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論文

Phase transition and domain formation in ferroaxial crystals

林田 健志*; 上村 洋平*; 木村 健太*; 松岡 悟志*; 萩原 雅人; 廣瀬 左京*; 盛岡 仁*; 長谷川 達夫*; 木村 剛*

Physical Review Materials (Internet), 5(12), p.124409_1 - 124409_10, 2021/12

The ferroaxial order, which is characterized by a rotational structural distortion in a crystal, has been recently proposed as one of ferroic orders. Though the domain formation is a characteristic feature in ferroic materials, there has been little study done concerning that for the ferroaxial order. Here, we investigate ferroaxial domains that are formed through a ferroaxial transition in two representative ferroaxial materials, NiTiO$$_{3}$$ and RbFe(MoO$$_{4}$$)$$_{2}$$. We spatially resolve their domain structures using an optical method based on electric-field- induced optical rotation, that is, electrogyration (EG). In NiTiO$$_{3}$$, multi-domains are constructed when crystals undergo a ferroaxial transition and the domain size depends on the cooling rate around the transition temperature. Furthermore, the ferroaxial domain structure obtained by the EG measurement is well matched with that by scanning X-ray diffraction (XRD). RbFe(MoO$$_{4}$$)$$_{2}$$ also exhibits multi-domain states in which domain patterns are different each time a crystal undergoes a ferroaxial transition. In addition, the temperature dependence of the EG signal well obeys that of the order parameter of a first-order phase transition. These results ensure the effectiveness of the EG effect to elucidate the nature of ferroaxial order.

論文

Coexistence of magnetoelectric and antiferroelectric-like orders in Mn$$_{3}$$Ta$$_{2}$$O$$_{8}$$

木村 健太*; 八木 直輝*; 長谷川 舜介*; 萩原 雅人; 三宅 厚志*; 徳永 将史*; Cao, H.*; 益田 隆嗣*; 木村 剛*

Inorganic Chemistry, 60(20), p.15078 - 15084, 2021/10

In materials showing a linear magnetoelectric (ME) effect, unconventional functionalities can be anticipated such as electric control of magnetism and nonreciprocal optical responses. Thus, the search of new linear ME materials is of interest in materials science. Here, using a recently proposed design principle of linear ME materials, which is based on the combination of local structural asymmetry and collinear antiferromagnetism, we demonstrate that an anion-deficient fluorite derivative Mn$$_{3}$$Ta$$_{2}$$O$$_{8}$$ is a new linear ME material. This is evidenced by the onset of magnetic-field-induced electric polarization in its collinear antiferromagnetic phase below $$T_{rm N}$$ = 24 K. Furthermore, we also find an antiferroelectric-like phase transition at $$T_{rm S}$$ = 55 K, which is attributable to an off-center displacement of magnetic Mn$$^{2+}$$ ions. The present study shows that Mn$$_{3}$$Ta$$_{2}$$O$$_{8}$$ is a rare material that exhibits both ME and antiferroelectric-like transitions. Thus, Mn$$_{3}$$Ta$$_{2}$$O$$_{8}$$ may provide an opportunity to investigate the physics associated with complicated interactions between magnetic (spin) and electric dipole degrees of freedom.

論文

Strong lattice anharmonicity exhibited by the high-energy optical phonons in thermoelectric material

Wu, P.*; Fan, F.-R.*; 萩原 雅人*; 古府 麻衣子; Peng, K.*; 石川 喜久*; Lee, S.*; 本田 孝志*; 米村 雅雄*; 池田 一貴*; et al.

New Journal of Physics (Internet), 22(8), p.083083_1 - 083083_9, 2020/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:51.78(Physics, Multidisciplinary)

熱電材料SnSeは、過去数年間で世界的な関心を呼び、その固有の強い格子非調和性は、その優れた熱電性能の重要な要素と見なされている。一方、SnSeにおける格子非調和性の理解は、特にフォノンダイナミクスがこの動作によってどのように影響を受けるかに関して、依然として不十分である。そのため、中性子全散乱,非弾性中性子散乱,ラマン分光法、および凍結フォノン計算により、Na$$_{0.003}$$Sn$$_{0.997}$$Se$$_{0.9}$$S$$_{0.1}$$の格子力学の包括的な研究を行った。格子非調和性は、対分布関数,非弾性中性子散乱、およびラマン測定によって確かめられた。熱膨張と多重フォノン散乱の影響を分離することにより、後者は高エネルギー光学フォノンモードで非常に重要であることがわかった。フォノンモードの強い温度依存性は、この系の非調和性を示している。さらに、我々のデータは、Sドーピングにより、高エネルギー光学フォノンの線幅が広がることを明らかにした。私たちの研究は、SnSeの熱電性能は、フォノンエンジニアリングを介して格子熱伝導率への高エネルギー光学フォノンモードの寄与を減らすことによってさらに強化できることを示唆する。

口頭

RPd$$_5$$Al$$_2$$ (R: Pr, Nd)の$$f$$電子状態

目時 直人; 山内 宏樹; 北澤 英明*; 鈴木 博之*; 萩原 雅人*; 益田 隆嗣*; 松田 雅昌*; Aczel, A. A.*; Songxue, C.*; Hong, T.*; et al.

no journal, , 

重い電子系超伝導体NpPd$$_5$$Al$$_2$$の5$$f$$電子状態と重い電子の起源を解明するため、結晶構造が同じ希土類化合物の電子状態を中性子散乱実験により明らかにした。PrPd$$_5$$Al$$_2$$とNdPd$$_5$$Al$$_2$$の結晶場励起を観察し、正方対称の結晶場ハミルトニアンを解析的に対角化した結果と比較して$$f$$電子状態を決めた。結晶場パラメーター$$A_{lm}$$が物質に依らずほぼ同じであることは、有効点電荷ポテンシャルもほぼ同じことを意味する。これらの結果からNpPd$$_5$$Al$$_2$$やUPd$$_5$$Al$$_2$$の5$$f$$電子状態を明らかにすることができた。

口頭

JAEAの三軸分光器の現状と計画

山内 宏樹; 金子 耕士; 長壁 豊隆; 久保田 正人; 萩原 雅人

no journal, , 

原子力機構は高経年化対策として、所有する三台の中性子三軸分光器の制御系システムを全面的に更新する計画をたて、2011$$sim$$2012年頃から作業に着手した。その後、震災によるガイド管の調整、JRR-3の耐震補強工事などの影響で、作業の進捗に遅れが生じたものの、JRR-3再稼働を迎えた今年、TAS装置群にもようやく復旧の兆しが見えてきた。講演で詳細な現状と今後の取り組み等について報告する。

口頭

SuperHRPDを活用した機能性物質の構造科学研究

萩原 雅人; 鳥居 周輝*; 山内 沙羅*; 神山 崇*

no journal, , 

粉末中性子回折は物質科学を支える強力な手段であり、物質構造科学上の知見を得る手段として定着している。その中で高分解能回折は通常の分解能での回折実験で得られ難い科学的知見をもたらしてきた。一例を挙げれば、英国ISISの高分解能粉末中性子回折装置HRPDは、フラーレンの相転移や負の熱膨張の結晶学的研究などの当時の他の中性子回折装置では難しい科学的知見を物質科学にもたらした。MLFに設置されているSuperHRPDは中性子回折計では世界最高分解能($$Delta$$d/d=0.0365%)をもち、強度やS/Nにおいては他のTOF回折装置より優れている。Super-HRPDの目指すサイエンスは装置性能を生かし、他の装置では観測されなかったSymmetry Breakingを発見し新しい科学的知見に繋げることである。表題のタイトルでプロジェクト型S型課題2019S05を推進して、令和3年度は3年目で、新たに数名S型課題に参加している。装置側の整備として、分解能に関しては2015年に背面バンクの検出器を8mmPSDに換装することで実現されたが、以降様々なサイエンスに対応するために試料環境を準備している。昨年度は高温試料環境の修理および整備を行ない、0.9K-1170Kまでの測定が可能にしている。14Tマグネットについても、0-14Tの磁場領域、1.3K-300Kの温度領域で磁場、温度を変えながら自動測定するに至っている。SuperHRPDとしては装置グループのメンバーが減りつつある中で苦しい装置運営が続くが、令和4年度以降の体制に向けての準備を進めている。当日は試料環境機器の整備状況を紹介や、実際にこれらの試料環境機器を用いたサイエンスを紹介する。また粉末リートベルト解析ソフトウェアZ-Rietveldの近況についても紹介する予定である。

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