁化を初めて観測することに成功した。磁化を生じさせた有効磁場は回転数に比例しており、その比例係数が約30 GHz/Tと電子の磁気回転比に対応する値であることから、観測された磁化は常磁性バーネット効果によるものであると結論できる。この結果は現在論文投稿準備中である。
３）遠心管からの無線信号伝送実験としてMAS用遠心管に測定回路を組み込み、回転下でNMR測定を行った。この結果、磁場と回転軸が直交した際に新奇なNMR信号線分裂が生じることを発見した。分裂のメカニズムをSchrodinger方程式の厳密解による解析で示し、実験結果とともにJapanese Journal of Applied Physics誌に報告した。

Research Products

• [Journal Article] Rotational Doppler Effect and Barnett Field in Spinning NMR (2015)
  • Author(s): H. Chudo, K. Harii, M. Matsuo, J. Ieda, M. Ono, S. Maekawa, and E. Saitoh
  • Journal Title: Journal of Physical Society of Japan Volume: 84 Issue: 4 Pages: 043601-043601
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.043601
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Line Splitting by Mechanical Rotation in Nuclear Magnetic Resonance (2015)
  • Author(s): K. Harii, H. Chudo, M. Ono, M. Matsuo, J. Ieda, S. Okayasu, S. Maekawa, E. Saitoh
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 54 Issue: 5 Pages: 050302-050302
  • DOI: 10.7567/jjap.54.050302
  • NAID: 210000145115
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] キュリー点近傍のGdのバーネット効果 (2015)
  • Author(s): 小野正雄，針井一哉，岡安悟，中堂博之，松尾衛，家田淳一，前川禎通，齊藤英治
  • Organizer: 日本物理学会70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学早稲田キャンパス(東京都新宿区)
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] 回転核磁気共鳴におけるBarnett磁場とBerry位相 (2015)
  • Author(s): 針井一哉, 中堂博之, 松尾衛, 家田淳一, 岡安悟, 小野正雄, 前川禎通, 齊藤英治
  • Organizer: 新学術領域研究(ナノスピン変換科学) 年次報告会
  • Place of Presentation: 京都大学桂キャンパス(京都市左京区)
  • Year and Date: 2015-03-14
• [Presentation] 常磁性状態のGdのバーネット効果 (2015)
  • Author(s): 小野正雄，針井一哉，岡安悟，中堂博之，松尾衛，家田淳一，前川禎通，齊藤英治
  • Organizer: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(神奈川県平塚市)
  • Year and Date: 2015-03-13
• [Presentation] 回転核磁気共鳴におけるベリー位相 (2014)
  • Author(s): 針井一哉, 中堂博之, 小野正雄, 松尾衛, 家田淳一, 岡安悟, 安岡弘志, 前川禎通, 齊藤英治
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋期学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2014-09-17
• [Presentation] 常磁性状態におけるバーネット効果の観測 (2014)
  • Author(s): 小野正雄，針井一哉，岡安悟，中堂博之，松尾衛，家田淳一，前川禎通，齊藤英治
  • Organizer: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • Place of Presentation: 北海道大学札幌キャンパス(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2014-09-17
• [Presentation] 回転NMRにおける幾何学的位相 (2014)
  • Author(s): 針井一哉, 中堂博之, 小野正雄, 松尾衛, 家田淳一, 岡安悟, 前川禎通, 齊藤英治
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋期大会
  • Place of Presentation: 中部大学春日井キャンパス(愛知県春日井市)
  • Year and Date: 2014-09-10
• [Presentation] Spin mechatronics of nuclei and electrons for Spin current based devices (2014)
  • Author(s): Kazuya Harii
  • Organizer: INA-ASRC-IMR Workshop
  • Place of Presentation: Granada, Spain
  • Year and Date: 2014-06-19