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Direct observation of the magnetic ordering process in the ferromagnetic semiconductor Ga$$_{1-x}$$Mn$$_{x}$$As via soft X-ray magnetic circular dichroism

竹田 幸治; 大矢 忍*; Pham, N. H.*; 小林 正起*; 斎藤 祐児; 山上 浩志; 田中 雅明*; 藤森 淳*

Journal of Applied Physics, 128(21), p.213902_1 - 213902_11, 2020/12

In order to understand the mechanism of the ferromagnetism in Ga$$_{1-x}$$Mn$$_{x}$$As ((Ga,Mn)As), we have investigated the magnetic behavior on a microscopic level through systematic temperature ($$T$$) and magnetic-field ($$H$$) dependent soft X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) experiments at the Mn $$L_mathrm{2,3}$$ absorption edges. The $$T$$ and $$H$$ dependences of XMCD intensities have been analyzed using a model consisting of the ferromagnetic (FM), paramagnetic, and superparamagnetic (SPM) components. Intriguingly, we have found a common behavior for the ferromagnetic ordering process in (Ga,Mn)As samples with different Mn concentrations and different Curie temperature ($$T_mathrm{C}$$) values. In particular, the SPM component develops well above $$T_mathrm{C}$$, indicating that local FM regions are formed well above $$T_mathrm{C}$$. The present findings indicate that the onset of ferromagnetic ordering is triggered by local electronic states around the substitutional Mn ions. Insight into the most representative ferromagnetic semiconductor, (Ga,Mn)As, will be an important step in understanding the mechanism of ferromagnetic ordering in various ferromagnetic semiconductor families.


Fabrication of a novel magnetic topological heterostructure and temperature evolution of its massive Dirac cone

平原 徹*; Otrokov, M. M.*; 佐々木 泰佑*; 角田 一樹*; 友弘 雄太*; 日下 翔太郎*; 奥山 裕磨*; 一ノ倉 聖*; 小林 正起*; 竹田 幸治; et al.

Nature Communications (Internet), 11, p.4821_1 - 4821_8, 2020/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Multidisciplinary Sciences)

We fabricate a novel magnetic topological heterostructure Mn$$_{4}$$Bi$$_{2}$$Te$$_{7}$$/Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ where multiple magnetic layers are inserted into the topmost quintuple layer of the original topological insulator Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$. A massive Dirac cone (DC) with a gap of 40-75 meV at 16 K is observed. By tracing the temperature evolution, this gap is shown to gradually decrease with increasing temperature and a blunt transition from a massive to a massless DC occurs around 200-250 K. Magnetic measurements show that there are two distinct Mn components in the system that corresponds to the two heterostructures; MnBi$$_{2}$$Te$$_{4}$$/Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ is paramagnetic at 6 K while Mn$$_{4}$$Bi$$_{2}$$Te$$_{7}$$/Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ is ferromagnetic with a negative hysteresis (critical temperature 20 K). This novel heterostructure is potentially important for future device applications.


Visualizing cation vacancies in Ce:Gd$$_{3}$$Al$$_{2}$$Ga$$_{3}$$O$$_{12}$$ scintillators by gamma-ray-induced positron annihilation lifetime spectroscopy

藤森 公佑*; 北浦 守*; 平 義隆*; 藤本 將輝*; Zen, H.*; 渡邊 真太*; 鎌田 圭*; 岡野 泰彬*; 加藤 政博*; 保坂 将人*; et al.

Applied Physics Express, 13(8), p.085505_1 - 085505_4, 2020/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

CeドープGd$$_{3}$$Al$$_{2}$$Ga$$_{3}$$O$$_{12}$$(Ce:GAGG)シンチレーターにおける陽イオン空孔の存在を明らかにするために、ガンマ線誘起陽電子消滅寿命測定(GiPALS)法による測定を行った。GAGGおよびCe:GAGGのGiPALSスペクトルに現れる成分は、バルク中と欠陥に捕獲された状態の陽電子消滅であり、その結果2つの指数減衰成分で構成されている。Ce:Y$$_{3}$$Al$$_{5}$$O$$_{12}$$に関する研究から、欠陥に関連する構造はAl/Ga-Oの複空孔に起因するものであることが示唆された。この成分は、Ce, Mg:GAGGの方が小さくなり、その傾向はリン光の原因である浅い電子トラップの抑制と相関していた。酸素空孔は、Al/Ga空孔の電荷を補う役割をしている。欠陥に関連した構造における寿命は、Mg共ドーピングによって大幅に変化し、これは、酸素空孔とともに、Al/GaサイトでのMg$$^{2+}$$イオンとの集合体を考慮することで理解され、その結果、空孔クラスターが形成された。


How different is the core of $$^{25}$$F from $$^{24}$$O$$_{g.s.}$$ ?

Tang, T. L.*; 上坂 友洋*; 川瀬 頌一郎; Beaumel, D.*; 堂園 昌伯*; 藤井 俊彦*; 福田 直樹*; 福永 拓*; Galindo-Uribarri. A.*; Hwang, S. H.*; et al.

Physical Review Letters, 124(21), p.212502_1 - 212502_6, 2020/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:30.13(Physics, Multidisciplinary)

中性子過剰核$$^{25}$$Fの構造が($$p,2p$$)反応で調査した。$$pi 0d_{5/2}$$軌道の分光学的因子は1.0$$pm$$0.3と大きいが、一方で残留核である$$^{24}$$Oが基底状態である割合は約35%,励起状態は約0.65%であることが明らかになった。この結果は、$$^{25}$$Fのコア核$$^{24}$$Oは基底状態とは大きく異なり、$$^{24}$$Oの$$0d_{5/2}$$軌道に陽子がひとつ加わることで$$^{24}$$Oと$$^{25}$$Fの中性子軌道が相当に変化していると推測される。これは酸素同位体ドリップライン異常のメカニズムである可能性がある。


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:3 パーセンタイル:13.44(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。


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

 被引用回数:8 パーセンタイル:16.18(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。


Magnetization process of the $$n$$-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As:Be studied by X-ray magnetic circular dichroism

坂本 祥哉*; Anh, L. D.*; Hai, P. N.*; 芝田 悟朗*; 竹田 幸治; 小林 正起*; 高橋 文雄*; 小出 常晴*; 田中 雅明*; 藤森 淳*

Physical Review B, 93(3), p.035203_1 - 035203_6, 2016/01


 被引用回数:8 パーセンタイル:47.49(Materials Science, Multidisciplinary)

In order to investigate the mechanism of ferromagnetic ordering in the new $$n$$-type magnetic semiconductor (In,Fe)As codoped with Be, we have performed X-ray absorption spectroscopy and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) studies. The spectral line shapes suggest that the ferromagnetism is intrinsic, originating from Fe atoms incorporated into the zinc-blende-type InAs lattice. The magnetization curves of Fe measured by XMCD were well reproduced by the superposition of a Langevin function representing superparamagnetic (SPM) behavior of nanoscale ferromagnetic domains and a $$T$$-linear function representing Curie-Weiss paramagnetism even much above the Curie temperatures. The data at 20 K showed a deviation from the Langevin behavior, suggesting a gradual establishment of macroscopic ferromagnetism on lowering temperature. The existence of nanoscale ferromagnetic domains indicated by the SPM behavior suggests spatial fluctuations of Fe concentration on the nanoscale.


Spin and orbital magnetic moments of Fe in the $$n$$-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As

小林 正起*; Anh, L. D.*; Hai, P. N.*; 竹田 幸治; 坂本 祥哉*; 門野 利治*; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; 山上 浩志; 原田 慈久*; et al.

Applied Physics Letters, 105(3), p.032403_1 - 032403_4, 2014/07


 被引用回数:1 パーセンタイル:94.28(Physics, Applied)

The electronic and magnetic properties of Fe atoms in the ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As codoped with Be have been studied by X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) at the Fe $$L_{2,3}$$ edge. The XAS and XMCD spectra showed simple spectral line shapes similar to Fe metal, but the ratio of the orbital and spin magnetic moments estimated using the XMCD sum rules was significantly larger than that of Fe metal, indicating a significant orbital moment of Fe 3$$d$$ electrons in (In,Fe)As:Be. The XMCD intensity as a function of magnetic field indicated hysteretic behavior of the superparamagnetic-like component due to discrete ferromagnetic domains. VC


Unveiling the impurity band induced ferromagnetism in the magnetic semiconductor (Ga,Mn)As

小林 正起*; 宗田 伊理也*; 竹田 幸治; 原田 慈久*; 藤森 淳*; Krempask$'y$, J.*; Schmitt, T.*; 大矢 忍*; 田中 雅明*; 尾嶋 正治*; et al.

Physical Review B, 89(20), p.205204_1 - 205204_8, 2014/05

 被引用回数:53 パーセンタイル:7.59(Materials Science, Multidisciplinary)

(Ga,Mn)As is a paradigm of a diluted magnetic semiconductor which shows ferromagnetism induced by doped hole carriers. With a few controversial models emerging from numerous experimental and theoretical studies, the mechanism of the ferromagnetism in (Ga,Mn)As still remains a puzzling enigma. In this article, we use soft X-ray angle-resolved photoemission spectroscopy to positively identify the ferromagnetic Mn 3d-derived impurity band (IB) in (Ga,Mn)As. The band appears dispersionless and hybridized with the light-hole band of the host GaAs. These findings conclude the picture of the valence-band structure of (Ga,Mn)As disputed for more than a decade. The nondispersive character of the IB and its location in vicinity of the valence-band maximum indicate that the Mn 3d-derived IB is formed as a split-off Mn-impurity state predicted by the Anderson.



津田 修一; 吉田 忠義; 中原 由紀夫; 佐藤 哲朗; 関 暁之; 松田 規宏; 安藤 真樹; 武宮 博; 谷垣 実*; 高宮 幸一*; et al.

JAEA-Technology 2013-037, 54 Pages, 2013/10




Probing carbon edge exposure of iron phthalocyanine-based oxygen reduction catalysts by soft X-ray absorption spectroscopy

丹羽 秀治*; 斎藤 信*; 小林 正起*; 原田 慈久*; 尾嶋 正治*; 守屋 彰悟*; 松林 克征*; 難波江 裕太*; 黒木 重樹*; 池田 隆司; et al.

Journal of Power Sources, 223, p.30 - 35, 2013/02

 被引用回数:16 パーセンタイル:43.7(Chemistry, Physical)

固体高分子形燃料電池用の非白金で、安価で、高性能の炭素正極触媒をデザインするには、酸素還元反応の活性点を明らかにすることが重要である。しかしながら、このような複雑な系においては通常用いられる原子・電子構造プローブにより活性点を直接特定するのは困難である。本研究では、炭素1${it s}$X線吸収分光を用いて鉄フタロシアニンをもとにした触媒の炭素構造を観察し、$$pi^{ast}$$吸収端以下に炭素端の露出を意味する構造を見いだした。またその強度は酸素還元活性とよく相関することがわかった。これらの結果は、炭素1${it s}$X線吸収分光を用いることにより炭素正極触媒における酸素還元活性の評価が端の露出の観点から可能であることを示している。


Study on the oxygen adsorption property of nitrogen-containing metal-free carbon-based cathode catalysts for oxygen reduction reaction

木内 久雄*; 丹羽 秀治*; 小林 正起*; 原田 慈久*; 尾嶋 正治*; 畳開 真之*; 難波江 裕太*; 黒木 重樹*; 柿本 雅明*; 池田 隆司; et al.

Electrochimica Acta, 82(1), p.291 - 295, 2012/10

 被引用回数:11 パーセンタイル:65.85(Electrochemistry)

含窒素ポリアミド(PA)と窒素を含まないフェノール樹脂(PhRs)由来の金属を含まない炭素触媒への酸素吸着特性を調べた。電気化学分析及びラマン分光からPA由来の炭素触媒はPhRs由来の物よりもより高い2電子酸素還元活性を示し、またより多くの欠陥を含むことがわかった。${it In-situ}$X線光電子分光からグラファイト状窒素が酸素吸着に寄与しPA由来の触媒ではC=Oが主な成分であることがわかった。これらの実験結果はグラファイト状窒素の近傍に吸着したC=O成分が2電子酸素還元の活性点であることを示唆している。


Indirect contribution of transition metal towards oxygen reduction reaction activity in iron phthalocyanine-based carbon catalysts for polymer electrolyte fuel cells

小林 正起*; 丹羽 秀治*; 斎藤 信*; 原田 慈久*; 尾嶋 正治*; 大渕 博宣*; 寺倉 清之*; 池田 隆司; 腰越 悠香*; 尾崎 純一*; et al.

Electrochimica Acta, 74, p.254 - 259, 2012/07

 被引用回数:45 パーセンタイル:15.57(Electrochemistry)



Review on the seismic safety of JRR-3 according to the revised regulatory code on seismic design for nuclear reactors

小林 哲也; 荒木 正明; 大場 敏充; 鳥居 義也; 竹内 真樹*

JAEA-Conf 2011-003, p.83 - 86, 2012/03

JRR-3 (Japan Research Reactor No.3) was built as the first domestic reactor in 1962. The large-scale modification including the removal and re-installation of the core was carried out from 1985 to 1990. The modified JRR-3 with the thermal power of 20 MW is a light water moderated and cooled, swimming pool type research reactor. After the modification, JRR-3 has been operated without major troubles. This paper presents about review on the seismic safety of JRR-3 according to the revised regulatory code on seismic design for nuclear reactors. In addition, some topics concerning damages in JRR-3 due to the Great East Japan Earthquake are presented.


Vacuum insulation of the high energy negative ion source for fusion application

小島 有志; 花田 磨砂也; Hilmi, A.*; 井上 多加志; 渡邊 和弘; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 戸張 博之; 小林 信一*; et al.

Review of Scientific Instruments, 83(2), p.02B117_1 - 02B117_5, 2012/02

 被引用回数:14 パーセンタイル:37.82(Instruments & Instrumentation)



Role of residual transition-metal atoms in oxygen reduction reaction in cobalt phthalocyanine-based carbon cathode catalysts for polymer electrolyte fuel cell

小林 正起*; 丹羽 秀治*; 原田 慈久*; 堀場 弘司*; 尾嶋 正治*; 大渕 博宣*; 寺倉 清之*; 池田 隆司; 腰越 悠香*; 尾崎 純一*; et al.

Journal of Power Sources, 196(20), p.8346 - 8351, 2011/10

 被引用回数:28 パーセンタイル:31.03(Chemistry, Physical)

コバルトフタロシアニンとフェノール樹脂の混合物の熱分解によって合成したコバルトフタロシアニン由来の炭素触媒中の炭素原子の電子構造をX線吸収微細構造分析と硬X線光電子分光を用いて調べた。Co K端XAFSスペクトルからほとんどのコバルト原子は金属状態であるが酸洗い後でも少量の酸化コバルト成分があることがわかった。また、XAFSとHXPESのプローブ長の違いから酸洗い後においてCoクラスタ凝集体の表面領域はおもに金属Coから構成されていることがわかった。酸洗い前後で電気化学的性質がほとんど変化しなかったことから、残存金属Co又は酸化Co自体は炭素カソード触媒の酸素還元反応活性にほとんど寄与しておらず、炭素や窒素等の軽元素がコバルトフタロシアニン由来炭素触媒の活性点を構成していると考えられる。


Acceleration of 500 keV negative ion beams by tuning vacuum insulation distance on JT-60 negative ion source

小島 有志; 花田 磨砂也; 田中 豊*; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 井上 多加志; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; 戸張 博之; 小林 信一*; et al.

AIP Conference Proceedings 1390, p.466 - 475, 2011/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:43.94



Conduction-band electronic states of YbInCu$$_4$$ studied by photoemission and soft X-ray absorption spectroscopies

内海 有希*; 佐藤 仁*; 栗原 秀直*; 間曽 寛之*; 平岡 耕一*; 小島 健一*; 飛松 浩明*; 大河内 拓雄*; 藤森 伸一; 竹田 幸治; et al.

Physical Review B, 84(11), p.115143_1 - 115143_7, 2011/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:66.87(Materials Science, Multidisciplinary)

典型的な価数揺動系であるYbInCu$$_4$$の価電子状態を、硬X線内殻光電子分光,軟X線吸収実験、及び軟X線光電子分光の温度依存性の実験から研究した。YbInCu$$_4$$の価数転移について、価電子帯からYb 4$$f$$状態への電荷移動で記述した。


Achievement of 500 keV negative ion beam acceleration on JT-60U negative-ion-based neutral beam injector

小島 有志; 花田 磨砂也; 田中 豊*; 河合 視己人*; 秋野 昇; 椛澤 稔; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 薄井 勝富; 佐々木 駿一; et al.

Nuclear Fusion, 51(8), p.083049_1 - 083049_8, 2011/08

 被引用回数:40 パーセンタイル:11.09(Physics, Fluids & Plasmas)



Demonstration of 500 keV beam acceleration on JT-60 negative-ion-based neutral beam injector

小島 有志; 花田 磨砂也; 田中 豊*; 河合 視己人*; 秋野 昇; 椛澤 稔; 小又 将夫; 藻垣 和彦; 薄井 勝富; 佐々木 駿一; et al.

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/03


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