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SR studies on copper minerals藤原 理賀; 岡部 博孝*; 幸田 章宏*
Interactions (Internet), 245(1), p.13_1 - 13_6, 2024/12
量子状態を実験的に観測することは難しい。さらに、エキゾチックな量子状態が実現すると予測されている格子系の中には、理想的なモデル物質が見つかっていない系も存在する。銅鉱物の中には、未研究の低次元量子磁性体がまだまだ多く存在し、その数は年々増加している。我々は、銅鉱物が発見された自然環境を模倣することで7種類の銅鉱物の人工合成に成功し、さらにその量子状態を報告した。パルスミュオンの特性は、人工銅鉱物のスピン状態の調査に大変適している。その有用性を、fedotoviteのSR測定の結果を示しながら、紹介する。
Qin, T. Y.*; Hu, F. F.*; 徐 平光; Zhang, H.*; Zhou, L.*; Ao, N.*; Su, Y. H.; 菖蒲 敬久; Wu, S. C.*
International Journal of Fatigue, 185, p.108336_1 - 108336_13, 2024/08
Gradient distribution of triaxial residual stresses to a depth of several millimeters is retained in middle carbon steel S38C axles after high-frequency induction hardening, which has become a critical concern for fatigue structural integrity. To address this, the axial, hoop, and radial gradient residual strains inside the axles were measured for the first time by advanced neutron diffraction. The SIGINI Fortran subroutine was then adopted to reconstruct the global initial residual stress field from the measured data. Experimental and simulation results show that residual stresses of about -520 MPa (axial), -710 MPa (hoop), and -40 MPa (radial) residual stress were retained below the axle surface. Subsequently, the fatigue crack propagation behavior of S38C axles was numerically investigated in the framework of fracture mechanics. The calculated results clearly show that the compressive residual stresses at a depth of 0?3 mm from the axle surface lead to a low crack growth driving force, and that fatigue cracks do not propagate as long as the crack depth is less than 3.7 mm for hollow S38C axles. These results further indicate that the maximum defect size allowed in routine inspections is acceptable from a safety and economic point of view. Accurate measurement and characterization of the global gradient residual stress field through experiments and simulations can provide an important reference for optimizing the mileage intervals of nondestructive testing (NDT) of surface defects in these surface-strengthened railway axles.
川井 清司*; 曽我部 知史*; 中川 洋; 山田 武*; 小関 成樹*
Journal of Food Engineering, 375, p.112066_1 - 112066_9, 2024/08
本研究の目的は、様々な水分活性(aw)条件下における凍結乾燥細菌の機械的ガラス転移および動的転移に及ぼすグリセロールおよびグルコースの影響を明らかにすることである。水分収着等温線から、各awにおける含水率および単分子膜含水率は、グリセロール、グルコース、無添加試料の順に高くなることがわかった。試料中の原子の平均二乗変位(MSD)に対する温度の影響を非干渉性中性子弾性散乱により調べた。MSDは温度の上昇に伴い、重水素及び添加溶質に依存して徐々に増加した。線形フィッティングから、3つの動的転移温度(低Tds、中Tds、高Tds)が決定された。Couchman-Karaszモデルは、添加された溶質とバクテリアは完全には混和しないことを示唆した。
He, X.*; 鍵 裕之*; 小松 一生*; 飯塚 理子*; 岡島 元*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 町田 真一*; 阿部 淳*; 後藤 弘匡*; et al.
Journal of Molecular Structure, 1310, p.138271_1 - 138271_8, 2024/08
重水素化ヒドロキシフルオロマグネシウム[理想組成はMg(OD)F]のO-D
F水素結合の高圧応答を中性子粉末回折とラマン分光法を用いて調べた。常温でのリートベルト解析の結果、化学組成はMg(OD)
F
であり、結晶構造中で水酸基/フッ素(OD/F)が無秩序化して、2つの水素結合配置が生じていることが分かった。構造解析の結果、水素結合配置は9.8GPaまで維持され、圧力による水素結合の強化は見られなかった。常圧でのラマンスペクトルでは、2613, 2694, 2718cm
に3つの水酸基伸縮バンドが観測された。O-D伸縮モードの周波数が高いことから、ヒドロキシル基は弱い水素結合相互作用、あるいは水素結合を持たないことが示唆された。20.2GPaまでは、2694cmを中心とするモードは圧力によってブルーシフトを示し、水素結合は圧縮されても強化されないことが明らかになった。これは、中性子回折の結果と一致した。水素結合の存否と、常圧および高圧での水酸基のブルーシフトの原因について議論した。
Murmiliuk, A.*; 岩瀬 裕希*; Kang, J.-J.*; Mohanakumar, S.*; Appavou, M.-S.*; Wood, K.*; Alm
sy, L.*; Len, A.*; Schw
rzer, K.*; Allgaier, J.*; et al.
Journal of Colloid and Interface Science, 665, p.801 - 813, 2024/07
タンパク質の構造は複雑であるため、形成されたナノ粒子の特性を予測・調整する能力は限られている。我々の研究の目標は、タンパク質とイオン性薬物とのブロック共重合体によって形成される複合体を系統的に研究することにより、タンパク質/PE複合体における形態転移の主要な引き金を解明し、カプセル化効果を評価し、粒子の安定性を評価することである。我々は、PEと中性親水性ブロックからなる共重合体が、タンパク質の等電点に近いpH値でインスリンと共集合することを示した。粒子内のインスリンの配置は、タンパク質分子間の静電気力によって制御され、形成された粒子の形態は、pHとイオン強度を変化させることによって調整することができる。
Li, L.*; 宮本 吾郎*; Zhang, Y.*; Li, M.*; 諸岡 聡; 及川 勝成*; 友田 陽*; 古原 忠*
Journal of Materials Science & Technology, 184, p.221 - 234, 2024/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)Dynamic transformation (DT) of austenite (
) to ferrite (
) in the hot deformation of various carbon steels was widely investigated. However, the nature of DT remains unclear due to the lack of quantitative analysis of stress partitioning between two phases and the uncertainty of local distribution of substitutional elements at the interface in multi-component carbon steels used in the previous studies. Therefore, in the present study, a binary Fe-Ni alloy with + duplex microstructure in equilibrium was prepared and isothermally compressed in + two-phase region to achieve quantitative analysis of microstructure evolution, stress partitioning and thermodynamics during DT. to DT during isothermal compression and to reverse transformation on isothermal annealing under unloaded condition after deformation were accompanied by Ni partitioning. The lattice strains during thermomechanical processing were obtained via in-situ neutron diffraction measurement, based on which the stress partitioning behavior between and was discussed by using the generalized Hooke's law. A thermodynamic framework for the isothermal deformation in solids was established based on the basic laws of thermodynamics, and it was shown that the total Helmholtz free energy change in the deformable material during the isothermal process should be smaller than the work done to the deformable material. Under the present thermodynamic framework, the microstructure evolution in the isothermal compression of Fe-14Ni alloy was well explained by considering the changes in chemical free energy, plastic and elastic energies and the work done to the material. In addition, the stabilization of the soft phase in Fe-14Ni alloy by deformation was rationalized since the to transformation decreased the total Helmholtz free energy by decreasing the elastic and dislocation energies.
Guerinoni, E.*; Giusti, F.*; Dourdain, S.*; Dufr
che, J.-F.*; 元川 竜平; 上田 祐生; 青柳 登; Zemb, T.*; Pellet-Rostaing, S.*
Journal of Molecular Liquids, 403, p.124820_1 - 124820_11, 2024/06
In uranium production, liquid-liquid extraction using the AMEX (AMine EXtraction) process employs tertiary amines solubilized in an aliphatic diluent. Practical constraints as phase stability problems and co-extraction of competitive elements highlight the need for in-depth investigation and optimization. Modifying gradually the alkyl chain structure of tertiary amines, we investigate here the large variation in extraction performance in terms of Gibbs free energy of transfer using the ienaic decomposition taking into account long range interactions. We show hereby that structuration of the solvent phase can change uranium distribution by 2 orders of magnitude, which is incompatible with standard complexation theory of liquid-liquid extraction. We observe that co-extracted water is required to obtain extraction while extraction is quenched and no pair core can be formed when less than four as effective aggregation number. We conclude that the film term in the ienaic decomposition of the Gibbs energy of transfer, is the one that governs extraction performance. It shows that metal transfer is beyond complexation, and that organization of the solvent phase must be considered to quantitatively interpret the distribution coefficients.
森 悠一郎*; 鍵 裕之*; 青木 勝敏*; 高野 将大*; 柿澤 翔*; 佐野 亜沙美; 舟越 賢一*
Earth and Planetary Science Letters, 634, p.118673_1 - 118673_8, 2024/05
水素による鉄の体積膨張に対するケイ素の効果を調べるため、高圧高温下でのhcp-Fe
Si
の中性子回折実験とX線回折実験を行った。中性子回折実験は重水素化hcp-FeSiに対して13.5GPa, 900K及び12.1GPa, 300Kで行い、得られたプロファイルからリートベルト解析を用いて水素占有率を決定した。hcp-Fe-SiのP-V-T状態方程式を組み合わせることにより、hcp-FeSiの水素による体積膨張が純粋なhcp鉄の体積膨張よりも10%大きいことを示した。得られた値を用いて、内核の密度欠損を再現できる水素量を見積もったところ、シリコンの影響がない場合に比べて50%減少した。hcp-FeSiで内核の密度欠損を再現した場合、内核と外核で可能な水素量xはそれぞれ0.07と0.12-0.15と計算された。
熊田 高之; 中川 洋; 三浦 大輔; 関根 由莉奈; 元川 竜平; 廣井 孝介; 稲村 泰弘; 奥 隆之; 大石 一城*; 森川 利明*; et al.
波紋, 34(2), p.50 - 53, 2024/05
本研究では、スピンコントラスト変調小角散乱法を用いてグルコース濃厚糖溶液を急冷すると氷結晶は平面上になり、その厚みは氷晶生成臨界半径と同程度の数ナノメートルしかないことを明らかにした。本研究は、グルコース分子が氷結晶の特定面に付着してその方向の成長を完全に止めてしまうことを示唆している。
Micheau, C.; 上田 祐生; 元川 竜平; 阿久津 和宏*; 山田 悟史*; 山田 雅子*; Moussaoui, S. A.*; Makombe, E.*; Meyer, D.*; Berthon, L.*; et al.
Journal of Molecular Liquids, 401, p.124372_1 - 124372_12, 2024/05
Supramolecular organization of extractant molecules impacts metal ions separation behavior. Probing bulk and interfacial structures of the relevant systems is expected to provide key insights into the metal ion selectivity and kinetic aspects. The supramolecular features of two solvent extraction systems based on malonamide extractants, N,N,N′,N′-tetrahexylmalonamide (THMA) in toluene and N,N′-dimethyl-N,N′-dibutyl-2-tetradecylmalonamide (DBMA) in n-heptane, were studied using small-angle X-ray scattering for the organic bulk phases, as well as interfacial tension and neutron reflectivity measurements for the interfaces. In the bulk solution, THMA forms dimeric/trimeric associates but no aggregates in toluene, while DBMA forms large aggregates in n-heptane. On the other hand, THMA accumulates in a diffuse layer at the interface at high THMA concentration, whereas DBMA forms a compact but thinner layer. After Pd(II) extraction, the thickness of interfacial layers decreases in the case of THMA, and totally vanishes in the case of DBMA. Based on these new structural information, two mechanisms are proposed for Pd(II) and Nd(III) extraction with malonamides. In toluene, THMA associates slightly accumulate in the vicinity of the interface, then coordinate Pd(II) and diffuse into the organic bulk phase. In n-heptane, DBMA aggregates adsorb at the interface then pick up Nd(III) cations in their polar cores and finally diffuse into the bulk.
Chae, H.*; Huang, E.-W.*; Jain, J.*; Lee, D.-H.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Lee, S. Y.*
Metals and Materials International, 30(5), p.1321 - 1330, 2024/05
In situ neutron diffraction during tensile deformation was performed for the stainless steels prepared by the additive manufacturing (AM) processes with two strategies: vertically built and horizontally built. The AM steels were further aged without solid solution treatment. As the results, the retained austenite was found to be more stable because the chemical composition became homogeneous by aging, and the onset of deformation induced martensitic transformation was delayed.
Fang, W.*; Liu, C.*; Zhang, J.*; 徐 平光; Peng, T.*; Liu, B.*; 諸岡 聡; Yin, F.*
Scripta Materialia, p.116046_1 - 116046_6, 2024/05
The influence of interstitial carbon on the texture evolution of high-entropy alloys during cold rolling was investigated. To prevent carbide formation, elements with weak carbon affinity were carefully selected in the (FeMnCoNi)
C
alloy. Neutron diffraction, electron channeling contrast imaging, and electron backscatter diffraction were used to analyze the texture and microstructure evolution in alloys with and without carbon addition. Though their texture components are similar at the early stage of deformation, the Brass and Goss textures in the carbon-containing alloy at 50% cold rolling reduction are obviously higher than those in the carbon-free alloy, while Copper and S textures are lower. A large number of deformation twins induced in the carbon containing alloy is attributed as the significant reason for the texture differences. This work helps to understand the impact of interstitial carbon on the texture evolution of high-entropy alloys, providing valuable insights for microstructure and performance optimization.
Ikami, Takaya*; 青木 裕之; 寺島 崇矢*
ACS Macro Letters (Internet), 13(4), p.446 - 452, 2024/04
被引用回数：0Microphase separation of random copolymers, as well as that of high 
; low N block copolymers, is promising to construct sub-10-nm structures into materials. Herein, we designed statistical copolymers consisting of 2-hydroxyethyl acrylate (HEA) and N-octadecylacrylamide (ODAAm) to produce crystallization and hydrogen bond-assisted lamellar structure materials. The copolymers not only formed a crystalline lamellar structure with 3-4 nm domain spacing but also maintained an amorphous lamellar structure via phase transition above the melting temperature up to approximately 100 
C. The key is to introduce hydrogen-bonding amide junctions between the octadecyl groups and the polymer backbones, by which the polymer chains are physically fixed at the interface of lamellar structures even above the melting temperature. The stabilization of the lamellar structure by the amide units is also supported by the fact that the lamellar structure of all-acrylate random copolymers bearing hydroxyethyl and crystalline octadecyl groups is disordered above the melting temperature. By spin-coating on a silicon substrate, the HEA/ODAAm copolymer formed a multilayered lamellar thin film consisting of a hydrophilic hydroxyethyl/main chain phase and a hydrophobic octadecyl phase. The structure and order-disorder transition were analyzed by neutron reflectivity.
池田 篤史
分析化学, 73(4.5), p.147 - 159, 2024/04
多変量解析法の一つである因子分析(Factor analysis: FA)は、複数化学種・化合物が混在している分析データから各化学種・化合物の純成分(主因子)に関する情報を抽出するのに強力な手法である。分析化学の分野では、FAはこれまで主に定量分析で多用されてきたが、定性分析への適用・応用例は少なかった。このような背景を踏まえ、本稿は「FAの定性分析への適用」に焦点を当てる。即ち、定性分析に強力な手法の一つであるX線吸収分光(X-ray absorption spectroscopy: XAS)で得られるスペクトルデータの解析にFAを適用し、測定試料中に含まれる化学種・化合物の純成分定性同定を実施するための基本的な考え方・解析の流れを概説、その適用研究例を紹介する。
社本 真一; 赤津 光洋*; Chang, L.-J.*; 根本 祐一*; 家田 淳一
Applied Physics Letters, 124(11), p.112402_1 - 112402_5, 2024/03
被引用回数：0Y
Fe
O
における超音波注入によるマグノン励起を非弾性中性子散乱によって研究した。その結果、縦波と横波の両方で超音波注入によりマグノン励起の非弾性中性子散乱強度が増強されることがわかった。
-Ga
O
(001)Tsai, Y. H.*; 小畠 雅明; 福田 竜生; 谷田 肇; 小林 徹; 山下 良之*
Applied Physics Letters, 124(11), p.112105_1 - 112105_5, 2024/03
被引用回数：0Recently, gallium oxide (GaO) has attracted much attention as an ultra-wide bandgap semiconductor with a bandgap of about 5 eV. In order to control device properties, it is important to clarify the chemical state of dopants and doping sites. X-ray absorption near edge structure (XANES) and hard X-ray photoemission spectroscopy were used to investigate the dopant sites and chemical states of Sn in Sn-doped -GaO(001) samples. The results show that the chemical state of the Sn dopant is the Sn
oxidation state and that the bond lengths around the Sn dopant atoms are longer due to the relaxation effect after Sn dopant insertion. Comparison of experimental and simulated XANES spectra indicates that the octahedral Ga substitution site in -GaO(001) is the active site of the Sn dopant.
-MgAgSbLi, J.*; Li, X.*; Zhang, Y.*; Zhu, J.*; Zhao, E.*; 古府 麻衣子; 中島 健次; Avdeev, M.*; Liu, P.-F.*; Sui, J.*; et al.
Applied Physics Reviews (Internet), 11(1), p.011406_1 - 011406_8, 2024/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Applied)The desire for intrinsically low lattice thermal conductivity (
) in thermoelectrics motivates numerous efforts on understanding the microscopic mechanisms of heat transport in solids. Here, based on theoretical calculations, we demonstrate that -MgAgSb hosts low-energy localized phonon bands and avoided crossing of the rattler modes, which coincides with the inelastic neutron scattering result. Using the two-channel lattice dynamical approach, we find, besides the conventional contribution (
70% at 300 K) from particlelike phonons propagating, the coherence contribution dominated by the wavelike tunneling of phonons accounts for 30% of total at 300 K. By considering dual contributions, our calculated room-temperature of 0.64 WmK well agrees with the experimental value of 0.63 WmK. More importantly, our computations give a nonstandard 
dependence, perfectly explaining the abnormal temperature-trend of 
in experiment for -MgAgSb. By molecular dynamics simulation, we reveal that the structure simultaneously has soft crystalline sublattices with the metavalent bonding and fluctuating liquid-like sublattices with thermally induced large amplitude vibrations. These diverse forms of chemical bonding arouse mixed part-crystal part-liquid state, scatter strongly heat-carrying phonons, and finally produce extremely low . The fundamental research from this study will accelerate the design of ultralow- materials for energy-conversion applications.
関根 由莉奈; 南川 卓也; 廣井 孝介; 大場 洋次郎*; 永川 栄泰*; 杉田 剛; 柴山 由樹; 深澤 倫子*
Carbohydrate Polymers, 327, p.121538_1 - 121538_11, 2024/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Chemistry, Applied)セルロースの結晶転移とその後の凍結架橋反応によってナノセルロース(NC)から形成された、無毒で強靱なNCゲルを開発した。低濃度のNaOHの使用と凍結を併用すると、凍結濃縮によりセルロースIからIIへのNCの結晶相転移が誘導されることを見出した。結晶相転移後、凍結濃縮層(FCL)内のNCとCA間の架橋により、強力なNCネットワーク構造が形成され、高い機械的強度を備えたNCハイドロゲルが形成した。凍結架橋したNCハイドロゲルは、NC-NaOHゾルと粉末吸着剤を混合することにより吸着剤を内部空間に容易に保持し、高い重金属除去効率を示した。この結果は、機能性材料の開発における化学修飾されていないセルロースの多用途性を示し、実用化の可能性を示すものである。
O-75MoO binary glasses composed of isolated MoO
増野 敦信*; 棟方 咲衣*; 岡本 芳浩; 家路 豊成*; 小杉 佳久*; 島川 祐一*
Inorganic Chemistry, 63(12), p.5701 - 5708, 2024/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.05(Chemistry, Inorganic & Nuclear)浮遊法を用い、透明で褐色のLaO-MoO二元系ガラスをバルク状に調製した。ガラス形成範囲は限定されており、主な組成は約25mol%のLaOであった。このガラスは、546Cで明確な結晶化を示した一方で、ガラス転移温度の決定は困難であった。注目すべきことに、アモルファスであるにもかかわらず、このガラスは結晶性のLaMoOに匹敵する密度と充填密度を有することが分かった。X線吸収微細構造解析とラマン散乱解析により、ガラス構造は孤立したMoOユニットの存在により、LaMoOに酷似していることが明らかになったが、La原子周辺の原子配列は無秩序であることが確認された。このガラスは378から5500nmの透明性を示し、1.0mでの屈折率は2.0と見積もられた。光学バンドギャップエネルギーは3.46eVで、LaMoOよりわずかに小さかった。さらに、このガラスは6.58.0mの透明領域を示した。この現象は、MoO
ユニットの多様性が減少し、Mo-O-Moの連結性が低下した結果、マルチフォノン吸収の重なりが減少したことに起因する。このガラス形成は、従来のガラス形成規則から逸脱しており、結晶のような原子配列を持つ特徴的なガラスとなっている。
長谷美 宏幸; 高橋 竜太*; 山内 康弘*; 石角 元志*; 河村 聖子; 小峰 良太
JPS Conference Proceedings (Internet), 41, p.011003_1 - 011003_5, 2024/03
The instrument control software framework "IROHA2" is used for the neutron and muon experiments at J-PARC MLF. IROHA2 consists of four core software components: i) The device control server controls and monitors devices, ii) the instrument management server authenticates users, manages measurements and configures device combinations, iii) the sequence management server builds and controls automatic measurements, iv) the integrate control server has centralized control over the device monitoring and measurement. Since IROHA2 is equipped with a web user interface, the control system can be accessed remotely using a web browser. MLF's sample environment team developed several device modules of the device control server in order to be able to use the sample environment equipment for automatic measurements. For example, the modules currently used in the experiments are those for 
He and 
He cryostats, superconducting magnets, niobium furnaces, and so on. In this presentation, we will introduce the features of IROHA2 and the functions of the device modules for the sample environment equipment.
