51探花

【発表のポイント】

• マクロな液体运动と极小の电子との相互作用でスピン流が生成される「スピン流体発电现象」をエネルギー変换に活用するには、液体が流れる构造の微细化とエネルギー変换効率の向上が求められる。
• スピン流を介した流体発电现象の微细流路での特性を解明し、微细流路では流量の小さい领域の発电効率は大きい领域のおよそ１０万倍向上することを発见した。
• スピントロニクス技术を応用したナノ流体デバイスや微细な流れを用いた流速计への応用が期待される。

【概要】

ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業において、ＥＲＡＴＯ 齊藤スピン量子整流プロジェクトの髙橋 遼　研究協力員（研究開始時　日本原子力研究開発機構　博士研究員、現　お茶の水女子大学　助教）、中堂 博之　サブグループリーダー（日本原子力研究開発機構　副主任研究員）、松尾 衛　グループリーダー（研究開始時　日本原子力研究開発機構　副主任研究員、現　中国科学院大学　准教授）、前川 禎通　グループリーダー（理化学研究所　上級研究員）、齊藤 英治　研究総括（東京大学　教授）らは、電子の自転の流れであるスピン流^注１）を介した流体発电现象のマイクロメートルスケールの微细流路における特性を解明し、微细になるほど発电効率が飞跃的に向上することを発见しました。

微细流路で流れは层流^注２）と呼ばれる状态になり、微小な涡のような液体运动が流路全域に広くなだらかに分布します。このことが、より微细化に适した特性と発电効率の増大につながっています。スピン流を介した流体発电现象の基础理论は松尾グループリーダーらが２０１７年に予言しており、本研究ではこの流体発电现象の実験的実証を层流领域において実现しました。実験の结果、层流领域では発电効率がおよそ１０万倍向上することが确认されました。

本研究成果により、スピン流を介した流体発电现象は微细化により特性が大きく向上することが示唆されます。また、流路の内部および外部に付加装置を必要としません。このため、スピントロニクス技术を取り入れたナノ流体デバイスや微细な流れを用いた流速计などに応用できると期待されます。

本成果は２０２０年６月１５日（英国時間）に英国科学誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」でオンライン公開されました。

図１　実験のセットアップ図
数十～百マイクロメートルの管径の石英管流路を水银で満たし、外部圧力によりその流れを制御する。流入?流出口付近に同液体で満たした管を接続し起电力测定のための电极とした。

【用语解説】

注１）スピン流
スピン角运动量の流れ。例えば电子は电気的な自由度である电荷と、磁気的な自由度であるスピン角运动量を持っており、前者の流れを电流、后者の流れをスピン流と呼ぶ。

注２）层流
流路内の流れは主に流速、サイズ、粘性によって特徴付けられる。流速が遅く流路サイズが小さい流れでは、粘性が支配的となり、流体は流路轴に沿って规则正しく层状に流れる。これを层流と呼ぶ。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
齊藤 英治（サイトウ エイジ）
ＥＲＡＴＯ 齊藤スピン量子整流プロジェクト　研究総括
東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻　教授
東北大学 材料科学高等研究所（ＡＩＭＲ）／金属材料研究所　教授
日本原子力研究開発機構 先端基礎研究センター　スピンエネルギー変換材料科学研究グループリーダー
〒113-8656 東京都文京区本郷７－３－１
罢别濒：03-5841-6505
贰-尘补颈濒：别颈锄颈*补辫.迟.耻-迟辞办测辞.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）

（取材に関すること）
東北大学 材料科学高等研究所 広報戦略室
〒980-8577 宮城県仙台市青葉区片平２－１－１
罢别濒：022-217-6146　贵补虫：022-217-5129
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