2016 Fiscal Year Research-status Report
スピン流と力学運動の交差する角運動量変換物性の開拓
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15K05153
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | スピン流 / スピントロニクス / 流体力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
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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| Strategy for Future Research Activity |
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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[Journal Article] Spin-mechatronics2017
Author(s)
M. Matsuo, E. Saitoh, and S. Maekawa
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Journal Title
Journal of the Physical Society of Japan
Volume: 86
Pages: 011011
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] スピンペルチェ効果の理論2017
Author(s)
大沼悠一, 松尾衛, 前川禎通
Organizer
日本物理学会 第72回年次大会
Place of Presentation
大阪大学豊中キャンパス（大阪府豊中市）
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-17
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[Presentation] 常磁性状態でのバーネット効果測定装置2016
Author(s)
小野正雄, 緒方裕大, 中堂博之, 針井一哉, 岡安悟, 家田淳一, 高橋遼, 前川禎道, 齊藤英治
Organizer
日本物理学会2016年秋季大会
Place of Presentation
金沢大学（石川県金沢市）
Year and Date
2016-09-13 – 2016-09-16
