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論文

The $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe cross section from the surrogate ratio method and its effect on the $$^{60}$$Fe nucleosynthesis

Yan, S. Q.*; Li, X. Y.*; 西尾 勝久; Lugaro, M.*; Li, Z. H.*; 牧井 宏之; Pignatari, M.*; Wang, Y. B.*; Orlandi, R.; 廣瀬 健太郎; et al.

Astrophysical Journal, 919(2), p.84_1 - 84_7, 2021/10

 被引用回数:0

The long-lived $$^{60}$$Fe (with a half-life of 2.62 Myr) is a crucial diagnostic of active nucleosynthesis in the Milky Way galaxy and in supernovae near the solar system. The neutron-capture reaction $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe on $$^{59}$$Fe (half-life=44.5 days) is the key reaction for the production of $$^{60}$$Fe in massive stars. This reaction cross section has been previously constrained by the Coulomb dissociation experiment, which offered partial constraint on the E1 $$gamma$$-ray strength function but a negligible constraint on the M1 and E2 components. In this work, for the first time, we use the surrogate ratio method to experimentally determine the $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe cross sections in which all the components are included. We derived a Maxwellian-averaged cross section of 27.5$$pm$$3.5 mb at $$kT$$ = 30 keV and 13.4$$pm$$1.7 mb at $$kT$$ = 90 keV, roughly 10%-20% higher than previous estimates. We analyzed the impact of our new reaction rates in nucleosynthesis models of massive stars and found that uncertainties in the production of $$^{60}$$Fe from the $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe rate are at most 25$$%$$. We conclude that stellar physics uncertainties now play a major role in the accurate evaluation of the stellar production of $$^{60}$$Fe.

論文

Ultra-fine CeO$$_{2}$$ particles triggered strong interaction with LaFeO$$_{3}$$ framework for total and preferential CO oxidation

Zheng, Y.*; Xiao, H.*; Li, K.*; Wang, Y.*; Li, Y.*; Wei, Y.*; Zhu, X.*; Li, H.-W.*; 松村 大樹; Guo, B.*; et al.

ACS Applied Materials & Interfaces, 12(37), p.42274 - 42284, 2020/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.8(Nanoscience & Nanotechnology)

Interactions between the active components with the support are one of the fundamentally factors in determining the catalytic performance of a catalyst. In this study, we investigated the interaction between CeO$$_{2}$$ and LaFeO$$_{3}$$, the two important oxygen storage materials in catalysis area, by tuning the sizes of CeO$$_{2}$$ particles and highlight a two-fold effect of the strong oxide-oxide interaction in determining the catalytic activity and selectivity for preferential CO oxidation in hydrogen feeds. It is found that the anchoring of ultra-fine CeO$$_{2}$$ particles at the framework of three-dimensional-ordered macroporous LaFeO$$_{3}$$ surface results in a strong interaction between the two oxides that induces the formation of abundant uncoordinated cations and oxygen vacancy at the interface. This discovery demonstrates that in hybrid oxide-based catalysts, tuning the interaction among different components is essential for balancing the catalytic activity and selectivity.

論文

Magnetic-field and composition tuned antiferromagnetic instability in the quantum spin-liquid candidate NaYbO$$_2$$

Guo, J.*; Zhao, X.*; 河村 聖子; Ling, L.*; Wang, J.*; He, L.*; 中島 健次; Li, B.*; Zhang, Z.*

Physical Review Materials (Internet), 4(6), p.064410_1 - 064410_7, 2020/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.8(Materials Science, Multidisciplinary)

NaYbO$$_2$$ has been reported as a possible host for the quantum spin-liquid state. Here, the composition-dependent polycrystalline Na$$_{1-x}$$YbO$$_2$$ ($$x = 0$$, 0.03, and 0.07) has been investigated by combining high-field magnetizations and inelastic neutron scattering techniques. For the $$x = 0$$ sample, no signature of a magnetic order is observed down to 0.3 K. Inelastic neutron scattering measurement suggests a continuous low-energy excitation spectrum centered at momentum transfer $$(Q) sim 1.25$$~$AA$^{-1}$$ and extending up to energy transfer $$(E) sim 2.0$$~meV. In contrast, $$x = 0.03$$ and 0.07 samples exhibit magnetic transitions at 1.1 and 2.3 K, respectively. High-field magnetization measurements indicate similar behaviors for $$x = 0$$ and 0.03 samples including plateau-like features at the 1/3 saturated magnetization, which implies that the spin disorder in the $$x = 0$$ sample might be suppressed preceding the emergence of the up-up-down phase. This composition- and field-dependent study allows us to construct complete phase diagrams indicating that NaYbO$$_2$$ is a promising candidate for the quantum spin-liquid state in close proximity to the antiferromagnetic instability tuned by the application of magnetic fields as well as controlling the concentration of Na$$^+$$ ion vacancies.

論文

Spectroscopic and first-principles investigations of iodine species incorporation into ettringite; Implications for iodine migration in cement waste forms

Guo, B.*; Xiong, Y.*; Chen, W.*; Saslow, S. A.*; 香西 直文; 大貫 敏彦*; Dabo, I.*; 笹木 恵子*

Journal of Hazardous Materials, 389, p.121880_1 - 121880_11, 2020/05

 被引用回数:20 パーセンタイル:95.57(Engineering, Environmental)

To elucidate retention mechanism of cement waste form for radioactive iodine, this paper investigated interaction mechanism between iodine and ettringite, which is a component mineral of cement and has anion exchange ability. We revealed that ettringite has a high capacity for accommodating IO$$_{3}$$$$^{-}$$ via anion substitution for SO$$_{4}$$$$^{2-}$$. The combined iodine K-edge extended X-ray absorption fine structure spectra and first-principles calculations using density functional theory suggested that IO$$_{3}$$$$^{-}$$ was stabilized in ettringite by hydrogen bonding and electrostatic forces. The bonding charge density analysis of the substituted IO$$_{3}$$$$^{-}$$ into the ettringite structure revealed the interaction between intercalated IO$$_{3}$$$$^{-}$$ with the structural water molecules. These results provided valuable insight into the long-term stabilization of anionic iodine species and their migration in cementitious nuclear waste repository or alkaline environments.

論文

Passive sweat collection and colorimetric analysis of biomarkers relevant to kidney disorders using a soft microfluidic system

Zhang, Y.*; Guo, H.*; Kim, S. B.*; Wu, Y.*; Ostojich, D.*; Park, S. H.*; Wang, X.*; Weng, Z.*; Li, R.*; Bandodkar, A. J.*; et al.

Lab on a Chip, 19(9), p.1545 - 1555, 2019/05

 被引用回数:54 パーセンタイル:99.34(Biochemical Research Methods)

汗中のバイオマーカーおよび非侵襲的な方法で汗を集める方法は、健康および生理学的状態の評価のための汗利用の関心を生み出し、スポーツから臨床医学までの範囲の潜在的用途がある。本論文は、皮膚密着型のマイクロ流体システムを用いた2つの結果について述べる。(1)簡易な身体的および心理的刺激による汗の採取、(2)酵素化学および比色アプローチによる汗中のクレアチニンおよび尿素の濃度の検出。結果、乳児や高齢者などを対象に日常的で非薬理学的な汗の捕捉が可能になり、腎臓疾患のスクリーニング/モニタリングに汗を使用する可能性が示された。

論文

The $$^{95}$$Zr($$n, gamma$$)$$^{96}$$Zr cross section from the surrogate ratio method and its effect on $$s$$-process nucleosynthesis

Yan, S. Q.*; Li, Z. H.*; Wang, Y. B.*; 西尾 勝久; Lugaro, M.*; Karakas, A. I.*; 牧井 宏之; Mohr, P.*; Su, J.*; Li, Y. J.*; et al.

Astrophysical Journal, 848(2), p.98_1 - 98_8, 2017/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:13.13(Astronomy & Astrophysics)

The $$^{95}$$Zr($$n, gamma$$)$$^{96}$$Zr reaction cross section is crucial in the modelling of $$s$$-process nucleosynthesis in asymptotic giant branch stars because it controls the operation of the branching point at the unstable $$^{95}$$Zr and the subsequent production of $$^{96}$$Zr. We have carried out the measurement of the $$^{90}$$Zr($$^{18}$$O,$$^{16}$$O) and $$^{94}$$Zr($$^{18}$$O,$$^{16}$$O) reactions and obtained the $$gamma$$-decay probability ratio of $$^{92}$$Zr$$^{*}$$ and $$^{96}$$Zr$$^{*}$$ to determine the $$^{95}$$Zr($$n, gamma$$)$$^{96}$$Zr reaction cross sections with the surrogate ratio method. We tested our deduced maxwellian-averaged cross section in stellar models with masses between 2 and 6 $$M_{odot}$$ and metallicities 0.014 and 0.03. The largest changes - up 80 % variations in $$^{96}$$Zr - are seen in the models of 3-4 $$M_{odot}$$, where the $$^{22}$$Ne neutron source is mildly activated. The new rate can still provide a match to data from meteoritic stardust silicon carbide grains, provided the maximum mass of the parent stars is below 4 $$M_{odot}$$, for a metallicity of 0.03.

論文

Uniaxial pressure effect on the magnetic ordered moment and transition temperatures in BaFe$$_{2-x}$$T$$_{x}$$As$$_{2}$$ ($$T$$ = Co,Ni)

Tam, D. M.*; Song, Y.*; Man, H.*; Cheung, S. C.*; Yin, Z.*; Lu, X.*; Wang, W.*; Frandsen, B. A.*; Liu, L.*; Gong, Z.*; et al.

Physical Review B, 95(6), p.060505_1 - 060505_6, 2017/02

 被引用回数:18 パーセンタイル:75.96(Materials Science, Multidisciplinary)

We use neutron diffraction and muon spin relaxation to study the effect of in-plane uniaxial pressure on the antiferromagnetic (AF) orthorhombic phase in BaFe$$_{2-x}$$T$$_{x}$$As$$_{2}$$ and its Co- and Ni-substituted members near optimal superconductivity. In the low-temperature AF ordered state, uniaxial pressure necessary to detwin the orthorhombic crystals also increases the magnetic ordered moment, reaching an 11% increase under 40 MPa for BaFe$$_{1.9}$$Co$$_{0.1}$$As$$_2$$, and a 15% increase for BaFe$$_{1.915}$$Ni$$_{0.085}$$As$$_2$$. We also observe an increase of the AF ordering temperature ($$T_N$$) of about 0.25 K/MPa in all compounds, consistent with density functional theory calculations that reveal better Fermi surface nesting for itinerant electrons under uniaxial pressure. The doping dependence of the magnetic ordered moment is captured by combining dynamical mean field theory with density functional theory, suggesting that the pressure-induced moment increase near optimal superconductivity is closely related to quantum fluctuations and the nearby electronic nematic phase.

論文

Volume-wise destruction of the antiferromagnetic Mott insulating state through quantum tuning

Frandsen, B. A.*; Liu, L.*; Cheung, S. C.*; Guguchia, Z.*; Khasanov, R.*; Morenzoni, E.*; Munsie, T. J. S.*; Hallas, A. M.*; Wilson, M. N.*; Cai, Y.*; et al.

Nature Communications (Internet), 7, p.12519_1 - 12519_8, 2016/08

 被引用回数:20 パーセンタイル:73.09(Multidisciplinary Sciences)

RENiO$$_3$$ (RE = rare-earth element) and V$$_2$$O$$_3$$ are archetypal Mott insulator systems. When tuned by chemical substitution (RENiO$$_3$$) or pressure (V$$_2$$O$$_3$$), they exhibit a quantum phase transition (QPT) between an antiferromagnetic Mott insulating state and a paramagnetic metallic state. Because novel physics often appears near a Mott QPT, the details of this transition, such as whether it is first or second order, are important. Here, we demonstrate through muon spin relaxation/rotation experiments that the QPT in RENiO$$_3$$ and V$$_2$$O$$_3$$ is first order: the magnetically ordered volume fraction decreases to zero at the QPT, resulting in a broad region of intrinsic phase separation, while the ordered magnetic moment retains its full value until it is suddenly destroyed at the QPT. These findings bring to light a surprising universality of the pressure-driven Mott transition, revealing the importance of phase separation and calling for further investigation into the nature of quantum fluctuations underlying the transition.

論文

Examination of the surrogate ratio method for the determination of the $$^{93}$$Zr(n,$$gamma$$)$$^{94}$$Zr cross section with $$^{90,92}$$Zr($$^{18}$$O,$$^{16}$$O)$$^{92,94}$$Zr reactions

Yan, S. Q.*; Li, Z. H.*; Wang, Y. B.*; 西尾 勝久; 牧井 宏之; Su, J.*; Li, Y. J.*; 西中 一朗; 廣瀬 健太郎; Han, Y. L.*; et al.

Physical Review C, 94(1), p.015804_1 - 015804_5, 2016/07

 被引用回数:5 パーセンタイル:40.15(Physics, Nuclear)

The relative $$gamma$$-decay probability ratios of the neutron resonance states in $$^{94}$$Zr and $$^{92}$$Zr populated via two neutron transfer reactions, $$^{92}$$Zr($$^{18}$$O,$$^{16}$$O)$$^{94}$$Zr and $$^{90}$$Zr($$^{18}$$O,$$^{16}$$O)$$^{92}$$Zr, have been measured to test the validity of the surrogate ratio method (SRM) in determining the (n,$$gamma$$) reaction cross section. The cross sections of the $$^{93}$$Zr(n,$$gamma$$)$$^{94}$$Zr reaction are derived from the experimentally obtained ratios and the cross sections of the $$^{91}$$Zr(n,$$gamma$$)$$^{92}$$Zr reaction in the equivalent neutron energy range of $$E_{rm n}$$ = 0 - 8 MeV. The deduced cross sections of $$^{93}$$Zr(n,$$gamma$$)$$^{94}$$Zr reaction agree with the directly measured ones in the low-energy region, and with the evaluated ENDF/B-VII.1 data at higher energies of $$E_{rm n} >$$ 3 MeV. The agreement supports the concept of the SRM method to indirectly determine the (n,$$gamma$$) reaction cross sections.

論文

Development of the evaluation methodology for the material relocation behavior in the core disruptive accident of sodium-cooled fast reactors

飛田 吉春; 神山 健司; 田上 浩孝; 松場 賢一; 鈴木 徹; 磯崎 三喜男; 山野 秀将; 守田 幸路*; Guo, L.*; Zhang, B.*

Journal of Nuclear Science and Technology, 53(5), p.698 - 706, 2016/05

AA2015-0794.pdf:2.46MB

 被引用回数:10 パーセンタイル:78.98(Nuclear Science & Technology)

炉心損傷事故(CDA)の炉内格納(IVR)はナトリウム冷却高速炉(SFR)の安全特性向上において極めて重要である。SFRのCDAにおいては、溶融炉心物質が炉容器の下部プレナムへ再配置し、構造物へ重大な熱的影響を及ぼし、炉容器の溶融貫通に至る可能性がある。この再配置過程の評価を可能とし、SFRのCDAではIVRで終息することが最も確からしいことを示すため、SFRのCDAにおける物質再配置挙動の評価手法を開発する研究計画が実施された。この計画では、炉心領域からの溶融物質流出挙動の解析手法、溶融炉心物質のナトリウムプール中への侵入挙動、デブリベッド挙動のシミュレーション手法を開発した。

論文

The Martian surface radiation environment; A Comparison of models and MSL/RAD measurements

Matthi$"a$, D.*; Ehresmann, B.*; Lohf, H.*; K$"o$hler, J.*; Zeitlin, C.*; Appel, J.*; 佐藤 達彦; Slaba, T. C.*; Martin, C.*; Berger, T.*; et al.

Journal of Space Weather and Space Climate (Internet), 6, p.A13_1 - A13_17, 2016/03

 被引用回数:50 パーセンタイル:95.45(Astronomy & Astrophysics)

2012年8月6日以降、Mars Science Laboratory (MSL)に搭載された複合型放射線検出器(RAD)を用いて火星表面による放射線環境の測定が続けられている。本研究では、GEANT4, PHITS, HZETRN/OLTARISなど様々なコードを用いて火星表面における放射線環境を推定し、その結果とRADによる測定値を比較した。その結果、計算結果は測定値と概ねよい一致を示すものの、場合によっては大きく解離することが分かった。また、RADのデータは放射線輸送計算について、最適なインプットパラメータや物理モデルの最適な選択に役立つことも確認された。今回の解析結果は、今後、有人火星ミッションを計画する際、その被ばく線量評価や宇宙機遮へい設計などに活用することができる。

論文

Origin of the spin Seebeck effect in compensated ferrimagnets

Gepr$"a$gs, S.*; Kehlberger, A.*; Coletta, F.*; Qiu, Z.*; Guo, E.-J.*; Schulz, T.*; Mix, C.*; Meyer, S.*; Kamra, A.*; Althammer, M.*; et al.

Nature Communications (Internet), 7, p.10452_1 - 10452_6, 2016/02

 被引用回数:100 パーセンタイル:97.17(Multidisciplinary Sciences)

Magnons are the elementary excitations of a magnetically ordered system. Here, we show that the spin Seebeck effect is sensitive to the complexities of the magnon spectrum. The spin Seebeck effect is caused by a thermally excited spin dynamics that is converted to a voltage by the inverse spin Hall effect at the interface to a heavy metal contact. By investigating the temperature dependence of the spin Seebeck effect in the ferrimagnet gadlinium iron garnet, with a magnetic compensation point near room temperature, we demonstrate that high-energy exchange magnons play a key role in the spin Seebeck effect.

論文

Development of assessment method for a self-leveling behavior of debris bed and analyses of experiments

田上 浩孝; Cheng, S.; 飛田 吉春; Guo, L.*; Zhang, B.*; 守田 幸路*

Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 8 Pages, 2014/07

SFRのシビアアクシデントにおいて、燃料デブリが冷却限界厚さを超えて堆積した場合、セルフ・レベリング挙動によってデブリベッド厚みが冷却限界を下回ることが期待される。ゆえに、SFRの安全解析においてセルフ・レベリング挙動を評価することは重要であるが、これを解析する手法は存在しない。そこで、本研究ではセルフ・レベリング挙動に固有の現象を解析するための新規手法を開発することを目的とする。デブリベッドのセルフ・レベリング挙動の特徴から、Bingham流体を仮定することで新規手法を開発した。新規手法は粒子間衝突を模擬した粒子間相互作用と粒子間接触の効果を模擬した2つのパートにより構成される。この新規手法に対して固気液三相流からなるセルフ・レベリング挙動模擬実験を用いて検証を行った。新規手法は、モデルパラメータに依存するものの模擬実験結果をよく再現する。このことから、本新規手法がSFR環境下におけるデブリベッドのセルフ・レベリング挙動に対する適用性を有することが示された。

論文

In-beam $$gamma$$ spectroscopy of the even-even nucleus $$^{190}$$Pt

Li, G. S.*; Liu, M. L.*; Zhou, X. H.*; Zhang, Y. H.*; Liu, Y. X.*; Zhang, N. T.*; Hua, W.*; Zheng, Y. D.*; Fang, Y. D.*; Guo, S.*; et al.

Physical Review C, 89(5), p.054303_1 - 054303_9, 2014/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:42.25(Physics, Nuclear)

タンデム加速器で88MeVにまで加速された$$^{18}$$Oビームを用いて$$^{176}$$Yb($$^{18}$$O, 4$$n$$)反応を起こし、$$^{190}$$Ptの高スピン準位を調べた。その結果、$$nu$$ $$i^{-2}_{13/2}$$ $$nu$$ $$h^{-1}_{9/2}$$ $$nu$$ $$j^{-1}$$1(ここで$$nu j$$$$nu p_{3/2}$$もしくは$$nu f_{5/2}$$)配位による正パリティバンドを大幅に拡張するとともに新しく負パリティバンドを同定し、$$nu$$ $$i^{-3}_{13/2}$$ $$nu$$ $$j^{-1}$$配位を持つことを明らかにした。また、イラスト準位においてスピンの増加に伴い振動から回転へと構造変化を起こしている可能性について議論した。さらにバンド特性を明らかにするためにTotal Routhian surface計算を行った。

論文

Development of a GEM-TPC for H-dibaryon search experiment at J-PARC

佐甲 博之; Ahn, J. K.*; Baek, K. H.*; Bassalleck, B.*; Fujioka, H.*; Guo, L.*; 長谷川 勝一; Hicks, K.*; Honda, R.*; Hwang, S. H.*; et al.

Journal of Instrumentation (Internet), 9(4), p.C04009_1 - C04009_10, 2014/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:18.85(Instruments & Instrumentation)

($$K^+$$,$$K^-$$)反応によるHダイバリオン探索実験(J-PARC E42)のためのTPCの開発を行っている。TPCにおいてHが2個の$$pi^{-}$$と2個の$$p$$に崩壊する事象を測定する。TPCのドリフト体積は50cm直径、55cmドリフト長を持つ8角柱構造をしておりAr-CH$$_4$$ガスを使用する。増幅部には3層のGEMを使用する。荷電粒子の運動量測定のためTPCにはドリフト電場と平行に鉛直方向の1Tの双極磁場を超伝導ヘルムホルツ型磁石によりかける。H崩壊のアクセプタンスを最大にするためダイアモンド標的がTPC内部の筒状の穴に設置される。さらに、超高レートの$$K^-$$ビームをTPCに直接照射するため陽イオンフィードバックを極力抑制必要がある。このためTPCにGEMとgating gridを採用した。

論文

Rotational band properties of $$^{173}$$W

Wang, H. X.*; Zhang, Y. H.*; Zhou, X. H.*; Liu, M. L.*; Ding, B.*; Li, G. S.*; Hua, W.*; Zhou, H. B.*; Guo, S.*; Qiang, Y. H.*; et al.

Physical Review C, 86(4), p.044305_1 - 044305_11, 2012/10

AA2012-0752.pdf:0.78MB

 被引用回数:5 パーセンタイル:36.05(Physics, Nuclear)

High-spin states in $$^{173}$$W have been studied using the $$^{150}$$Nd($$^{28}$$Si,5$$n$$)$$^{173}$$W reaction at beam energies of 135 and 140 MeV. The previously known bands associated with the 7/2$$^+$$[633], 5/2$$^-$$[512], and 1/2$$^-$$[521] configurations are extended significantly, and the unfavored signature branch of the 1/2$$^-$$[521] band is established for the first time. The band properties, such as level spacings, band-crossing frequencies, alignment gains, and signature splittings, are discussed with an emphasis on the low-spin signature inversion observed in the 5/2$$^-$$[512] band. By comparing the experimental $$B$$($$M$$1)/$$B$$($$E$$2) ratios with the theoretical values, we conclude that the configuration of the 5/2$$^-$$[512] band is quite pure at low spins without appreciable admixture of the 5/2$$^-$$[523] orbit, in conflict with the particle rotor model calculated results.

論文

High-j proton alignments in $$^{101}$$Pd

Zhou, H. B.*; Zhou, X. H.*; Zhang, Y. H.*; Zheng, Y.*; Liu, M. L.*; Zhang, N. T.*; Chen, L.*; Wang, S. T.*; Li, G. S.*; Wang, H. X.*; et al.

European Physical Journal A, 47(9), p.107_1 - 107_7, 2011/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:35.03(Physics, Nuclear)

$$^{101}$$Pd原子核の高スピン状態を、タンデム加速器及び多重$$gamma$$線検出装置GEMINI-IIを用いて、インビーム$$gamma$$線核分光法で調べた。既知の$$d$$$$_{5/2}$$バンド, 1/2$$^-$$[550]バンドをより高スピン状態まで拡張した。発見されたバンド交差は$$g$$$$_{9/2}$$陽子の整列によるものであると解釈した。$$^{101}$$Pdの回転バンドの性質を周辺の核、及びcranked shell modelと比較・議論した。

論文

Giant spin Hall effect of Au films with Pt impurities; Surface-assisted skew scattering

Gu, B.; Ziman, T.*; Guo, G.-Y.*; 永長 直人; 前川 禎通

Journal of Applied Physics, 109(7), p.070502_1 - 070502_3, 2011/03

表面で発生するスキュー散乱の効果を考えることにより、室温で巨大なスピンホール効果が現れることを理論的に示した。密度汎関数理論と量子モンテカルロ法を組合せ、さまざまな金の中におけるプラチナ不純物によるスピンホール効果を調べた。バルクの金ではスピンホール角は小さいにもかかわらず、金の(111)面において、スピンホール角が0.1よりも大きくなりうること、また金(001)面上では約半分に減少することを示した。この量子モンテカルロによる結果は、プラチナ不純物のスピン軌道相互作用が金の(001)面と(111)面において増大していることを示している。この現象は、プラチナの5dレベルは電荷ゆらぎによってフェルミレベルまで上昇するため、加えてバルクの金や金(001)面上においてはプラチナに対して1つのチャンネルだけであるが、金(111)面上では、2つのチャンネルが存在するために生じることを明らかにした。

論文

Surface-assisted spin Hall effect in Au films with Pt impurities

Gu, B.; 管井 勇*; Ziman, T.*; Guo, G. Y.*; 永長 直人; 関 剛斎*; 高梨 弘毅; 前川 禎通

Physical Review Letters, 105(21), p.216401_1 - 216401_4, 2010/11

 被引用回数:63 パーセンタイル:90.42(Physics, Multidisciplinary)

We show, both experimentally and theoretically, a novel route to obtain giant room temperature spin Hall effect due to surface-assisted skew scattering. In the experiment, we report the spin Hall effect in Pt-doped Au films with different thicknesses $$t_N$$. The giant spin Hall angle $$gamma_S$$ = $$0.12 pm 0.04$$ is obtained for $$t_N$$ = 10 nm at room temperature, while it is much smaller for $$t_N$$ = 20 nm sample. Combined ${it ab initio}$ and quantum Monte Carlo calculations for the skew scattering due to a Pt impurity show $$gamma_S$$ $$cong$$ 0.1 on the Au (111) surface, while it is small in bulk Au. The quantum Monte Carlo results show that the spin-orbit interaction of the Pt impurity on the Au (111) surface is enhanced, because the Pt 5$$d$$ levels are lifted to the Fermi level due to the valence fluctuation. In addition, there are two spin-orbit interaction channels on the Au (111) surface, while only one in bulk Au.

論文

Quantum renormalization of the spin hall effect

Gu, B.; Gan, J.-Y.*; Bulut, N.*; Ziman, T.*; Guo, G.-Y.*; 永長 直人*; 前川 禎通

Physical Review Letters, 105(8), p.086401_1 - 086401_4, 2010/08

 被引用回数:30 パーセンタイル:80.42(Physics, Multidisciplinary)

金に含まれる鉄不純物のスピン軌道相互作用による輸送特性を、多軌道アンダーソン模型に量子モンテカルロ法を用いて研究を行った。そして、初めてスピン軌道相互作用がスピン揺らぎにより強い変更を受けることを明らかにした。この仕組みにより、最近観測された金の中の鉄不純物による巨大なスピンホール効果を説明することができた。一方、この効果は異常ホール効果には現れないものである。加えて、スピン軌道相互作用がクーロン相互作用によっても大きな変更を受けることを示した。これらの結果により、金の中の鉄不純物の軌道角運動量に関するこれまでの矛盾を解決することができた。

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