| 研究課題/領域番号 |
22K14593
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分29010:応用物性関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
埋田 真樹 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究職 (90914060)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2024年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 磁性 / 磁気回転効果 / 磁性流体 / バーネット効果 / スピンー回転結合 / スピントロニクス / 力学回転 / 磁性ナノ粒子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
バーネット効果は磁性体を回転させるとスピン角運動量と力学的角運動量が結合し、物質が磁化する現象である。本研究では、バーネット効果の対象を従来の金属塊や粉末（固体）から磁性ナノ粒子を含んだコロイド分散系（液体）に拡張する。高感度磁力計と液体の高速回転技術を構築する。非慣性系の物理と磁性ナノ粒子の並進・回転自由度を組み合わせることで、回転流体中で予期される粒子の自転現象を力学的整流効果として解明することを目指す。
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| 研究成果の概要 |
バーネット効果は、磁性体を力学回転させるとスピン回転結合によってスピン角運動量が回転軸方向に揃い、磁化が生じる現象である。磁気回転比が既知の物質では、磁性体にかかる慣性磁場＝バーネット磁場の強度から回転速度を見積もることができる。本研究では磁性流体中のコロイド磁性粒子にかかるバーネット磁場を測定する系を開発し、回転座標系中で液体中の粒子の回転速度を測定した。その結果、ナノ粒子の回転速度が外部回転よりも高速であること、また溶媒依存性により回転速度の制御が可能であることを明らかにした。液体中の粒子が慣性力と流体の粘性効果により駆動され、回転運動が整流されたことを示す成果である。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
磁気回転効果は物質中の角運動量と物体の運動を結びつける本質的な現象だが、従来は固体が中心だった。本研究は、磁性ナノ粒子を含む機能性流体に測定対象を拡張することで、慣性磁場を高感度に測定し、回転系における揺らぎ駆動の自発回転を初めて実証した。回転座標系下で熱揺動が整流されることでナノ粒子が角運動量を獲得する新しい力学機構を明らかにし、スピンと軌道の角運動量が流体中で結合する様子を観測した。本成果は、スピン流の非平衡ダイナミクスや非慣性系の流体力学の理解を深める基盤となる。社会的には、ナノスケール回転センサや流体駆動素子、対称性を利用した整流技術の創出に貢献する可能性を有する。
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