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Song, Y.*; Xu, S.*; 佐藤 駿介*; Lee, I.*; Xu, X.*; 大森 俊洋*; 長迫 実*; 川崎 卓郎; 鬼柳 亮嗣; Harjo, S.; et al.
Nature, 638, p.965 - 971, 2025/02
被引用回数：1In advanced applications like aerospace and space exploration, materials must balance lightness, functionality, and extreme thermal fluctuation resistance. Shape-memory alloys show promise with strength, toughness, and substantial strain recovery due to superelasticity, but maintaining low mass and effective operation at cryogenic temperatures is challenging. We hereby introduce a novel shape-memory alloy that adheres to these stringent criteria. Predominantly composed of Ti and Al with a chemical composition of Ti
Al
Cr
, this alloy 25 is characterized by a low density (4.36
10
kg/m) and a high specific strength (18510 Pa
m/kg) at room temperature, while exhibiting excellent superelasticity. The superelasticity, owing to a reversible stress-induced phase transformation from an ordered body-centered cubic parent phase to an ordered orthorhombic martensite, allows for a recoverable strain exceeding 7%. Remarkably, this functionality persists across a broad range of temperatures, from deep cryogenic 4.2 K to above room temperature, arising from an unconventional temperature dependence of transformation stresses. Below a certain threshold during cooling, the critical transformation stress inversely correlates with temperature. We interpret this behavior from the perspective of a temperature-dependent anomalous lattice instability of the parent phase. This alloy holds potential in everyday appliances requiring flexible strain accommodations, as well as components designed for extreme environmental conditions such as deep space and liquefied gases.
Xu, J.*; Lang, P.*; Liang, S.*; Zhang, J.*; Fei, Y.*; Wang, Y.*; Gao, D.*; 服部 高典; 阿部 淳*; Dong, X.*; et al.
Journal of Physical Chemistry Letters (Internet), p.2445 - 2451, 2025/00
被引用回数：0アルダー-エン反応は、アルケンとアリル水素との化学反応であり、C-C結合を構築する効率的な方法である。従来、この反応には触媒、高温、あるいは光触媒が必要であった。本研究では、触媒を用いずに室温下で加圧することで成功した1-ヘキセンのアルダー-エン反応を報告する。1-ヘキセンは4.3GPaで結晶化し、18GPaで重合してオレフィンを形成する。ガスクロマトグラフィー-質量分析法により、1-ヘキセンが高圧下でのアルダー-エン反応により二量体を生成することを発見した。その場中性子回折から、この反応過程はトポケミカル則に従わないことがわかった。理論計算により、1つのC-H 
結合と2つのアルケン
結合を含む6員環遷移状態が示され、そのエネルギーは20GPaまで圧縮すると明らかに減少した。本研究は、触媒を用いずに室温でアルダー-エン反応を実現する新規かつ有望な方法を提供し、この重要な反応の応用を拡大するものである。
伊東 達矢; Xu, S.*; Xu, X.*; 大森 俊洋*; 貝沼 亮介*
Shape Memory and Superelasticity, 9 Pages, 2025/00
The microstructure, crystal structures, cold workability, and martensitic transformation temperatures of several Cu
Mn
Al
(40 
55; 10 
13; at%) alloys were analyzed. For the first time, martensitic transformation was revealed Mn-rich Cu-Mn-Al alloys. The surface relief of the martensite phase reversibly appeared and disappeared during cooling and heating, along with small thermal hysteresis, implying a thermoelastic transformation. The crystal structures of the parent and martensite phases are B2 and 2M(BCT), respectively, with c
Mn
Al
(at%) sample. This alloy demonstrates moderate cold workability and cost-effectiveness, exhibiting potential as an alternative for conventional shape memory alloys in various applications.
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：7 パーセンタイル：88.60(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.
Zheng, X.-G.*; 山内 一宏*; 萩原 雅人; 西堀 英治*; 河江 達也*; 渡邊 功雄*; 内山 智貴*; Chen, Y.*; Xu, C.-N.*
Nature Communications (Internet), 15, p.9989_1 - 9989_12, 2024/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Multidisciplinary Sciences)Like the crystallization of water to ice, magnetic transition occurs at a critical temperature after the slowing down of dynamically fluctuating short-range correlated spins. Here, we report a unique type of magnetic transition characterized by a linear increase in the volume fraction of unconventional static short-range-ordered spin clusters, which triggered a transition into a long-range order at a threshold fraction perfectly matching the bond percolation theory in a new quantum antiferromagnet of pseudo-trigonal Cu
(OH)
Cl
. Static short-range order appeared in its Kagome lattice plane below Ca. 20 K from a pool of coexisting spin liquid, linearly increasing its fraction to 0.492(8), then all Kagome spins transitioned into a stable two-dimensional spin order at 
_
_
_
_
$. The unconventional static nature of the short-range order was inferred to be due to a pinning effect by the strongly correlated coexisting spin liquids. This work presents a unique magnetic system to demonstrate a complete bond percolation process toward the critical transition. Meanwhile, the unconventionally developed magnetic order in this chemically clean system should shed new light on spin-liquid physics.
complex exhibiting intermolecular proton shifting coupled spin transitionJi, T.*; Su, S.*; Wu, S.*; 堀 優太*; 重田 育照*; Huang, Y.*; Zheng, W.*; Xu, W.*; Zhang, X.*; 鬼柳 亮嗣; et al.
Angewandte Chemie; International Edition, 63(25), p.e202404843_1 - e202404843_6, 2024/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Chemistry, Multidisciplinary)In this study, we investigated reversible intermolecular proton shifting (IPS) coupled with spin transition (ST) in a novel Fe complex. The host Fe complex and the guest carboxylic acid anion were connected by intermolecular hydrogen bonds (IHBs). We extended the intramolecular proton transfer coupled ST phenomenon to the intermolecular system. The dynamic phenomenon was confirmed by variable-temperature single-crystal X-ray diffraction, neutron crystallography, and infrared spectroscopy.
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：1 パーセンタイル：68.69(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。
今富 大介*; 石川 遼典*; 仲田 玲*; 伊東 達矢; Han, K.*; 長迫 実*; Xu, X.*; 大森 俊洋*; 貝沼 亮介*
Journal of Phase Equilibria and Diffusion, 45(1), p.3 - 17, 2024/02
被引用回数：1 パーセンタイル：14.99(Chemistry, Physical)Mn-Zn二元系における相平衡を、組成分析、結晶構造解析、熱分析により実験的に決定した。これまでの報告と比較し、
相、
相、
相の存在領域に違いが見られた。相の領域から急冷した試料でMn相と同じ不規則な体心立方構造が確認されたため、-B2の単相域は確認できなかった。先行研究において、相が,
,
相に分離しているかどうかが論争になっていきたが、拡散対といくつかの合金組成の調査により、相、相、相は分離しておらず、単一の相となっていることが示された。さらに、熱分析によって対応する不変系反応が検出されなかったことから、相はZn過剰領域には存在しない。
SbLechner, S.*; 宮城 宇志*; Xu, Z. Y.*; Bissell, M. L.*; Blaum, K.*; Cheal, B.*; Devlin, C. S.*; Garcia Ruiz, R. F.*; Ginges, J. S. M.*; Heylen, H.*; et al.
Physics Letters B, 847, p.138278_1 - 138278_9, 2023/12
被引用回数：5 パーセンタイル：73.33(Astronomy & Astrophysics)不安定核を含むアンチモン同位体Sbの磁気モーメントと電気的四重極モーメントをレーザー分光を用いて測定した。現象論的な相互作用と有効演算子を用いた殻模型計算によって測定値をよく再現することができた。第一原理に基づいたVS-IMSRG法による殻模型計算では、磁気モーメントは現象論的な有効演算子を用いればよく実験値を再現するものの、電気的四重極モーメントについては有効電荷を用いても現象論的な相互作用を用いた計算ほどには実験値を再現することができなかった。
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：14 パーセンタイル：91.25(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。
MnGaメタ磁性形状記憶合金の開発伊東 達矢; Xu, X.*; 大森 俊洋*; 貝沼 亮介*
物性研だより, 63(3), p.8 - 10, 2023/10
メタ磁性形状記憶合金は磁場により駆動することが出来る形状記憶合金であり、センサーやアクチュエーター等での応用が期待されている。しかし、これまでに開発されてきた合金系ではマルテンサイト変態に伴うエネルギーロスが大きいという問題点があった。近年、我々の研究グループではPd
MnGa合金において初めて相変態によるエネルギーロスの小さなメタ磁性形状記憶合金を発見した。本稿ではその内容を紹介する。
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：18 パーセンタイル：92.16(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 Na
NiBiO 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：6 パーセンタイル：84.52(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。
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：11 パーセンタイル：88.84(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：23 パーセンタイル：92.90(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。
island of inversion; First study of low-lying bound excited states in 
V and 
VElekes, Z.*; Juh
sz, M. M.*; Sohler, D.*; Sieja, K.*; 吉田 数貴; 緒方 一介*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Achouri, N. L.*; 馬場 秀忠*; et al.
Physical Review C, 106(6), p.064321_1 - 064321_10, 2022/12
被引用回数：2 パーセンタイル：34.70(Physics, Nuclear)VとVの低励起準位構造を初めて探索した。Vについては中性子ノックアウト反応と陽子非弾性散乱が、Vについては中性子ノックアウト反応データが得られた。Vについては4つ、Vについては5つの新たな遷移が確認された。Lenzi-Nowacki-Poves-Sieja (LNPS)相互作用に基づく殻模型計算との比較によって、それぞれの同位体について確認されたガンマ線のうち3つが、first 11/2
状態とfirst 9/2状態からの崩壊と決定された。Vについては、(
,
)非弾性散乱断面積は四重極変形と十六重極変形を想定したチャネル結合法により解析されたが、十六重極変形の影響により、明確に反転の島に属するとは決定できなかった。
neutron orbital and the 
shell closure in CaEnciu, M.*; Liu, H. N.*; Obertelli, A.*; Doornenbal, P.*; Nowacki, F.*; 緒方 一介*; Poves, A.*; 吉田 数貴; Achouri, N. L.*; 馬場 秀忠*; et al.
Physical Review Letters, 129(26), p.262501_1 - 262501_7, 2022/12
被引用回数：14 パーセンタイル：84.80(Physics, Multidisciplinary)230MeV/nucleonでのCaからの中性子ノックアウト反応が線分光と行われ、
と
軌道からの中性子ノックアウト反応の運動量分布が測定された。断面積はの閉殻と整合し、Ca同位体での
と
閉殻と同程度に強い閉殻であることが確認された。運動量分布の分析から
と軌道の平均二乗根半径の差は0.61(23)fmと決定され、これはmodified-shell-modelによる予言の0.7fmと整合した。これは、中性子過剰なCa同位体での軌道半径が大きいことが、中性子数にしたがって線形的に荷電半径が増える意外な現象の原因であることを示唆している。
Xu, X.*; 大平 拓実*; Xu, S.*; 平田 研二*; 大森 俊洋*; 植木 洸輔*; 上田 恭介*; 成島 尚之*; 長迫 実*; 貝沼 亮介*; et al.
Advanced Materials & Processes, 180(7), p.35 - 37, 2022/10
Metallic biomaterials are widely used to replace or support failing hard tissues due to excellent mechanical properties and high wear resistance, with demand increasing as the global population continues to age. It is widely accepted that successful metallic biomaterials should have good biocompatibility, high corrosion resistance, and strong wear resistance. In addition, a low Young's modulus similar to human bone is now recognized as another important factor, in order to avoid bone atrophy due to the stress shielding effect. While the Young's modulus of stainless steels and conventional fcc CoCr alloys is as high as 190-240 GPa, for -type Ti-base alloys it is generally in the range of 50-80 GPa. Young's modulus values are as low as 35 GPa for Ti-Nb-Ta-Zr, close to that of human bone at approximately 10-30 GPa. However, Ti-base alloys come with the compromise of low wear resistance. In fact, alloys that feature a low Young's modulus along with high wear resistance have been difficult to realize. This article explores the recently developed bcc CoCr-base alloy Co-Cr-Al-Si as a potential solution to these issues, i.e., the difficulty in combining a low Young's modulus with high wear resistance, and the challenge of realizing large superelastic strains.
Xu, S.*; 大平 拓実*; 佐藤 駿介*; Xu, X.*; 大森 俊洋*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Seiner, H.*; Zoubkov, K.*; 村上 恭和*; et al.
Nature Communications (Internet), 13, p.5307_1 - 5307_8, 2022/09
被引用回数：22 パーセンタイル：81.50(Multidisciplinary Sciences)Crystalline metals can have large theoretical elastic strain limits. However, a macroscopic block of conventional crystalline metals practically suffers a very limited elastic deformation of 
0.5% with a linear stress-strain relationship obeying Hooke's law. Here, we report on the experimental observation of a large tensile elastic deformation with an elastic strain of 
4.3% in a Cu-based single crystalline alloy at its bulk scale at room temperature. The large macroscopic elastic strain that originates from the reversible lattice strain of a single phase is demonstrated by in situ microstructure and neutron diffraction observations. Furthermore, the elastic reversible deformation, which is nonhysteretic and quasilinear, is associated with a pronounced elastic softening phenomenon. The increase in the stress gives rise to a reduced Young's modulus, unlike the traditional Hooke's law behaviour. The experimental discovery of a non-Hookean large elastic deformation offers the potential for the development of bulk crystalline metals as high-performance mechanical springs or for new applications via "elastic strain engineering."
大平 拓実*; Xu, S.*; 平田 研二*; Xu, X.*; 大森 俊洋*; 植木 洸輔*; 上田 恭介*; 成島 尚之*; 長迫 実*; Harjo, S.; et al.
Advanced Materials, 34(27), p.2202305_1 - 2202305_11, 2022/07
被引用回数：24 パーセンタイル：89.98(Chemistry, Multidisciplinary)The demand for biomaterials has been increasing along with the increase in the population of elderly people worldwide. The mechanical properties and high wear resistance of metallic biomaterials makes them well-suited for use as substitutes or as support for damaged hard tissues. However, unless these biomaterials also have a low Young's modulus similar to that of human bones, bone atrophy inevitably occurs. Because a low Young's modulus is typically associated with poor wear resistance, it is difficult to realize a low Young's modulus and high wear resistance simultaneously. Also, the superelastic property of shape memory alloys makes them suitable for biomedical applications, like vascular stents and guide wires. However, due to the low recoverable strain of conventional biocompatible shape memory alloys, the demand for a new alloy system is high. The novel body-center-cubic cobalt-chromium-based alloys in this paper provide a solution to both of these problems. We believe our novel alloys are promising candidates for biomedical applications.
