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Birkholzer, J. T.*; Graupner, B. J.*; Harrington, J.*; Jayne, R.*; Kolditz, O.*; Kuhlman, K. L.*; LaForce, T.*; Leone, R. C.*; Mariner, P. E.*; McDermott, C.*; et al.
Geomechanics for Energy and the Environment, 42, p.100685_1 - 100685_17, 2025/06
被引用回数：0The DECOVALEX initiative is an international research collaboration (www.decovalex.org), initiated in 1992, for advancing the understanding and modeling of coupled thermo-hydro-mechanical-chemical (THMC) processes in geological systems. DECOVALEX stands for "DEvelopment of COupled Models and VALidation against EXperiments". DECOVALEX emphasizes joint analysis and comparative modeling of the complex perturbations and coupled processes in geologic repositories and how these impact long-term performance predictions. More than fifty research teams associated with 17 international DECOVALEX partner organizations participated in the comparative evaluation of eight modeling tasks covering a wide range of spatial and temporal scales, geological formations, and coupled processes. This Virtual Special Issue on DECOVALEX-2023 provides an in-depth overview of these collaborative research efforts and how these have advanced the state-of-the-art of understanding and modeling coupled THMC processes. While primarily focused on radioactive waste, much of the work included here has wider application to many geoengineering topics.
Co
)Sn studied by 
SRCai, Y.*; Yoon, S.*; Sheng, Q.*; Zhao, G.*; Seewald, E. F.*; Ghosh, S.*; Ingham, J.*; Pasupathy, A. N.*; Queiroz, R.*; Lei, H.*; et al.
Physical Review B, 111(21), p.214412_1 - 214412_17, 2025/06
被引用回数：0We study the magnetic properties of the metallic kagome system (FeCo)Sn by a combination of muon spin relaxation (SR), magnetic susceptibility, and scanning tunneling microscopy (STM) measurements in single crystal specimens with Co concentrations 
= 0, 0.11, 0.8. In the undoped antiferromagnetic compound FeSn, we find possible signatures for a previously unidentified phase that sets in at 
~K, well beneath the Neel temperature 
~K as indicated by a peak in the relaxation rate 1/
observed in zero field (ZF) and longitudinal field (LF) SR measurements, with a corresponding anomaly in the ac and dc susceptibility, and an increase in the static width 1/
in ZF-SR measurements. No signatures of spatial symmetry breaking are found in STM down to 7~K. Related to the location and motion of muons in FeSn, we confirmed a previous report that about 40% of the implanted muons reside at a field-cancelling high symmetry site at 
~K, while an onset of thermal hopping changes the site occupancy at higher temperatures. In Fe
Co
Sn, where disorder eliminated the field-cancellation effect, all the implanted muons exhibit precession and/or relaxation in the ordered state. In Fe
Co
Sn, we find canonical spin glass behavior with freezing temperature 
~K; the ZF and LF-SR time spectra exhibit results similar to those observed in dilute alloy spin glasses CuMn and AuFe, with a critical behavior of 
at 
and 
as 
. The absence of spin dynamics at low temperatures makes a clear contrast to the spin dynamics observed by SR in many geometrically frustrated spin systems on insulating kagome, pyrochlore, and triangular lattices. The spin glass behavior of CoSn doped with dilute Fe moments is shown to originate primarily from the randomness of doped Fe moments rather than due to geometrical frustration of the underlying lattice.
Rajeev, H. S.*; Hu, X.*; Chen, W.-L.*; Zhang, D.*; Chen, T.*; 古府 麻衣子*; 梶本 亮一; 中村 充孝; Chen, A. Z.*; Johnson, G. C.*; et al.
Journal of the Physical Society of Japan, 94(3), p.034602_1 - 034602_14, 2025/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Multidisciplinary)Two-dimensional hybrid organic-inorganic perovskites (HOIPs) have emerged as promising materials for light-emitting diode applications. In this study, by using time-of-flight neutron spectroscopy we identified and quantitatively separated the lattice vibrational and molecular rotational dynamics of two perovskites, butylammonium lead iodide (BA)
PbI
and phenethyl-ammonium lead iodide (PEA)PbI. By examining the corresponding temperature dependence, we found that the lattice vibrations, as evidenced by neutron spectra, are consistent with the lattice dynamics obtained from Raman scattering. We revealed that the rotational dynamics of organic molecules in these materials tend to suppress their photoluminescence quantum yield (PLQY) while the vibrational dynamics did not show predominant correlations with the same. Additionally, we observed photoluminescence emission peak splitting for both systems, which becomes prominent above certain critical temperatures where the suppression of PLQY begins. This study suggests that the rotational motions of polarized molecules may lead to a reduction in exciton binding energy or the breaking of degeneracy in exciton binding energy levels, enhancing non-radiative recombination rates, and consequently reducing photoluminescence yield. These findings offer a deeper understanding of fundamental interactions in 2D HOIPs and could guide the design of more efficient light-emitting materials for advanced technological applications.
Yoon, J.-Y.*; 竹内 祐太朗*; 武智 涼太*; Han, J.*; 内山 友宏*; 山根 結太*; 金井 駿*; 家田 淳一; 大野 英男*; 深見 俊輔*
Nature Communications (Internet), 16, p.1171_1 - 1171_8, 2025/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Multidisciplinary Sciences)Spin-orbit torque (SOT) provides a promising mechanism for electrically encoding information in magnetic states. Unlike existing schemes, where the SOT is passively determined by the material and device structures, an active manipulation of the intrinsic SOT polarity would allow for flexibly programmable SOT devices. Achieving this requires electrical control of the current-induced spin polarization of the spin source. Here we demonstrate a proof-of-concept current-programmed SOT device. Using a noncollinear-anti-ferromagnetic/nonmagnetic/ferromagnetic Mn
Sn/Mo/CoFeB hetero-structure at zero magnetic eld, we show current-induced switching in the CoFeB layer due to the spin current polarized by the magnetic structure of the MnSn; by properly tuning the driving current, the spin current from the CoFeB further reverses the magnetic orientation of the MnSn, which determines the polarity of the subsequent switching of the CoFeB. This scheme of mutual switching can be achieved in a spin-valve-like simple protocol because each magnetic layer serves as a reversible spin source and target magnetic electrode. It yields intriguing proof-of-concept functionalities for unconventional logic and neuromorphic computing.
Han, J.*; 内村 友宏*; 荒木 康史; Yoon, J.-Y.*; 竹内 祐太郎*; 山根 結太*; 金井 駿*; 家田 淳一; 大野 英男*; 深見 俊輔*
Nature Physics, 20(7), p.1110 - 1117, 2024/07
被引用回数：19 パーセンタイル：96.80(Physics, Multidisciplinary)量子状態の幾何学的構造を特徴づける基礎的な量として、「量子計量」と「ベリー曲率」が存在する。ベリー曲率は、凝縮系において多種の重要な現象に寄与することが知られている。一方、量子計量も新たなトポロジカル物理現象の起源となることが予想されているが、特に常温常圧下においては、その効果はほとんど探索されていない。本研究では、トポロジカルカイラル反強磁性体Mn
Snと白金の接合系を用い、界面でのナノスピン構造を介して、電子系の量子計量構造の制御に成功した。ベリー曲率ではなく量子計量特有の効果として、時間反転反対称でかつ電子散乱に対して頑強な、二次非線形ホール効果を測定した。更に、界面スピン構造は弱磁場及び界面スピン軌道相互作用によって急峻に変調されるため、量子計量構造も鋭敏に制御可能であることを示した。本研究成果により、量子状態に内在する量子計量構造を活用したトポロジカル物理現象が室温環境下でも可能になり、且つ応用面においても非線形素子を構築する助けとなることが期待される。
Sn nanodot佐藤 佑磨*; 竹内 祐太郎*; 山根 結太*; Yoon, J.-Y.*; 金井 駿*; 家田 淳一; 大野 英男*; 深見 俊輔*
Applied Physics Letters, 122(12), p.122404_1 - 122404_5, 2023/03
被引用回数：5 パーセンタイル：56.18(Physics, Applied)
-MnSn, an antiferromagnet having a non-collinear spin structure in a kagome lattice, has attracted great attention owing to various intriguing properties such as large anomalous Hall effect. Stability of magnetic state against thermal fluctuation, characterized in general by the thermal stability factor 
, has been well studied in ferromagnetic systems but not for antiferromagnets. Here we study of the antiferromagnetic MnSn nanodots as a function of their diameter 
. To obtain , we measure the switching probability as a function of pulse-field amplitude and analyze the results based on a model developed by accounting for two and six-fold magnetic anisotropies in the kagome plane. We observe no significant change in down to 
nm below which it decreases with . The obtained dependence is well explained by a single-domain and nucleation-mediated reversal models. These findings provide a basis to understand the thermal fluctuation and reversal mechanism of antiferromagnets for device application.
Sn thin films by magneto-optical Kerr effect内村 友宏*; Yoon, J.-Y.*; 佐藤 佑磨*; 竹内 祐太郎*; 金井 駿*; 武智 涼太*; 岸 桂輔*; 山根 結太*; DuttaGupta, S.*; 家田 淳一; et al.
Applied Physics Letters, 120(17), p.172405_1 - 172405_5, 2022/04
被引用回数：24 パーセンタイル：88.33(Physics, Applied)We perform a hysteresis-loop measurement and domain imaging for 
-oriented -Mn
Sn 
thin films using magneto-optical Kerr effect (MOKE) and compare it with the anomalous Hall effect (AHE) measurement. We obtain a large Kerr rotation angle of 10 mdeg., comparable with bulk single-crystal MnSn. The composition dependence of AHE and MOKE shows a similar trend, suggesting the same origin, i.e., the non-vanishing Berry curvature in the momentum space. Magnetic domain observation at the saturated state shows that x dependence of AHE and MOKE is explained by an amount of reversible area that crucially depends on the crystalline structure of the film. Furthermore, in-depth observation of the reversal process reveals that the reversal starts with nucleation of sub-micrometer-scale domains dispersed in the film, followed by a domain expansion, where the domain wall preferentially propagates along the ![$$[11bar{2}0]$$](/search/images/ERNTCMK2MJQXE4ZSPUYF0JA.gif)
direction. Our study provides a basic understanding of the spatial evolution of the reversal of chiral-spin structure in non-collinear antiferromagnetic thin films.
竹内 祐太郎*; 山根 結太*; Yoon, J.-Y.*; 伊藤 隆一*; 陣内 佛霖*; 金井 駿*; 家田 淳一; 深見 俊輔*; 大野 英男*
Nature Materials, 20(10), p.1364 - 1370, 2021/10
被引用回数：136 パーセンタイル：98.80(Chemistry, Physical)Electrical manipulation of magnetic materials by current-induced spin torque constitutes the basis of spintronics. Recent studies have demonstrated electrical controls of ferromagnets and collinear antiferromagnets by spin-orbit torque (SOT). Here we show an unconventional response to SOT of a non-collinear antiferromagnet, which has recently attracted great attention owing to large anomalous Hall effect despite vanishingly small net magnetization. In heterostructures with epitaxial non-collinear antiferromagnet MnSn, we observe a characteristic fluctuation of Hall resistance, which is attributed to a persistent rotation of chiral-spin structure of MnSn driven by SOT. We find that level of the fluctuation that varies with sample size represents the number of magnetic domains of MnSn. In addition, MnSn thickness dependence of critical current reveals that SOT generated by small current density below 20 MA cm
effectively acts on the chiral-spin structure even in thick MnSn above 20 nm. The results provide unprecedented pathways of electrical manipulation of magnetic materials, offering new-concept spintronics devices with unconventional functionalities and low-power consumption.
Sn thin filmsYoon, J.-Y.*; 竹内 祐太郎*; DuttaGupta, S.*; 山根 結太*; 金井 駿*; 家田 淳一; 大野 英男*; 深見 俊輔*
AIP Advances (Internet), 11(6), p.065318_1 - 065318_6, 2021/06
被引用回数：22 パーセンタイル：77.31(Nanoscience & Nanotechnology)We investigate the relationship between structural parameters, magnetic ordering, and the anomalous Hall effect (AHE) of MnSn (
) thin films annealed at various temperature 
. The crystal structure changes with and and at 
C near the stoichiometric composition (
) epitaxial single-phase 0
-MnSn(
) is obtained. At room temperature, a larger AHE is obtained when the single-phase epitaxial MnSn with the lattice constant closer to that of bulk is formed. The temperature dependence of the AHE shows different behaviors depending on and can be explained by considering the variation of magnetic ordering. A close inspection into the temperature and composition dependence suggests a variation of magnetic phase transition temperature with composition and/or a possible correlation between the AHE and Fermi level position with respect to the Weyl points. Our comprehensive study would provide the basis for utilizing the unique functionalities of non-collinear antiferromagnetic materials.
Zhang, D.*; Hu, X.*; Chen, T.*; Abernathy, D. L.*; 梶本 亮一; 中村 充孝; 古府 麻衣子; Foley, B. J.*; Yoon, M.*; Choi, J. J.*; et al.
Physical Review B, 102(22), p.224310_1 - 224310_10, 2020/12
被引用回数：6 パーセンタイル：29.86(Materials Science, Multidisciplinary)The long carrier lifetime and defect tolerance in metal halide perovskites (MHPs) are major contributors to the superb performance of MHP optoelectronic devices. Large polarons were reported to be responsible for the long carrier lifetime. Yet microscopic mechanisms of the large polaron formation, including the so-called phonon melting, are still under debate. Here, time-of-flight inelastic neutron scattering experiments and first-principles density-functional theory calculations were employed to investigate the lattice vibrations (or phonon dynamics) in methylammonium lead iodide, a prototypical example of MHPs. Our findings are that optical phonons lose temporal coherence gradually with increasing temperature which vanishes at the orthorhombic-to-tetragonal structural phase transition. Surprisingly, however, we found that the spatial coherence is still retained throughout the decoherence process. We argue that the temporally decoherent and spatially coherent vibrations contribute to the formation of large polarons in this metal halide perovskite.
Kim, S. B.*; Lee, K.-H.*; Raj, M. S.*; Reeder, J. T.*; Koo, J.*; Hourlier-Fargette, A.*; Bandodkar, A. J.*; Won, S. M.*; 関根 由莉奈; Choi, J.*; et al.
Small, 14(45), p.1802876_1 - 1802876_9, 2018/11
被引用回数：95 パーセンタイル：94.03(Chemistry, Multidisciplinary)エクリン腺からの汗の排泄は、身体の位置,活動レベル,環境要因および健康状態によって変化する動的な生理学的プロセスである。発汗量と化学物質に組み込まれた情報内容は、健康状態と運動能力を評価するために利用することができる。本論文では、薄型で小型化されたスキンインターフェイスのマイクロ流体システムを提案する。本技術は、汗の伝導率および速度を測定するための、再利用可能なバッテリーフリーの近距離通信機能(NFC)を備える。具体的には、NFCプロトコルを活用できる回路への測定インターフェイスとして、マイクロ流路に設計かつ集積された超薄型電極の開発に成功した。開発した複合的なマイクロ流路および電子デバイスシステムを用いて実際の汗を用いて実験を行なったところ、スマートフォン等で汗の速度や電解質の濃度をリアルタイムで測定することに成功した。
Kim, H.-S.*; Jeon, Y. M.*; Na, Y.-S.*; Ghim, Y.-C.*; Ahn, J.-W.*; Yoon, S. W.*; Bak, J. G.*; Bae, Y. S.*; Kim, J. S.*; Joung, M.*; et al.
Nuclear Fusion, 54(8), p.083012_1 - 083012_11, 2014/08
被引用回数：10 パーセンタイル：38.69(Physics, Fluids & Plasmas)KSTARのLモードおよびHモードプラズマにおいてエネルギー閉じ込め特性を定量的に評価し、多変数回帰解析を行い多装置スケーリング則と比較した。解析したKSTARプラズマのエネルギー閉じ込め時間はLモードで0.04-0.16秒、Hモードで0.06-0.19秒の範囲にある。多変数回帰解析によると、閉じ込め時間は多装置スケーリング則と比較して損失パワーに関しては同程度の、プラズマ電流に関してはわずかに強い依存性が見られた。一方で、非円形度に関しては多装置スケーリング則が正の冪乗依存性を示すのに対してKSTARでは負の冪乗依存性を示した(Lモードで-0.68乗、Hモードで-0.76乗)。KSTARでは非円形度の増加と共にダイバータ足位置が移動するため、不純物の混入量が増加して閉じ込めを劣化させているなどの原因が考えられる。
鬼塚 剛*; 柳 哲雄*; 鵜野 伊津志*; 川村 英之; Yoon, J.-H.*; 山中 康裕*
沿岸海洋研究, 50(1), p.45 - 51, 2012/08
日本海では、光・栄養塩の季節変動によって、表層の植物プランクトン濃度が顕著な季節変動を示す。一方、季節変動とは別に、台風等の大気擾乱が表層の低次生産に一定の役割を果たしていることが考えられる。本研究では、さまざまな時間スケールの外力で3次元物理・生態系モデルを駆動し、それらの結果を比較することで、大気擾乱が日本海の低次生態系に及ぼす影響を検討した。その結果、大気擾乱が日本海の基礎生産量を高めることが示唆された。
Yoon, S. W.*; Ahn, J.-W.*; Jeon, Y. M.*; 鈴木 隆博; Hahn, S. H.*; Ko, W. H.*; Lee, K. D.*; Chung, J. I.*; Nam, Y. U.*; Kim, J.*; et al.
Nuclear Fusion, 51(11), p.113009_1 - 113009_9, 2011/11
被引用回数：35 パーセンタイル：77.91(Physics, Fluids & Plasmas)中性粒子ビーム(NB)と電子サイクロトロン(EC)加熱を組合せることでKSTARトカマクにおいてELMを有する典型的なHモード放電を得た。2Tのトロイダル磁場では、Hモード遷移に必要な閾パワーは最小で1.1MWであり密度は1.4
10
m
であった。この密度以下では閾パワーは増加した。閉じ込め時間はスケーリング則より1.4-1.6倍高いが、NBの損失を考慮するとスケーリング則に近づく。Hモード時には電子温度とイオン温度がペデスタル部で明確に上昇したが、中心部のイオン温度は大きくは変化しなかった。他方、トロイダル回転はHモード時に全領域で増加した。ELM周波数は30-50HzでELM時の蓄積エネルギーの変化割合は5%以下であった。NBとEC加熱を組合せた場合には、大振幅のELM間に小振幅のELMが観測された。
川村 英之; 伊藤 集通; 広瀬 直毅*; 滝川 哲太郎*; Yoon, J.-H.*
Journal of Oceanography, 65(4), p.439 - 454, 2009/08
被引用回数：6 パーセンタイル：17.26(Oceanography)本研究では、日本海における汚染物質の移行解明に重要となる沿岸表層流をより正確に推定するために、海洋大循環モデルを使用して対馬暖流の分枝を現実的に再現することを検討・評価した。日本海と外海を結ぶ対馬海峡と津軽海峡の境界条件として、音響ドップラー流向流速分布計(ADCP)観測で得られた流量を使用した。また、人工衛星海面高度計データと沿岸潮位計データを数値モデルに同化した。数値実験の結果、沿岸潮位計データは沿岸域の海況場を修正するのに有効であることが確認された。
Ostermeyer, M.*; Kong, H.-J.*; Kovalev, V. I.*; Harrison, R. G.*; Fotiadi, A. A.*; M
gret, P.*; Kalal, M.*; Slezak, O.*; Yoon, J. W.*; Shin, J. S.*; et al.
Laser and Particle Beams, 26(3), p.297 - 362, 2008/09
被引用回数：43 パーセンタイル：55.03(Physics, Applied)An overview on current trends in stimulated Brillouin scattering and optical phase conjugation is given. This report is based on the results of the "Second International Workshop on stimulated Brillouin scattering and phase conjugation" held in Potsdam/Germany in September 2007. The properties of stimulated Brillouin scattering are presented for the compensation of phase distortions in combination with novel laser technology like ceramics materials but also for e.g., phase stabilization, beam combination, and slow light. Photorefractive nonlinear mirrors and resonant refractive index gratings are addressed as phase conjugating mirrors in addition.
広瀬 直毅*; 川村 英之; Lee, H. J.*; Yoon, J.-H.*
Journal of Oceanography, 63(3), p.467 - 481, 2007/06
被引用回数：30 パーセンタイル：52.29(Oceanography)本研究は、渦解像度海水循環モデルに人工衛星データを同化することにより、日本海の現実的な変動を再現・予測するものである。このシステムでは、近似カルマンフィルターと緩和法によるデータ同化手法が重要な役割を果たしている。また、多数の人工衛星海面高度計データは時空間的に不規則に得られるため、逐次的に誤差共分散を修正した方が誤差共分散の漸近解を用いる場合より精度が高いことがわかった。最も精度が良い実験では、人工衛星海面水温データに対して平均二乗誤差が1.2
Cの差となり、海面高度計データの約半分の海面変動を計算できることが確認された。予報実験においては、持続性が予報変数・水深・海域により大きく異なることが示された。
川村 英之; Yoon, J.-H.*; 伊藤 集通
Journal of Oceanography, 63(2), p.243 - 253, 2007/04
被引用回数：14 パーセンタイル：27.89(Oceanography)日本海では冬季の強い対流混合によって、亜表層や中層の水塊が活発に形成されている。日本海に存在する人工放射性核種等の環境負荷物質の一部がこれらの水塊とともに表層下に輸送されることを考えれば、表層下に存在する水塊の形成量と滞留時間を見積もることは環境負荷物質の挙動を知るうえでも重要である。本研究は、三次元海水循環モデルと粒子追跡法を用いて、日本海の水塊の形成量と滞留時間を計算することを目的としている。その結果、日本海の表層下に存在する水塊の形成量は全体で約3.63Sv(1Sv=10
m
/s)となった。また、数値実験では水深約1500m以深の深層水はほとんど形成されなかったが、日本海の中層に存在する日本海固有水上部と日本海中層水の形成量はそれぞれ約0.37, 1.51Svと見積もられた。滞留時間に関しては、日本海固有水上部と日本海中層水の滞留時間はそれぞれ約22.6, 2.1年となり、日本海の中層に存在する水塊は数年から数十年の時間スケールの循環を持つことが定量的に確認された。
川村 英之; Yoon, J.-H.*; 伊藤 集通
海と空, 80(1), p.37 - 45, 2004/07
日本海では頻繁に、塩分極小・溶存酸素濃度極大で特徴付けられる日本海中層水が観測されている。この日本海中層水の起源は、ロシア・北朝鮮沿岸に存在する沿岸低塩分水であることが過去の研究により示唆されてきた。沿岸から日本海の亜極前線付近に移流された低塩分水は、何らかの原因により亜表層から中層に沈み込むと考えられる。本研究ではネスティングモデルを用いて、日本海中層水の形成要因を調べた。特に水平解像度1/18で計算した結果、亜極前線域では最大0.05cm/s程度まで達する鉛直下降流が強化され、それに伴い亜表層の低塩分水が中層に輸送され、塩分極小水が中層付近で孤立した形で存在する現象が明瞭になった。水平解像度を高くすることで、中規模スケールの物理現象を再現することが可能となり、特に亜極前線域における傾圧不安定による輸送が日本海中層水の一つの重要な形成要因であることが示された。
Han, J.*; 内村 友宏*; 荒木 康史; Yoon, J.-Y.*; 竹内 祐太郎*; 山根 結太*; 金井 駿*; 家田 淳一; 大野 英男*; 深見 俊輔*
no journal, ,
The quantum metric and Berry curvature are two fundamental and distinct factors that describe the geometry of quantum eigenstates. While the role of the Berry curvature in governing various condensed-matter states has been investigated extensively, the quantum metric, which was also predicted to induce topological phenomena of equal importance, has rarely been studied. Recently, a breakthrough has been made in observing the quantum-metric nonlinear transport in a van der Waals magnet, but the effect is limited at cryogenic temperature and is tuned by strong magnetic fields of several teslas. In our study, we demonstrate room-temperature manipulation of the quantum-metric structure of electronic states through its interplay with the interfacial spin texture in a topological chiral antiferromagnet/heavy metal Mn3Sn/Pt heterostructure, which is manifested in a time-reversal-odd second-order Hall effect (ScHE). We show the flexibility of controlling the quantum-metric structure with moderate magnetic fields and verify the quantum-metric origin of the observed ScHE by theoretical modeling. Our results open the possibility of building applicable nonlinear devices by harnessing the quantum-metric structure of electronic states.
