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-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.
石田 毅; 中島 伸一; 近藤 伸次; 林原 健一; 山田 茂樹*; 岡本 諒*; 中村 仁宣
第44回日本核物質管理学会年次大会会議論文集(インターネット), 4 Pages, 2023/11
日本原子力研究開発機構人形峠環境技術センター(以下、「人形峠センター」という。)では、国内初の遠心分離法によるウラン濃縮技術の実用化のため、1979年よりウラン濃縮パイロットプラントの試験運転を開始後2001年の運転終了に至るまでの間、ウラン濃縮技術に係る研究開発活動が実施されてきた。現在は濃縮施設の廃止措置に係る技術開発を実施している。ウラン濃縮技術は、核不拡散の観点において、その情報を厳格に管理する必要がある。人形峠センターは研究開発活動を実施するにあたって、核不拡散対応を含む保障措置上の様々な課題解決に取り組んできた。本論文では主な課題に対する取り組みについて紹介する。
橋本 俊輔*; 山口 聡*; 原田 雅史*; 中島 健次; 菊地 龍弥*; 大石 一城*
Journal of Colloid and Interface Science, 638, p.475 - 486, 2023/05
被引用回数：2 パーセンタイル：66.51(Chemistry, Physical)最近、粒子分率から計算される理論的に予測された値と比較して、ベース液体と分散された固体ナノ粒子で構成されるナノ流体の熱伝導率の異常な改善が報告されている。一般に、気体と液体の熱伝導率の値は、並進運動中の分子の平均自由行程によって支配される。ここでは、ナノ粒子の周りの液体分子の振動挙動がこれらの熱伝導率の増加に寄与している可能性を示す確かな証拠を提示する。
SnSe
Ren, Q.*; Gupta, M. K.*; Jin, M.*; Ding, J.*; Wu, J.*; Chen, Z.*; Lin, S.*; Fabelo, O.*; Rodriguez-Velamazan, J. A.*; 古府 麻衣子; et al.
Nature Materials, 22, p.999 - 1006, 2023/05
被引用回数：21 パーセンタイル：99.22(Chemistry, Physical)Ultralow thermal conductivity and fast ionic diffusion endow superionic materials with excellent performance both as thermoelectric converters and as solid-state electrolytes. Yet the correlation and interdependence between these two features remain unclear owing to a limited understanding of their complex atomic dynamics. Here we investigate ionic diffusion and lattice dynamics in argyrodite AgSnSe using synchrotron X-ray and neutron scattering techniques along with machine-learned molecular dynamics. We identify a critical interplay of the vibrational dynamics of mobile Ag and a host framework that controls the overdamping of low-energy Ag-dominated phonons into a quasi-elastic response, enabling superionicity. Concomitantly, the persistence of long-wavelength transverse acoustic phonons across the superionic transition challenges a proposed 'liquid-like thermal conduction' picture. Rather, a striking thermal broadening of low-energy phonons, starting even below 50 K, reveals extreme phonon anharmonicity and weak bonding as underlying features of the potential energy surface responsible for the ultralow thermal conductivity (
0.5 WmK) and fast diffusion. Our results provide fundamental insights into the complex atomic dynamics in superionic materials for energy conversion and storage.
光原 昌寿*; 栗野 晃一*; 矢野 康英; 大塚 智史; 外山 健*; 大沼 正人*; 中島 英治*
鉄と鋼, 109(3), p.189 - 200, 2023/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Metallurgy & Metallurgical Engineering)本研究では、高速炉通常運転時におけるODS鋼被覆管の使用環境に近い700または750
Cのクリープ試験と、事故時を模擬した900から1350Cでの時効処理または高温引張試験での酸化物の成長挙動を確認した。9Cr-ODS鋼のクリープ試験後の組織では、初期状態と比較し、酸化物の成長や数密度の低下が無く、酸化物の分散強化がクリープ変形中に有効に機能していることが分かった。12Cr-ODS鋼のクリープ試験後の組織においては、亜粒界のような転位下部構造の発達はほとんど観察されず、粒内に可動転位が均一に観察された。転位密度は応力の増加とともに増える傾向であった。9Cr-ODS鋼の引張延性は、900から1100Cまで温度上昇とともに低下したが、1200Cで上昇し、1250Cで劇的に低下し、1300Cで再び増加する傾向を示した。12Cr-ODS鋼では、温度の上昇とともに減少する傾向を示した。9Cr-ODS鋼の1200から1300Cにおける複雑な引張特性の変化にはデルタフェライト相の形成が影響していると推察される。なお、本研究は、文部科学省原子力システム研究開発事業JPMXD0219214482の助成を受けたものである。
Wu, P.*; 村井 直樹; Li, T.*; 梶本 亮一; 中村 充孝; 古府 麻衣子; 中島 健次; Xia, K.*; Peng, K.*; Zhang, Y.*; et al.
New Journal of Physics (Internet), 25(1), p.013032_1 - 013032_11, 2023/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Multidisciplinary)The understanding of the lattice dynamics is essential for engineering the thermal transport properties in quantum materials. Based on the canonical point of view, acoustic phonons are believed to be the principal thermal carriers in heat flow. Here, in this work, optical phonons are elucidated to play a pivotal role in determining the lattice thermal conductivity in thermoelectric material SnS by using the state-of-the-art inelastic neutron scattering technique combined with first-principles calculations. Additionally, in contrast to acoustic phonons, optical phonons are observed to exhibit pronounced softening and broadening with temperature. Our observations not only shed light on the significance of the optical phonons in thermal transport but also provide a vital clue to suppress the propagation of optical phonons to optimize the thermoelectric performance of SnS.
Rh
Sn
岩佐 和晃*; Suyama, Kazuya*; 河村 聖子; 中島 健次; Raymond, S.*; Steffens, P.*; Yamada, Akira*; 松田 達磨*; Aoki, Yuji*; 川崎 郁斗; et al.
Physical Review Materials (Internet), 7(1), p.014201_1 - 014201_11, 2023/01
被引用回数：2 パーセンタイル：72.03(Materials Science, Multidisciplinary)The spin dynamics, crystalline-electric-field (CEF) level scheme, specific heat, and X-ray photoemission spectra (XPS) of CeRhSn were investigated, which exhibits anomalous semimetal transport in the chiral crystallographic phase. CEF excitations observed at approximately 7 and 39 meV are consistent with the two inequivalent Ce-ion cites in the chiral structure. Because of broader CEF excitations and a strong 4
peak at the Fermi level in the Ce 4
on-resonance spectrum, the hybridized Ce 4 electrons contribute to the semimetal carriers. In addition, the spin fluctuation associated with the Kramers doublet ground state is characterized by the peak located at 0.15 meV. The electronic state involving the spin fluctuation causes the 
behavior of specific heat below 0.6 K, which is attributed to linear dispersion relations of electrons of the Weyl Kondo semimetal in the chiral-lattice symmetry.
Li, N.*; Sun, Y.*; 中島 邦久; 黒崎 健*
Journal of Nuclear Science and Technology, 11 Pages, 2023/00
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Nuclear Science & Technology)福島原子力発電所(1F)事故では、表面積の大きなステンレス鋼(SS304)製の気水分離器や蒸気乾燥器にセシウムが大量に残っている可能性がある。そして、1F廃止措置においてこのようなCsは、放射性粉塵を生成する可能性があるため、安全上問題になることが予想される。しかし、水酸化セシウム(CsOH)の化学吸着により生成した酸化被膜の付着強度については、まだ、明らかになっていない。本研究では、CsOHによる化学吸着がどの程度酸化被膜の付着強度に影響するかスクラッチ試験機を用いて調査した。その結果、CsOHの化学吸着により酸化被膜の付着強度は低下したが、剥離させることはできなかった。
中島 健次; 菊地 龍弥*; 河村 聖子; 神原 理*
EPJ Web of Conferences, 272, p.02012_1 - 02012_8, 2022/11
パルス源の冷中性子チョッパー分光計であるAMATEASで、単一測定条件での時間枠を増やす試みのいくつかを紹介する。方法の1つは、飛行時間図で介在する軌道を許可することにより、
で選択可能な使用可能な幅を増やすことができるということである。われわれの経験に基づいて、パルス源でのチョッパー分光計でのパルス繰り返し周波数増倍に基づく多色測定の条件について説明する。広帯域多色測定の最適化と一般化された定式化された条件が提案される。既存の分光計および最適化されたチョッパー分光計の基準設計へのわれわれのアイデアの適用についても説明し、パルス整形チョッパーを変更することによって効率を改善するさらなる可能性を示唆する。
-dependent collective relaxation dynamics of glass-forming liquid Ca
K
(NO)
investigated by wide-angle neutron spin-echoLuo, P.*; Zhai, Y.*; Falus, P.*; Garc
a Sakai, V.*; Hartl, M.*; 古府 麻衣子; 中島 健次; Faraone, A.*; Z, Y.*
Nature Communications (Internet), 13, p.2092_1 - 2092_9, 2022/04
被引用回数：3 パーセンタイル：58.88(Multidisciplinary Sciences)The relaxation behavior of glass formers exhibits spatial heterogeneity and dramatically changes upon cooling towards the glass transition. However, the underlying mechanisms of the dynamics at different microscopic length scales are not fully understood. We measured the -dependent coherent intermediate scattering function of a prototypical ionic glass former CaK(NO), in the highly viscous liquid state. In contrast to the structure modulated dynamics for 2.4 
, i.e., at and below the structure factor main peak, for 
2.4 , beyond the first minimum above the structure factor main peak, the stretching exponent exhibits no temperature dependence and concomitantly the relaxation time shows smaller deviations from Arrhenius behavior. This finding indicates a change in the dominant relaxation mechanisms around a characteristic length of 2.6 AA, below which the relaxation process exhibits a temperature independent distribution and more Arrhenius-like behavior.
Mattan, K.*; 小野 俊雄*; 河村 聖子; 中島 健次; 南部 雄亮*; 佐藤 卓*
Physical Review B, 105(13), p.134403_1 - 134403_8, 2022/04
被引用回数：3 パーセンタイル：48.5(Materials Science, Multidisciplinary)スピン1/2のカゴメ格子反強磁性体Cs
CuSnF
の磁気励起について、高分解能飛行時間法中性子非弾性散乱実験によって調べた。フラストレートしたカゴメ格子反強磁性体に特徴的な平坦なモードや低エネルギー側の強い分散を持つモードは線形スピン波理論で記述できる。しかし、一方で、9-14meVの領域にある分散を持つ強度の弱い3つのモードについてはそれが破綻する。この3つのモードについては、ゾーン中心から離れるか温度を上げるかすると自由スピノンに崩壊して連続励起になる2スピノン束縛状態と思われる。
-type PbSRathore, E.*; Juneja, R.*; Sarkar, D.*; Roychowdhury, S.*; 古府 麻衣子; 中島 健次; Singh, A. K.*; Biswas, K.*
Materials Today Energy (Internet), 24, p.100953_1 - 100953_9, 2022/03
被引用回数：14 パーセンタイル：85.62(Chemistry, Physical)We demonstrate a high thermoelectric figure of merit (zT) of 1.45 at 900 K for Ge doped (4-10 mol%) -type PbS, which is the one of the highest values among all -type PbS-based thermoelectric materials. This high performance is achieved by simultaneous (a) enhancement of covalency in chemical bonding which increases the electrical conductivity, and (b) reduction of lattice thermal conductivity to an ultra-low value of 0.56 W mK at 900 K by the introduction of nanometer-sized (5-10 nm) precipitates of PbGeS in PbS matrix which strongly scatter the heat-carrying phonons. The presence of low-lying transverse acoustic (TA) and longitudinal acoustic (LA) phonon modes at 48.24 cm and 91.83 cm, respectively are experimentally revealed from inelastic neutron scattering (INS) experiments. The softening of low-frequency modes at a higher temperature and ultra-short phonon lifetime (1-4.5 ps) further explain the ultra-low thermal conductivity.
Yang, J.*; Ren, W.*; Zhao, X.*; 菊地 龍弥*; Miao, P.*; 中島 健次; Li, B.*; Zhang, Z.*
Journal of Materials Science & Technology, 99, p.55 - 60, 2022/02
被引用回数：5 パーセンタイル：41.35(Materials Science, Multidisciplinary)物性測定と中性子散乱を組み合わせることにより、面心立方高エントロピー合金CrMnFeCoNiの磁気および熱輸送特性を調べた。DCおよびAC帯磁率は、温度領域全体で反強磁性および強磁性相互作用が共存する常磁性挙動を示し、それぞれ、常磁性から反強磁性への遷移、反強磁性から強磁性への遷移、およびスピン凍結に対応して、約80, 50、および20Kで3つの異常が見られる。電気伝導率と熱伝導率はNiに比べて大幅に低下しており、格子熱伝導率の温度依存性はガラスのようなプラトーを示す。非弾性中性子散乱測定は弱い非調和性を示唆し、熱輸送は欠陥散乱によって支配されると思われる。
CoTeO; A Composite system of isolated spin-
triangular Heisenberg-like and frustrated honeycomb Ising-like antiferromagnets児島 佑樹*; 栗田 伸之*; 田中 秀数*; 中島 健次
Physical Review B, 105(2), p.L020408_1 - L020408_6, 2022/01
被引用回数：3 パーセンタイル：48.5(Materials Science, Multidisciplinary)二次元性の良いスピン1/2Heisenberg三角格子反強磁性体を含むBaCoTeOの磁気励起を中性子散乱を用いて観測した。BaCoTeOの磁気モデルは2つの独立した二次元系スピン1/2Heisenberg三角格子反強磁性体とIsing的J1-J2-J3ハニカム格子反強磁性体で捉えることができる。三角格子に由来する励起スペクトルは線形スピン波理論の分散関係とは異なり、複数のロトンライクミニマムを持つ。これはフェルミオニックスピノンを用いた計算によって示される結果と類似している。ハニカム格子に由来する分散関係は高エネルギー領域に現われ、線形スピン波理論で捉えることができた。
橋本 俊輔*; 中島 健次; 菊地 龍弥*; 蒲沢 和也*; 柴田 薫; 山田 武*
Journal of Molecular Liquids, 342, p.117580_1 - 117580_8, 2021/11
被引用回数：3 パーセンタイル：27(Chemistry, Physical)エチレングリコール水溶液中に二酸化ケイ素(SiO)ナノ粒子を分散したナノ流体の準弾性中性子散乱測定(QENS)およびパルス磁場勾配核磁気共鳴分析(PFGNMR)を行った。研究目的は、このナノ流体の熱伝導率が理論値を超えて増加するメカニズムを解明することだった。得られた実験結果は、SiOナノ粒子の周りの液体分子の運動が非常に制限されているため、SiOナノ粒子の添加により、エチレングリコール水溶液中の液体分子の自己拡散係数が低下していることを示す。そして温度一定の条件で、SiOナノ流体中で、液体分子の自己拡散係数が減少するにつれて、熱伝導率が増加した。
Han, X.*; Shen, X.*; 山本 俊弘*; 中島 健*; 孫 昊旻; 日引 俊*
International Journal of Heat and Mass Transfer, 178, p.121637_1 - 121637_24, 2021/10
被引用回数：7 パーセンタイル：58.99(Thermodynamics)This paper studies the flow regimes, their transitions and the drift-flux correlations in upward gas-liquid two-phase flows in vertical rod bundle flow channels. The flows are classified into 5 flow regimes, namely, bubbly, finely dispersed bubbly, cap-bubbly, churn and annular flows according to their different flow characteristics. Transition criteria between the flow regimes are proposed mechanistically. Those criteria can correctly predict 83% of the existing experimental observation of the flow regime. The drift-flux correlations for the distribution parameter and the drift velocity are also improved. The void fractions predicted by those correlations are compared with the existing experimental data, showing satisfactory agreement with mean relative error of 8%.
大熊 隆太郎*; 古府 麻衣子; 浅井 晋一郎*; Avdeev, M.*; 幸田 章宏*; 岡部 博孝*; 平石 雅俊*; 竹下 聡史*; 小嶋 健児*; 門野 良典*; et al.
Nature Communications (Internet), 12, p.4382_1 - 4382_7, 2021/07
被引用回数：6 パーセンタイル：61.42(Multidisciplinary Sciences)Dimensionality is a critical factor in determining the properties of solids and is an apparent built- in character of the crystal structure. However, it can be an emergent and tunable property in geometrically frustrated spin systems. Here, we study the spin dynamics of the tetrahedral cluster antiferromagnet, pharmacosiderite, via muon spin resonance and neutron scattering. We find that the spin correlation exhibits a two-dimensional characteristic despite the isotropic connectivity of tetrahedral clusters made of spin 5/2 Fe
ions in the three-dimensional cubic crystal, which we ascribe to two-dimensionalisation by geometrical frustration based on spin wave calculations. Moreover, we suggest that even one-dimensionalisation occurs in the decoupled layers, generating low-energy and one-dimensional excitation modes, causing large spin fluctuation in the classical spin system.
古府 麻衣子; 綿貫 竜太*; 榊原 俊郎*; 河村 聖子; 中島 健次; 松浦 直人*; 上木 岳士*; 阿久津 和宏*; 山室 修*
Scientific Reports (Internet), 11(1), p.12098_1 - 12098_8, 2021/06
被引用回数：5 パーセンタイル：56.02(Multidisciplinary Sciences)Glassy magnetic behavior has been observed in a wide range of crystalline magnetic materials called spin glass. Here, we report spin glass behavior in a structural glass of a magnetic ionic liquid, C4mimFeCl. Magnetization measurements demonstrate that an antiferromagnetic ordering occurs at 
= 2.3 K in the crystalline state, while a spin glass transition occurs at 
= 0.4 K in the structural glass state. In addition, localized magnetic excitations were found in the spin glass state by inelastic neutron scattering, in contrast to spin-wave excitations in the ordered phase of the crystalline sample. The localized excitation was scaled by the Bose population factor below and gradually disappeared above . This feature is highly reminiscent of boson peaks commonly observed in structural glasses. We suggest the "magnetic" boson peak to be one of the inherent dynamics of a spin glass state.
川北 至信; 菊地 龍弥*; 田原 周太*; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 丸山 健二*; 山内 康弘*; 河村 聖子; 中島 健次
JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011071_1 - 011071_6, 2021/03
ヨウ化銅は高温固相で、ヨウ素イオンが作る面心立方格子の隙間を銅イオンが動く超イオン伝導体になることで知られている。溶融相でも、集団的あるいは協調的なイオンの運動を示す特徴がある。MDシミュレーションにおいて、銅イオンの拡散がヨウ素イオンより非常に速いこと分かっている。Cu-Cu部分構造因子にはFSDPと呼ばれる構造を持ち、銅の分布に中距離秩序があることを示している。さらに、Cu-Cu部分二体分布関数は、Cu-Iで形成される最近接分布に深く入り込んでいる。そうした溶融CuIの異常的振る舞いの原因を解明するために、J-PARCの物質・生命科学実験施設に設置されたディスクチョッパー分光器AMATERASを用いて、中性子準弾性散乱(QENS)実験を行った。構造可干渉性のQENSから得られた動的構造因子を理解するため、モード分布解析を行った。その結果、ヨウ素イオンの運動が局所的に閉じ込められた空間で揺らぐような運動であること、一方銅イオンはヨウ素イオンより速く拡散する運動をしていることが分かった。
中島 健次; 河村 聖子; 古府 麻衣子; 村井 直樹; 稲村 泰弘; 菊地 龍弥*; 若井 大介*
JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011089_1 - 011089_7, 2021/03
J-PARCに設置されている冷中性子ディスクチョッパー型分光器AMATERASの近況について報告する。最後に報告を行った2017年以降、新たな検出器の増設、散乱真空槽の真空系の更新作業(継続中)等を行っている。また、分解能について再調査を実施した。この他、2018年、2019年のJ-PARCの1MW試験時に試験測定も行った。今後の高度化計画についても触れる。
