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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。
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.
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。
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
Y
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
Recently, 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 Wm
K 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
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、546
C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.
He spin filter and small-angle X-ray scattering領木 研之*; 渡部 史*; 奥平 琢也*; 高橋 慎吾*; 奥 隆之; 廣井 孝介; 元川 竜平; 中村 洋*
Journal of Chemical Physics, 160(11), p.114907_1 - 114907_9, 2024/03
Small-angle neutron scattering (SANS) and small-angle X-ray scattering (SAXS) measurements were performed for deuterated and non-deuterated poly(ethylene glycol) (d-PEG and h-PEG, respectively) in DO and a DO/HO mixed solvent (Mix) to compere the scattering profiles. To determine the coherent scattering intensity of SANS, a He spin filter was utilized. The scattering profiles determined by SANS measurements were analyzed in terms of the wormlike chain model with touched beads along the contour of the chain. However, the SAXS profiles were not explained by the same model with uniform beads but with beads each consisting of a core and a shell having different electron densities. To explore the chain thickness determined form the SANS profile, scattering intensities for different combinations of d-PEG/DO, d-PEG/Mix, h-PEG/DO, and h-PEG/Mix were also examined.
neutron diffraction revealing the achievement of excellent combination of strength and ductility in metastable austenitic steel by grain refinementMao, W.; Gong, W.; Harjo, S.; 諸岡 聡; Gao, S.*; 川崎 卓郎; 辻 伸泰*
Journal of Materials Science & Technology, 176, p.69 - 82, 2024/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)Fe-24Ni-0.3C(wt.%)準安定オーステナイト鋼の降伏応力は、平均結晶粒径が35m(粗粒[CG])から0.5m(超微細粒[UFG])に減少すると3.5倍(158
551MPa)に増加したが、引張伸びは大きく維持された(0.870.82)。結晶粒径が力学特性と変形機構に及ぼす影響を定量的に明らかにするため、室温での引張変形中にCGとUFG Fe-24Ni-0.3C鋼のその場中性子回折測定を行った。CGとUFG試料における塑性変形の初期段階は転位すべりによって支配され、変形後期には変形誘起マルテンサイト変態(DIMT)も生じた。結晶粒の微細化により、DIMTの開始応力が大きく増加し、ひずみに関するDIMTの速度が抑制されることがわかった。結果として、(i)結晶粒微細化によりオー ステナイトが安定化し、DIMTに対して最も安定な結晶粒である
111
//LD(LD:負荷方向)オーステナイト粒でのDIMTの開始が大幅に遅れた。その結果、UFG試験片の111//LDオーステナイト粒のほとんどはマルテンサイトに変態しなかった。(ii)結晶粒の微細化は、マルテンサイト変態の自己促進効果も抑制した。それにもかかわらず、UFG試験片の変態速度が低いDIMTは、CG試験片のより応力を増加させるのに効率がよく、変形中に均一な変形を維持するのに適していた。以上の現象は、UFG準安定オーステナイト鋼の優れた強度と延性の両立に相互に寄与している。
南川 卓也; 関根 由莉奈; 松村 大樹; 廣井 孝介; 高田 慎一; 神谷 嘉美*; 本多 貴之*
Langmuir, 40(11), p.5725 - 5730, 2024/03
被引用回数：0鉄と漆の化学反応を利用して、古くから黒漆が作られている。しかし、鉄と漆の反応については、ほとんど知られていない。本研究では、黒漆中のFeイオンの化学状態を、XANES, EXAFS、SAXS, SANSおよびFT-IRを使用して調査した。Fe(II)またはFe(III)を生漆に添加し、空気乾燥,加熱、またはUV照射により黒漆フィルムを作成した。これらのサンプルのXANESスペクトルの測定結果から、最初に添加したFeの酸化状態に関係なく、サンプル内のFeイオンが3価の状態で存在していることが明らかとなった。また、すべてのフィルムサンプルのEXAFSスペクトルは同様の形状であったが、ピーク強度は、空気乾燥UV照射加熱の順に減少した。この結果は、加熱やUV照射により黒漆中のFeの配位構造が不均一になり、加熱が最も不均一になったことを示している。サンプルのFT-IRスペクトルの変化は、ウルシオールの重合挙動が空気乾燥,加熱、およびUV照射下でも異なり、漆中での反応により、Feの配位構造が不均一になることが明らかとなった。このような結果から、XANESやEXAFSスペクトルは、黒漆の情報を簡易に得る手法として有用であり、貴重な文化財の黒漆の非破壊分析に特に有効である。
Gong, W.; Gholizadeh, R.*; 川崎 卓郎; 相澤 一也; Harjo, S.
Magnesium Technology 2024, p.89 - 90, 2024/03
Mg and its alloys generally exist as a single hcp crystal structure at room temperature. It is widely recognized that the application of Mg alloys is hindered by their limited formability at room temperature, primarily attributable to the scarcity of readily activated deformation modes within the hcp phase. The addition of Li in Mg alloy can stable the bcc phase at room temperature, and these dual-phase (hcp+bcc) Mg-Li alloys exhibit excellent formability. The Li-enriched bcc phase has been frequently considered as the origin for improving formability. However, these Mg-Li alloys show poor work-hardening ability and the resultant low strength at room temperature. Considering that the dislocation recovery can be suppressed by decreasing the deformation temperature and the activity of deformation mode may be changed with temperature, we investigated the deformation behavior of a commercial LZ91 magnesium alloy at cryogenic temperatures using in-situ neutron diffraction.
三浦 靖史*; 鈴木 賢治*; 諸岡 聡; 菖蒲 敬久
Quantum Beam Science (Internet), 8(1), p.1_1 - 1_14, 2024/03
Probabilistic fracture mechanics (PFM) is expected as a reasonable structural integrity assessment method for nuclear components such as piping, whose main degradation phenomenon is stress corrosion cracking (SCC). Some input parameters are necessary for PFM analysis, and welding residual stress is one of the most important parameters because welding residual stress affects SCC initiation and propagation. Recently, a double exposure method (DEM) with synchrotron X-ray has been proposed, and the method is an expected candidate for the measurement of welding residual stress with a high spatial resolution. In this paper, the DEM was applied to measure the residual stress of the plate specimen, which was cut from the welded pipe using electrical discharge machining, and detailed stress maps under a plane stress state were obtained. Furthermore, the residual stress distributions of the welded pipe under a triaxial stress state were also evaluated using neutron diffraction. From these results, the method for obtaining a detailed stress map of the welded pipe by the complementary use of high-energy synchrotron radiation X-rays and neutrons was proposed.
吉本 将隆*; 田村 和久; 渡邊 健太*; 清水 啓佑*; 堀澤 侑平*; Kobayashi, Takeshi*; Tsurita, Hanae*; 鈴木 耕太*; 菅野 了次*; 平山 雅章*
Sustainable Energy & Fuels (Internet), 8(6), p.1236 - 1244, 2024/03
被引用回数：01つのデバイスで、効率的に太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換可能である光再充電システムは、太陽光を効率的に使用するのに重要である。光-(デ)インターカレーションは、光再充電システムの機能において重要な役割を果たしている。しかしながら、光-(デ)インターカレーション過程は、電解液の分解や電極材料の溶出などの副反応などのため、いまだ十分に理解されていない。本研究では、エピタキシャル成長させて作成したNbドープのアナターゼTiO薄膜から構成される薄膜全固体電池を用いて光応答Li
デインターカレーションに成功したことを示す。光照射下、放電時は、Liのデインターカレーションが起き、引き続いて、可逆的にTiOにインターカレーションする。さらに、光照射下では、充電容量の一部はキャパシタと同様、インターカレーションに寄らない電子移動に基づいていることがわかった。
樋口 雄紀*; 吉宗 航*; 加藤 悟*; 日比 章五*; 瀬戸山 大吾*; 伊勢川 和久*; 松本 吉弘*; 林田 洋寿*; 野崎 洋*; 原田 雅史*; et al.
Communications Engineering (Internet), 3, p.33_1 - 33_7, 2024/02
The automotive industry aims to ensure the cold-start capability of polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) for developing fuel cell electric vehicles that can be driven in cold climates. Water and ice behavior is a key factor in maintaining this capability. Previously reported methods for visualizing water and/or ice are limited to small-sized PEFCs ( 50 cm
), while fuel cell electric vehicles are equipped with larger PEFCs. Here, we developed a system using a pulsed spallation neutron beam to visualize water distribution and identify water/ice phases in practical-sized PEFCs at a cold start. The results show direct evidence of a stepwise freezing behavior inside the PEFC. The produced water initially accumulated at the center of the PEFC and then froze, followed by PEFC shutdown as freezing progressed. This study can serve as a reference to guide the development of cold-start protocols, cell design, and materials for next-generation fuel cell electric vehicles.
石田 武和*; Vu, TheDang*; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 奥 隆之; 及川 健一; 原田 正英; 小嶋 健児*; 宮嶋 茂之*; 小山 富男*; et al.
Journal of Low Temperature Physics, 214(3-4), p.152 - 157, 2024/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.02(Physics, Applied)We built a new cryostat to apply a current-biased kinetic inductance detector (CB-KID) for conducting neutron transmission imaging of room temperature samples under pulsed neutrons. A Wood's metal alloy of melting temperature 75.2C was placed at room temperature to inspect the measurement system at J-PARC. Since one of the four phases of Wood's metal is a fine Cd-rich needle phase (width 25 m and length 5 mm), it is suitable for observing fine mosaic structure selectively by neutron imaging. The spatial resolution of the CB-KID imager was estimated as 10 m by using a Gd Siemens-star pattern. The CB-KID system is useful to conduct transmission imaging for various materials rather easily at room temperature.
篠原 佑也*; 岩下 拓哉*; 中西 真大*; Osti, N. C.*; 古府 麻衣子; 楡井 真実; Dmowski, W.*; 江上 毅*
Journal of Physical Chemistry B, 128(6), p.1544 - 1549, 2024/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Chemistry, Physical)Improving the proton transport in polymer electrolytes impacts the performance of next-generation solid-state batteries. However, little is known about proton conductivity in nonaqueous systems due to the lack of an appropriate level of fundamental understanding. Here, we studied the proton transport in small molecules with dynamic hydrogen bonding, 1,2,3-triazole, as a model system of proton hopping in a nonaqueous environment using incoherent quasi-elastic neutron scattering. By using the jump-diffusion model, we identified the elementary jump-diffusion motion of protons at a much shorter length scale than those by nuclear magnetic resonance and impedance spectroscopy for the estimated long-range diffusion. In addition, a spatially restricted diffusive motion was observed, indicating that proton motion in 1,2,3-triazole is complex with various local correlated dynamics. These correlated dynamics will be important in elucidating the nature of the proton dynamics in nonaqueous systems.
FCC hierarchical martensite transformation under dynamic impact in FeMnAlNiTi alloyLi, C.*; Fang, W.*; Yu, H. Y.*; Peng, T.*; Yao, Z. T.*; Liu, W. G.*; Zhang, X.*; 徐 平光; Yin, F.*
Materials Science & Engineering A, 892, p.146096_1 - 146096_11, 2024/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.04(Nanoscience & Nanotechnology)The quasi-static superelastic responses and hierarchical martensite transformation from body-centered cubic (BCC) to face-centered cubic (FCC) under dynamic impact in Fe
Mn
Al
Ni
Ti
alloys were investigated. Polycrystalline and oligocrystalline alloys were produced through solution heat treatment and cyclic heat treatment processes, respectively. The results show the volume fraction of residual martensite for oligocrystalline alloys is lower, which exhibits better superelastic responses compared with polycrystalline alloys. Dynamic impact tests indicate that, despite the weakening of the grain boundary strengthening effect, the ultimate strength of the oligocrystalline alloys closely matches that of the polycrystalline alloys under dynamic impact. The martensite transformation of the FeMnAlNiTi alloy is characterized as hierarchical under dynamic impact, and increasing strain rates and grain sizes can enhance the BCC FCC martensite transformation, resulting in higher martensite phase fractions for oligocrystalline alloys. The increase in ultimate strength is attributed to the dynamic Hall-Petch effect introduced by more martensite phase interfaces under dynamic impact.
渡邊 健太*; 堀澤 侑平*; 吉本 将隆*; 田村 和久; 鈴木 耕太*; 菅野 了次*; 平山 雅章*
Nano Letters, 24(6), p.1916 - 1922, 2024/02
被引用回数：1 パーセンタイル：0.02(Chemistry, Multidisciplinary)電気化学反応の固液界面から固固界面への拡張が進んでいる。本研究では、酸化チタン/リン酸リチウム/リチウムから構成される全固体電池で安定的に光電気化学反応を起こすことに成功した。酸化チタンの電位をフラットポテンシャルより正側にして光照射すると酸化電流が増加した。固固界面における光電気化学反応の原理は、固液界面の場合と同じであると考えられ、光電気化学反応が全固体電池でも起こせることを示した。
