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論文

Spontaneous magnetic field and disorder effects in BaPtAs $_{1-x}$ Sb with a honeycomb network

足立匡*; Ogawa, Taiki*; 小宮山陽太*; 須村拓也*; Saito-Tsuboi, Yuki*; Takeuchi, Takaaki*; Mano, Kohei*; Manabe, Kaoru*; 川端幸樹*; 今津毅士*; et al.

Physical Review B, 111(10), p.L100508_1 - L100508_6, 2025/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.111.L100508

被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)

Chiral superconductivity exhibits the formation of novel electron pairs that breaks the time-reversal symmetry and has been actively studied in various quantum materials in recent years. However, despite its potential to provide definitive information, effects of disorder in the crystal structure on the chiral superconductivity has not yet been clarified, and therefore the investigation using a solid-solution system is desirable. We report muon-spin-relaxation (SR) results of layered pnictide BaPtAs $_{1-x}$ Sb with a honeycomb network composed of Pt and (As, Sb). We observed an increase of the zero-field SR rate in the superconducting (SC) state at the Sb end of , suggesting the occurrence of a spontaneous magnetic field due to the time-reversal symmetry breaking in the SC state. On the other hand, a spontaneous magnetic field was almost and completely suppressed for the As-Sb mixed samples of and 0.2, respectively, suggesting that the time-reversal symmetry-breaking SC state in is sensitive to disorder. The magnetic penetration depth estimated from transverse-field SR measurements at and 0.2 behaved like weak-coupling -wave superconductivity. These seemingly incompatible zero-field and transverse-field SR results of BaPtAs $_{1-x}$ Sb with could be understood in terms of chiral -wave superconductivity with point nodes on the three-dimensional Fermi surface.

論文

Muon spin relaxation in mixed perovskite (LaAlO)(SrAl $_{0.5}$ Ta $_{0.5}$ O) $_{1-x}$ with

伊藤孝; 髭本亘; 幸田章宏*; 中村惇平*; 下村浩一郎*

Interactions (Internet), 245(1), p.25_1 - 25_7, 2024/12

https://doi.org/10.1007/s10751-024-01866-5

We report on muon spin relaxation (SR) measurements in a mixed perovskite compound, (LaAlO) $_{x}$ (SrAl $_{0.5}$ Ta $_{0.5}$ O) $_{1-x}$ with (LSAT), which is widely used as a single-crystalline substrate for thin film deposition. In zero applied field (ZF), muon depolarization due to the distribution of nuclear dipole fields was observed in the temperature range from 4 K to 270 K. Interestingly, SR time spectra in ZF maintained a Gaussian-like feature over the entire range, while the depolarization rate exhibited a monotonic decrease with increasing temperature. This behavior may be attributed to the thermally activated diffusion of muons between a few adjacent sites within a confined space of the angstrom scale, where the motionally averaged local field that each muon experiences can remain non-zero and result in maintaining the Gaussian-like line shape. The spatial distribution of electrostatic potential at lattice interstices evaluated via density functional theory calculations suggests that such a restriction of muon diffusion paths can be caused by the random distribution of cations with different nominal valences in the mixed perovskite lattice.

論文

Pulsed muon facility of J-PARC MUSE

下村浩一郎*; 幸田章宏*; Pant, A. D.*; 砂川光*; 藤森寛*; 梅垣いづみ*; 中村惇平*; 藤原理賀; 反保元伸*; 河村成肇*; et al.

Interactions (Internet), 245(1), p.31_1 - 31_6, 2024/12

https://doi.org/10.1007/s10751-024-01863-8

J-PARC Muon Facility: MUSE (Muon Science Establishment) is responsible for the inter-university user program and the operation, maintenance, and construction of the muon beamlines, namely D-line, S-line, U-line, and H-line, along with the muon source at J-PARC Materials and Life Science Facility (MLF). In this paper, recent developments are briefly presented.

論文

Novel approach to explore hydrogen trapping sites in aluminum; Integrating Muon spin relaxation with first-principles calculations

清水一行*; 西村克彦*; 松田健二*; 布村紀男*; 並木孝洋*; 土屋大樹*; 赤丸悟士*; Lee, S.*; 都留智仁; 髭本亘; et al.

International Journal of Hydrogen Energy, 95, p.292 - 299, 2024/12

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.11.265

被引用回数：1 パーセンタイル：31.33(Chemistry, Physical)

Al-0.06%Mn、Al-0.06%Cr、Al-0.02%Fe、およびAl-0.02%Ni合金(原子%)について、5300Kの温度範囲でゼロ磁場ミューオンスピン緩和実験を行った。双極子場幅()の温度依存変化から、調製した合金の4つの異なるピークが明らかになった。200K未満で観測されたピークに対応するミューオン捕捉部位の原子構成は、溶質および溶質空孔対に近接する水素の捕捉エネルギーに対する第一原理計算を用いて詳細に特徴付けられた。この包括的な分析により、ミューオンピーク温度と水素捕捉エネルギーの線形相関を確立することができた。しかし、Al-Mn、Al-Cr、Al-Fe、およびAl-Ni合金では、200Kを超えると4番目のピークでこの線形関係からの大幅な逸脱が観測された。この矛盾は、4つのAl原子のうち2つが溶質元素と空孔(溶質空孔対)に置換されている四面体サイト内のミューオンと水素の異なる分布関数を考慮することで解釈できる。

論文

SR study on the noncentrosymmetric superconductor NbGe

Jiao, J. C.*; Chen, K. W.*; Hillier, A. D.*; 伊藤孝; 髭本亘; Li, Z.*; Lv, B.*; Xu, Z.-A.*; Shu, L.*

Physical Review B, 110(21), p.214516_1 - 214516_9, 2024/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.110.214516

被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)

We report on a muon spin relaxation (SR) study on the polycrystalline noncentrosymmetric superconductor NbGe with superconducting transition temperature = 2.0-2.1 K. The zero-field SR experiment indicates the absence of a spontaneous magnetic field in the superconducting state, showing the preservation of time-reversal symmetry in the superconducting state. The transverse-field SR experiment is performed to map the phase diagram of NbGe, from which clear evidence of both type-I and type-II superconductivities is obtained. More importantly, we clearly delineate the region in the phase diagram where type-I and type-II superconductivities coexist.

論文

Development of a non-destructive carbon quantification method in iron by negative muon lifetime measurement

二宮和彦*; 久保謙哉*; 稲垣誠*; 吉田剛*; 竹下聡史*; 反保元伸*; 下村浩一郎*; 河村成肇*; Strasser, P.*; 三宅康博*; et al.

Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 333(7), p.3445 - 3450, 2024/07

https://doi.org/10.1007/s10967-023-09289-2

被引用回数：1 パーセンタイル：57.00(Chemistry, Analytical)

A novel nondestructive light element analysis method for bulk materials using muon beams was demonstrated. This method is based on the lifetime measurement of muons in a material and performed by measuring muon-decay electrons and identifying elements using the atomic number based on muon lifetimes. Muon irradiation on pure iron and two steel samples with known carbon contents was conducted to prepare a calibration curve for the quantitative analysis. We also performed a muon lifetime measurement for a Japanese sword and successfully determined its carbon content as 0.51 wt% using the calibration curve, without sample destruction.

論文

Combining muon spin relaxation and DFT simulations of hydrogen trapping in Al $_{6}$ Mn

清水一行*; 西村克彦*; 松田健二*; 赤丸悟士*; 布村紀男*; 並木孝洋*; 土屋大樹*; Lee, S.*; 髭本亘; 都留智仁; et al.

Scripta Materialia, 245, p.116051_1 - 116051_6, 2024/05

https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2024.116051

被引用回数：2 パーセンタイル：63.37(Nanoscience & Nanotechnology)

質量ppmレベルの水素は金属材料の水素脆化を引き起こすが、水素の捕獲部位を実験的に解明することは極めて困難である。我々は、正ミュオンが水素の軽い同位体として作用することを利用して、物質中の水素の捕獲状態を研究した。ゼロ磁場ミュオンスピン緩和実験と密度汎関数理論(DFT)計算をAl $_{6}$ Mnに対して行った。Al $_{6}$ Mnにおける水素のDFT計算の結果、4つの水素トラップサイトが見つかり、その水素トラップエネルギーはeV/atom単位で0.168(サイト1), 0.312(サイト2), 0.364(サイト3), 0.495(サイト4)であった。推定された双極子磁場幅の温度変化()は、94, 193, 236Kでステップ状の変化を示した。サイト密度を考慮すると、観測されたの変化温度は、サイト1, 3, 4にミュオンがトラップされたものと解釈される。

論文

Development of a non-destructive depth-selective quantification method for sub-percent carbon contents in steel using negative muon lifetime analysis

二宮和彦*; 久保謙哉*; 稲垣誠*; 吉田剛*; Chiu, I.-H.; 工藤拓人*; 浅利駿介*; 千徳佐和子*; 竹下聡史*; 下村浩一郎*; et al.

Scientific Reports (Internet), 14, p.1797_1 - 1797_8, 2024/01

https://doi.org/10.1038/s41598-024-52255-5

被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Multidisciplinary Sciences)

鋼の特性を決める上で重要な鋼中のC量は、鋼の生産技術に大きく左右される。このため、ミュオンを使って鋼のC含有量を非破壊で測定する新しい方法を提案する。この方法は、生産中の鋼の品質管理だけでなく、貴重な鋼製考古学的遺物の分析にも使えるかもしれない。負の電荷を持つミュオンは原子系を形成し、最終的には核に吸収されるか電子に崩壊する。ミュオンの寿命は、Fe原子かC原子に捕らわれるかによってかなり違い、ミュオン停止位置での元素含有量をミュオン寿命測定で特定できる。C/Feのミュオン捕獲確率とCの元素含有量の関係は直線的で、ミュオン寿命測定で鋼のC含有量を定量的に決められる。さらに、ミュオンの入射エネルギーを調整して、0.5mm厚の3種類の鋼板からなる積層サンプルの各層でミュオンを停止させ、0.20-1.03wt%の範囲でC含有量を深さ選択的に、サンプルを壊さずに決定することに成功した。

論文

Understanding muon diffusion in perovskite oxides below room temperature based on harmonic transition state theory

伊藤孝; 髭本亘; 下村浩一郎*

Physical Review B, 108(22), p.224301_1 - 224301_11, 2023/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.224301

被引用回数：6 パーセンタイル：58.52(Materials Science, Multidisciplinary)

In positive muon spin rotation and relaxation (SR) spectroscopy, positive muons () implanted into solid oxides are conventionally treated as immobile spin-probes at interstitial sites below room temperature. This is because each is thought to be tightly bound to an oxygen atom in the host lattice to form a muonic analogue of the hydroxy group. On the basis of this concept, anomalies in SR spectra observed in oxides have been attributed in most cases to the intrinsic properties of host materials. On the other hand, global diffusion with an activation energy of 0.1~eV has been reported in some chemically-substituted perovskite oxides at cryogenic temperatures, although the reason for the small activation energy despite the formation of the strong O bond has not yet been quantitatively understood. In this study, we investigated interstitial diffusion in the perovskite oxide lattice using KTaO cubic perovskite as a model system. We used the SR method and density functional theory calculations along with the harmonic transition state theory to study this phenomenon both experimentally and theoretically. Experimental activation energies for global diffusion obtained below room temperature were less than a quarter of the calculated classical potential barrier height for a bottleneck transfer path. The reduction in the effective barrier height could be explained by the harmonic transition state theory with a zero-point energy correction; a significant difference in zero-point energies for at the positions in the O bonding equilibrium state and a bond-breaking transition state was the primary cause of the reduction. This suggests that the assumption of immobile in solid oxides is not always satisfied since such a significant decrease in diffusion barrier height can also occur in other oxides.

論文

Identification of hydrogen trapping in aluminum alloys muon spin relaxation method and first-principles calculations

都留智仁; 西村克彦*; 松田健二*; 布村紀男*; 並木孝洋*; Lee, S.*; 髭本亘; 松崎禎市郎*; 山口正剛; 海老原健一; et al.

Metallurgical and Materials Transactions A, 54(6), p.2374 - 2383, 2023/06

https://doi.org/10.1007/s11661-023-07024-w

被引用回数：2 パーセンタイル：25.24(Materials Science, Multidisciplinary)

高強度Al合金の水素脆化感受性は、Al合金の実用化において重要な課題として認識されているが、水素のトラップまたは分布の特定は困難であった。本研究では、実験とシミュレーションに基づいた効果的なアプローチにより、Al合金中の潜在的なトラップサイトを探索することを提案する。Al-0.5%Mg, Al-0.2%Cu, Al-0.15%Ti, Al-0.011%Ti, Al-0.28%V, Al-0.015%V (at.%)に対して、5から300Kの温度範囲でゼロフィールドミュオンスピン緩和実験が行われた。双極子場の幅の温度変化から、Al-0.5%Mgに3つのピーク、Al-0.2%Cuに4つのピーク、Al-0.011%TiとAl-0.015%Vに3つのピークがあることが明らかにされた。観測されたピークに対応するミュオントラップサイトの原子配置は、溶質及び溶質-空孔ペア周りの水素のトラップエネルギーに対する第一原理計算を用いてよく同定された。ミュオンピーク温度とトラップエネルギーの間に線形関係が抽出されたことにより、Al合金において水素と強い結合エネルギーを持つ合金元素とその複合体の可能性を探ることができる。

論文

Present status of J-PARC MUSE

下村浩一郎*; 幸田章宏*; Pant, A. D.*; 名取寛顕*; 藤森寛*; 梅垣いづみ*; 中村惇平*; 反保元伸*; 河村成肇*; 手島菜月*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 2462, p.012033_1 - 012033_5, 2023/03

https://doi.org/10.1088/1742-6596/2462/1/012033

被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Applied)

At J-PARC MUSE, since the SR2017 conference and up to FY2022, there have been several new developments at the facility, including the completion of a new experimental area S2 at the surface muon beamline S-line and the first muon beam extraction to the H1 area in the H-line, mainly to carry out high-statistics fundamental physics experiments. Several new studies are also underway, such as applying negative muon non-destructive elemental analysis to the analysis of samples returned from the asteroid Ryugu in the D2 area of the D-line. This paper reports on the latest status of MUSE.

論文

Magnetic ground state of YbCoZn $_{20}$ probed by muon spin relaxation

髭本亘; 佐藤一彦*; 伊藤孝; 大石一城*; 才賀裕太*; 小坂昌史*; 松林和幸*; 上床美也*

Journal of Physics; Conference Series, 2462, p.012039_1 - 012039_5, 2023/03

https://doi.org/10.1088/1742-6596/2462/1/012039

被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Applied)

立方晶構造を持つYbCoZn $_{20}$ は極めて大きい電子比熱係数を持つことが知られ、またその基底状態は量子臨界点の近傍に位置するものと考えられている。実際に1-2GPaの圧力をかけると長距離磁気秩序状態が確認されている。我々はこの物質の常圧での磁気的基底状態を確認するためにミュオンスピン緩和測定を行った。その結果小さな磁気モーメントが作る揺らいだ磁場が観測された。

論文

Direct measurement of the evolution of magnetism and superconductivity toward the quantum critical point

髭本亘; 横山淳*; 伊藤孝; 鈴木泰雅*; Raymond, S.*; 柳瀬陽一*

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 119(49), p.e2209549119_1 - e2209549119_6, 2022/11

https://doi.org/10.1073/pnas.2209549119

被引用回数：3 パーセンタイル：38.85(Multidisciplinary Sciences)

量子臨界点近傍においては様々な量子状態が出現し得る。特に非通常型の超伝導の対形成には量子臨界揺らぎが重要な役割を担っているものと考えられている。本論文ではミュオンと中性子を用いて観測したCeCo(In $_{1-x}$ Zn)の超伝導状態について報告している。=0.03付近から超伝導状態において磁気秩序が発達する様子が観測され、量子相転移が起こっていることを示している。さらにその転移点において超伝導磁場侵入長の増大が見られており、これらの結果は量子臨界性と超伝導電子対形成の強い相関を示している。

論文

Two-step Mott transition in Ni(S,Se); SR studies and charge-spin percolation model

Sheng, Q.*; 金子竜也*; Yamakawa, Kohtaro*; Guguchia, Z.*; Gong, Z.*; Zhao, G.*; Dai, G.*; Jin, C.*; Guo, S.*; Fu, L.*; et al.

Physical Review Research (Internet), 4(3), p.033172_1 - 033172_14, 2022/09

https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.4.033172

A pyrite system NiS $_{2-x}$ Se exhibits a bandwidth controlled Mott transition via (S,Se) substitutions in a two-step process: the antiferromagnetic insulator (AFI) to antiferromagnetic metal (AFM) transition at 0.45 followed by the AFM to paramagnetic metal (PMM) transition at 1.0. Among a few other Mott systems which exhibit similar two-step transitions, Ni(S,Se) is of particular interest because a large intermediate AFM region in the phase diagram would provide unique opportunities to study the interplay between the spin and charge order. By comparing and combining our muon spin relaxation studies and previous neutron scattering studies, here we propose a picture where the spin order is maintained by the percolation of "nonmetallic" localized and dangling Ni moments surrounded by S, while the charge transition from AFI to AFM is caused by the percolation of the conducting paths generated by the Ni-Se-Ni bonds.

論文

Quantum critical spin-liquid-like behavior in the = $frac{1}{2}$ quasikagome-lattice compound CeRh $_{1-x}$ PdSn investigated using muon spin relaxation and neutron scattering

Tripathi, R.*; Adroja, D. T.*; Ritter, C.*; Sharma, S.*; Yang, C.*; Hillier, A. D.*; Koza, M. M.*; Demmel, F.*; Sundaresan, A.*; Langridge, S.*; et al.

Physical Review B, 106(6), p.064436_1 - 064436_17, 2022/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.106.064436

被引用回数：8 パーセンタイル：59.76(Materials Science, Multidisciplinary)

We present the results of muon spin relaxation (SR) and neutron scattering measurements on the Ce-based quasikagome lattice CeRh $_{1-x}$ PdSn ( = 0.1 to 0.75). Our SR results reveal the absence of both static long-range magnetic order and spin freezing down to 0.05 K in the = 0.1 sample, which is consistent with neutron scattering results. The weak temperature-dependent plateaus of the dynamic spin fluctuations below 0.2 K in zero field together with its longitudinal-field (LF) dependence indicate the presence of dynamic spin fluctuations persisting even at 0.05 K without static magnetic order. We argue that such a behavior for = 0.1 can be attributed to a metallic spin-liquid-like ground state near the quantum critical point in the frustrated Kondo lattice. The LF-SR study suggests that the out of kagome plane spin fluctuations are responsible for the spin-liquid behavior.

論文

Unveiling unconventional magnetism at the surface of SrRuO

Fittipaldi, R.*; Hartmann, R.*; Mercaldo, M. T.*; 小森祥央*; Bjrlig, A.*; 髭本亘; 前野悦輝*; Di Bernardo, A.*; 他18名*

Nature Communications (Internet), 12, p.5792_1 - 5792_9, 2021/10

https://doi.org/10.1038/s41467-021-26020-5

被引用回数：24 パーセンタイル：75.00(Multidisciplinary Sciences)

層状酸化物ペロブスカイト構造を持つSrRuOの超伝導は長年にわたり議論がなされており、その理解のために背景となる常伝導状態の振る舞いは極めて重要となる。本研究では低エネルギーミュオンを用いることで、表面における磁性の存在を見出した。この磁性は50Kよりも高い温度から見られており、他の物質の状態とも深い関連があるものと考えられる。

論文

Critical slowing-down and field-dependent paramagnetic fluctuations in the skyrmion host EuPtSi; SR and NMR studies

比嘉野乃花*; 伊藤孝; 與儀護*; 服部泰佑; 酒井宏典; 神戸振作; Guguchia, Z.*; 髭本亘; 中島美帆*; 本間佳哉*; et al.

Physical Review B, 104(4), p.045145_1 - 045145_7, 2021/07

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.104.045145

被引用回数：5 パーセンタイル：24.33(Materials Science, Multidisciplinary)

We report the results of SR and $^{29}$ Si NMR measurements carried out on the cubic chiral magnet EuPtSi. Our zero-field SR experiments revealed the development of critical slowing down of Eu spin fluctuations over a relatively wide critical region above . We also found from $^{29}$ Si NMR that the spin fluctuations are strongly suppressed by magnetic field in the paramagnetic state above 20K. These characteristic spin dynamics observed over a wide region of temperature and magnetic field suggest the presence of magnetic frustration in the spin system. Such frustration would underlie the mechanism stabilizing the short-period skyrmion lattice observed in this compound.

論文

High-temperature antiferromagnetism in Yb based heavy fermion systems proximate to a Kondo insulator

鈴木慎太郎*; 田久保耕*; 久我健太郎*; 髭本亘; 伊藤孝; 冨田崇弘*; 志村恭通*; 松本洋介*; Bareille, C.*; 和達大樹*; et al.

Physical Review Research (Internet), 3(2), p.023140_1 - 023140_12, 2021/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.023140

本論文では常圧において転移温度が20Kに達するYb化合物の発見について報告している。価数揺動物質-YbAlBのAlサイトをMnに置換することで、反強磁性転移温度が極めて高くなるだけでなく、重い電子状態から近藤半導体に近い抵抗の大きな金属状態へと変わることが見出された。

論文

Pressure dependence of ferromagnetic phase boundary in BaVSe studied with high-pressure SR

杉山純; 髭本亘; Andreica, D.*; Forslund, O. K.*; Nocerino, E.*; Mnsson, M.*; Sassa, Y.*; Gupta, R.*; Khasanov, R.*; 太田寛人*; et al.

Physical Review B, 103(10), p.104418_1 - 104418_10, 2021/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.103.104418

被引用回数：9 パーセンタイル：51.55(Materials Science, Multidisciplinary)

疑一次元物質BaVSeの常圧および高圧下の磁性研究をミュオンスピン緩和測定により行った。常圧では準静的な強磁性状態の出現によるミュオンスピンのゼロ磁場振動がキュリー温度以下で観測された。圧力を印可すると1.5GPaまではキュリー温度の減少が、それより高圧側では急激な上昇がみれらた。この結果および軸方向への強磁性相関を考慮し、高圧下では面内に2つの磁気相関があることが明らかにされた。

論文

Negatively charged muonium and related centers in solids

伊藤孝; 髭本亘; 下村浩一郎*

Journal of the Physical Society of Japan, 89(5), p.051007_1 - 051007_8, 2020/05

https://doi.org/10.7566/JPSJ.89.051007

被引用回数：5 パーセンタイル：38.02(Physics, Multidisciplinary)

Muonium (Mu) centers formed upon implantation of in a solid have long been investigated as an experimentally accessible model of isolated hydrogen impurities. Recent discoveries of hydridic centers formed at oxygen vacancies have stimulated a renewed interest in H and corresponding Mu centers in oxides. However, the two diamagnetic centers, Mu and Mu, are difficult to separate spectroscopically. In this review article, we summarize established and developing methodologies for identifying Mu centers in solids, and review recent Mu studies on said centers supposedly formed in mayenite, oxygen-deficient SrTiO $_{3-x}$ , and BaTiO $_{3-x}$ H oxyhydride.