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Zhao, X.*; Zhang, Z.*; 服部 高典; Wang, J.*; Li, L.*; Jia, Y.*; Li, W.*; Xue, J.*; Fan, X.*; Song, R.*; et al.
Nature Communications (Internet), 16, p.7713_1 - 7713_8, 2025/08
被引用回数：0熱効果は、固体状態の冷凍技術の一つの解決策の基盤を成すもので、通常は固体状態の相転移付近で発生し、冷凍温度範囲が限定されている。ここでは、前例のない概念である「全温度帯バロカロリック効果」を導入し実現する。すなわち、KPF
において77.5Kから300Kの極めて広い温度範囲(潜在的に4Kまで)で観測される顕著なバカカロリック効果である。この温度範囲は、一般的な室温、液体窒素、液体水素、液体ヘリウムの冷却領域をカバーしている。直接測定されたバーカロリック断熱温度変化は、250MPaの圧力を解放した際に、室温で12K、77.5Kで2.5Kに達する。この効果は、圧力依存性の中性子粉末回折、ラマン散乱解析、第一原理計算により示されるように、菱面体高圧相への持続的な相転移に起因する。構造的不安定性を考慮した熱力学的エネルギーランドスケープを記述する。この独自の全温度帯バロカロリック効果は、従来の多段式シナリオを超えた、高度に適用可能な固体状態冷凍技術への新たなアプローチを提供する。
Naeem, M.*; Rehman, A. U.*; Romero Resendiz, L.*; Salamci, E.*; Aydin, H.*; Ansari, P.*; Harjo, S.; Gong, W.; Wang, X.-L.*; 他3名*
Communications Materials (Internet), 6, p.65_1 - 65_13, 2025/04
The need for lightweight materials with mechanical integrity at ultralow temperatures drives the development of advanced alloys for cryogenic use. Additive manufacturing via laser powder bed fusion (LPBF) offers a scalable way to create alloys with tailored properties. Here, we show that LPBF-processed Al10SiMg exhibits a high ultimate tensile strength (395 MPa) and uniform elongation (25%) at 15 K. These enhancements stem from grain refinement, increased geometrically necessary dislocations, and stress partitioning between the Al matrix and the stiffer Si phase, aiding strain accommodation. 
neutron diffraction reveals that the Si phase, with its higher yield strength, bears most of the load, while the Al matrix undergoes continuous strain hardening, extending deformation capacity. These results highlight Al10SiMg's promise for cryogenic applications such as hydrogen storage, aerospace, and quantum computing hardware.
GeTe
to hydrostatic pressureWang, Y.*; Zeng, X.-T.*; Li, B.*; Su, C.*; 服部 高典; Sheng, X.-L.*; Jin, W.*
Chinese Physics B, 34(4), p.046203_1 - 046203_6, 2025/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Multidisciplinary)二次元ファンデルワールス強磁性体FeGeTe(FGT)は、その高いキュリー温度、容易な調整性、空気中での優れた構造安定性から、スピントロニクスデバイスへの応用に大きな可能性を秘めている。理論的研究により、外部パラメータとしての圧力が強磁性特性に大きく影響することが示されている。本研究では、5GPaまでの高圧中性子粉末回折(NPD)実験を行い、FGTの静水圧による構造及び磁気特性の変化を調べた。NPDデータは、静水圧による見かけ上の抑制にもかかわらず、FGTにおける強磁性の頑健性を明らかにした。圧力が0から5GPaまで増加すると、キュリー温度は225(5)Kから175(5)Kまで単調減少し、Feの秩序モーメントが劇的に抑制されることがわかった。圧力による構造相転移は5GPaまで観測されなかったが、結合長と結合角の変化を定量的に解析した結果、交換相互作用が大きく変化していることがわかった。
Naeem, M.*; Ma, Y.*; Tian, J.*; Kong, H.*; Romero-Resendiz, L.*; Fan, Z.*; Jiang, F.*; Gong, W.; Harjo, S.; Wu, Z.*; et al.
Materials Science & Engineering A, 924, p.147819_1 - 147819_10, 2025/02
被引用回数：1 パーセンタイル：75.81(Nanoscience & Nanotechnology)Face-centered cubic (fcc) medium-/high-entropy alloys (M/HEAs) typically enhance strength and ductility at cryogenic temperatures via stacking faults, twinning, or martensitic transformation. However, in-situ neutron diffraction on VCoNi MEA at 15 K reveals that strain hardening is driven solely by rapid dislocation accumulation, without these mechanisms. This results in increased yield strength, strain hardening, and fracture strain. The behavior, explained by the Orowan equation, challenges conventional views on cryogenic strengthening in fcc M/HEAs and highlights the role of dislocation-mediated plasticity at low temperatures.
Liu, P.-F.*; Li, X.*; Li, J.*; Zhu, J.*; Tong, Z.*; 古府 麻衣子*; 楡井 真実; Xu, J.*; Yin, W.*; Wang, F.*; et al.
National Science Review, 11(12), p.nwae216_1 - nwae216_10, 2024/12
被引用回数：16 パーセンタイル：93.65(Multidisciplinary Sciences)Crystalline solids exhibiting inherently low lattice thermal conductivity (
) are of great importance in applications such as thermoelectrics and thermal barrier coatings. However, cannot be arbitrarily low and is limited by the minimum thermal conductivity related to phonon dispersions. In this work, we report the liquid-like thermal transport in a well-ordered crystalline CsAg
Te, which exhibits an extremely low value of 
0.18 Wm
K. On the basis of first-principles calculations and inelastic neutron scattering measurements, we find that there are lots of low-lying optical phonon modes at 3.1 meV hosting the avoided-crossing behavior with acoustic phonons. These strongly localized modes are accompanied by weakly bound rattling Ag atoms with thermally induced large amplitudes of vibrations. Using the two-channel model, we demonstrate that coupling of the particle-like phonon modes and the heat-carrying wave-like phonons is essential for understanding the low , which is heavily deviated from the 
temperature dependence of the standard Peierls theory. In addition, our analysis indicates that the soft structural framework with liquid-like motions of the fluctuating Ag atoms is the underlying cause that leads to the suppression of the heat conduction in CsAgTe. These factors synergistically account for the ultralow value. Our results demonstrate that the liquid-like heat transfer could indeed exist in a well-ordered crystal.
neutron diffractionNaeem, M.*; Ma, Y.*; Knowles, A. J.*; Gong, W.; Harjo, S.; Wang, X.-L.*; Romero Resendiz, L.*; 他6名*
Materials Science & Engineering A, 916, p.147374_1 - 147374_8, 2024/11
被引用回数：4 パーセンタイル：62.38(Nanoscience & Nanotechnology)Heterostructured materials (HSMs) improve the strength-ductility trade-off of alloys, but their cryogenic performance under real-time deformation is unclear. We studied heterostructured CrCoNi medium-entropy alloy via neutron diffraction at 77 K and 293 K. A significant mechanical mismatch between fine and coarse grains led to an exceptional yield strength of 918 MPa at 293 K, increasing to 1244 MPa at 77 K with a uniform elongation of 34%. This strength-ductility synergy at 77 K is attributed to high dislocation pile-up density, increased planar faults, and martensitic transformation. Compared to homogeneous alloys, HSMs show promise for enhancing cryogenic mechanical performance in medium-/high-entropy alloys.
-
transitionsYang, Q.*; Yang, X.*; Wang, Y.*; Fei, Y.*; Li, F.*; Zheng, H.*; Li, K.*; Han, Y.*; 服部 高典; Zhu, P.*; et al.
Nature Communications (Internet), 15, p.7778_1 - 7778_9, 2024/09
被引用回数：16 パーセンタイル：90.60(Multidisciplinary Sciences)明るい一重項励起子と三重項励起子を同時に発現する発光材料は、オプトエレクトロニクス、サイネージ、情報暗号化において大きな可能性を秘めている。しかしながら、高性能の白色発光を実現するためには、蛍光と燐光の寄与が不均衡であることが大きな障害となっている。ここでは、水素結合の協同効果による圧力処理エンジニアリングによって、n--遷移の混合を実現し、イソフタル酸(IPA)中で三重項状態の発光を7%から40%に高めることで、この課題に対処した。加圧処理したIPAでは、蛍光と燐光のハイブリッドに基づく優れた白色発光が得られ、フォトルミネッセンス量子収率は当初の19%(青色発光)から75%に増加した。その場での高圧IRスペクトル、X線回折、中性子回折から、圧力の上昇に伴い水素結合が連続的に強化されることが明らかになった。さらに、この強化された水素結合は、圧力処理後も常圧条件下まで保持され、バランスの取れた一重項/三重項励起子集団のための効率的な系間交差を目的としたIPAに与え、効率的な白色発光をもたらした。この研究は、有機低分子の三重項状態を明るくするルートを提案するだけでなく、一重項励起子と三重項励起子の比率を調節して、高性能の白色発光を構築するものである。
Zhu, L.*; He, H.*; Naeem, M.*; Sun, X.*; Qi, J.*; Liu, P.*; Harjo, S.; 中島 健次; Li, B.*; Wang, X.-L.*
Physical Review Letters, 133(12), p.126701_1 - 126701_6, 2024/09
被引用回数：4 パーセンタイル：69.84(Physics, Multidisciplinary)It has long been suspected that magnetism could play a vital role in the phase stability of multi- component high-entropy alloys. However, the nature of the magnetic order, if any, has remained elusive. Here, by using elastic and inelastic neutron scattering, we demonstrate evidence of antiferromagnetic order below 80 K and strong spin fluctuations persisting to room temperature in a single-phase face-centered cubic (fcc) CrMnFeCoNi high-entropy alloy. Despite the chemical complexity, the magnetic structure in CrMnFeCoNi can be described as 
-Mn-like, with the magnetic moments confined in alternating (001) planes and pointing toward the 
111
direction. Combined with first-principles calculation results, it is shown that the antiferromagnetic order and spin fluctuations help stabilized the fcc phase in CrMnFeCoNi high-entropy alloy.
Ying, H.*; Yang, X.*; He, H.*; Yan, A.*; An, K.*; Ke, Y.*; Wu, Z.*; Tang, S.*; Zhang, Z.*; Dong, H.*; et al.
Scripta Materialia, 250, p.116181_1 - 116181_7, 2024/09
被引用回数：5 パーセンタイル：72.08(Nanoscience & Nanotechnology)Nanoscale chemical fluctuations and their effect on the deformation behavior of CrFeCoNi-based high-entropy alloys (HEAs) were investigated using small-angle scattering and in situ neutron diffraction measurements. Small-angle scattering results demonstrated the presence of nano (
10 nm) chemical fluctuations in the as-prepared CrFeCoNiPd HEAs, which was attributed to the negative mixing of enthalpy and the significant atomic radius difference between Pd and the constituent elements in the CrFeCoNi-based alloys. Subsequent tensile tests demonstrated that the yield and tensile strengths of the as-prepared CrFeCoNiPd HEA surpass those of the as-prepared CrMnFeCoNi HEA. Neutron diffraction data analysis revealed an anomalous response of dislocation evolution with the strain.
CNguyen, B. V. C.*; 村上 健太*; Chena, L.*; Phongsakorn, P. T.*; Chen, X.*; 橋本 貴司; Hwang, T.*; 古澤 彰憲; 鈴木 達也*
Nuclear Materials and Energy (Internet), 39, p.101639_1 - 101639_9, 2024/06
被引用回数：1 パーセンタイル：43.12(Nuclear Science & Technology)In reactor pressure vessel materials, the formation of Mn- and Ni-rich nanoclusters is a major cause of neutron irradiation embrittlement. The segregation of these solute atoms into dislocation loops has attracted attention as a mechanism to accelerate solute clustering. In this study, the behaviors of solute Mn and Ni atoms in Fe-0.6wt.%Ni, Fe-1.4wt.%Mn, and Fe-1.4wt.%Mn-0.6wt.%Ni alloys irradiated at 400 C up to 3 dpa were analyzed using three-dimensional atom probe tomography. Solute atom clusters were observed in all materials, and their shapes were spherical, flat, and torus in FeNi, FeMn, and FeMnNi, respectively. In ternary alloy FeMnNi, Mn and Ni atoms were concentrated in the sample in the form of arcs, and the orientation of the plane containing the arcs was estimated by comparing field desorption images. The size, number density, and orientation of this structure were found to be in good agreement with those of both types of dislocation loops, namely, b = 1/2 
111 and b = 100, identified in a previous study using the same material. The positions of Ni and Mn enrichment did not fully overlap. Ni atoms tended to be concentrated more in the inner part of the loop than the Mn atoms. Mn atoms were enriched only in the vicinity of the dislocation loops, whereas Ni atoms showed a higher concentration inside the dislocation loops than in the bulk.
Ma, Y.*; Naeem, M.*; Zhu, L.*; He, H.*; Sun, X.*; Yang, Z.*; He, F.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Wang, X.-L.*
Acta Materialia, 270, p.119822_1 - 119822_13, 2024/05
被引用回数：11 パーセンタイル：94.17(Materials Science, Multidisciplinary)We report an in situ neutron diffraction study of 316 L that reveals an extraordinary work-hardening rate (WHR) of 7 GPa at 15 K. Detailed analyses show that the major contribution to the excellent strength and ductility comes from the transformation-induced plasticity (TRIP) effect, introduced by the austenite-to-martensite (-to-
') phase transition. A dramatic increase in the WHR is observed along with the transformation; the WHR declined when the austenite phase is exhausted. During plastic deformation, the volume-fraction weighted phase stress and stress contribution from the '-martensite increase significantly. The neutron diffraction data further suggest that the -to-' phase transformation was mediated by the 
-martensite, as evidenced by the concurrent decline of the phase with the phase.
Linh, B. D.*; Corsi, A.*; Gillibert, A.*; Obertelli, A.*; Doornenbal, P.*; Barbieri, C.*; Duguet, T.*; G
mez-Ramos, M.*; Holt, J. D.*; Hu, B. S.*; et al.
Physical Review C, 109(3), p.034312_1 - 034312_15, 2024/03
被引用回数：3 パーセンタイル：67.63(Physics, Nuclear)理化学研究所RIビームファクトリーにて中性子過剰核
Arビームからの1中性子ノックアウト反応実験を行い、
Arのエネルギー準位および分光学的因子を導出した。特に、第一励起状態の
への分光学的因子が大きいことから、始状態のArの基底状態において中性子が
軌道を多く占めていることがわかった。これは、中性子数32がよい魔法数として知られる
Caとは異なった性質であり、カルシウムからアルゴンへと陽子が2個減ることで閉殻構造が大きく崩れることが明らかになった。
SnHuang, Z.*; Wang, W.*; Ye, H.*; Bao, S.*; Shangguan, Y.*; Liao, J.*; Cao, S.*; 梶本 亮一; 池内 和彦*; Deng, G.*; et al.
Physical Review B, 109(1), p.014434_1 - 014434_9, 2024/01
被引用回数：4 パーセンタイル：62.70(Materials Science, Multidisciplinary)TbMnSn is a correlated topological magnet with a Mn-based kagome lattice, in which a Chern gap opens at the Dirac point at low temperatures. The magnetic moment direction of the ferrimagnetic order changes from in the kagome plane to the out-of-plane upon cooling, which is essential for generating the Chern gap, but the underlying mechanism for the spin reorientation remains elusive. Here, we investigate the spin-reorientation transition in TbMnSn using neutron scattering. We provide direct evidence for the spin-reorientation transition and unveil the coexistence of two Tb modes at 200 K. To account for these results, we put forward a model based on SU(N) spin-wave theory, in which there is a temperature evolution of the ground state Tb 
orbitals, driven by the crystalline electric field, single-ion anisotropy, and exchange interactions between Tb and Mn ions. Our findings shed light on the complex magnetism of TbMnSn, despite its relatively simple ground state magnetic structure, and provide insights into the mechanisms for tuning magnetic topological materials.
Be ground-state molecular structure using Be(
)
He triple differential reaction cross-section measurementsLi, P. J.*; Beaumel, D.*; Lee, J.*; Assi
, M.*; Chen, S.*; Franchoo, S.*; Gibelin, J.*; Hammache, F.*; Harada, T.*; 延与 佳子*; et al.
Physical Review Letters, 131(21), p.212501_1 - 212501_7, 2023/11
被引用回数：25 パーセンタイル：94.13(Physics, Multidisciplinary)Beのクラスター構造を()反応を用いて調査した。三重微分断面積が実験的に測定され、Tohsaki-Horiuchi-Schuck-R
pke波動関数の方法や反対称化分子動力学を用いた歪曲波インパルス近似計算と比較した。実験データと理論計算の顕著な一致が確認され、Beの比較的コンパクトな分子状態を確認した。
Bao, S.*; Gu, Z.-L.*; Shangguan, Y.*; Huang, Z.*; Liao, J.*; Zhao, X.*; Zhang, B.*; Dong, Z.-Y.*; Wang, W.*; 梶本 亮一; et al.
Nature Communications (Internet), 14, p.6093_1 - 6093_9, 2023/09
被引用回数：26 パーセンタイル：94.13(Multidisciplinary Sciences)Magnon polarons are novel elementary excitations possessing hybrid magnonic and phononic signatures, and are responsible for many exotic spintronic and magnonic phenomena. Despite long-term sustained experimental efforts in chasing for magnon polarons, direct spectroscopic evidence of their existence is hardly observed. Here, we report the direct observation of magnon polarons using neutron spectroscopy on a multiferroic Fe
Mo
O
possessing strong magnon-phonon coupling. Specifically, below the magnetic ordering temperature, a gap opens at the nominal intersection of the original magnon and phonon bands, leading to two separated magnon-polaron bands. Each of the bands undergoes mixing, interconverting and reversing between its magnonic and phononic components. We attribute the formation of magnon polarons to the strong magnon-phonon coupling induced by Dzyaloshinskii-Moriya interaction. Intriguingly, we find that the band-inverted magnon polarons are topologically nontrivial. These results uncover exotic elementary excitations arising from the magnon-phonon coupling, and offer a new route to topological states by considering hybridizations between different types of fundamental excitations.
Shangguan, Y.*; Bao, S.*; Dong, Z.-Y.*; Xi, N.*; Gao, Y.-P.*; Ma, Z.*; Wang, W.*; Qi, Z.*; Zhang, S.*; Huang, Z.*; et al.
Nature Physics, 19(12), p.1883 - 1889, 2023/09
被引用回数：23 パーセンタイル：92.44(Physics, Multidisciplinary)The magnetization of a quantum magnet can be pinned at a fraction of its saturated value by collective effects. One example of such a plateau phase is found in spin-1/2 triangular-lattice antiferromagnets. They feature strong geometrical frustration and the plateau phase therein is often interpreted as arising from an order-by-disorder mechanism driven by quantum fluctuations. Here we observe a one-third magnetization plateau under an applied magnetic field in the spin-1 antiferromagnet NaNiBiO with a honeycomb lattice, which, with conventional magnetic interactions, would not be geometrically frustrated. Based on our elastic neutron scattering measurements, we propose the spin structure of the plateau phase to be an unusual partial spin-flop ferrimagnetic order. Our theoretical calculations indicate that bond-anisotropic Kitaev interactions are the source of frustration that produces the plateau. These results suggest that Kitaev interactions provide a different route to frustration and phases driven by quantum fluctuations in high-spin magnets.
Ca cast doubt on a doubly magic 
CaChen, S.*; Browne, F.*; Doornenbal, P.*; Lee, J.*; Obertelli, A.*; 角田 佑介*; 大塚 孝治*; 茶園 亮樹*; Hagen, G.*; Holt, J. D.*; et al.
Physics Letters B, 843, p.138025_1 - 138025_7, 2023/08
被引用回数：9 パーセンタイル：87.35(Astronomy & Astrophysics)
Scからの1陽子ノックアウト反応を用いて、
Caと
Caのガンマ崩壊を観測した。Caでは1456(12)keVの線遷移が、Caでは1115(34)keVの遷移が観測された。どちらの遷移も暫定的に
と割り当てられた。有効核子間相互作用をわずかに修正した広い模型空間での殻模型計算では、
準位エネルギー、2中性子分離エネルギー、反応断面積が実験とよく一致し、N=34閉殻の上に新しい殻が形成されていることを裏付けた。その構成要素である
と
軌道はほぼ縮退しており、これはCaが二重魔法核である可能性を排除し、Ca同位体のドリップラインを
Caあるいはそれ以上にまで広げる可能性がある。
; Bandgap narrowing, metallization, and remarkable enhancement of photoelectric activityFang, Y.*; Kong, L.*; Wang, R.*; Zhang, Z.*; Li, Z.*; Wu, Y.*; Bu, K.*; Liu, X.*; Yan, S.*; 服部 高典; et al.
Materials Today Physics (Internet), 34, p.101083_1 - 101083_7, 2023/05
被引用回数：8 パーセンタイル：69.43(Materials Science, Multidisciplinary)層状ファンデルワールスハライドは、外部圧力に対して特に敏感であるため、目的とする性質を持つ構造にチューンすることが可能となる。一方で、圧力に非常に敏感であるという特性は、同時に目的とする機能の実現に有害な相転移や格子歪みを引き起こす可能性があるためその操作は依然として困難である。この研究では、層状RhI結晶が持つ極めて弱い層間結合と高い機能可変性を観察した。5GPaという適度な圧力をかけると圧力誘起相転移が起こり、積層構造に変化が現れた。驚くべきことに、この相転移は、圧力に対してほぼ直線的なバンドギャップ減少という傾向に影響を与えなかった。また、より高い圧力では、1.3eVの赤方偏移というかなり大きな調整幅を伴う金属相が観測された。さらに、RhIのキャリア濃度は30GPaで4桁増加し、光電流は7.8GPaで5桁増加することが確認された。これらの結果は、ファンデルワールスハライドの層状構造という特異な特徴を生かした探索、調整、理解のための新たな機会を創出し、原子レベルの薄さを持つマテリアルバイデザインに基づく将来のデバイスとして有望である。
100 MeV/nucleonPohl, T.*; Sun, Y. L.*; Obertelli, A.*; Lee, J.*; Gmez-Ramos, M.*; 緒方 一介*; 吉田 数貴; Cai, B. S.*; Yuan, C. X.*; Brown, B. A.*; et al.
Physical Review Letters, 130(17), p.172501_1 - 172501_8, 2023/04
被引用回数：15 パーセンタイル：88.36(Physics, Multidisciplinary)大きなフェルミ面非対称性を持つ陽子過剰な
O原子核からの100MeV/nucleonでの陽子による陽子・中性子除去反応について報告した。この結果は、quasi-freeノックアウト反応、非弾性散乱、核子移行反応を含む複数の反応機構の定量的寄与を初めて示すものである。このようなエネルギー領域では通常無視される非弾性散乱と核子移行の寄与が、弱束縛陽子と強束縛中性子の除去反応断面積にそれぞれ約50%と30%寄与していることが示された。
Jiang, X.*; 服部 高典; Xu, X.*; Li, M.*; Yu, C.*; Yu, D.*; Mole, R.*; 矢野 真一郎*; Chen, J.*; He, L.*; et al.
Materials Horizons, 10(3), p.977 - 982, 2023/03
被引用回数：28 パーセンタイル：91.82(Chemistry, Multidisciplinary)現在の蒸気圧縮式冷凍機に代わる環境に優しい冷凍機として、バロカロリック効果に基づく固体冷凍機が世界的に注目されている。一般に、バロカロリック効果が発現する相はいずれも常圧でも存在する。ここでは、それらの物質と違って、KPFが高圧の菱面体晶相を生成することにより、巨大なバロカロリック効果を示すことを実証した。相図は、圧力依存の熱量測定、ラマン散乱測定、中性子回折測定に基づいて構築されたものである。本研究は、巨大バロカロリー効果に、高圧相の生成という新たな手法をもたらすと期待される。
