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論文

A First glimpse at the shell structure beyond $$^{54}$$Ca; Spectroscopy of $$^{55}$$K, $$^{55}$$Ca, and $$^{57}$$Ca

小岩井 拓真*; Wimmer, K.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Barbieri, C.*; Duguet, T.*; Holt, J. D.*; 宮城 宇志*; Navr$'a$til, P.*; 緒方 一介*; et al.

Physics Letters B, 827, p.136953_1 - 136953_7, 2022/04

中性子過剰核$$^{54}$$Caでは、新魔法数34が発見されて以来、その構造を知るために多くの実験がなされてきたが、それを超える中性子過剰核の情報は全く知られてこなかった。本論文では、理化学研究所RIBFにて$$^{55}$$K, $$^{55}$$Ca, $$^{57}$$Caの励起状態から脱励起するガンマ線を初めて観測した結果を報告した。それぞれ1つのガンマ線しか得られなかったものの、$$^{55}$$Kおよび$$^{55}$$Caのデータは、それぞれ、陽子の$$d_{3/2}$$$$s_{1/2}$$軌道間のエネルギー差、中性子の$$p_{1/2}$$$$f_{5/2}$$軌道間のエネルギー差を敏感に反映し、両方とも最新の殻模型計算によって200keV程度の精度で再現できることがわかった。また、1粒子状態の程度を特徴づける分光学的因子を実験データと歪曲波インパルス近似による反応計算から求め、その値も殻模型計算の値と矛盾しないことがわかった。

論文

X-ray absorption spectra of aqueous cellobiose; Experiment and theory

赤沢 第輔; 佐々木 岳彦*; 長坂 将成*; 志賀 基之

Journal of Chemical Physics, 156(4), p.044202_1 - 044202_7, 2022/01

セルロースの水和構造は、分子レベルでのバイオマスセルロースの加水分解メカニズムの理解のために非常に重要である。本論文では、セルロースの2糖の単量体であるセロビオースの水溶液について、そのX線吸収分光法(XAS)スペクトルの測定と理論計算を組み合わせた研究について報告する。測定に関する項目では高解像度の炭素K端のXASスペクトルの測定について報告する。理論計算の項目では、第一原理分子動力学計算と励起状態計算を用いてXASのシミュレーションを求める手法と結果ついて論ずる。セロビオースのXASには289.3eV, 290.7eV, 293.6eVの3つのピークがあり、それぞれアルコール基,ヘミアセタール基,アルコール及びヘミアセタール基の両方に対応することがわかった。さらに、25$$^{circ}$$Cから60$$^{circ}$$Cまでの温度変化に対してスペクトルの高さが規則的に変化し、それがセロビオースと水分子の水素結合の数の変化を表していることがわかった。このスペクトルの変化は様々な環境におけるセルロースの水和構造を知るための情報として有用であると考えられる。

論文

Investigation of the ground-state spin inversion in the neutron-rich $$^{47,49}$$Cl isotopes

Linh, B. D.*; Corsi, A.*; Gillibert, A.*; Obertelli, A.*; Doornenbal, P.*; Barbieri, C.*; Chen, S.*; Chung, L. X.*; Duguet, T.*; G$'o$mez-Ramos, M.*; et al.

Physical Review C, 104(4), p.044331_1 - 044331_16, 2021/10

理化学研究所のRIビームファクトリーにて中性子過剰$$^{47,49}$$Clの励起状態を$$^{50}$$Arからのノックアウト反応によって生成し、脱励起ガンマ線からそのエネルギー準位を測定した。また、陽子ノックアウトの運動量分布から$$^{49}$$Clの基底状態が$$3/2^+$$であることがわかった。その結果を大規模殻模型計算およびいくつかの第一原理計算と比較した。$$^{47,49}$$Cl同位体の基底状態および第一励起状態は、計算で用いた相互作用に敏感であることがわかった。それは、陽子の一粒子エネルギーと四重極集団運動との複雑な結合によるためであると考えられる。

論文

The Mechanism of sorbitol dehydration in hot acidic solutions

近藤 友美; 佐々木 岳彦*; 志賀 基之

Journal of Computational Chemistry, 42(25), p.1783 - 1791, 2021/09

高温水溶液中の糖アルコール脱水反応は、有機溶媒を使用せずに環境に優しいバイオマス変換を可能にする重要な反応である。本研究では、高温酸性水中でのソルビトール(SBT)の脱水反応のメカニズムを理解するため、第一原理および半経験的電子状態理論に基づくメタダイナミクス(MTD)シミュレーションによる自由エネルギー解析を行った。反応機構は2分子求核置換型(S$$_{rm N}$$2)であり、それによって中間体として生成されたヒドロキシル基のプロトン化の自由エネルギーが酸性種の影響を受けることがわかった。また、5員エーテル生成物につながる反応経路の自由エネルギー障壁は、6員エーテル生成物につながるものよりも低いことがわかった。

論文

Pairing forces govern population of doubly magic $$^{54}$$Ca from direct reactions

Browne, F.*; Chen, S.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; 緒方 一介*; 宇都野 穣; 吉田 数貴; Achouri, N. L.*; 馬場 秀忠*; Calvet, D.*; et al.

Physical Review Letters, 126(25), p.252501_1 - 252501_7, 2021/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Multidisciplinary)

理化学研究所RIビームファクトリーにて、中性子過剰核$$^{55}$$Scからの1陽子ノックアウト反応によって$$^{54}$$Caを生成し、そのエネルギー準位と反応断面積をガンマ線分光および不変質量分光によって得た。その結果を歪曲波インパルス近似による核反応計算と大規模殻模型による核構造計算を組み合わせた理論値と比較した。実験の準位と断面積は理論計算によってよく再現された。$$^{54}$$Caの正パリティ状態については、基底状態の生成断面積が励起状態のものに比べて圧倒的に大きいという結果が得られた。これは、$$^{55}$$Scでは中性子魔法数34が消滅し$$^{54}$$Caではその魔法数が存在するというこれまでの知見と一見矛盾するが、対相関による分光学的因子のコヒーレンスから理解することができる。

論文

First spectroscopic study of $$^{51}$$Ar by the ($$p$$,2$$p$$) reaction

Juh$'a$sz, M. M.*; Elekes, Z.*; Sohler, D.*; 宇都野 穣; 吉田 数貴; 大塚 孝治*; 緒方 一介*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; 馬場 秀忠*; et al.

Physics Letters B, 814, p.136108_1 - 136108_8, 2021/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:74.98(Astronomy & Astrophysics)

($$p$$,$$2p$$)反応と$$gamma$$線分光を用いて$$^{51}$$Arの束縛状態と非束縛状態の核構造研究を行った。実験結果と殻模型計算を比較することで、2つの束縛状態と6つの非束縛状態を決定した。$$^{51}$$Arの束縛状態を生成する反応断面積が小さいことから、これは中性子数32, 34の顕著なsub-shell closureが存在している確かな証拠と解釈できる。

論文

Refined metadynamics through canonical sampling using time-invariant bias potential; A Study of polyalcohol dehydration in hot acidic solutions

近藤 友美; 佐々木 岳彦*; Ruiz-Barragan, S.*; Ribas-Ari$~n$o, J.*; 志賀 基之; Ruiz-Barragan, S.*

Journal of Computational Chemistry, 42(3), p.156 - 165, 2021/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:39.33(Chemistry, Multidisciplinary)

本研究では、固定されたバイアスポテンシャル下の正準サンプリングによって、メタダイナミクスを改良する新たな計算手法を提案した。この手法は、2つ以上の自由エネルギー障壁を異なる条件または競合する条件での化学反応間で比較する場合などに役立つ。この方法を用いて、高温水溶液中の多価アルコール脱水反応の酸依存性を調べた。その結果、酸の種類によらず、この反応はS$$_{rm N}$$2メカニズムを介して進行することがわかった。一方、中間体として生成されるヒドロキシル基のプロトン化における自由エネルギー変化が、酸の種類によって影響を大きく受けることがわかった。

論文

$$N$$ = 32 shell closure below calcium; Low-lying structure of $$^{50}$$Ar

Cort$'e$s, M. L.*; Rodriguez, W.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Holt, J. D.*; Men$'e$ndez, J.*; 緒方 一介*; Schwenk, A.*; 清水 則孝*; Simonis, J.*; et al.

Physical Review C, 102(6), p.064320_1 - 064320_9, 2020/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:35.83(Physics, Nuclear)

理化学研究所RIBFにおいて、$$N$$=32同位体である$$^{50}$$Arの低励起構造を陽子・中性子ノックアウト反応,多核子剥離反応,陽子非弾性散乱と$$gamma$$線分光によって調査した。すでに知られていた2つに加えて、3$$^{-}$$状態の候補を含む5つの状態を新たに確認した。$$gamma$$ $$gamma$$ coincidenceによって得られた準位図は$$sd-pf$$模型空間での殻模型計算やカイラル2体・3体力による第一原理計算と比較した。陽子・中性子ノックアウト反応断面積の理論との比較により、新たに発見された2つの状態は2$$^{+}$$状態であり、また以前に4$$^{+}_{1}$$とされていた状態も2$$^{+}$$であることが示唆された。

論文

Spallation and fragmentation cross sections for 168 MeV/nucleon $$^{136}$$Xe ions on proton, deuteron, and carbon targets

Sun, X. H.*; Wang, H.*; 大津 秀暁*; 櫻井 博儀*; Ahn, D. S.*; 合川 正幸*; 福田 直樹*; 磯部 忠昭*; 川上 駿介*; 小山 俊平*; et al.

Physical Review C, 101(6), p.064623_1 - 064623_12, 2020/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:35.83(Physics, Nuclear)

理化学研究所RIビームファクトリーにて逆運動学法を使用し、核子当たり168MeVの陽子, 重陽子, 炭素イオン入射による$$^{136}$$Xeのスポレーションおよびフラグメンテーション反応からの同位体生成断面積を測定した。炭素イオンの場合は全運動エネルギーが高くなるため、質量数の小さな同位体の生成断面積が大きくなった。また、今回新たに測定されたデータを以前により高い入射エネルギーで測定されたデータと比較することで、同位体生成断面積の入射エネルギー依存性を調査した。さらに、測定データをPHITS, SPACS, EPAX, DEURACSの計算値と比較した。本研究で測定したデータは、理論計算の良いベンチマークになると考えられる。

論文

Shell structure of the neutron-rich isotopes $$^{69,71,73}$$Co

Lokotko, T.*; Leblond, S.*; Lee, J.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Poves, A.*; Nowacki, F.*; 緒方 一介*; 吉田 数貴; Authelet, G.*; et al.

Physical Review C, 101(3), p.034314_1 - 034314_7, 2020/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:79.36(Physics, Nuclear)

中性子過剰核である$$^{69,71,73}$$Coに対する($$p,2p$$)ノックアウト反応が理化学研究所RIBFで測定された。$$gamma-gamma$$ coincidenceの方法で準位構造が決定され、測定された包括的断面積および排他的断面積から暫定的ではあるがスピン・パリティが決定された。殻模型計算との比較により、$$^{69,71,73}$$Coの低励起状態には球形核と変形核が共存することが示唆された。

論文

Shell evolution of $$N$$ = 40 isotones towards $$^{60}$$Ca; First spectroscopy of $$^{62}$$Ti

Cort$'e$s, M. L.*; Rodriguez, W.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Holt, J. D.*; Lenzi, S. M.*; Men$'e$ndez, J.*; Nowacki, F.*; 緒方 一介*; Poves, A.*; et al.

Physics Letters B, 800, p.135071_1 - 135071_7, 2020/01

 被引用回数:13 パーセンタイル:97.21(Astronomy & Astrophysics)

ガンマ線分光による$$N$$=40同調体である$$^{62}$$Tiの分光学研究を$$^{63}$$V($$p$$,$$2p$$)$$^{62}$$TiをRIBFで行った。今回初めて測定された$$2_1^+ rightarrow 0_{rm gs}^+$$$$4_1^+ rightarrow 2_1^+$$の遷移はTiの基底状態が変形していることを示唆した。これらのエネルギーは近傍核の$$^{64}$$Crや$$^{66}$$Feと比較して大きく、したがって四重極集団運動が小さくなっていることが示唆される。今回の結果は大規模殻模型計算によって良く再現される一方、第一原理計算や平均場模型では今回の結果は再現されなかった。

論文

Quasifree neutron knockout from $$^{54}$$Ca corroborates arising $$N=34$$ neutron magic number

Chen, S.*; Lee, J.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Barbieri, C.*; 茶園 亮樹*; Navr$'a$til, P.*; 緒方 一介*; 大塚 孝治*; Raimondi, F.*; et al.

Physical Review Letters, 123(14), p.142501_1 - 142501_7, 2019/10

AA2019-0306.pdf:0.57MB

 被引用回数:21 パーセンタイル:92.26(Physics, Multidisciplinary)

$$^{54}$$Caでは中性子魔法数34が現れると考えられているが、その直接的な実験的証拠を得るため、$$^{54}$$Caからの中性子ノックアウト反応$$^{54}$$Ca($$p,pn$$)$$^{53}$$Caによって生成される状態を理化学研究所のRI Beam Factoryによって調べた。基底状態および2.2MeVの励起状態が強く生成され、1.7MeVの励起状態の生成量は小さかった。$$^{53}$$Caの運動量分布から、基底状態および2.2MeVの励起状態は$$p$$軌道の中性子を叩き出して得られた状態であることが明らかになった。DWIA計算によって得られた分光学的因子から、$$^{54}$$Caは$$p$$軌道がほぼ完全に占有された閉殻構造を持つことが明らかになり、中性子魔法数34の出現が確実なものとなった。

論文

Understanding competition of polyalcohol dehydration reactions in hot water

Chang, Y. L.*; 佐々木 岳彦*; Ribas-Ari$~n$o, J.*; 町田 昌彦; 志賀 基之

Journal of Physical Chemistry B, 123(7), p.1662 - 1671, 2019/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:12.44(Chemistry, Physical)

バイオマス由来ポリアルコールの脱水は、有機溶媒または金属触媒を使用せずに、高温水または高温炭酸水で制御可能な選択的反応の典型としてグリーンケミストリーにおいて最近注目を集めている。この研究では、酸性の高温水中での1,2,5-ペンタントリオールの競合分子内脱水反応のメカニズムを理解するために、第一原理メタダイナミクスとブルームーンアンサンブルシミュレーションに基づく自由エネルギー解析を行った。その結果、最も支配的なメカニズムは、水によるヒドロキシル基のプロトン化およびC-O結合の切断および形成が同時に起こる、プロトン支援S$$_{rm N}$$2型のプロセスであることがわかった。シミュレーションから見いだされた詳細なメカニズムは、どのようにして反応経路が熱水中で選択的であるか、そしてなぜ反応速度が酸性環境において加速されるかを示し、競合する多価アルコールの脱水プロセスについて実験結果の明確な説明を与える。

論文

Shell evolution beyond $$Z$$=28 and $$N$$=50; Spectroscopy of $$^{81,82,83,84}$$Zn

Shand, C. M.*; Podoly$'a$k, Zs.*; G$'o$rska, M.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Nowacki, F.*; Otsuka, T.*; Sieja, K.*; Tostevin, J. A.*; Tsunoda, T.*; et al.

Physics Letters B, 773, p.492 - 497, 2017/10

 被引用回数:18 パーセンタイル:88.47(Astronomy & Astrophysics)

Low-lying states in neutron-rich $$^{81,82.83.84}$$Zn nuclei were measured for the first time via in-beam $$gamma$$-ray spectroscopy at RIKEN. These include the 4$$_1^+$$ to 2$$_1^+$$ in $$^{82}$$Zn and the 2$$_1^+$$ to 0$$_1^+$$ and 4$$_1^+$$ to 2$$_1^+$$ in $$^{84}$$Zn. The reduced E($$2^+$$) energies and increased E(4$$^+$$)/E(2$$^+$$) ratios at $$N$$=52,54 compared to $$^{80}$$Zn attest that the magicity is confined just on the neutron number $$N$$=50 only. The levels observed in $$^{84}$$Zn suggest the onset of deformation towards heavier Zn isotopes. The data were compared to state-of-the-art shell model calculations.

論文

Multiscale enhanced path sampling based on the Onsager-Machlup action; Application to a model polymer

藤崎 弘士*; 志賀 基之; 森次 圭*; 木寺 詔紀*

Journal of Chemical Physics, 139(5), p.054117_1 - 054117_9, 2013/08

 被引用回数:12 パーセンタイル:47.53(Chemistry, Physical)

分子シミュレーションでは、化学反応やタンパク質の折り畳みなど、構造変化がゆっくりで稀にしか起きない現象の扱い方が議論されている。これまで様々なアプローチが提案されてきたが、本論文では、シミュレーションを効率よく実行する方法の一つを提案する。これは、マルチスケール拡張サンプリング法を一般化し、粗視化された自由度と連動させたLangevin方程式を解くことで、Onsager-Machlup作用に基づいた反応経路計算の効率化を図るものである。この手法を朝倉-大沢相互作用のポリマー模型に応用し、計算効率については遷移経路サンプリング法など従来の方法と比較した結果を報告する。

論文

A Quantum generalization of intrinsic reaction coordinate using path integral centroid coordinates

志賀 基之; 藤崎 弘士*

Journal of Chemical Physics, 136(18), p.184103_1 - 184103_11, 2012/05

 被引用回数:11 パーセンタイル:42.33(Chemistry, Physical)

本論文発表では、量子多体系の分配関数を虚時間経路積分理論におけるリングポリマーの質量中心で表現することにより、化学反応経路を特徴づける固有反応座標を量子系に拡張した「セントロイド固有反応座標」を提案する。この提案方法は、反応物と生成物を結ぶ経路のうち、各原子の重心にかかる仕事量を最も少なくなるような最小自由エネルギー経路に対応し、セントロイド反応座標を第一原理的に計算する手段として、経路積分シミュレーションとストリング法を組合せたものである。実際、この提案方法をNH$$_{3}$$とN$$_{2}$$H$$_5^{-}$$やその重水素置換体に適用し、分子内及び分子間プロトン移動反応における量子効果の重要性を明らかにした。また、この計算から、N$$_{2}$$H$$_5^{-}$$については、セントロイド固有反応座標は古典論の場合とは大きくずれて、プロトンの量子性が反応の自由エネルギーに大きな影響を与えることがわかった。なお、これらの成果は、化学反応の基礎論の発展に資するものである一方、原子力材料等の物性予測手法の高度化に繋がる成果と位置付けられる。

論文

Onsager-Machlup action-based path sampling and its combination with replica exchange for diffusive and multiple pathways

藤崎 弘士*; 志賀 基之; 木寺 詔紀*

Journal of Chemical Physics, 132(13), p.134101_1 - 134101_8, 2010/04

 被引用回数:18 パーセンタイル:56.34(Chemistry, Physical)

化学反応に対し、起伏の多いエネルギー面上の複雑な反応経路を探索する方法として、Onsager Machlupの作用をもとにした新たなサンプリング法を提案する。また、推測した経路の初期値でトラップされてしまうことを防ぐために有効な手段として、レプリカ交換法と組合せる。簡単な二次元のモデル系に適用することを通して、この方法の原理とアルゴリズムの実証を行う。

論文

Symmetry breaking in the metal-insulator transition of BaVS$$_{3}$$

稲見 俊哉; 大和田 謙二; 木村 宏之*; 渡辺 真史*; 野田 幸男*; 中村 裕之*; 山崎 朋秋*; 志賀 正幸*; 池田 直*; 村上 洋一

Physical Review B, 66(7), p.073108_1 - 073108_4, 2002/08

 被引用回数:42 パーセンタイル:84.47(Materials Science, Multidisciplinary)

BaVS$$_{3}$$の金属非金属転移はスピンや格子の長距離秩序を伴わないと長い間信じられて来た。われわれはX線回折実験をBaVS$$_{3}$$単結晶に対して行い、c軸を2倍にする超格子反射が転移点以下で存在することを見出した。最も確からしい空間群は2つのVサイトを含み、したがって電荷不均化がこの金属非金属転移の原因であると考えられる。

論文

Incommensurate magnetic ordering and spin-liquid-like state in a triangular lattice BaVS$$_{3}$$; Neutron diffraction and scattering study

中村 裕之*; 山崎 朋明*; Giri, S.*; 今井 英人*; 志賀 正幸*; 小嶋 健児*; 西 正和*; 加倉井 和久*; 目時 直人

Journal of the Physical Society of Japan, 69(9), p.2763 - 2766, 2000/09

 被引用回数:60 パーセンタイル:87.28(Physics, Multidisciplinary)

S=1/2バナジウム三角格子BaVS$$_{3}$$の30Kにおける異常が、NMRで調べられた結果考えられていたように軌道秩序によるものではなく、q=(0.226, 0.226 0)に磁気ピークが生じる不整合な磁気秩序によるものであることを明らかにした。磁気転移以上でも、秩序状態と同じ反強磁性磁気相関が、金属-非金属転移によって生じたスピンギャップよりも低エネルギー側の励起として観察され、この温度領域で、一種のスピン液体的な状態にあることを明らかにした。

口頭

水素・重水素移動反応の量子統計力学的第一原理計算

志賀 基之; 藤崎 弘士*

no journal, , 

本発表では、第一原理経路積分法をストリング法と組合せることによって、量子系の自由エネルギー曲線を簡易に計算する新たなシミュレーション手法を提案する。この方法では、経路積分表示された原子核の重心位置(セントロイド)を座標変数とし、その座標空間における自由エネルギー面を定義した場合、その面の反応障壁が最小となる経路をストリング法によって探索する。これは、固有反応座標のアイデアを量子系へ適用する道のうちの一つと考えられ、今後、水素・重水素移動反応の解析に役立つものと期待される。

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