Local electronic structure and dynamics of hydrogen in CeO

幸田 章宏*; 伊藤 孝; 平石 雅俊*; 岡部 博孝*; 門野 良典*

Physical Review B, 114, p.L020101_1 - L020101_7, 2026/07

https://doi.org/10.1103/wg52-7mdg

The local electronic states of muon (Mu) as an isotope of hydrogen (H) in high-quality single-crystalline ceria (CeO) are investigated using muon spin rotation/relaxation (SR) and first-principles density functional theory (DFT) calculations. Upon positive muon implantation, both paramagnetic (Mu) and diamagnetic (Mu) states are observed below 10 K. Magnetic field dependence of the Mu signals combined with DFT results provides evidence for the formation of a polaron state, consisting of Mu bonded to a ligand oxygen and a 4 electron localized on a nearby Ce site. The crystal-orientation dependence of the Mu signal suggests strong anisotropy of the 4 electron due to the spin-orbit coupling with lifted degeneracy. Furthermore, the Mu state exhibits transition to the Mu state that corresponds to another Mu state (exhibiting a diamagnetic response due to fast spin/charge fluctuations) at temperatures above 10 K, before disappearing above 30 K. These findings suggest rapid diffusive motion of the 4 electrons and/or Mu (as well as H) at higher temperatures.

Incommensurate magnetic ordered phase with enhanced low-temperature magnetic specific heat in SmAuAl

東中 隆二*; Iwami, Takuma*; Saito, Kosuke*; 伊藤 孝; 田端 千紘; 金子 耕士; 大原 高志; 鬼柳 亮嗣; 中尾 朗子*; 中村 惇平*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 95(6), p.063702_1 - 063702_5, 2026/06

https://doi.org/10.7566/JPSJ.95.063702

Neutron scattering and muon spin rotation (mSR) measurements on single-crystal SmAuAl reveal magnetically ordered states associated with successive transitions at 2.8 K and 0.9 K. Magnetic Bragg peaks appear below TN with an incommensurate propagation vector q = (0.30, 0, 1.33). mSR detects spontaneous internal fields below 2.8 K, and the spectral shape is consistent with the incommensurate magnetic ordering. No anomalies are observed at 0.9 K, indicating that the magnetic structure remains essentially unchanged.

Progressive release of long-stored carbon from tropical peatland disturbances

小嵐 淳; 伊藤 雅之*; 安藤 麻里子; 國分 陽子; 松枝 誠; Kusin, K.*; Jaya, A.*; Dohong, S.*; 平野 高司*

Nature Communications (Internet), 17, p.4369_1 - 4369_9, 2026/05

https://doi.org/10.1038/s41467-026-72890-y

熱帯泥炭地は重要かつ長期的な炭素貯蔵庫であるが、人間活動によって劣化が進み、大気への炭素放出が深刻な懸念となっている。本研究は、インドネシア中部カリマンタンの泥炭地における炭素貯留と放出について、泥炭層と地下水溶存有機炭素の放射性炭素年代測定に基づいて明らかにした。18年間(1996年2014年)の排水は、数百年から千年もの間、浸水環境で保存されていた炭素5-11kg C mを放出した。排水に続く火災は、過去3000年間に蓄積された炭素23-32kg C mを放出し、より古い泥炭の分解を誘発した。この知見をインドネシアの撹乱された泥炭地全域に外挿すると、1996年から2014年の間に0.81-3.70Gtの炭素が放出されたことが示唆された。さらに継続的な泥炭の分解によって年間0.03-0.08Gtの炭素が放出され続けており、地球の炭素収支に重大な影響を及ぼしている。

Magnetic evolution, phase transitions, and electronic band structure of the ferrotoroidic candidate BaCrS

Zhao, G.*; Li, J.*; Zhang, J.*; 小嶋 健児*; Cai, Y.*; 伊藤 孝; Yoon, S. W.*; Wang, X.*; 前川 禎通*; Su, G.*; et al.

Physical Review Research (Internet), 8(1), p.013331_1 - 013331_10, 2026/03

https://doi.org/10.1103/h576-nnnz

Ferrotoroidic materials, which break both time- and space-reversal symmetries to enhance magnetoelectric responses, are of great interest for applications. BaCrS, a recently synthesized quasi-one-dimensional ferrotoroidic candidate, combines polarization, magnetization, and toroidal moment, yet its electronic band structure, magnetic evolution, and phase transitions remain incompletely understood to date. Here, we investigate BaCrS, using electrical transport, direct current magnetization, alternating current susceptibility, specific heat, and muon spin rotation (SR) measurements, along with various first-principles calculations. Electrical transport measurements and density functional theory confirm a narrow band gap (0.707~eV, experimentally; 0.680~eV, theoretically). SR measurements reveal that static magnetism dominates down to 2~K, with an ordered volume fraction of 89% at this temperature. Two distinct transitions are identified: one around the Nel temperature [~K] and another corresponding to a phase transition near 30~K, as consistently indicated by our complementary experimental techniques. The absence of dynamic critical behaviors and the lack of a -type specific heat anomaly are consistent with a first-order-like transition at . Based on various complementary experimental results and theoretical calculations, we propose a hypothesis that the 30~K broad feature arises from the complex interplay between crystal structure distortion and magnetic coupling, which is potentially directly linked to ferrotoroidicity. As the first study integrating SR with complementary experiments and first-principles calculations to explore ferrotoroidicity, this work provides key insights into the underlying physics of BaCrS and related compounds in this area.

J-PARCリニアック50Hz運転検証試験

近藤 恭弘; 地村 幹; Cicek, E.*; 福井 佑治*; 二ツ川 健太*; 不破 康裕; 後藤 陸斗*; 平野 耕一郎; 石川 将樹*; 伊藤 崇; et al.

Proceedings of 22nd Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan (インターネット), p.124 - 129, 2026/03

https://www.pasj.jp/web_publish/pasj2025/proceedings/PDF/FRO6/FRO601.pdf

J-PARCリニアックではさまざまなアップグレード計画が進行中であり、その中でも繰り返し周波数倍増計画は最も重要なものである。現在、リニアックは400MeVの負水素イオンビームを、3GeVシンクロトロン(RCS)へ25Hzの繰り返し周波数で供給している。しかし、RCSと計画中の陽子ビーム照射施設の両方に同時にビームを供給するためには、繰り返し周波数を25Hzから50Hzに引き上げる必要がある。照射施設へのビームライン建設に先立ち、2025年5月に現状可能な範囲でのリニアック機器の50Hz動作検証を実施した。また、J-PARC加速器における最も重要な安全装置の一つである粒子数カウンターシステムについても、50Hz動作の検証を行った。その結果、重大な問題は確認されず、今後予定されている50Hzビーム加速実証に向けた準備が整った。本論文では、J-PARCリニアックにおけるビーム加速を伴わない50Hz動作実証の詳細について述べる。

棚倉断層のコアと近傍地盤の力学特性評価の試み,1; 打撃試験と針貫入試験の適応性

朝比奈 大輔*; 高村 浩彰*; 塚本 耕治*; 本田 文人*; 伊東 孝*; 岩田 直樹*; 藍檀 オメル*; 佐藤 稔紀

第51回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(インターネット), p.43 - 47, 2025/12

断層は断層コアやダメージゾーンといった特徴的な構造が存在し、それらの物性値は局所的に変化することが知られている。これらの領域は、地下空間の安全な利用や、廃棄物処分における地下水流動の変化という観点から、工学的に重要な検討対象となる。しかし、断層近傍における物性値を定量的に測定した事例はこれまで多くない。本研究では、福島県北白川郡塙町の棚倉断層近傍地盤の力学特性を簡便かつ非破壊的に評価することを目的として、打撃試験と針貫入試験を適用した。断層ガウジ境界からの距離に応じて測定値に明瞭な空間的変化が確認された。各試験は異なる感度で岩盤特性を捉えるため、複数手法を組み合わせることで断層ならびに断層近傍の岩盤の力学特性を多角的に評価できる可能性が示唆された。

Production of Cu and Cu with accelerator neutrons by deuterons and their separation from zinc

永井 泰樹*; 川端 方子*; 佐伯 秀也*; 本石 章司*; 橋本 和幸; 塚田 和明; 本村 新*; 太田 朗生*; 高島 直貴*; 橋本 慎太郎; et al.

Frontiers in Nuclear Medicine (Internet), 5, p.1657125_1 - 1657125_11, 2025/10

https://doi.org/10.3389/fnume.2025.1657125

近年、CuとCuのRIペアは、理想的な治療診断一体型放射性核種として注目を集めている。我々は、加速器施設において重陽子ビームを用いて生成した中性子源を利用する、新しい製造手法を提案しており、濃縮Zn試料にこの中性子源を照射し、生成されたCuの放射化量の絶対値および核種純度を測定した。その結果、測定値は評価済み核データライブラリJENDL-5を用いたPHITSの計算結果と一致すること、また測定困難な微量放射性核種の生成量を見積もることが可能であることがわかった。さらに、我々が開発した昇華およびカラム分離法により、照射後のZn試料からCuを適切に分離できることも確認した。これらの成果により、CuおよびCuの製造を、複数の拠点で経済的かつ持続可能な方法で実施できる可能性が示された。

原子力科学研究所放射性廃棄物処理場の新規制基準対応; 第3廃棄物処理棟、解体分別保管棟及び減容処理棟の耐震補強

池谷 正太郎; 鈴木 武; 横堀 智彦; 菅原 聡; 横田 顕; 菊地 絃太; 村口 佳典; 北原 理; 瀬谷 真南人; 黒澤 剛史; et al.

JAEA-Technology 2025-001, 169 Pages, 2025/08

JAEA-Technology-2025-001.pdf:14.22MB

原子力科学研究所の放射性廃棄物処理場は、多様な施設により構成されており、その中に、第3廃棄物処理棟、解体分別保管棟及び減容処理棟がある。これらの3建家は、核原料物質、核燃料物質及び原子炉の規制に関する法律による規制を受けており、耐震重要度分類でCクラスに分類されている。東京電力福島第一原子力発電所の事故を契機として原子力規制委員会が策定した新規制基準に対応するため、最新の建築基準法に基づき3建家の耐震評価を実施したところ、許容応力度評価で一部基準を満足しない箇所が認められた。これに対応すべく、令和3年3月5日に設計及び工事の計画の認可(設工認)を取得し、令和3年(2021)から令和4年(2022)までの期間にて耐震補強を行った。本報告書は、第3廃棄物処理棟、解体分別保管棟及び減容処理棟の各建家の耐震設計の概況をはじめ、耐震改修工事の工事概要、作業体制、安全管理、使用前事業者検査について取りまとめたものである。

Separating terahertz spin and charge contributions from ultrathin antiferromagnetic heterostructures

Metzger, T. W. J.*; Fischer, P.*; 吉川 貴史; 齊藤 英治*; Kimel, A. V.*; Bossini, D.*

Physical Review Letters, 135(7), p.076702_1 - 076702_9, 2025/08

https://doi.org/10.1103/76xj-j9qr

Femtosecond laser excitation of nanometer thin heterostructures comprising a heavy metal and a magnetically ordered material is known to result in the emission of terahertz radiation. However, the nature of the emitted radiation from heavy metal/antiferromagnet heterostructures has sparked debates and controversies in the literature. Here, we unambiguously separate spin and charge contributions from Pt/NiO heterostructures by introducing an unprecedented methodology combining high external magnetic fields with a symmetry analysis of the emitted terahertz polarization. We observe two distinct mechanisms of terahertz emission, which we identify as optical difference frequency generation and ultrafast laser-induced quenching of the magnetization. We emphasize the absence of spin transport effects and signatures of coherent magnons. Overall, our Letter provides a general experimental methodology to separate spin and charge contributions to the laser-induced terahertz emission from heterostructures comprising a magnetically ordered material, thus holding great potential for advancing terahertz spintronics and establishing terahertz orbitronics.

Distinguishing ion dynamics from muon diffusion in muon spin relaxation II; Extension to paramagnetic muons

門野 良典*; 伊藤 孝

Journal of the Physical Society of Japan, 94(6), p.064601_1 - 064601_11, 2025/06

https://doi.org/10.7566/JPSJ.94.064601

We extend the previously published model that distinguishes between the diffusive motion of diamagnetic muons and the dynamics of ions around the muon in matter, and propose a generalized model for (Mus, bound states of a muon and an unpaired electron) observed in non-metallic host materials. The new model distinguishes among the independent motion of unpaired electron associated with Mu, the self-diffusive motion of Mu as single atomic entity, and that of the ions surrounding Mu, where the muon spin relaxation is induced by dynamical fluctuations of the hyperfine (HF) field exerted from the unpaired electron (e.g., due to spin/charge exchange reaction) and/or that of the nuclear hyperfine (NHF) interactions between the unpaired electron and the surrounding ions. We have applied this model to the muonated radicals (Mus in a polaron state) in conducting polymers, and examined the validity of the interpretations claimed in the earlier literature that the spin relaxation is induced by quasi-one dimensional jump motion of the unpaired electron. The result suggests that experimental support for such a claim is still inadequate and needs to be reexamined, including the possibility of other origins for the fluctuations. It is expected that our model will prove a useful guide for SR studies of various local dynamics involving paramagnetic muon states.