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Jiang, L.*; Wang, H. H.*; Su, Y. H.; 徐 平光; 篠原 武尚; Xia, B.*; Wang, Y. W.*
Journal of Materials Science, 61(14), p.9754 - 9775, 2026/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)In this study, pulsed neutron Bragg-edge transmission imaging was employed to characterize plastic deformation of high-manganese austenitic steel during cryogenic impact fracture. Electron backscatter diffraction was used to examine the microstructural evolution. The results reveal that the Bragg-edge width was identified as the critical value for large plastic deformation. Both crack initiation and stable crack growth regions exhibited higher levels of plastic deformation, twin density, and dislocation density compared to unstable crack growth regions. As the test temperature decreased from 273 K to 77 K, the transition point from stable to unstable crack growth occurred earlier. This is responsible for the reduction in impact absorbed energy. These findings provide new insights into the cryogenic toughening mechanism of high-manganese steel.
Xia, B.*; Wang, H. H.*; Su, Y. H.; 徐 平光; 篠原 武尚; Wang, Y. W.*
Materials Science & Engineering A, 957, p.149940_1 - 149940_7, 2026/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nanoscience & Nanotechnology)The cryogenic fracture mechanism of high-Mn austenitic steels was investigated using a quasi-in situ experiment of interrupted Charpy impact test, together with electron backscatter diffraction and neutron Bragg-edge transmission imaging. The results show that voids coalesce through void sheeting at 77 K, a fracture mechanism associated with superior cryogenic toughness. The widely and ring-like distributed deformation twins ahead of the crack tip contribute limitedly to alleviating strain localization at 77 K. However, by suppressing the increase in stress triaxiality, deformation twins play a key role in promoting void sheeting and preventing the transition to quasi-cleavage fracture. This work lays the foundation for subsequent investigations into cryogenic toughening.
Cr
S
Zhao, G.*; Li, J.*; Zhang, J.*; 小嶋 健児*; Cai, Y.*; 伊藤 孝; Yoon, S. W.*; Wang, X.*; 前川 禎通*; Su, G.*; et al.
Physical Review Research (Internet), 8(1), p.013331_1 - 013331_10, 2026/03
Ferrotoroidic materials, which break both time- and space-reversal symmetries to enhance magnetoelectric responses, are of great interest for applications. BaCrS, a recently synthesized quasi-one-dimensional ferrotoroidic candidate, combines polarization, magnetization, and toroidal moment, yet its electronic band structure, magnetic evolution, and phase transitions remain incompletely understood to date. Here, we investigate BaCrS, using electrical transport, direct current magnetization, alternating current susceptibility, specific heat, and muon spin rotation (
SR) measurements, along with various first-principles calculations. Electrical transport measurements and density functional theory confirm a narrow band gap (
0.707~eV, experimentally; 0.680~eV, theoretically). SR measurements reveal that static magnetism dominates down to 2~K, with an ordered volume fraction of 89% at this temperature. Two distinct transitions are identified: one around the N
el temperature [
~K] and another corresponding to a phase transition near 30~K, as consistently indicated by our complementary experimental techniques. The absence of dynamic critical behaviors and the lack of a 
-type specific heat anomaly are consistent with a first-order-like transition at 
. Based on various complementary experimental results and theoretical calculations, we propose a hypothesis that the 30~K broad feature arises from the complex interplay between crystal structure distortion and magnetic coupling, which is potentially directly linked to ferrotoroidicity. As the first study integrating SR with complementary experiments and first-principles calculations to explore ferrotoroidicity, this work provides key insights into the underlying physics of BaCrS and related compounds in this area.
RhZhang, J. Z.*; Chen, Z. Q.*; Qu, T.*; Wang, Y. K.*; Li, Z. H.*; Orlandi, R.; 他62名*
Physics Letters B, 873, p.140144_1 - 140144_9, 2026/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Astronomy & Astrophysics)At the RIKEN, 
-delayed 
-ray spectroscopy studies were conducted on 
Rh and 
Rh, resulting in the world's first successful identification of a 1/2
isomer in these isotope, extending the energy difference between the 9/2
and 1/2 states up to neutron number 
=74. Comparison of the new results with state-of-the-art calculations suggests that triaxial deformation plays a significant role in the evolution of the energy difference, indicating a shape transition from axially symmetric to triaxial deformation within the Rh isotopic series. These findings provide new insights into the structure of neutron-rich nuclei in the atomic number 
region, elucidating the interplay between triaxial deformation and shell evolution.
Zhu, L.*; Dong, W.*; Naeem, M.*; Kong, H.*; Hu, C.*; Fan, Z.*; Gong, W.; Harjo, S.; Lan, S.*; Wu, Y.*; et al.
Acta Materialia, 303, p.121734_1 - 121734_10, 2026/01
被引用回数：3 パーセンタイル：35.08(Materials Science, Multidisciplinary)Body-centered cubic (BCC) metals typically exhibit high yield strength but limited work hardening and uniform elongation, especially at low temperatures. High-entropy alloys (HEAs) offer opportunities to overcome these limitations, though their deformation mechanisms remain unclear. Using in situ neutron diffraction and microstructural analysis, this study identifies the origin of the exceptionally large uniform elongation at liquid nitrogen temperature in a single-phase BCC (TiZrHf)
AlNb
HEA. Initial plastic deformation is governed by a BCC-to-orthorhombic (
") transformation, followed by " twinning and deformation-induced amorphization at later stages. The cooperation of these mechanisms suppresses work softening from dislocation plasticity, enabling high yield strength with large uniform elongation and providing a viable strategy for designing cryogenic structural materials.
Fei, Y.*; Wang, Y.*; Zhang, J.*; Liu, J.*; Zhao, Z.*; 服部 高典; 阿部 淳*; Dong, X.*; Mao, H.-K.*; Zheng, H.*; et al.
Chemistry; A European Journal, p.e71096_1 - e71096_11, 2026/00
被引用回数：0カーボンナノスレッド(CNThs)は、卓越した機械的特性を備えた一次元飽和炭素ナノ材料である。多環芳香族炭化水素(PAHs)は、高圧下において、機械的性能が向上した、より太い多環状CNThsを形成すると期待されている。本研究では、最も単純なPAHであるナフタレンの高圧重合について、複数の最先端手法を用いて体系的に調査した。ナフタレン分子はヘリンボーン状に積層し、20GPa以上ではa-b方向に沿って[4+2]環化付加反応を起こし、一次元CNThを生成した。多くのCNThの形成とは対照的に、CNThの核生成は加圧中に起こりその成長は減圧中に進行するが、これはヘリンボーン状に積層した芳香族化合物に普遍的に見られる現象であると考えられる。得られたCNTh結晶の単位格子が決定され、生成物であるCNThの可能な構造も提案された。本研究は、高圧下におけるナフタレンの重合特性を明らかにし、滑り角が重合経路を決定する上で重要な役割を果たすことを示している。
C松谷 悠佑; 吉井 勇治*; 楠本 多聞*; Wang, Y.*; 小川 達彦; 佐藤 達彦; 甲斐 健師
Scientific Reports (Internet), 24 Pages, 2026/00
水の放射線分解は、人体におけるDNA損傷や原子炉における腐食など、材料に対する放射線影響に重要な役割を果たす。従来の化学コードは主に室温付近に限定されており、原子炉環境の温度条件とは大きく異なる。本研究では、汎用モンテカルロコードParticle and Heavy Ion Transport code System (PHITS)に基づき、0350Cの温度範囲に適用可能な化学コード(PHITS-Chem)を開発した。拡散係数および反応速度定数の温度依存性を考慮し、低LET(0.2keV/m)、中LET(11.9keV/m)、高LET(63.4keV/m)放射線に対する既報の実験および理論G値と比較することで検証した。本コードにより、広い温度範囲での放射線分解生成種の反応動力学を高精度に評価でき、炉内材料劣化やシビアアクシデント対策の検討への応用が期待される。
松谷 悠佑; 嵯峨 涼*; Wang, Y.*; 佐藤 達彦
Medical Physics, 52(10), p.e70040_1 - e70040_14, 2025/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Radiology, Nuclear Medicine & Medical Imaging)放射線誘発微小核(micronuclei, MN)は染色体断片であり、近年、比較的早期に検出可能な染色体異常の定量的指標として使用されている。近年、MN形成を評価する技術は注目を集めているものの、MNの意義とそれに伴う細胞応答は未だ解明されていない。本研究では、被ばく後の細胞生存率を予測可能なintegrated microdosimetric-kinetic(IMK)モデルを拡張し、MN頻度を推定する生物物理学的モデルを提示し、MN形成に伴う細胞応答を理論的に検討した。本モデルは、修復不全による致死損傷からのMN形成確率を導入することで、線エネルギー付与や線量率に依存したMN形成頻度の予測に成功した。また、同モデルを使用した解析により、同一照射条件下では、細胞生存率とMN頻度に対する生物学的効果比は同等であることが確認された。本成果は、MNが放射線治療と放射線防護の双方において、被ばく後早期における治療効果と組織学的損傷を定量的に評価するために有用であることを示唆している。
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：6 パーセンタイル：80.06(Multidisciplinary Sciences)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。
(Al, Zn)
Approximant crystal; Influence of chemical disorder清水 一行*; 山口 正剛; 赤丸 悟士*; 西村 克彦*; 阿部 李音*; 佐々木 泰祐*; Wang, Y.*; 戸田 裕之*
Scripta Materialia, 265, p.116730_1 - 116730_7, 2025/08
被引用回数：4 パーセンタイル：77.64(Nanoscience & Nanotechnology)The approximant crystal Mg(Al, Zn) (T-phase in Al-Zn-Mg alloys) holds the potential for enhancing both strength and hydrogen embrittlement resistance in aluminum alloys when present as nano-precipitates. Our previous computational exploration indicated strong hydrogen trapping but neglected the inherent chemical disorder of this approximant crystal. This study revisits hydrogen trapping in Mg(Al, Zn), directly including chemical disorder via special quasirandom structures. Density functional theory calculations reveal that, while chemical disorder introduces variations in trapping energies, the overall trend of strong trapping persists. Tetrahedral sites coordinated by Mg atoms exhibit particularly strong trapping, with smaller tetrahedral volumes correlating with stronger trapping due to enhanced Mg-H interactions. Multiple hydrogen occupation of these sites is also calculated, resulting in high hydrogen densities. Experimental validation using thermal desorption spectroscopy on a bulk Mg(Al, Zn) sample confirms hydrogen trapping, reinforcing the potential of this phase for designing advanced, hydrogen-resistant aluminum alloys.
in a hadronic molecule and a triangle singularity approach at finite temperatureZhang, Y.*; 保坂 淳; Wang, Q.*; 安井 繁宏*
Physical Review D, 112(1), p.016014_1 - 016014_14, 2025/07
被引用回数：1 パーセンタイル：0.00(Astronomy & Astrophysics)2つの異なる描像である、ハドロン分子およびトライアングル特異点のアプローチによって有限温度でのを調べた結果を報告する。
友田 陽*; Harjo, S.; 徐 平光; 諸岡 聡; Gong, W.; Wang, Y.*
Metals, 15(6), p.610_1 - 610_19, 2025/05
被引用回数：3 パーセンタイル：35.06(Materials Science, Multidisciplinary)Lattice parameters of product and matrix phases in steels have been measured using in situ X-ray and neutron diffraction during forward and reverse transformations. These parameters are influenced by temperature, transformation-induced internal stresses, alloying element partitioning, crystal defects, and magnetic strains. Disentangling these contributions is essential for understanding lattice behavior. This review explores internal strain (stress) associated with ferrite, pearlite, bainite, martensite, and reverse austenite transformations, emphasizing the distinction between diffusional and displacive mechanisms. It also examines how plastic deformation of austenite affects subsequent bainite or martensite formation. The roles of dislocations and vacancies are identified as critical areas for further research.
Wang, Y.*; Gong, W.; Harjo, S.; 他7名*
Acta Materialia, 288, p.120840_1 - 120840_14, 2025/04
被引用回数：30 パーセンタイル：99.15(Materials Science, Multidisciplinary)Low yield strength and the presence of Luders bands constitute principal impediments to the extensive applications of conventional medium Mn steels with a duplex microstructure of ferrite and austenite. Flash heating and the concept of chemical heterogeneity have been combined to engineer a duplex austenite-martensite microstructure in medium Mn steels, which has proven effective in augmenting the yield strength and mitigating the occurrence of Luders bands. However, the underlying mechanisms remain ambiguous. In the present work, the effect of austenite stability on yielding behavior was systematically investigated in an austenite-martensite duplex medium Mn steel. Austenite stability was identified as the critical factor governing yield strength, where reduced stability promotes early stage deformation induced martensite transformation, thereby decreasing yield strength. Diminished austenite stability may as well induce enhanced work hardening, thereby result in the inclination and eventual elimination of yield plateau, concomitant with the disappearance of Luders bands. These observations expand our current understanding of the yielding behavior in medium Mn steels and offer insights for the design of other advanced high strength steels.
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：7 パーセンタイル：87.47(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.
Che, G.*; Fei, Y.*; Tang, X.*; Zhao, Z.*; 服部 高典; 阿部 淳*; Wang, X.*; Ju, J.*; Dong, X.*; Wang, Y.*; et al.
Physical Chemistry Chemical Physics, 27(2), p.1112 - 1118, 2025/01
被引用回数：4 パーセンタイル：40.73(Chemistry, Physical)芳香族分子の圧力誘起重合(PIP)は、様々な炭素系材料を合成するための効果的な方法として浮上してきた。目的とする構造や機能を得るためには、適切な官能基化された分子前駆体の選択が極めて重要である。本研究では、1,4-ジフルオロベンゼン(1,4-DFB)をPIPの構成要素として選択した。1,4-DFBをその場高圧で調べた結果、約12.0GPaで相転移が起こり、18.7GPaで不可逆的な化学反応が起こることがわかった。生成物の構造解析と反応のカイネティクスから、直線的な成長を伴う擬六方晶積層フッ素ダイヤモンドナノスレッドの形成が明らかになった。高圧下のベンゼンの結晶構造と比較して、1,4-DFBは[001]軸に沿って高い圧縮を示す。この異方的な圧縮は、[01
]軸に沿ったより強いH
相互作用と、[100]軸と[010]軸に沿った潜在的な圧縮阻害H
F相互作用に起因し、[01]軸に沿った可能な反応経路を促進する。この研究は、分子スタッキングを調節し、反応経路に影響を与える官能基化の重要な役割を強調している。
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：5 パーセンタイル：51.14(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：43 パーセンタイル：95.50(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。
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：13 パーセンタイル：82.00(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.
Wang, Y.*; Gong, W.; Su, Y. H.; Li, B.*
Acta Metallurgica Sinica, 60(8), p.1001 - 1016, 2024/08
被引用回数：3 パーセンタイル：23.02(Metallurgy & Metallurgical Engineering)The correlation between the atomic structure, microstructure, and macroscopic properties of structural materials remains a core issue in materials research. In recent years, substantial progress has been achieved in constructing accelerator-based neutron sources and related experimental techniques, offering a robust platform for an in-depth understanding of the aforementioned correlation under real-time and in situ conditions. This article reviews the latest advancements in the application of major neutron characterization techniques, including neutron diffraction, Bragg-edge imaging, small-angle neutron scattering, pair distribution function analysis, and quasi-elastic/inelastic neutron scattering, in structural materials. Furthermore, it particularly highlights the origins and evolution of internal stresses during the phase transformations of steels, deformation mechanisms in light metals such as magnesium alloys, and microstructure and residual stress analyses using Bragg-edge imaging. Finally, a brief outlook on future development trends is provided.
