2021/04/05 更新

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ミズグチ マサキ
水口 将輝
MIZUGUCHI Masaki
所属
未来材料・システム研究所 材料創製部門 教授
職名
教授
外部リンク

研究キーワード 8

  1. 薄膜

  2. 磁性材料

  3. 磁性

  4. 熱電変換

  5. 熱磁気効果

  6. スピントロニクス

  7. スピンカロリトロニクス

  8. エネルギー材料

研究分野 10

  1. ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / 電気電子材料工学

  2. ナノテク・材料 / 金属材料物性

  3. エネルギー / 量子ビーム科学

  4. ナノテク・材料 / 薄膜、表面界面物性

  5. ナノテク・材料 / 結晶工学

  6. 自然科学一般 / 磁性、超伝導、強相関系

  7. ナノテク・材料 / 無機物質、無機材料化学

  8. ナノテク・材料 / 応用物性

  9. ナノテク・材料 / 基礎物理化学

  10. ナノテク・材料 / ナノ材料科学

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現在の研究課題とSDGs 1

  1. 熱磁気効果を利用した環境発電技術の開発

経歴 3

  1. 名古屋大学 大学院 工学研究科 物質プロセス工学専攻   教授

    2020年5月 - 現在

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  2. 東北大学   金属材料研究所   准教授

    2009年5月 - 2020年4月

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  3. 量子科学技術研究開発機構   先端機能材料研究部   客員研究員 (兼任)

    2020年5月 - 現在

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所属学協会 8

  1. 米国電気電子学会 (IEEE)

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  2. 日本金属学会

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  3. 日本表面真空学会

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  4. 日本磁気学会

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  5. 日本物理学会

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  6. 日本放射光学会

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  7. 日本化学会

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  8. 応用物理学会

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委員歴 9

  1. SPRUC ナノスピントロニクス研究会   代表  

    2020年4月 - 現在   

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  2. 文部科学省 科学技術・学術政策研究所科学技術予測センター   専門調査員  

    2019年6月 - 現在   

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    団体区分:政府

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  3. 国際会議: ISSS-9 (9th International Symposium on Surface Science)   Program Committee  

    2019年1月 - 現在   

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    団体区分:学協会

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  4. 次世代放射光施設利用検討委員会   分科会委員  

    2019年1月 - 現在   

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    団体区分:その他

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  5. SPring-8ユーザー協同体   利用委員会委員 (分野融合担当 (ナノデバイス科学))  

    2017年8月 - 2019年9月   

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    団体区分:学協会

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  6. 国際論文誌: Science and Technology of Advanced Materials (STAM)   編集委員  

    2017年4月 - 現在   

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    団体区分:学協会

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  7. 日本物理学会   領域3 運営委員  

    2017年4月 - 2018年3月   

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    団体区分:学協会

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  8. 応用物理学会 スピントロニクス研究会   幹事  

    2013年9月 - 現在   

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    団体区分:学協会

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  9. 日本磁気学会   スピントロニクス専門研究会 世話人  

    2011年4月 - 現在   

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    団体区分:学協会

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受賞 4

  1. 永井科学技術財団賞 学術賞

    2021年3月   公益財団法人永井科学技術財団  

    水口将輝

  2. 第5回テクノバ賞

    2020年12月   株式会社 テクノバ  

    水口 将輝

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  3. 2019年度 矢崎学術賞(功績賞)

    2020年3月   公益財団法人 矢崎科学技術振興記念財団  

    水口 将輝

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  4. 2019年度(第9回)RIEC Award 東北大学研究者賞

    2019年11月   一般財団法人 電気通信工学振興会  

    水口 将輝

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論文 29

  1. Scanning magneto-optical Kerr effect (MOKE) measurement with element-selectivity by using a soft x-ray free-electron laser and an ellipsoidal mirror 査読有り

    Kubota Y.

    Applied Physics Letters   117 巻 ( 4 ) 頁: 042405 - 042405   2020年7月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Applied Physics Letters  

    DOI: 10.1063/5.0012348

    Scopus

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  2. Epitaxial L10-FeNi films with high degree of order and large uniaxial magnetic anisotropy fabricated by denitriding FeNiN films 査読有り

    Keita Ito, Masahiro Hayashida, Hiroto Masuda, Takahiro Nishio, Sho Goto, Hiroaki Kura, Tomoyuki Koganezawa, Masaki Mizuguchi, Yusuke Shimada, Toyohiko J. Konno, Hideto Yanagihara, Koki Takanashi

    Applied Physics Letters   116 巻 ( 24 ) 頁: 242404 - 242404   2020年6月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AIP Publishing  

    DOI: 10.1063/5.0011875

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  3. Anomalous Nernst effect in Co-x(MgO)(1-x) granular thin films 査読有り

    P. Sheng, T. Fujita, M. Mizuguchi

    APPLIED PHYSICS LETTERS   116 巻 ( 14 ) 頁: 142403   2020年4月

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    担当区分:最終著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER INST PHYSICS  

    The anomalous Nernst effect (ANE) is investigated for 100nm Co-x(MgO)(1-x) granular films as a function of the Co volume fraction (x) changes. The results show that by slightly adding MgO into the Co matrix, the anomalous Nernst angle (theta(AN)) can be largely enhanced more than three times compared with that of pure Co, which also results in the obvious change in ANE voltage. The transverse conductivity sigma XYA sigma XX shows distinct linear behavior in three regimes, which indicates different anomalous Hall effect (AHE) mechanisms. By qualitative Mott-relation analysis, we found that the non-monotonic dependence of ANE on x is associated with the change in AHE mechanisms.

    DOI: 10.1063/1.5140461

    Web of Science

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  4. Dual Acceleration of ε-τ Transformation in Mn–Al Induced by Zn-Addition and In-Magnetic-Field Annealing 査読有り

    Ryota Kobayashi, Akio Takaki, Yoshifuru Mitsui, Rie Y. Umetsu, Kohki Takahashi, Masaki Mizuguchi, Keiichi Koyama

    MATERIALS TRANSACTIONS     2021年1月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Japan Institute of Metals  

    DOI: 10.2320/matertrans.mt-m2020235

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  5. Synthesis of Ferromagnetic τ-Mn–Al–C by Reactive Sintering 査読有り

    Ryota Kobayashi, Yoshifuru Mitsui, Rie Y. Umetsu, Masaki Mizuguchi, Keiichi Koyama

    MATERIALS TRANSACTIONS   62 巻 ( 1 ) 頁: 130 - 134   2021年1月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Japan Institute of Metals  

    DOI: 10.2320/matertrans.mt-m2020166

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  6. MgO template effect for perpendicular magnetic anisotropy in (001)-textured poly-crystalline MnAlGe films 査読有り

    Takahide Kubota, Keita Ito, Rie Y. Umetsu, Masaki Mizuguchi, Koki Takanashi

    AIP Advances   11 巻 ( 1 ) 頁: 015124 - 015124   2021年1月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AIP Publishing  

    DOI: 10.1063/9.0000138

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  7. Perpendicular magnetic anisotropy of (001)-textured poly-crystalline MnAlGe films 査読有り

    Takahide Kubota, Yohei Kota, Keita Ito, Rie Y. Umetsu, Mingling Sun, Masaki Mizuguchi, Koki Takanashi

    AIP ADVANCES   10 巻 ( 1 )   2020年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER INST PHYSICS  

    Cu2Sb-type intermetallic compound, MnAlGe, is known to exhibit uniaxial magnetocrystalline anisotropy and relatively small saturation magnetization, which is suitable for spintronic application, e.g. spin-transfer phenomena requiring small critical current density. Ge-concentration dependence of the crystal structures, saturation magnetization, M-s, and perpendicular magnetic anisotropy, K-u was investigated for MnAlGe films prepared onto silicon substrates with a thermally oxidized amorphous layer. For the stoichiometric and Ge-rich samples, the films exhibited (001)-texture with perpendicular magnetization. The maximum values of M-s and K-u were 270 emu/cm(3) and 4.8 x 106 erg/cm(3), respectively, which were comparable values with those reported for bulk and epitaxially grown films in literatures. (c) 2020 Author(s). All article content, except where otherwise noted, is licensed under a Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

    DOI: 10.1063/1.5130388

    Web of Science

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  8. Non-chemical fluorination of hexagonal boron nitride by high-energy ion irradiation 査読有り

    S. Entani, K. V. Larionov, Z. I. Popov, M. Takizawa, M. Mizuguchi, H. Watanabe, S. Li, H. Naramoto, P. B. Sorokin, S. Sakai

    Nanotechnology     2020年

  9. Different Magnetic Field Effects on the ε-τ Phase Transformation between (Mn, Zn)-Al and Mn-Al-C 査読有り

    Y. Mitsui, R. Kobayashi, Y. Takanaga, A. Takaki, R. Umetsu, K. Takahashi, M. Mizuguchi, K. Koyama

    IEEE Transactions on Magnetics   55 巻 ( 2 )   2019年2月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1109/TMAG.2018.2860559

    Scopus

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  10. The Accumulation of Heparan Sulfate S-Domains in Kidney Transthyretin Deposits Accelerates Fibril Formation and Promotes Cytotoxicity

    Kameyama H.

    American Journal of Pathology   189 巻 ( 2 ) 頁: 308 - 319   2019年2月

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    出版者・発行元:American Journal of Pathology  

    DOI: 10.1016/j.ajpath.2018.09.015

    Scopus

  11. "Fabrication of L10-FeNi by pulsed-laser deposition 査読有り

    M. Saito, H. Ito, Y. Suzuki, M. Mizuguchi, T. Koganezawa, T. Miyamachi, F. Komori, K. Takanashi, M. Kotsugi

    Applied Physics Letters     2019年

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  12. Perpendicularly Magnetized Cu2Sb Type (Mn-Cr)AlGe Films onto Amorphous SiO2 査読有り

    T. Kubota, Y. Kota, K. Ito, R. Umetsu, M. Sun, M. Mizuguchi, K. Takanashi

    Applied Physics Express     2019年

  13. Magnetization reversal, damping properties and magnetic anisotropy of L10–ordered FeNi thin films 査読有り

    V. Thiruvengadam, B. B. Singh, T. Kojima, K. Takanashi, M. Mizuguchi, S. Bedanta

    Applied Physics Letters     2019年

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  14. FeNi and Fe16N2 Magnets Prepared Using Leaching 査読有り

    T. Kojima, S. Kameoka, M. Mizuguchi, K. Takanashi, A. P. Tsai

    Materials Transactions     2019年

  15. Fabrication of L10-type FeCo ordered structure using a periodic Ni buffer layer 査読有り

    H. Ito, M. Saito, T. Miyamachi, F. Komori, T. Koganezawa, M. Mizuguchi, M. Kotsugi

    AIP Advances     2019年

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  16. Fabrication of L10-FeNi films by denitriding FeNiN films 査読有り

    K. Ito, M. Hayashida, M. Mizuguchi, T. Suemasu, H. Yanagihara, K. Takanashi

    Journal of the Magnetics Society of Japan     2019年

  17. Energy-harvesting materials based on the anomalous Nernst effect 招待有り 査読有り

    M. Mizuguchi, S. Nakatsuji

    Science and Technology of Advanced Materials     2019年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1080/14686996.2019.1585143

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  18. Electronic structures of MgO/Fe interfaces with perpendicular magnetization revealed by hard X-ray photoemission with an applied magnetic field 査読有り

    S. Ueda, M. Mizuguchi, M. Tsujikawa, M. Shirai

    Science and Technology of Advanced Materials     2019年

  19. Anomaly in anomalous Nernst effect at low temperature for C1b-type NiMnSb half-Heusler alloy thin film 査読有り

    H. Sharma, Z. Wen, K. Takanashi, M. Mizuguchi

    Japanese Journal of Applied Physics     2019年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.7567/1347-4065/aafe68

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  20. Fabrication of L1(0)-FeNi phase by sputtering with rapid thermal annealing 査読有り

    Takayuki Tashiro, Masaki Mizuguchi, Takayuki Kojima, Tomoyuki Koganezawa, Masato Kotsugi, Takumi Ohtsuki, Kazuhisa Sato, Toyohiko Konno, Koki Takanashi

    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS   750 巻   頁: 164 - 170   2018年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE SA  

    FeNi films were directly deposited on MgO(001) substrates by co-sputtering and rapid thermal annealing (RTA). The formation of the L1(0) phase was investigated for films with different thicknesses and different annealing conditions by grazing incidence X-ray diffraction. For the FeNi films with a thickness of 5 nm, superlattice 001 and 110 peaks were observed after annealing at a heating rate of 50 degrees C/s, which indicates that three variants of L1(0) grains were formed in the films. The maximum long-range order parameter, which corresponded to a volume-averaged parameter, was approximately 0.11. For the FeNi films with a thickness of 30 nm, a superlattice 110 peak was only observed after annealing at a heating rate of 50 degrees C/s, and the formation of 001 textured grains was clarified. Magnetic properties also changed depending on the FeNi film structures. The formation mechanism of L1(0)-FeNi is discussed based on the strain caused by RTA in the FeNi films. (C) 2018 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.02.318

    Web of Science

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  21. X-ray magnetic circular dichroism and hard X-ray photoelectron spectroscopy of tetragonal Mn<inf>72</inf>Ge<inf>28</inf> epitaxial thin film 査読有り

    Kim J.

    Japanese Journal of Applied Physics   57 巻 ( 4 )   2018年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:Japanese Journal of Applied Physics  

    DOI: 10.7567/JJAP.57.04FN10

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  22. MYRF is associated with encephalopathy with reversible myelin vacuolization

    Kurahashi H.

    Annals of Neurology   83 巻 ( 1 ) 頁: 98 - 106   2018年1月

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    出版者・発行元:Annals of Neurology  

    DOI: 10.1002/ana.25125

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  23. Focus on Advanced Materials for Energy Harvesting -Prospects and Approaches of Energy Harvesting Technologies- 査読有り

    H. Akinaga, H. Fujita, M. Mizuguchi, T. Mori

    Science and Technology of Advanced Materials     2018年

  24. Valence Sensitive X-ray Fluorescence Holography of Fe3O4 査読有り

    A. K. R. Ang, T. Matsushita, Y. Hashimoto, N. Happo, Y. Yamamoto, M. Mizuguchi, A. Sato-Tomita, N. Shibayama, Y. C. Sasaki, K. Kimura, M. Taguchi, H. Daimon, K. Hayashi

    Physica Status Solidi (b)   255 巻 ( 11 )   2018年

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    出版者・発行元:Physica Status Solidi (B) Basic Research  

    DOI: 10.1002/pssb.201800100

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  25. Fabrication and characterization of L1(0)-ordered FeNi thin films 査読有り

    Koki Takanashi, Masaki Mizuguchi, Takayuki Kojima, Takayuki Tashiro

    JOURNAL OF PHYSICS D-APPLIED PHYSICS   50 巻 ( 48 )   2017年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:IOP PUBLISHING LTD  

    L1(0)-ordered FeNi, showing high uniaxial magnetic anisotropy (K-u), is promising as a 'rare metal-free' high K-u material. We have worked on L1(0)-ordered FeNi thin films prepared by two methods: one is molecular beam epitaxy (MBE) with alternate deposition of Fe and Ni monatomic layers, and the other is sputtering with co-deposition or multilayer-deposition of Fe and Ni followed by rapid thermal annealing (RTA). For the MBE films prepared by alternate monatomic layer deposition (leading to the stoichiometric composition: Fe 50 at.%-Ni 50 at.%), a clear relationship between K-u and the long-range order parameter S estimated by synchrotron x-ray diffraction (XRD) was found with maximum values of S = 0.48 and K-u = 7.0 x 10(6) erg cm(-3). The composition dependence of K-u was also investigated by deviating the thickness from monatomic layer, showing a maximum of 9.3 x 10(6) erg cm(-3) around 60 at.% Fe. In addition, the effect of Co addition to L1(0)-ordered FeNi was investigated, suggesting that a small amount (&lt; 10 at.%) of Co substitution for Ni would enhance K-u if S keeps the same. The experiments were in qualitatively good agreement with the first-principles calculations. The magnetic damping constant a was also measured to be approximately 0.01 irrespective of S, suggesting that L1(0)-FeNi is a candidate material with high K-u and low a. For the sputtered films with RTA, no major difference between co-deposition and multilayer-deposition was found: in both cases the formation of L1(0)-ordered phase after RTA was definitely confirmed by XRD. Transmission electron microscopy observations indicated that nanometer-sized L1(0)-ordered clusters were dispersed in a disordered phase, in contrast to that of MBE films showing the homogeneous formation of L1(0)-ordered phase. The enhancement of coercivity (H-c) and residual magnetization (M-r/M-s) was observed associated with the appearance of L1(0)-ordered phase. The maxima of H-c and M-r/M-s were obtained to be 1.35 kOe and 0.22, respectively.

    DOI: 10.1088/1361-6463/aa8ff6

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  26. Synthesis of single-phase L1(0)-FeNi magnet powder by nitrogen insertion and topotactic extraction 査読有り

    Sho Goto, Hiroaki Kura, Eiji Watanabe, Yasushi Hayashi, Hideto Yanagihara, Yusuke Shimada, Masaki Mizuguchi, Koki Takanashi, Eiji Kita

    SCIENTIFIC REPORTS   7 巻   2017年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:NATURE PUBLISHING GROUP  

    Tetrataenite (L1(0)-FeNi) is a promising candidate for use as a permanent magnet free of rare-earth elements because of its favorable properties. In this study, single-phase L1(0)-FeNi powder with a high degree of order was synthesized through a new method, nitrogen insertion and topotactic extraction (NITE). In the method, FeNiN, which has the same ordered arrangement as L1(0)-FeNi, is formed by nitriding A1-FeNi powder with ammonia gas. Subsequently, FeNiN is denitrided by topotactic reaction to derive single-phase L1(0)-FeNi with an order parameter of 0.71. The transformation of disordered-phase FeNi into the L1(0) phase increased the coercive force from 14.5 kA/m to 142 kA/m. The proposed method not only significantly accelerates the development of magnets using L1(0)-FeNi but also offers a new synthesis route to obtain ordered alloys in non-equilibrium states.

    DOI: 10.1038/s41598-017-13562-2

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  27. Dependence of anomalous Nernst effect on crystal orientation in highly ordered γ’- Fe4N films with anti-perovskite structure 査読有り

    S. Isogami, K. Takanashi, M. Mizuguchi

    Applied Physics Express   10 巻 ( 7 )   2017年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.7567/APEX.10.073005

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  28. Effects of Annealing Temperature and Magnetic Field on the ε–τ Phase Transformation in Mn-Al Alloys 査読有り

    R. Kobayashi, Y. Mitsui, R. Umetsu, K. Takahashi, M. Mizuguchi, K. Koyama

    IEEE Magnetics Letters   8 巻   2017年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1109/LMAG.2016.2617859

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  29. Magnetic-Field-Induced Acceleration of Phase Formation in τ-Mn-Al 査読有り

    R. Kobayashi, Y. Mitsui, R. Umetsu, K. Takahashi, M. Mizuguchi, K. Koyama

    Materials Transactions   58 巻 ( 11 ) 頁: 1511 - 1518   2017年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.2320/matertrans.MAW201709

    Web of Science

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書籍等出版物 2

  1. "L10-FeNi超格子材料の磁気特性", 次世代永久磁石の開発最前線

    水口将輝, 小嶋隆幸, 高梨弘毅( 担当: 共著)

    エヌ・ティー・エス  2019年 

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  2. 単原子交互積層法による新規磁気異方性材料L10-FeNi薄膜の作製と特性評価, 磁性材料・部品の最新開発事例と応用技術

    高梨弘毅, 水口将輝, 藏裕彰, 後藤翔( 担当: 共著)

    技術情報協会  2018年 

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MISC 3

  1. ナノ構造における異常ネルンスト効果の物理と応用の新展開 招待有り 査読有り

    水口将輝  

    応用物理   2021年2月

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    担当区分:筆頭著者, 最終著者, 責任著者   記述言語:日本語  

  2. 強磁性体における異常ネルンスト効果の物理 (光・熱・電気伝導に関する磁気物理の進展)

    水口 将輝, 長谷川 浩太, 高梨 弘毅  

    社団法人日本磁気学会研究会資料 = Bulletin of Topical Symposium of the Magnetics Society of Japan220 巻   頁: 1 - 5   2018年11月

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(学術雑誌)   出版者・発行元:日本磁気学会  

    CiNii Article

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  3. 単原子交互積層法による新規磁気異方性材料L10-FeNi薄膜の作製と特性評価

    水口将輝, 小嶋隆幸, 田代敬之, 高梨弘毅  

        2017年

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    記述言語:日本語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(その他)  

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科研費 12

  1. スピンカロリトロニクスを基軸とした高効率テラヘルツ波発生機能の開拓

    2019年02月 - 2022年03月

    日本学術振興会  国際共同研究加速基金 (国際共同研究強化(A)) 

    研究代表者: 水口 将輝

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

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  2. ナノ超構造体を基盤とした革新的ナノスピンカロリトロニクス機能の創出

    2017年04月 - 2021年03月

    日本学術振興会  科学研究費補助金 基盤研究 (A) 

    研究代表者: 水口 将輝

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

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  3. ナノ超空間を利用した熱・スピン・電界交差相関による高効率エネルギー変換材料の創製

    2015年10月 - 2021年09月

    科学技術振興機構  戦略的創造研究推進事業 (CREST) 

    研究代表者: 水口 将輝

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

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  4. 熱磁気効果を活用した革新的環境発電技術の研究開発

    2019年12月 - 2020年11月

    公益財団法人カシオ科学振興財団  研究助成 特別テーマ 

    水口 将輝

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

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  5. スピンを基軸とした熱電変換現象における電界変調法の確立と熱電素子への応用

    2019年10月 - 2020年03月

    村田学術振興財団  研究助成 

    水口 将輝

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

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  6. スピンカロリトロニクスを基軸とした高効率テラヘルツ波発生機能の開拓

    研究課題/研究課題番号:18KK0377  2019年 - 2021年

    国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A))

    水口 将輝

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:15600000円 ( 直接経費:12000000円 、 間接経費:3600000円 )

    本研究の目的は、超短パルスレーザーを用いたスピンダイナミクスの研究手法を取り入れることにより、スピンカロリトロニクスを基軸とした高効率テラヘルツ波の発生機能の開拓を目指すことである。具体的には、熱磁気効果を用いて全く新しいテラヘルツ波の発生原理を実証し、その高効率化を図ることを目的とする。今年度は、3月に交付申請を行い、研究活動を開始したところである。そのため、今年度の研究期間が約1ヶ月間に限られたため、実質的な研究実績についてはほとんどないが、渡航前の準備として、強磁性金属多層薄膜の試料の準備を開始し、渡航先の研究者との研究内容の調整を行った。膜厚が数ナノメートル程度の鉄やコバルトなどの強磁性遷移金属元素の薄膜を複数回積層することにより、強磁性金属多層薄膜を作製した。試料の作製はスパッタリング法により室温で行い、作製後に超高真空中で熱処理を行った。各層の膜厚を変化させた複数の試料を作製した。作製した試料の結晶構造をX線回折により同定した。また、試料の磁気特性を振動試料型磁力計で調べた。その結果、試料は設計どおりに作製されており、その物性は、超短パルスレーザーを用いたスピンダイナミクス計測に適したものとなっていることが確認された。これらの試料について、具体的な測定の手法や測定時期などについて、渡航先の研究者と詳細な議論を行った。これにより、今後の研究の方向性と研究計画を立案することができた。
    来年度以降の渡航と研究の展開に向けて、準備がおおむね順調に進んでいる。渡航先の研究者とは、具体的な試料の構造や測定の手順などについて議論を重ねており、渡航後の綿密な研究計画が立ちつつある。また、研究計画に沿った試料の準備や、渡航中の国内での代替要員の確保も順調に進んでいる。
    今後は、渡航前に全ての試料の準備と渡航後の研究スケジュールの立案を完成させる。その後、実際に渡航して研究を開始する。まず、強磁性金属に対してフェムト秒レーザーを照射することにより高速な熱勾配を局所的に生じさせる。短パルス熱流が金属内で伝播することにより、超高速な熱磁気効果の電圧信号が得られるため、テラヘルツ波が発生すると考えている。帰国後は、得られたデータを元に、データの整理と解析を行う。同時に、この原理の理論的な解釈を行い、実験への効率的なフィードバックを図る。

  7. ナノ超構造体を基盤とした革新的ナノスピンカロリトロニクス機能の創出

    研究課題/研究課題番号:17H01052  2017年04月 - 2020年03月

    水口 将輝

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:44070000円 ( 直接経費:33900000円 、 間接経費:10170000円 )

    本研究の目的は、固体金属やイオン液体において、巨大熱電効果などの革新的な熱磁気機能を創出することである。我々はこれまでに、いくつかの熱磁気効果に着目し、マクロなサイズにおいてそれらの特性を明らかにし、新機能創出の可能性を示してきた。そこで本研究では、試料をナノスケールまで微小化することにより、熱とスピンの相関を顕わにし、効率的にスピンカロリトロニクス機能を引き出すことをねらう。今年度は、ナノデバイスにおける異常ネルンスト効果の電界制御を試みた。イオン液体を用いた電圧印加により、ネルンスト電圧の大きさを室温で制御することに成功した。3 Kの温度差を付与したナノデバイスに+2 Vのゲート電圧を印加した結果、ネルンスト電圧が顕著に増加することが分かった。また、ナノサイズ量子ドットを利用した電界効果トランジスタの開発も行った。量子ドット薄膜の作製法の最適化を行うことにより、電子移動度が量子ドット電界効果トランジスタの中での最大値に匹敵する値まで至り、従来のCCDと比較しても100倍以上高感度の光センサが実現した。トランジスタの電流が立ち上がる閾値電圧を100 V以上制御することができるデバイスも実現した。さらに、螺旋磁性体中の熱電効果の研究を行い、磁化構造の螺旋軸方向の非等方的なスピン波拡散の存在を明らかにした。特に、反強磁性相互作用を有する螺旋磁性体中では、スピン波の局在効果による熱拡散の抑制を見出し、螺旋磁性体を用いた熱整流が可能であることを明らかにした。
    異常ネルンスト効果の微視的機構解明とナノスケール巨大熱電機能素子の創製などがおおむね計画通りに進んでいる。また、当初の目標であった室温における異常ネルンスト効果の電界制御にも成功した。さらに、ナノサイズ量子ドットにおける熱電効果の電界制御にむけた素子構造の最適化や、反強磁性相互作用を有する螺旋磁性体中での熱整流作用に関する理論構築も進んでおり、その進捗度もおおむね順調であるため。
    今後は、レーザーを用いた熱励起異常ネルンスト効果の時間分解測定について、加速的に研究を進める。ネルンスト効果の生じる時間スケールや、スピン歳差運動とネルンスト効果の相関などについて、詳細な測定を進める。また、ナノサイズ量子ドットにおける熱電効果の測定についても、トランジスタデバイスを完成させ、その電界制御に関する実験を進める。さらに、反強磁性相互作用を有する螺旋磁性体中での熱整流効果についても、理論を参考にしながら、実験的な検証を進める。

  8. スピントロニクスデバイスを基盤とした局所原子配列と磁気機能の相関解明

    研究課題/研究課題番号:17H05208  2017年04月 - 2019年03月

    新学術領域研究(研究領域提案型)

    水口 将輝

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:6500000円 ( 直接経費:5000000円 、 間接経費:1500000円 )

    本研究の目的は、スピントロニクスデバイスにおいて極めて重要なテーマである、“局所原子配列と磁気機能の相関”を解明するため、その場・非破壊観察技術を通した三次元活性サイトの局所的なイメージングを行うことである。金属多層膜などのヘテロ界面における局所的な原子配列は、磁気機能に対する活性サイトであり、特異な磁気異方性が発現していると考えられる。そのため、多層膜の深さ方向に対して原子分解能を有する各種ホログラフィー技術を駆使し、最表面から埋もれた界面の情報を取得することにより、磁気異方性のミクロなメカニズムの解明が期待される。実際のスピントロニクス素子における局所イメージングを駆使することにより、元素ごとの特性に立脚したスピントロニクスの学理の構築を図るだけでなく、より応用に即したデバイス特性の向上を目指す。今年度は、トンネル磁気抵抗素子に電圧を印加した状態で蛍光X線ホログラフィを測定した。電圧を印加することにより、磁気異方性が変化するメカニズムを解明することを試みた。その結果、1 Vの電圧を印加したときのホログラフィパターンに、電圧印加に起因すると思われる変化が観測された。これは、電圧の印加により、試料のFe原子周辺の局所的な原子配置が変化したことを示唆する結果である。また、高い磁気抵抗比を示すトンネル磁気抵抗素子の障壁層材料である、スピネル薄膜の電子線ホログラフィを測定した。その結果、O 1s、Mg 2s、Al 2sの光電子ホログラムパターンの強度分布が異なることが明らかになった。
    平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
    平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  9. スピントロニクスデバイスを基盤とした局所原子配列と磁気機能の相関解明

    2017年04月 - 2019年03月

    日本学術振興会  科学研究費補助金 新学術領域研究(研究領域提案型) 

    水口 将輝

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

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  10. 革新的磁性材料L10-FeCoの創成研究

    研究課題/研究課題番号:16H03873  2016年04月 - 2019年03月

    小嗣 真人

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    担当区分:研究分担者 

    本研究では、L10-FeCoの作製を目標に、(1) PLD装置の自動制御技術の構築と、(2) 基礎的なL10-FeNiにおけるモフォロジーと磁気特性の関係性の調査、(3) 周期的バッファー層を用いたL10-FeCo相の作製および機能解析、を順次実施した。その結果、PLDの安定的な成膜が可能となり、PLD-L10-FeNiにおける形成メカニズムを明らかにすることができた。そしてL10-FeCoではバッファ層の利用によりL10相を維持できることが明らかとなり、Niへの置換によって磁気機能が向上することが確認できた。
    本研究では、レアメタルフリーで高い磁気機能を有する新しい磁性材料の創製を行った。本研究では特にパルスレーザー蒸着装置を精密に制御しながら、FeとCoを単原子毎に交互に積層させることでL10型のFeCo規則合金をはじめて作製することに成功した。

  11. ナノスピンイオニクスの開拓

    2014年04月 - 2017年03月

    日本学術振興会  科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究 

    水口 将輝

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

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  12. 規則合金スピントロニクス材料の新展開

    研究課題/研究課題番号:25220910  2013年05月 - 2018年03月

    高梨 弘毅

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    担当区分:連携研究者 

    次世代の情報通信技術を担う新しいエレクトロニクスとしてスピントロニクスが注目されている。我々は、高スピン分極材料としてL21およびC1b型ホイスラー合金、高磁気異方性材料としてL10およびL11型規則合金を用いて、スピントロニクス機能の探求を行ってきた。主な成果として、L21型Co2(FeMn)Siを有するGMR素子の特性向上、C1b型NiMnSbを用いた室温でのGMR効果の観測、およびL11型に積層制御されたCoNi薄膜において高磁気異方性と低ダンピングの両立に成功した。さらに、異常ネルンスト効果の材料依存性を明らかにし、高いスピンカロリトロニクス機能を得るための指導原理を得た。

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メディア報道 1

  1. 熱電変換効率を大幅向上 新聞・雑誌

    日刊工業新聞  2020年7月14日