【電磁気学/エネルギー技術】光からスピン流を生成する新原理発見

1 ：もろ禿HINE! ★＠＼(^o^)／：2015/01/11(日) 19:55:55.79 ID:???.net

2015年1月9日ニュース「光からスピン流を生成する新原理発見」 | SciencePortal
http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/2015/01/20150109_01.html

東北大学 プレスリリース
http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2015/01/press20150107-01.html
日本原子力研究開発機構 プレスリリース
http://www.jaea.go.jp/02/press2014/p15010803/
科学技術振興機構 プレスリリース
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150108/


特定の金属微粒子を含む絶縁体の磁石に可視光を照射して、スピン(磁気)の流れを生成できる新しい原理を、東北大学金属材料研究所の内
田健一(うちだ けんいち)准教授らが実証した。次世代のスピントロニクスや分散型発電、省エネ技術の基盤となる発見として期待される。東北
大学の齊藤英治(さいとう えいじ)教授と日本原子力研究開発機構先端基礎研究センターの前川禎通(まえかわ さだみち)センター長、安立裕
人(あだち ひろと)副主任研究員らとの共同研究で、1月8日付の英オンライン科学誌ネイチャーコミュニケーションズに発表した。

持続可能な社会に向けた環境、エネルギー問題への取り組みの中で、身近に存在する光、熱、振動、電磁波などをエネルギー源として利用す
るような、新しいエネルギー変換原理の創出が待望されている。クリーンで信頼性の高いエネルギー変換技術の候補として太陽電池や熱電素
子、圧電素子などを用いた発電技術が盛んに研究されている。

研究グループは、金属微粒子への光照射で誘起される「表面プラズモン」と呼ばれる電子の集団運動を磁石の中で励起することで、絶縁体磁
石に埋め込んだ金微粒子近傍に強力な電磁場を発生させ、この電磁場でスピンの運動を効果的に駆動させた。こうして、絶縁体で光のエネル
ギーのスピン流への変換に世界で初めて成功した。スピン流を電流に変換する技術は確立しており、光から電流を生成する新しい変換原理が
創出されたことになる。

今回の実験では、絶縁体である磁性ガーネット(BiY2Fe5O12)薄膜の表面に白金(Pt)薄膜を接合した素子を使った。この素子は、磁性ガーネッ
ト層にナノ(ナノは10億分の1)メートルサイズの金(Au)微粒子を埋め込んだ構造となっている。これに分光した可視領域の単色光を照射しなが
ら、白金層に発生する電気信号の精密測定を行った。

金微粒子は光アンテナとして機能しており、増強された電磁場によって磁性ガーネット中のスピンの運動が励起された結果として、上部の白金
薄膜中にスピン流が誘起される。白金に注入されたスピン流は、「逆スピンホール効果」と呼ばれる固体中の量子相対論的効果で起電力に変
換される。

これまでは、熱や音波、電磁波でスピン流を生成していた。光とスピンの相互作用は半導体で研究されてきたが、今回の絶縁体での効果は全
く異なる物理原理に基づく。熱や音波、電磁波によるスピン流生成と同様の材料で、光−スピン流生成も発現することがわかり、電流やスピン
流の駆動力として同時に利用可能なエネルギー源の選択肢が広がった。

内田健一准教授は「表面プラズモンをスピン流素子に導入した初めての例で、これまで独立して研究されてきたスピントロニクスとプラズモニク
スを融合した新分野の形成につながる成果だ。今後、さらなる新原理の解明や新機能の発現も期待できる。光、熱、音波、電磁波といったさま
ざまなエネルギー源を同様の素子構造でスピン流や電流に変換できることを示した点に意義がある。新原理を利用するには大幅な効率向上が
必要だが、次世代のスピンデバイスの駆動源として応用につながる可能性はある」と話している。


http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/img/150109_img1_w500.jpg
図. 表面プラズモンを用いた光-スピン変換。(a)実験に用いた素子の模式図。可視光を照射すると、金微粒子中に励起された表面プラズモンを
介して光とスピンが相互作用し、磁性ガーネットと白金の界面近傍にスピン流が生成される。このスピン流を起電力に変換して、電気信号として
観測した。(b)走査型電子顕微鏡で撮影した金微粒子。直径100nm(ナノメートル)以下の金微粒子が光アンテナとして作用する。(c)金微粒子近
傍の電磁場分布のシミュレーション結果。可視光域の波長690nm近傍の光を照射すると、表面プラズモン共鳴が生じるため、金微粒子の周り
に局在した強力な電磁場が発生し(左図)、スピンの運動が励起される。表面プラズモン共鳴条件を満たさない波長500nmの光を照射した場合
には、電磁場の増強効果は起こらない(右図)。
(提供：東北大学)

2 ：名無しのひみつ：2015/01/11(日) 20:52:00.94 ID:kO6d0R9O/

2ゲット

3 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/11(日) 20:44:53.21 ID:9Qayy+FY.net

デジモンの新キャラか

4 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/11(日) 20:59:40.46 ID:Z5Y9RBBd.net

これは一種のコヒーラー管なのかな？

5 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/11(日) 21:24:17.22 ID:bUrkH0FF.net

ところでこの素子が実用可能だとして
そういう状態に辿りつくまで全世界が研究開発に投入したエネルギーを
その素子だけで回収することは可能なんだろうか？

同じことは既存の太陽電池とかにも言えるけど

6 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/11(日) 21:29:54.35 ID:gm7gPRzY.net

プラズモンたすけてよ〜
しょうがないな〜のび太くんは
今週の秘密道具
超電磁スピン〜
タタタタッタ　タタタ〜

7 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/11(日) 21:55:16.03 ID:qDuuhk71.net

すげーな
発電の概念がひっくりかえるんでないの？

8 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/11(日) 23:03:23.65 ID:XL2RE+fa.net

まじかよ白金買い占めるわ

9 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/12(月) 08:56:58.00 ID:/Ai1hjnr.net

「どうせお湯沸かすんでしょ」で御馴染みのお湯厨が歓喜するネタだな

10 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/12(月) 16:15:43.08 ID:maFRh11g.net

いやお湯厨はいちゃもん付けたいのよスピントロニクスで電流に直変換です
なんて事になったらLANケーブルで吊りかねない、いや別にかまわんが

11 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/12(月) 18:58:22.57 ID:IN6ys7LQ.net

エドガーケイシーやん！
ツーオイ石だ

12 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/12(月) 19:32:39.10 ID:wG0KNXlT.net

なんでこんな微妙なスレで発電の話になってるのかと思ったら、

>クリーンで信頼性の高いエネルギー変換技術の候補として太陽電池や熱電素
>子、圧電素子などを用いた発電技術が盛んに研究されている。

に、釣られてるのか

「光→スピン流→起電力」より、太陽電池のほうが効率いいのは自明なのに、馬鹿ばっかだな

13 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/13(火) 17:33:36.49 ID:D72y0iDV.net

へぇーどの様に自明なの

14 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/13(火) 20:02:17.84 ID:WXFS6np8.net

【物理】 量子コンピュータの実現に一歩前進、核スピンの制御技術を開発/東工大
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1378293131/
【工学】ナノスケールのスピン渦を利用したマイクロ波整流効果を発見/東大など
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1378805306/
【ナノテク】筑波大、1000兆分の1秒ごとに電子スピンを測定できる技術を開発
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1404227583/
【物理】東大、らせんに巻いた電子スピンによる巨大な光のアイソレータ効果を発見[08/06]
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1407294942/
【超伝導】九大、超伝導体はスピン流に対して絶縁体となることを解明
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1409844420/

15 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/14(水) 20:37:48.78 ID:plMuwqrE.net

>>13
バンドギャップよりちょっと短い波長の場合の太陽電池の効率はほぼ100%なのに、
エバネッセントとかスピン流とかで散逸しまくってて適うわけないだろ

16 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/15(木) 03:54:30.56 ID:ORHEN0BY.net

【物理】ゼーベック・スピントンネル効果を発見-温度差だけで電子スピン情報がシリコンに伝わる新現象 産総研 画像あり
http://toki.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1309703787/
【物理】巨大スピンゼーベック効果は新しい熱エンジンの基盤になれるか？
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1342355900/
【ナノテク】MIT、熱を光のように扱う「サーモクリスタル」技術を提唱
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1358777193/
【物性】磁気の波を用いた熱エネルギー移動に成功　-東北大学
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1367152742/
【材料】将来のスマホ充電は体温で！？ CNTベースの熱電変換材料が有機系では過去最高の性能を達成
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1367084797/
【ナノ】銀ナノシートを有する層状化合物において超高電子移動度を実現−室温以下で動作する新しい熱電変換素子の開発に道
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1368416756/

【エネルギー】理論上カルノーサイクルで動作可能な波動エンジン（熱音響機関）を開発　300度で18%のエネルギー回生　発電や冷却が可能
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1339101547/


【電子工学】半導体中の電子スピンの向きを超音波により制御することに成功　NTT・東北大
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1306852766/
【物理】銅やアルミニウムで磁気の流れを生みだす原理を発見　レアメタルフリー磁気デバイス開発に道
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1369141623/
【材料科学】京大、物体の熱輻射を超高速で制御することに成功　スペクトル選択して従来比6000倍の速さでオン/オフ
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1406631071/
【物理】超伝導ゆらぎによる巨大熱磁気効果発見/京都大など(c)2ch.net
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1417967566/
【物性物理学】磁場の付加により熱流の方向が変化する現象（熱ホール効果）を理論的に解明 [転載禁止](c)2ch.net
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1418734941/
【電磁気学/エネルギー技術】光からスピン流を生成する新原理発見 [転載禁止](c)2ch.net
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1420973755/
【物理】東大、電子の形の量子揺らぎを媒介とした新しい超伝導を発見(c)2ch.net
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1418655599/

17 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/15(木) 03:56:34.64 ID:ORHEN0BY.net

2011/5/9
太陽電池のライバル登場か
MITらが熱電変換と太陽熱で発電と湯水供給を同時に実現
http://www.nikkei.com/article/DGXNASFK0900O_Z00C11A5000000/
http://www.nikkei.com/content/pic/20110509/96958A9C93819499E2EBE2E29D8DE2EBE2E7E0E2E3E3E2E2E2E2E2E2-DSXZZO2817270009052011000000-PB1-4.jpg
今回の技術を家庭での太陽エネルギー発電と温水器に応用した際のイメージ（図：Boston College）

　米Massachusetts Institute of Technology（MIT）、熱電変換技術を開発する米GMZ Energy社、米Boston College、
そしてアラブ首長国連邦（UAE）のMasdar Institute of Science and Technologyの研究者から成る研究チームは、
熱電変換素子を用いたフラット・パネル型の太陽熱発電兼温水供給システムを開発した。発電だけでなくお湯も
同時に作る「熱電併給（コージェネレーション）」が可能で、発電の変換効率は5％前後である一方で、50℃前後の
お湯を作ることができる。
　技術の詳細については、学術誌「Nature Materials」に論文を発表した。
　論文によれば、今回の発電の変換効率は、従来の同様なシステムに比べて7〜8倍も向上した。今後は変換効率
10％超の実現も可能としている。さらに、製造コストを光電変換（PV）に基づく太陽電池より大幅に下げられる可能性
がある点や、温水を作製可能である点で、減価償却が太陽電池より大幅に短くなる可能性もあるとしており、
将来的には太陽電池の強力なライバルになる可能性がある。Boston CollegeのProfessor、Zhifeng Ren氏は、
日経エレクトロニクス誌の取材に対して、「発電出力に対する製造コストは、0.5米ドル/Wにすることが見込める。
温水も作れることを考慮すると、太陽電池と十分に競争できる」と回答した。

2012/10/4
京セラ、効率が高い車載用熱電変換デバイスを開発
http://www.nikkei.com/article/DGXNASFK04014_U2A001C1000000/
http://www.nikkei.com/content/pic/20121004/96958A9C93819499E2E6E2E3E68DE2E6E3E2E0E2E3E0E2E2E2E2E2E2-DSXZZO4689045004102012000000-PB1-5.jpg
写真1　京セラが開発した熱電変換デバイス

　京セラは「CEATEC JAPAN 2012」に、変換効率が高い車載用熱電変換デバイス「熱電発電素子」（写真1）を
出展した。熱電変換効率の指標となるZT値は「1に近い」（京セラの説明員）という。
　熱電変換デバイスは、半導体を利用して廃熱などで生じる温度差を電力に変換する素子。ZT値が、さまざまな
材料で作製された同素子の性能を示す共通の指標として用いられており、ZT値が1を超えるかどうかが実用化の
目安ともなっている。実験室ではZT値が1を超える例は多いが、実用化を目指したデバイスでZT値が1を超えた例は
少ない。

昭和電線ケーブルシステム、効率10倍の熱電発電デバイスの開発
2012/11/1
http://www.japanmetal.com/seihin/seihin3.php?id=313
9664、昭和電線、熱伝変換、出力密度、在来方式,2.2倍150w/1m2、新装置
http://blog.goo.ne.jp/thinklive/e/0115d3cdc406663067ad052d4312107c

熱電変換効率を10 倍に高めた熱電発電デバイスの開発に成功
http://www.swcc.co.jp/news/pdf/PRESS_RELEASE_121109.pdf
酸化物熱電変換モジュールの高出力化と耐久性評価
http://www.swcc.co.jp/company/development/pdf/review59/A2_59.pdf
　現在，エネルギー資源の枯渇が深刻な問題となっており，
原油価格の高騰も相まって，省エネルギー化による消費エ
ネルギー削減が重要課題となっている。また，温室効果ガ
スである二酸化炭素（CO2）は，化石燃料を燃焼した際に
多量に発生するため，地球温暖化を防止するためにも環境
への負荷が小さいクリーンエネルギーの活用が急務となっ
ている。近年，このようなエネルギー問題を解決する一つ
の手段として，未利用エネルギーを有効活用できる熱電変
換技術が注目されている。日本では年間に原油換算して数
億kl もの一次エネルギーを消費しているが，その約70 ％
は未利用のまま廃熱として大気中に放熱されている1）。
　しかし，この莫大な廃熱エネルギーは分散しており，回
収は非常に困難である。このような難題を解決できる技術
の一つとして，発電にスケール依存性がなく発電時にCO2
ガスを排出しない熱電変換素子が注目を集めている。

18 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/15(木) 16:24:05.39 ID:97oU1Q6y.net

>>15
どうも。効率のいい波長の話持ち上げられてもなんとも。散逸しまくるのは素性が悪いのかしらね。

19 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/15(木) 17:00:47.72 ID:h5o56KMa.net

超電磁スピン？

20 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/15(木) 17:04:51.11 ID:AXt3zn66.net

スピンとか概念上の存在だけだと思ってたわ

21 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/15(木) 17:31:03.46 ID:Clyy6M+0.net

光は急に停止させるとその場で一分間回転してから消える、って以前、
別の記事であったな。

22 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/15(木) 18:46:48.16 ID:jtTpUHQe.net

これってUFOの駆動に使われている基礎技術だよね

23 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/01/15(木) 23:58:44.52 ID:ZP2T/lkW.net

人工鉱石の製造コストがなかなか下がらないのが残念。
まともにコストダウン進めてるのは工具需要が高い
ダイヤくらいじゃないのか。

合成鉱石手でやる職人とか目指す人っていないのかな。
木目金みたいにその場で組成アレンジして虎目ガーネット
とか作れれば楽しいのに

24 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2015/02/06(金) 18:29:33.89 ID:5hRohrFE.net

2015/02/02
【材料物性】東北大、金属薄膜のエッジにおける異常な電子スピンの偏りを発見(c)2ch.net
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1422876574/