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Song, Y.*; Xu, S.*; 大森 俊洋*; 川崎 卓郎; 石川 喜久*; 鬼柳 亮嗣; 貝沼 亮介*
Nature Communications (Internet), 17, p.3747_1 - 3747_8, 2026/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Multidisciplinary Sciences)The elastocaloric effect, driven by stress-induced martensitic transformations, offers a promising route toward efficient and environmentally friendly solid-state cooling. However, its practical implementation has been hindered by an inherent trade-off: materials exhibiting large isothermal entropy changes typically operate over narrow temperature windows, thereby limiting their overall cooling performance. Here, we demonstrate an elastocaloric response in a Ti-Al-Cr superelastic alloy that overcomes this limitation. Direct measurements reveal a pronounced elastocaloric cooling effect over an ultra-wide temperature range of 305 K, from 97 K to 402 K. This temperature span exceeds that predicted by the Clausius-Clapeyron relationship (235 K), indicating a significant deviation from conventional thermodynamic expectations. At room temperature, a large adiabatic temperature change of ~10 K is directly measured, corresponding to a cooling output of 5.76 Jg
and a material coefficient of performance of 4.6, demonstrating competitive cooling performance at practical operating conditions. In addition, the elastocaloric response is maintained over the entire temperature range despite the expected decrease in entropy change at lower temperatures, indicating that the conventional trade-off between temperature span and cooling strength is effectively mitigated. This exceptional behavior originates from a combination of anomalous temperature dependence of the critical stress for martensitic transformation and high mechanical strength, which together enable fully reversible stress-induced transformations across a broad thermal domain. Our findings reveal a new regime of elastocaloric behavior and establish a guiding principle for overcoming the apparent limitations imposed by Clausius-Clapeyron-based descriptions in caloric materials.
Gd
Mn
O
石井 裕太*; 坂倉 輝俊*; 石川 喜久*; 鬼柳 亮嗣; Lustikova, J.*; 青山 拓也*; 大串 研也*; 若林 裕助*; 木村 宏之*; 野田 幸男*
Physical Review B, 110(18), p.184404_1 - 184404_7, 2024/11
被引用回数：1 パーセンタイル：1.77(Materials Science, Multidisciplinary)Neutron-scattering measurements were employed to investigate the magnetic ordering in Tb
Gd
MnO (x = 0.485) enriched with the 
Gd isotope, a member of multiferroic RMnO (R = rare-earth element) compounds. This material, at low temperatures, exhibits commensurate magnetic (CM) ordering, which drives electric polarization. Notably, electric polarization diminishes as the temperature decreases further, while the CM ordering persists. Magnetic structure analyses revealed that a cycloidal magnetic structure along the c axis transforms into a sinusoidal-like structure, resulting in the nonferroelectric phase, whereas a collinear magnetic structure in the ab plane exhibits no significant change. The findings suggest that the cycloidal magnetic structure plays a key role in inducing electric polarization in the CM ordering of the present material.
Zhang, A.*; Deng, K.*; Sheng, J.*; Liu, P.*; Kumar, S.*; 島田 賢也*; Jiang, Z.*; Liu, Z.*; Shen, D.*; Li, J.*; et al.
Chinese Physics Letters, 40(12), p.126101_1 - 126101_8, 2023/12
被引用回数：18 パーセンタイル：85.34(Physics, Multidisciplinary)In a Dirac semimetal, the massless Dirac fermion has zero chirality, leading to surface states connected adiabatically to a topologically trivial surface state as well as vanishing anomalous Hall effect. Recently, itis predicted that in the nonrelativistic limit of certain collinear antiferromagnets, there exists a type of chiral "Dirac-like" fermion, whose dispersion manifests four-fold degenerate crossing points formed by spin-degenerate linear bands, with topologically protected Fermi arcs. Here, by combining with neutron diffraction and first-principles calculations, we suggest a multidomain collinear antiferromagnetic configuration, rendering the existence of the Fermi-arc surface states induced by chiral Dirac-like fermions.
Sc)
O
determined by single-crystal neutron diffraction田中 誠也*; 鬼柳 亮嗣; 石川 喜久*; 天児 寧*; 飯山 拓*; 二村 竜祐*; 丸山 建一*; 内海 重宣*
Physical Review Materials (Internet), 7(1), p.014403_1 - 014403_11, 2023/01
被引用回数：2 パーセンタイル：10.57(Materials Science, Multidisciplinary)Sc-substituted hexagonal ferrite Ba(FeSc)O has an incommensurate helimagnetic structure. However, the incommensurate helimagnetic structure has not been sufficiently determined, and the mechanism via which the helimagnetism develops has not been studied. Time-of-flight single-crystal neutron diffraction measurements were performed on single-crystal samples of Ba(FeSc)O with Sc concentrations of x = 0, 0.128, 0.153, and 0.193. The magnetic structure analyses revealed that the helimagnetic structure of Ba(FeSc)O is a cone type whose base is in the ab plane and height is in the c-axis direction. The magnetic moments of Fe2(4
), Fe4(4
), and Fe5(12
) are aligned with distinct angles, leading to the helimagnetic structure of Ba(FeSc)O, and can be explained by assuming that there is an antiferromagnetic superexchange interaction 
between Fe2(4) and Fe5(12) that is negligible in the x = 0 crystal. The shorter bond distance of Fe2-O1 in Sc-rich crystals revealed by the crystal structure analyses enhances the superexchange interaction . The relatively strong leads to competition among the three superexchange interactions, 
, 
, and , resulting in the development of the helimagnetic structure. These findings facilitate the understanding of the essentials of the basic magnetic material BaFeO.
Sc)O (0 
x 0.2) hexagonal ferrite丸山 建一*; 田中 誠也*; 鬼柳 亮嗣; 中尾 朗子*; 森山 健太郎*; 石川 喜久*; 天児 寧*; 飯山 拓*; 二村 竜祐*; 内海 重宣*; et al.
Journal of Alloys and Compounds, 892, p.162125_1 - 162125_8, 2022/02
被引用回数：3 パーセンタイル：7.69(Chemistry, Physical)Hexagonal ferrite Ba(FeSc)O is an important magnetic oxide material in both science and engineering because it exhibits helimagnetism around room temperature (300 K). In this study, the magnetic phase diagram of Ba(FeSc)O consisting of ferri-, heli-, antiferro-, and paramagnetic phases has been completed through magnetization and neutron diffraction measurements. The magnetic phase transition temperature to paramagnetism decreases with the increase in x, and the temperature at which the magnetization reaches a maximum, which corresponds to the magnetic phase transition from heli- to ferrimagnetism, is determined for low x crystals. The temperatures at which helimagnetism appears are precisely determined by observing the magnetic satellite reflection peaks in neutron diffraction at various temperatures, which characterize helimagnetism. Based on these results, the magnetic phase diagram of the Ba(FeSc)O system is constructed in the T-x plane. Helimagnetism appears at x 
0.06, and magnetism with antiferromagnetic components appears as the extension phase of helimagnetism at x 0.19 through the coexistence region. The turn angle 
of the helix for each x crystal is calculated from the relationship, 
, where 
is the incommensurability. The turn angle decreases with the increase in temperature for the same x crystal, and increases with the increase in x at the same temperature. Furthermore, it is found that there are clear thresholds at which cannot take values between 0
< < 90 and 170 < < 180.
nanocubes via precise solvothermal crystal growth and their anomalous surface compositional reconstruction中島 光一*; 小名木 海飛*; 小林 芳男*; 石垣 徹*; 石川 喜久*; 米田 安宏; Yin, S.*; 垣花 眞人*; 関野 徹*
ACS Omega (Internet), 6(14), p.9410 - 9425, 2021/04
被引用回数：16 パーセンタイル：56.70(Chemistry, Multidisciplinary)チタン酸バリウムナノキューブを水熱合成法によって合成することに成功した。ナノキューブを走査型電子顕微鏡、パルス中性子、大型放射光を用いて詳細に調べたところ、表面に酸化チタンの再構成層が形成されていることを見出した。
Miao, P.*; Tan, Z.*; Lee, S. H.*; 石川 喜久*; 鳥居 周輝*; 米村 雅雄*; 幸田 章宏*; 小松 一生*; 町田 真一*; 佐野 亜沙美; et al.
Physical Review B, 103(9), p.094302_1 - 094302_18, 2021/03
被引用回数：6 パーセンタイル：28.76(Materials Science, Multidisciplinary)層状ペロブスカイトPrBaCoO
は、熱膨張のない複合材料を作るために必要な負の熱膨張(NTE)を示す。NTEは、自発的な磁気秩序と密接に関連していることがわかっていた(磁気体積効果: MVE)。今回、われわれは、PrBaCoOの連続的な磁気体積効果が、本質的には不連続であり、大きな体積を持つ反強磁性絶縁体(AFILV)から、小さな体積をもつ強磁性卑絶縁体(FLISV)への磁気電気的相転移に起因することを明らかにした。また、磁気電気効果(ME)は、温度,キャリアドーピング,静水圧,磁場などの複数の外部刺激に対して高い感度を示した。これは、これまでよく知られている対称性の破れを伴う巨大磁気抵抗やマルチフェロイック効果などのMEとは対照的であり、輝コバルト鉱のMEは同一の結晶構造で起こる。われわれの発見は、MEとNTEを実現するための新しい方法を示しており、それは新しい技術に応用されるかもしれない。
Sc)O single crystals内海 重宣*; 田中 誠也*; 丸山 建一*; 天児 寧*; 鬼柳 亮嗣; 中尾 朗子*; 森山 健太郎*; 石川 喜久*; 他9名*
ACS Omega (Internet), 5(38), p.24890 - 24897, 2020/09
被引用回数：6 パーセンタイル：20.13(Chemistry, Multidisciplinary)六方晶フェライトBa(FeSc)Oの磁気構造を解明し、さらなる応用開発を進めるためには、大型の高品質な単結晶を育成することが重要な第一歩である。本研究では、NaO-FeO
フラックスを使用した自発結晶化法によって、さまざまなSc濃度
のBa(FeSc)O単結晶の育成に成功した。得られた結晶は、高品質の単相Ba(FeSc)OであることがX線回折と元素分析により確認され、 = 0.128結晶の77Kの磁化測定では、ヘリマグネティックな挙動を示すことがわかった。=0.128結晶の中性子回折測定の結果、211K以下で磁気衛星反射が確認され、Ba(FeSc)Oがヘリ磁性物質であることが確認された。
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：18 パーセンタイル：68.88(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
Sn
Se
S
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。
CoFe
O
駒淵 舞*; 漆原 大典*; 浅香 透*; 福田 功一郎*; 大原 高志; 宗像 孝司*; 石川 喜久*
Journal of the Physical Society of Japan, 89(3), p.034601_1 - 034601_5, 2020/03
被引用回数：2 パーセンタイル：15.74(Physics, Multidisciplinary)The crystal structure of an X-type hexaferrite SrCoFeO was investigated by the X-ray and neutron diffraction methods for a single crystal. SrCoFeO has the crystal structure described as a space group 
(
) and its lattice constants are 
= 5.9165(2) 
; and 
= 84.1395(33) ; at 843 K. Co ions are almost localized in the octahedral site (
) in the middle of S
S blocks. In addition, the adjacent octahedral and tetrahedral sites to site contain the significant number of Co
.
SrNiO
studied by neutron diffraction梶本 亮一; 中島 健次; 藤田 全基*; 石角 元志*; 鳥居 周輝*; 石川 喜久*; Miao, P.*; 神山 崇*
Journal of the Physical Society of Japan, 88(11), p.114602_1 - 114602_6, 2019/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Multidisciplinary)A high-resolution time-of-flight powder neutron diffraction study of the layered nickel oxide PrSrNiO with 
and 
was performed to characterize the crystal structures of these highly hole-doped nickelates. For the sample with , the Ni-O bond lengths decrease uniformly with decreasing temperature, and the atomic displacement parameters are similar to those for 
. In contrast, for the sample with 
, the out-of-plane Ni-O bond length shows a sharp thermal contraction in the high-temperature region, which is suggestive of changes in the orbital occupation accompanied by the development of checkerboard-type charge correlations. Furthermore, the sample is characterized by a large atomic displacement parameter for the apical O atoms along the out-of-plane direction, which is interpreted as the existence of two types of Ni
sites with different orbital occupancies. The distinct difference between the sample and the lower-concentration compounds should be related to the development of checkerboard-type charge ordering in the metallic matrix and possible orbital ordering at the Ni sites at 
in the hole-doped layered nickel oxides.
富安 啓輔*; 伊藤 菜緒子*; 岡崎 竜二*; 高橋 佑生*; 小野寺 貢*; 岩佐 和晃*; 野島 勉*; 青山 拓也*; 大串 研也*; 石川 喜久*; et al.
Advanced Quantum Technologies (Internet), 1(3), p.1800057_1 - 1800057_7, 2018/12
スピンクロスオーバーとしても知られるスピン状態転移は、様々な物質において重要な役割をもつ。理論的に、低スピンと高スピン状態の境界近傍では、従来とは異なる物理状態を引き起こすと予想されている。しかしながら、外場を印加せずに、基底状態としてほぼ縮退した臨界の状態を実現する系は、いまだに実験的には確認されていない。本研究は、LaCoOへのSc置換が、非磁性の低スピン状態を不安定化させ、トランスポートギャップのエンハンスメントと磁気格子膨張、Co-O距離の縮みを伴う異常な常磁性状態を生み出すことを明らかにした。これらの現象は、通常の低スピン・高スピン状態の混合状態ではよく説明できず、スピン状態転移の境界で生じる量子重ね合わせで記述することができる。
Wu, P.*; Zhang, B.*; Peng, K. L.*; 萩原 雅之*; 石川 喜久*; 古府 麻衣子; Lee, S. H.*; 組頭 広志*; Hu, C. S.*; Qi, Z. M.*; et al.
Physical Review B, 98(9), p.094305_1 - 094305_7, 2018/09
被引用回数：14 パーセンタイル：48.12(Materials Science, Multidisciplinary)熱電材料であるNaドープしたSnSeについて、ARPES, 中性子回折, 中性子非弾性散乱でその電子構造と格子ダイナミクスを測定した結果を報告する。
中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.
Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12
J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。
平石 雅俊*; 飯村 壮史*; 小嶋 健児*; 山浦 淳一*; 平賀 晴弘*; 池田 一貴*; Miao, P.*; 石川 喜久*; 鳥居 周輝*; 宮崎 正範*; et al.
Nature Physics, 10(4), p.300 - 303, 2014/04
被引用回数：115 パーセンタイル：94.86(Physics, Multidisciplinary)High-temperature (high-
) superconductivity appears as a consequence of the carrier-doping of an undoped parent compound exhibiting antiferromagnetic order; thereby, ground-state properties of the parent compound are closely relevant to the superconducting state. On the basis of the concept, a spin-fluctuation has been addressed as an origin of pairing of the superconducting electrons in cuprates. Whereas, there is growing interest in the pairing mechanism such as an unconventional spin-fluctuation or an advanced orbital-fluctuation due to the characteristic multi-orbital system in iron-pnictides. Here, we report the discovery of an antiferromagnetic order as well as a unique structural transition in electron-overdoped LaFeAsOH
(
), whereby another parent phase was uncovered, albeit heavily doped. The unprecedented two-dome superconducting phases observed in this material can be interpreted as a consequence of the carrier-doping starting from the original at 
and advanced at parent phases toward the intermediate region. The bipartite parent phases with distinct physical properties in the second magnetic phase provide us with an interesting example to illustrate the intimate interplay among the magnetic interaction, structural change and orbital degree of freedom in iron-pnictides.
小池 雅人; 波岡 武*; Gullikson, E. M.*; 原田 善寿*; 石川 禎之*; 今園 考志*; Mrowka, S.*; 宮田 登; 柳原 美広*; Underwood, J. H.*; et al.
Soft X-Ray and EUV Imaging Systems (Proceedings of SPIE Vol.4146), p.163 - 170, 2000/00
軟X線領域においてラミナー型ホログラフィック回折格子が、迷光や高次光が少なく、特にkeVに至る短波長域での回折効率に優れるなどの点から注目されている。しかし、レーザープラズマ分光等で広く用いられている平面結像斜入射分光器用の球面回折格子では、光子溝間隔を著しい不等間隔にする必要があり、機械刻線による回折格子と同一の結像面を有するホログラフィック回折格子の設計製作は不可能とされていた。われわれは、露光々学系に球面鏡を挿入した非球面波露光法を適用し、従来の球面波露光法では製作できなかった+/-25mmの左右両端で+/-約200本/mm溝本数が変化したラミナー型ホログラフィック回折格子を製作した。本論文では不等間隔溝パラメータ設計法、ラミナー型溝形状の加工法、C-K
線などを用いた分解能テスト、放射光源を用いた絶対回折効率の測定結果について、機械刻線回折格子と比較しながら述べる。
大原 高志; 鬼柳 亮嗣; 中尾 朗子*; 宗像 孝司*; 石川 喜久*; 森山 健太郎*; 田村 格良; 金子 耕士
no journal, ,
SENJU at J-PARC is a time-of-flight (TOF) single-crystal neutron diffractometer designed for precise crystal and magnetic structure analyses under multiple extreme environments, such as low-temperature, high-pressure and high-magnetic field, as well as for taking diffraction intensities of small single crystals with a volume of less than 1.0 mm
down to 0.1 mm. We have recently upgraded some SENJU components, such as sample environment devices, the detector system, and data processing software. These upgrades of SENJU enhance the possibility and accessibility of SENJU, in other words, improvement of versatility. In this presentation, we will introduce the recent upgrades of SENJU for the improvement of its versatility.
鬼柳 亮嗣; 大原 高志; 中尾 朗子*; 宗像 孝司*; 石川 喜久*; 森山 健太郎*
no journal, ,
J-PARC/MLFのBL18に設置されているTOF-Laue型中性子単結晶構造解析装置SENJUは、無機物質や小型の分子性結晶の結晶構造解析や磁性体の磁気構造解析などを主なターゲットとした装置であり、これまで多くのユーザー実験を行うとともに、装置の高度化を進めてきた。中性子単結晶構造解析を行うにあたり大きな問題の1つが試料サイズである。これまでにSENJUで測定した最も小さな試料は約
0.1mmの試料であり、従来の試料サイズよりは大幅に小さくなっているものの、より小さな試料の測定が望まれる。ビーム強度の大幅な増大は難しいなか、限られた時間で有意義なデータを測定するために、効率的な測定や解析手法による工夫が求められている。本研究では、より効率的な測定を実現するため、複数の単結晶試料の同時測定(多結晶測定)について検討を行なった。テストケースとしてRubyやTriglycine sulfateを用いた多結晶測定を行い、最大で10個の多結晶データにおいても10個の結晶方位(UB行列)を決定することができ、強度データの抜き出しも行うことができた。本発表では、実データによる解析に加え、simulationも含めた検討の詳細を報告する。
鬼柳 亮嗣; 石川 喜久*; 大原 高志; 森山 健太郎*; 宗像 孝司*; 中尾 朗子*; 坂倉 輝俊*; 木村 宏之*
no journal, ,
SENJUは、J-PARCの物質生命科学実験施設(MLF)の単結晶中性子回折計である。本研究では、強吸収体における定量的な構造解析の可能性について研究を行った。結果、測定法や測定データの取り扱いを工夫することにより、定量的な構造解析が強吸収体においても可能であることが示された。
大原 高志; 鬼柳 亮嗣; 中尾 朗子*; 宗像 孝司*; 石川 喜久*; 森山 健太郎*; 田村 格良; 金子 耕士
no journal, ,
SENJU at BL18 of MLF is a TOF single-crystal neutron diffractometer designed for precise crystal and magnetic structure analyses under multiple extreme environments such as low-temperature, high-pressure and high-magnetic field, as well as for taking diffraction intensities of small single crystals with a volume of less than 1.0 mm down to 0.1 mm. Ever since SENJU was launched in 2012, continuous upgrading of diffractometer, detector, data acquisition and analysis software and sample environment devices have been carried out to enhance the capability of SENJU as a versatile single-crystal diffractometer. In this presentation, some recent upgradings and scientific results of SENJU will be shown.
