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論文

Hydration structures of barium ions; ${it Ab initio}$ molecular dynamics simulations using the SCAN meta-GGA density functional and EXAFS spectroscopy studies

山口 瑛子; 小林 恵太; 高橋 嘉夫*; 町田 昌彦; 奥村 雅彦

Chemical Physics Letters, 780, p.138945_1 - 138945_5, 2021/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Chemistry, Physical)

ラジウム(Ra)はウランやトリウムの放射壊変により生成する放射性元素であり、放射性廃棄物の処理や旧ウラン鉱山周辺の環境問題の解決において重要な元素であるが、安定同位体が存在しないといった取り扱いの難しさから、水和構造などの基本的な物理化学的性質さえも不明な点が多い。本研究では、周期律表上でRaより一周期小さいがRaと同族であり、イオンの価数や大きさが類似していることから、アナログ元素としてよく用いられるバリウムに着目し、その水和構造を第一原理分子動力学法のシミュレーションにより解明した。これまで研究が行われていない大きな系について、より水の計算に適している新しい汎関数を用いて第一原理計算を行うことでより高精度のシミュレーションを行い、X線吸収微細構造法の観測も行うことでシミュレーション結果の妥当性を確かめた。

論文

Self-learning hybrid Monte Carlo method for isothermal-isobaric ensemble; Application to liquid silica

小林 恵太; 永井 佑紀; 板倉 充洋; 志賀 基之

Journal of Chemical Physics, 155(3), p.034106_1 - 034106_9, 2021/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Chemistry, Physical)

自己学習ハイブリッドモンテカルロ法は機械学習力場を利用することにより、第一原理計算の高速化を可能にする手法である。今回、自己学習ハイブリッドモンテカルロ法をNPTアンサンブルに適用し、液体シリカの解析を行った。本論文では自己学習ハイブリッドモンテカルロ法を用いることにより、厳密に第一原理計算の精度を保ちながら、高速に液体シリカの配置空間のサンプリングが可能であることを示した。また、液体シリカの構造因子の計算を行い実験データとの比較を行ったところ、両者はよい一致を見せた。

論文

Machine learning potentials for tobermorite minerals

小林 恵太; 中村 博樹; 山口 瑛子; 板倉 充洋; 町田 昌彦; 奥村 雅彦

Computational Materials Science, 188, p.110173_1 - 110173_14, 2021/02

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

セメント水和物(セメントペースト)は建築材はもとより、放射性セシウムの閉じ込め材料として利用される。本論文はセメント水和物の代表的なモデル物質であるトバモライトの機械学習力場の構築を行ったものである。トバモライトに対し第一原理計算を実施し、様々な原子配置とそのポテンシャルデータを大量に生成し、ニューラルネットを用いた機械学習力場の学習を行った。構築した機械学習力場はトバモライトの弾性係数,振動状態密度をほぼ第一原理と同等の精度で計算可能であることを確かめた。また、機械学習分子動力学法を実行し、トバモライト細孔における水,イオンの輸送特性の解析を行った。

論文

Self-learning hybrid Monte Carlo; A First-principles approach

永井 佑紀; 奥村 雅彦; 小林 恵太*; 志賀 基之

Physical Review B, 102(4), p.041124_1 - 041124_6, 2020/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:44.66(Materials Science, Multidisciplinary)

第一原理計算で得られたポテンシャルを再現するようなニューラルネットワーク(ANN)を構築して分子動力学を実行するのが機械学習分子動力学法である。ANNを構築する際の最適なトレーニングデータは、元々の第一原理分子動力学法で生成される原子配置とそのポテンシャルである。通常は、様々な原子配置とそのポテンシャルデータを大量に作成することで、目的の機械学習分子動力学法と同じようなポテンシャルを生成するANNを構築している。しかしながら、構築されたANNが元々の第一原理計算のポテンシャルを再現するという保証はない。さらに、4元素以上で構成されるような系の場合には、長時間の機械学習分子動力学法では計算が不安定になることがあり、機械学習分子動力学法の計算の精度や妥当性については常に慎重な議論が必要であった。本論文発表では、自己学習モンテカルロ法のアイディアを用いることで、得られた結果が統計的に厳密にオリジナルの第一原理計算分子動力学法の計算結果と等しい手法を開発したことを報告する。

論文

Superconductivity in repulsively interacting fermions on a diamond chain; Flat-band-induced pairing

小林 恵太*; 奥村 雅彦; 山田 進; 町田 昌彦; 青木 秀夫*

Physical Review B, 94(21), p.214501_1 - 214501_7, 2016/12

 被引用回数:38 パーセンタイル:88.59(Materials Science, Multidisciplinary)

平坦バンドが超伝導性を示す可能性を探るために、平坦バンドを形成する最も単純な準一次元系の一つであるダイアモンド鎖上の斥力相互作用するフェルミオン系について調べた。厳密対角化法と密度行列繰り込み群法を用いて調べた結果、フェルミエネルギーに近い空の平坦バンドと相互作用する分散バンドが満たされる1/3フィリングよりも少しだけ小さなフィリングで、長い相関距離を持つクーパー対が有意な束縛エネルギーを持つことがわかった。さらに、この対相関関数は、ダイアモンド鎖の外側のサイトに存在するフェルミオン対によるものであることを明らかにした。また、厳密に1/3フィリングの時、系は絶縁体になり、ダイアモンド鎖の外側のサイトに存在するフェルミオンがトポロジカルに区別可能なエンタングル状態を形成していることがわかった。

論文

Development of a high power wideband polarizer for electron cyclotron current drive system in JT-60SA

三枝 幹雄*; 小山 岳*; 松原 史明*; 滝井 啓太*; 佐井 拓真*; 小林 貴之; 森山 伸一

Fusion Engineering and Design, 96-97, p.577 - 582, 2015/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:32.14(Nuclear Science & Technology)

JT-60SA用電子サイクロトロン加熱電流駆動装置で採用が期待される2周波数ジャイロトロン用に110GHzと138GHzで使用可能な大電力広帯域マイターベンド型偏波器の開発を行った。マイターベンドに組み込んだ2種類(偏波面回転用と楕円偏波の軸比制御用)の回折格子の溝の深さは、2周波数に対して数値計算により最適化を行った。低電力試験の結果から、偏波面回転用と楕円偏波の軸比制御用の偏波器を組み合わせて、2周波数で全偏波が発生できる事を確認した。また熱応力の評価は有限要素法で行った。偏波面回転用マイターベンド型偏波器の大電力試験を110GHzで0.24MW、3秒まで行い、偏波器のジュール損失の回転角依存性が理論と矛盾しないことを確認した。

論文

Ferromagnetism in multi-orbital Fermi gas loaded on a one-dimensional optical lattice

小林 恵太; 奥村 雅彦; 太田 幸宏*; 山田 進; 町田 昌彦

JPS Conference Proceedings (Internet), 3, p.016006_1 - 016006_6, 2014/06

光学格子中の冷却原子気体では固体中の電子状態と同様の状態を作り出すことができることから、量子物性のシミュレーターとして注目されている。近年では多軌道を持った光学格子中の原子気体が実現しており、遷移金属などが示すさまざまな強相関電子物性を光学格子中で実現することが可能になると考えられている。本発表では多軌道を持つフェルミ原子気体が示す強磁性状態に対し、密度行列繰り込み群法を用いた解析を行った。得られた結果として、原子が金属的な状況にある場合に強磁性が発言することを示した。また、Haldane相と強磁性相が共存して現れることも明らかにした。強磁性相はHaldane相のedge状態と結合して現れ、強磁性自体がedge状態と同様の特性を持つという興味深い結果を得ることができた。

論文

Quantum phases in degenerate-$$p$$-orbital attractive one-dimensional fermionic optical lattices

小林 恵太; 太田 幸宏; 奥村 雅彦; 山田 進; 町田 昌彦

Physical Review A, 89(2), p.023625_1 - 023625_6, 2014/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:47.84(Optics)

光格子中の冷却原子気体では固体中の電子状態と同様の状態を作り出すことができ、また、その高い実験制御性から量子物性のシミュレーターとして注目されている。近年では多軌道を持った光格子中の原子気体が実現しており、遷移金属などが示す強相関電子物性を光格子中で実現することが可能になると考えられている。本論文では$$p$$軌道中の引力相互作用する原子気体に対し、密度行列繰り込み群法を用いた解析を行った。得られた結果として、この系では特殊な絶縁体状態であるハルデン絶縁体相が実現することを明らかにした。更に系が有限磁化を持つ場合に、強い相分離が引き起こされることを示した。

論文

Massless collective excitations in frustrated multiband superconductors

小林 恵太; 町田 昌彦; 太田 幸宏*; Nori, F.*

Physical Review B, 88(22), p.224516_1 - 224516_5, 2013/12

 被引用回数:16 パーセンタイル:62.34(Materials Science, Multidisciplinary)

近年、鉄系超伝導物質などの多バンド超伝導体が注目を集めており、バンド間に働く相互作用により特異な超伝導状態が引き起こされる可能性が指摘されている。本発表では多バンド超伝導体における時間反転対称性の破れた状態、及び集団励起の解析を行った成果を報告する。まず多バンド超伝導模型がフラストレーションのあるスピンモデルにマッピングできることを示し、スピンモデルに対し平均場解析を行うことにより、超伝導状態、集団励起を調べた。時間反転対称性の破れるパラメーター領域を調べ、さらに集団励起の解析を行ったところ、いくつかの集団励起がギャップレスになる領域が存在することが判明した。集団励起は物質の比熱などと結びつく量であることから、ギャップレスな集団励起は超伝導物性において重要な役割を果たすと考えられる。今回の計算手法は多バンドを持つ様々な超伝導物質に適用可能であり、今後の発展が期待される。

論文

Analysis of collective excitation for multi band superconductor; Frustrated spin model approach

小林 恵太; 太田 幸宏*; 町田 昌彦

Physica C, 494, p.13 - 16, 2013/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:23.31(Physics, Applied)

近年、鉄系超伝導物質などの多バンド超伝導体が注目を集めており、異なったバンド間に働く相互作用により特異な超伝導状態が引き起こされる可能性が指摘されている。本発表では、その多バンド超伝導体の集団励起の解析を行った成果を報告する。まず多バンド超伝導模型がフラストレーションのあるスピンモデルにマッピングできることを示し、さらに導出したスピンモデルに対し平均場解析を行うことによって、超伝導状態、及び集団励起の解析を行った。得られた結果として、幾つかの集団励起がギャップレスとなるパラメーター領域が存在することが判明した。集団励起は物質の比熱等と結びつく量であることから、ギャップレスな集団励起は超伝導物性において重要な役割を果たすと考えられる。今回の計算手法は多バンドを持つさまざまな超伝導物質に適用可能であり、今後の発展が期待できる。

論文

Quantum phases in intrinsic Josephson junctions; Quantum magnetism analogy

町田 昌彦; 小林 恵太; 小山 富男*

Physica C, 491, p.44 - 46, 2013/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:5.74(Physics, Applied)

おもに科学研究費補助金及び科学技術振興機構受託研究の成果について、発表する。国際会議は、2年に1度のベースで開催され、高温超伝導体において発見された固有ジョセフソン接合とジョセフソンプラズマ振動についての専門家が一堂に会する国際会議であり、トルコにて開催される。この分野では、2008年にテラヘルツ領域の電磁波発振が観測され、原子力をはじめとしてさまざまな応用が期待されている一方、結晶作成によりデバイス自身が構成可能であるという特質に対する関心も高く、改めてその物理的性質を議論することが盛んである。本発表では、その物理的性質に着目し、低温で現れる量子相についての解析を行った結果を発表し、さらに、その特質を利用するデバイス応用についても議論する。

論文

Nontrivial Haldane phase of an atomic two-component Fermi gas trapped in a 1D optical lattice

小林 恵太; 奥村 雅彦; 太田 幸宏*; 山田 進; 町田 昌彦

Physical Review Letters, 109(23), p.235302_1 - 235302_5, 2012/12

 被引用回数:22 パーセンタイル:75.43(Physics, Multidisciplinary)

冷却中性フェルミ原子気体はその高い実験制御性から、物質の量子シミュレーターとして注目を集めており、さまざまな物質の根源的メカニズムが理解できる可能性が指摘されている。特に、近年では、多軌道性を有する原子気体が実現しており、遷移金属からアクチナイド元素まで幅広い元素を主要元素とする化合物に対し、より実際の物質に近い状況での実験が可能となっている。本論文では、この光学格子中の多軌道を持つフェルミ原子気体においてハルデーン相を実現する方法を提案した。ハルデーン相とはスピンギャップと端状態を持つ系であり、近年では量子コンピューター等への応用等も提案されている。本文では系を記述する多軌道模型の導出を行い、密度行列繰り込み群を用いた数値解析によりハルデーン相の実現条件を明らかにした。さらに、相互作用が強い場合にはハルデーン相と強磁性体相が共存して現れることも示した。これらの結果は、例えばさまざまな多軌道を持つ機能材料物質に対する知見の獲得とも位置付けられ、今後、さまざまな分野への発展が期待される。

論文

Effect of sweep gas species on tritium release behavior from lithium titanate packed bed during 14MeV neutron irradiation

河村 繕範; 落合 謙太郎; 星野 毅; 近藤 恵太郎*; 岩井 保則; 小林 和容; 中道 勝; 今野 力; 山西 敏彦; 林 巧; et al.

Fusion Engineering and Design, 87(7-8), p.1253 - 1257, 2012/08

 被引用回数:15 パーセンタイル:78.3(Nuclear Science & Technology)

核融合炉ブランケットで生成するトリチウムの量の把握は、トリチウム増殖性能の評価及び、回収システム設計の観点から重要である。そこで原子力機構では、核融合中性子源を用いた模擬ブランケットの照射によるトリチウム生成回収実験を開始した。増殖材にはチタン酸リチウムを用いている。今回は、生成トリチウムの放出挙動におけるスイープガスの種類の影響について報告する。1%のH$$_{2}$$を含むヘリウムガスでパージした場合、水蒸気状のトリチウムの放出が中性子照射に敏感に対応して生じた。これはスイープガス中に水蒸気成分が含まれていたことに起因する。乾燥ヘリウムガスでパージした場合は、水蒸気成分での放出が少なく、ガス分子状トリチウムの放出が目立つ結果となった。

論文

Direct numerical simulation for non-equilibrium transport phenomena in superconducting detectors

太田 幸宏*; 小林 恵太; 町田 昌彦; 小山 富男*; Nori, F.*

Physics Procedia, 27, p.352 - 355, 2012/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.99

相転移点近傍にある超伝導体は、微量な熱量を受け取ることにより超伝導状態から通常の伝道体状態への相転移を引き起こす。この性質を利用することにより、中性子,単一光子,分子などに対し精度の高い検出が可能となる。これは中性子などの検出対象が検出器に衝突したときに生じる熱が超伝導体中を流れる電流の変化として現れるためである。この現象は超伝導体の相転移現象,電磁気,熱拡散などを含む非常に複雑な非平衡現象であるが、今回、われわれは超伝導現象を記述するランダウ・ギンツブルグ方程式、マクスウェル方程式,熱伝導方程式を連立させ、超伝導検出器に対する大規模数値シミュレーションを行った。結果として、超伝導体表面に検出対象が衝突することによる超伝導体内の電流変化などを再現することに成功した。今回の計算手法は超伝導検出器の詳細なメカニズム解明,精度向上などに役立つことが期待される。

論文

Effects of locally targeted heavy-ion and laser microbeam on root hydrotropism in ${it Arabidopsis thaliana}$

宮沢 豊*; 坂下 哲哉; 舟山 知夫; 浜田 信行*; 根岸 洋*; 小林 啓恵*; 金安 智子*; 大庭 淳*; 諸橋 恵太*; 柿崎 竹彦*; et al.

Journal of Radiation Research, 49(4), p.373 - 379, 2008/07

 被引用回数:24 パーセンタイル:62.01(Biology)

本研究は、重粒子マイクロビーム照射及びレーザー照射を用いて根の水分屈性における根端と伸長領域の役割を明らかにすることを目的とした。伸長領域への重イオンマイクロビームの照射は水分屈性の進行を有意に一時的に抑制したが、コルメラ細胞への照射は抑制しなかった。しかし、レーザー照射は水分屈性にコルメラ細胞が必要なことを示唆した。さらに、重イオンブロードビーム照射実験から、重イオンの照射によりIAA5遺伝子の発現が抑制されるが、MIZU-KUSSEI1遺伝子は抑制されないことがわかった。これらの結果は、根端と伸長領域とが根の水分屈性に異なる役割を持つこと、また遺伝子の発現が必要なことを示唆した。

論文

光学格子中ボース・アインシュタイン凝縮の不安定性の量子場の理論による解析

小林 恵太*; 峰 真如*; 奥村 雅彦; 山中 由也*

素粒子論研究, 116(2), p.B64 - B66, 2008/06

本発表は、これまで古典的な解析に終始していた光学格子中ボース・アインシュタイン凝縮体の動的不安定性について、量子場の理論による定式化を初めて行い、さらに数値計算によって崩壊の様子をシミュレートしているなど、完成度が高い。今後、開発した解析法をほかの系にも適用することで、成果が得られると大いに期待できる。

論文

Functional analysis of root elongation zone in hydrotropism in ${it Arabidopsis}$ using heavy-ion microbeam

宮沢 豊*; 坂下 哲哉; 根岸 洋*; 小林 啓恵*; 金安 智子*; 大庭 淳*; 諸橋 恵太*; 柿崎 竹彦*; 舟山 知夫; 浜田 信行*; et al.

JAEA-Review 2007-060, JAEA Takasaki Annual Report 2006, P. 116, 2008/03

水分屈性において機能する細胞群とそこでの生体反応を同定することを目的として、重イオンマイクロビーム照射及びレーザー照射によって組織あるいはその機能を局所的に破壊した根の水分屈性を解析した。レーザーによる根端の局所的な照射を行った解析から、コルメラ細胞及び、伸長領域が水分屈性の発現に必須であることが示唆された。一方、重イオンマイクロビーム照射は、伸長領域への照射においてのみ水分屈性発現の低下をもたらしたが、コルメラ細胞への照射では屈性の低下をもたらさなかった。重イオン照射が新規の遺伝子発現を不活化できるかを、重イオン照射後の個体のオーキシン誘導性遺伝子発現を指標に検証したところ、照射によりオーキシン誘導性遺伝子発現の誘導が顕著に抑制されることが明らかになった。これらの結果は、水分屈性発現過程でコルメラ細胞,伸長領域の両細胞群が機能すること、また伸長領域では新規の遺伝子発現が必須である一方、コルメラ細胞においては新規の遺伝子発現が必須でないことを示唆した。

論文

Behavior of transition into inductively coupled plasma mode with internal radio frequency multiturn antenna

中垣 圭太; 山内 俊彦; 管野 善則*; 小林 清二*; 竹本 亮*

Japanese Journal of Applied Physics, 47(3), p.1745 - 1747, 2008/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:10.52(Physics, Applied)

多数巻きアンテナをチャンバー内に取り付けたCVD装置を開発した。容量結合型プラズマ(CCP)と誘導結合型プラズマ(ICP)間に突然発生する遷移現象の研究を行った。単一の標準遷移以外に、繰返し遷移することを初めて観測した。標準遷移では、CCPモードへの遷移に対するRF吸収パワーの閾値は、Arのガス圧10$$sim$$100Paでほぼ一定であったが、1.5$$sim$$8Paのところで閾値は劇的に上昇した。遷移時間は10Paで8マイクロ秒と速く、さらにガス圧の上昇とともに閉じ込めが改善し、長くなった。CCPモードからICPモードへの突然遷移のトリガーは、電子温度の上昇によると考えられる。

論文

Advanced ceramics synthesized by inductively coupled plasma with inner RF antenna

中垣 圭太; 山内 俊彦; 菅野 善則*; 小林 清二*

Japanese Journal of Applied Physics, 47(1), p.797 - 799, 2008/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:5.5(Physics, Applied)

27.12MHzRF加熱プラズマを組み込んだCVD装置を開発し、アドバンストセラミックス、特にダイヤモンドの合成研究を開始した。本装置は、4ターンRFアンテナコイルをチャンバー内部に設置した所に特徴を有する。ここでは、世界で初めて静電結合型プラズマ(CCP)が突然ある閾値パワーを超えると誘導結合型プラズマ(ICP)に遷移することを発見した。プラズマの重要な特性をダブルプローブで測定した所、Te 10eV及びne 10E11cm$$^{-3}$$で、これは分子の解離に適した特性であった。プラズマ中の不純物を分光学的に調べたが、全く何の不純物のスペクトルも観測できなかった。低パワーRF加熱プラズマでシリコン基板上に、球状ダイヤモンドを合成できた。

報告書

東濃地域における地質環境の不均一性評価 -平成16年度-(委託研究)

戸井田 克*; 須山 泰宏*; 森 孝之*; 稲葉 武史*; 笹倉 剛*; 渥美 博行*; 升元 一彦*; 小林 一三*; 岩野 圭太*; 古市 光昭*; et al.

JAEA-Research 2007-065, 210 Pages, 2007/09

JAEA-Research-2007-065-1.pdf:28.82MB
JAEA-Research-2007-065-2.pdf:42.37MB
JAEA-Research-2007-065-3.pdf:24.46MB
JAEA-Research-2007-065-4.pdf:48.78MB

東濃地科学センターにおける地層科学研究では、地質環境特性を明らかにするために必要な調査・解析技術並びにその妥当性を評価する手法の開発を進めている。この研究では、岩盤の不均一性推定に伴う不確実性を定量的に把握するための手法を明らかにし、その不確実性を低減するための合理的な地質環境調査手法の確立を一つの大きな目標としている。本研究においては、これまでにファジー地球統計を基本とした不確実性解析手法を用い、調査の各段階で想定し得る(あるいは否定できない)モデルやパラメータの全体集合を考えることにより不確実性を定量化でき、調査結果に基づき蓋然性が低いと考えられる選択肢を絞り込むことによってその不確実性を低減できるという新たなアプローチを考案している。平成16年度は、平成17年度に行う研究成果の取りまとめに向け、これまで東濃地域で行われた調査結果に基づき、本手法の実用化に向けた評価・検討を行った。本研究成果を取りまとめると以下のようになる。(1)東濃地域の事例を対象とした統合化データフローを活用し、本手法を適用するための知識・情報を整理した。(2)これまでの課題であったパラメータの設定方法とスクリーニング方法を整備した。(3)適用事例を用いて評価・検討を行い、本手法の実用化の目処を得た。(4)本手法(確率的手法)とこれまでに適用されてきた決定論的手法との統合方法を整備した。

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