Intercorrelated anomalous Hall and spin Hall effect in kagome-lattice CoSnS-based shandite films

Lau, Y.-C.*; 池田 絢哉*; 藤原 宏平*; 小沢 耀弘*; Zheng, J.*; 関 剛斎*; 野村 健太郎*; Du, L.*; Wu, Q.*; 塚崎 敦*; et al.

Physical Review B, 108(6), p.064429_1 - 064429_11, 2023/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.064429

Magnetic Weyl semimetals (mWSMs) are characterized by linearly dispersive bands with chiral Weyl node pairs associated with broken time-reversal symmetry. One of the hallmarks of mWSMs is the emergence of large intrinsic anomalous Hall effect. On heating the mWSM above its Curie temperature, the magnetism vanishes while exchange-split Weyl point pairs collapse into doubly degenerate gapped Dirac states. Here, we reveal the attractive potential of these Dirac nodes in paramagnetic state for efficient spin current generation at room temperature via the spin Hall effect. Ni and In are introduced to separately substitute Co and Sn in a prototypal mWSM CoSnS shandite film and tune the Fermi level. Composition dependence of spin Hall conductivity for paramagnetic shandite at room temperature resembles that of anomalous Hall conductivity for ferromagnetic shandite at low temperature; exhibiting peak-like dependence centering around the Ni-substituted CoNiSnS and undoped CoSnS compositions, respectively. The observed spin Hall and anomalous Hall conductivity maxima at different compositions reflect optimum Fermi-level positioning relative to the paramagnetic Dirac and magnetic Weyl states, suggesting the common origin and intercorrelation between the two Hall effects. Our findings highlight a strategy for the quest of spin Hall materials, guided by the abundant experimental anomalous Hall-effect data of ferromagnets in the literature.

WB-STEM observation of dislocation loop behavior in reactor pressure vessel steel during post-irradiation annealing

Du, Y.*; 吉田 健太*; 嶋田 雄介*; 外山 健*; 井上 耕治*; 荒河 一渡*; 鈴土 知明; Milan, K. J.*; Gerard, R.*; 大貫 惣明*; et al.

Materialia, 12, p.100778_1 - 100778_10, 2020/08

https://doi.org/10.1016/j.mtla.2020.100778

長期に原子炉圧力容器の健全性を確保するためには、照射が材料に及ぼす影響を理解する必要がある。本研究では我々が新規開発したWB-STEMを用いて、中性子照射された原子炉圧力容器試験片を焼鈍中、照射誘起転位ループの観察を行った。焼鈍温度を上げるとループの割合が増加していることが確認された。また、2つのループが衝突してループになる現象の観察に初めて成功した。転位に転位ループがデコレートする現象も観察され、分子動力学シミュレーションによってそのメカニズムが説明することができた。

Observation of magnetoelastic effects in a quasi-one-dimensional spiral magnet

Wang, C.*; Daiwei, Y.*; Liu, X.*; Chen, R.*; Du, X.*; Hu, B.*; Wang, L.*; 飯田 一樹*; 蒲沢 和也*; 脇本 秀一; et al.

Physical Review B, 96(8), p.085111_1 - 085111_5, 2017/08

AA2017-0274.pdf:1.02MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.085111

This paper presents a systematic study of spin and lattice dynamics in the quasi-one-dimensional spiral magnet CuBr, using Raman scattering in conjunction with infrared and neutron spectroscopy. Along with the development of spin correlations upon cooling, we observe a rich set of broad Raman bands at energies that correspond to phonon-dispersion energies near the one-dimensional magnetic wave vector. The low-energy bands further exhibit a distinct intensity maximum at the spiral magnetic ordering temperature.

Quantum error correction in a solid-state hybrid spin register

Waldherr, G.*; Wang, Y.*; Zaiser, S.*; Jamali, M.*; Schulte-Herbrggen, T.*; 阿部 浩之; 大島 武; 磯谷 順一*; Du, J. F.*; Neumann, P.*; et al.

Nature, 506(7487), p.204 - 207, 2014/02

https://doi.org/10.1038/nature12919

量子ビットが担う"重ね合わせ"という量子情報は、外部との意図しない相互作用により容易に壊されるので、量子エラー訂正無しでは量子コンピューティングは実現困難である。ダイヤモンド中のカラーセンターの一つであるNVセンターの単一分子に相当する単一欠陥を用いて、電子スピン1個と核スピン3個からなるハイブリッド量子レジスタを作製(C 99.8%濃縮した合成ダイヤモンド結晶に電子線照射と熱処理によりNVセンターを形成)し、室温動作の固体スピン量子キュービットでは世界で初めて量子エラー訂正のプロトコルの実行に成功した。この方法はスケーラブルなので、フォールト・トレラントな量子操作を多量子ビットへ拡張することが可能となり、固体量子情報デバイス実現への道を開くものである。

Tomonaga-Luttinger liquid in a quasi-one-dimensional = 1 antiferromagnet observed by specific heat measurements

萩原 政幸*; 辻井 宏之*; Rotundu, C. R.*; Andraka, B.*; 高野 安正*; 立岩 尚之; 小林 達生*; 鈴木 隆史*; 菅 誠一郎*

Physical Review Letters, 96(14), p.147203_1 - 147203_4, 2006/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.147203

準一次元系磁性物質Ni(CHN)(NO)(ClO)(NTENP)の磁場中比熱測定を行った。スピン鎖に並行に磁場を加えると、臨界磁場以上でスピンギャップが消滅し、磁気秩序転移温度より高温では比熱が温度に依存する振る舞いを示すことが明らかとなった。本研究から明らかとなった、朝永-ラッティンジャー流体的振る舞いについて理論モデルを用いて解析する。

Nanocluster evolution in 9Cr ODS steel after high-dose neutron irradiation in Joyo

Du, Y.*; 外山 健*; 井上 耕治*; 大塚 智史; 矢野 康英; 吉田 健太*; 嶋田 雄介*; 大沼 正人*; 光原 昌寿*; 中島 英治*; et al.

no journal, , 

Oxide dispersion strengthened (ODS) steels, considered as structural materials in Generation IV fission reactors and fusion reactors, are served in extreme environment, where the neutron radiation doses reach up to 250 dpa while the operation temperature up to 700 deg. C. Thus, understanding the microstructure evolution of ODS steels, especially nanoparticles, at high neutron irradiation levels and high temperature is necessary for the prediction of long-term material degradation. In this study, a detailed investigation of oxide nanoparticles after the neutron irradiation to doses of 16-33 dpa at different temperatures (410 830 deg. C) was performed by the atom probe tomography (APT). The outcome of this investigation brought new insight to the characteristics of oxide nanoparticles formation and evolution under neutron irradiation. It was concluded that the nanoclusters underwent an inverse Ostwald ripening process during the low-temperature irradiation, i.e. neutron irradiation to 16 dpa at 410 deg. C.

In-situ weak-beam scanning transmission electron microscopy for quantitative dislocation analysis in nuclear materials during post-irradiation annealing

吉田 健太*; Du, Y.*; 嶋田 雄介*; 鈴土 知明; 外山 健*; 井上 耕治*; 荒河 一渡*; Milan, K. J.*; Gerard, R.*; 永井 康介*

no journal, , 

新開発のビームセレクター, 環状検出器, 高速CCDカメラ, イメージングフィルターを収差補正電子顕微鏡のカメラチャンバーに取り付けることにより、新規ウィークビーム走査透過型電子顕微鏡(WB-STEM)を開発した。開発されたWB-STEMは転位ループの動的挙動の観察能力が大きく向上していることが、その場観察よって確認された。また、さらに、分子動力学を用いて転位ループ挙動の数値シミュレーションを実施し、実験結果が理論解析によって良く説明されていることを確認した。よって本WB-STEMは原子炉圧力容器(RPV)鋼等の原子力材料の脆化メカニズムを理解に大きく役立つと期待される。