| 研究課題/領域番号 |
15K05153
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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 |
松尾 衛 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 任期付研究員 (80581090)
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| 研究分担者 |
小野 正雄 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (50370375)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | スピン流 / スピントロニクス / 流体力学 |
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| 研究実績の概要 |
本研究課題ではスピン流と力学運動の交差する角運動量変換物性を理論・実験の両面から確立することを目指している。本年度は、1. 非平衡グリーン関数法を用いた、液体金属流体におけるスピン流生成の微視的理論の構築、2. 層流条件における液体金属流体のスピン流生成シグナル測定実験、3.スピン注入流体駆動の予備実験を行った。
1. 前年度に明らかにした液体金属の渦運動によって誘起されるスピン流生成現象（スピン流体発電）に関して、新たに非平衡グリーン関数法を用いて微視的理論を構築した。液体金属流体中の電子スピンの従うスピン拡散方程式を、Kadanoff-Baym方程式と呼ばれる量子運動論的方程式を出発点に、スピン・渦度結合を取り込んだスピン拡散方程式の導出に成功し、bareなスピン・渦度結合が液体金属流体中で繰り込まれて増強されることを理論的に明らかにした。さらに、層流では流速の1次に、乱流では流速の2次に比例する起電力信号が得られることを示した。この成果は論文にまとめ、現在投稿中である。
2. 上記１．において理論予言された、層流条件での流速依存性を実験的に確かめた。水銀を円筒細管に流し、流れ方向の起電力信号を測定できる実験系を構築した。層流条件を実現するために、新たに内径50μm, 75μm, 100μmの細管を用意し、起電力信号が流速に対して線型であることを確認した。 現在、ガリウム合金に対しても実験を進めている。
3. 前年度に引き続き、スピン注入による流体駆動の実証実験を進めている。スピンホール効果を用いて水銀にスピン注入を行い、スピン偏極の正負反転に伴って、流体の運動方向が反転するデータが得られ始めている。現在、スピン注入以外の要因（局所的熱膨張やelectrowettingなど）を排除するため、実験系の改良中である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
スピン流体発電については、前年度における理論構築および実証実験の成功に続き、理論面では非平衡グリーン関数法を用いた微視的理論を構築したことにより、発電の高効率化の指針を与える最重要パラメタである、スピン・渦度結合の物質依存性を解明できた。さらには層流条件における起電力信号の流速依存性が、乱流条件と質的に異なることを発見できた。この理論予言に従った実証実験も進んでいる。
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| 今後の研究の推進方策 |
スピン流体発電に関しては、理論予言に基づき、層流条件における水銀およびガリウム合金の起電力信号の流速依存性（流速の1次）を実験によって明らかにする。また、内径を細かく変化させて、起電力信号の内径依存性も明らかにする。
スピン注入流体駆動に関しては、非平衡グリーン関数法を用いた微視的理論を構築し、現在進行中の予備的実験を本格稼働させ、系統的実験を行う。
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