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論文

A First glimpse at the shell structure beyond $$^{54}$$Ca; Spectroscopy of $$^{55}$$K, $$^{55}$$Ca, and $$^{57}$$Ca

小岩井 拓真*; Wimmer, K.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Barbieri, C.*; Duguet, T.*; Holt, J. D.*; 宮城 宇志*; Navr$'a$til, P.*; 緒方 一介*; et al.

Physics Letters B, 827, p.136953_1 - 136953_7, 2022/04

中性子過剰核$$^{54}$$Caでは、新魔法数34が発見されて以来、その構造を知るために多くの実験がなされてきたが、それを超える中性子過剰核の情報は全く知られてこなかった。本論文では、理化学研究所RIBFにて$$^{55}$$K, $$^{55}$$Ca, $$^{57}$$Caの励起状態から脱励起するガンマ線を初めて観測した結果を報告した。それぞれ1つのガンマ線しか得られなかったものの、$$^{55}$$Kおよび$$^{55}$$Caのデータは、それぞれ、陽子の$$d_{3/2}$$$$s_{1/2}$$軌道間のエネルギー差、中性子の$$p_{1/2}$$$$f_{5/2}$$軌道間のエネルギー差を敏感に反映し、両方とも最新の殻模型計算によって200keV程度の精度で再現できることがわかった。また、1粒子状態の程度を特徴づける分光学的因子を実験データと歪曲波インパルス近似による反応計算から求め、その値も殻模型計算の値と矛盾しないことがわかった。

論文

Japanese pediatric and adult atomic bomb survivor dosimetry; Potential improvements using the J45 phantom series and modern Monte Carlo transport

Griffin, K. T.*; 佐藤 達彦; 船本 幸代*; Chizhov, K.*; Domal, S.*; Paulbeck, C.*; Bolch, W.*; Cullings, H. M.*; Egbert, S. D.*; 遠藤 章; et al.

Radiation and Environmental Biophysics, 61(1), p.73 - 86, 2022/03

原爆生存者に対する線量評価は、放射線被ばくリスクを評価する上で極めて重要となる。原子力機構,放射線影響研究所,フロリダ大学,米国がんセンターらで構成する研究チームは、これまで、1945年の日本人体型を反映した成人,小児及び胎児を含む妊婦の人体模型を作成し、前方照射や等方照射など理想的な照射条件に対してその臓器線量を評価してきた。本研究では、原爆線量評価システムDS02に含まれる現実的な20照射条件に対して、成人及び小児の臓器線量を詳細に評価した。その結果、全線量は、造血組織,結腸,胃壁に関しては、従来手法(DS92)と比較してそれぞれ20%, 20%、及び15%の違いがあることが分かった。また中性子線量だけに着目すると、最大で2倍程度の差があることが分かった。

論文

Multiple deformation scheme in direct energy deposited CoCrNi medium entropy alloy at 210K

Kim, Y. S.*; Chae, H.*; Woo, W.*; Kim, D.-K.*; Lee, D.-H.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Lee, S. Y.*

Materials Science & Engineering A, 828, p.142059_1 - 142059_10, 2021/11

CoCrNi medium entropy alloy (MEA) and stainless steel 316L (SS316L) were manufactured by direct energy deposition of additive manufacturing (DED-AM). Exceptional mechanical properties of DED CoCrNi at 210K were achieved by the activities of a multiple deformation scheme that changed from dislocation slip to twinning-induced plasticity followed by transformation-induced plasticity. While SS316L at room temperature has micro-twins, CoCrNi at 210K exhibited nano-twins, resulting from lower stacking fault energy. Moreover, transformed hexagonal close-packed (HCP) phases were found near the face-centered cubic (FCC) {111} grain boundaries, where remarkable stacking faults and severe lattice distortion were measured.

論文

Investigation of the ground-state spin inversion in the neutron-rich $$^{47,49}$$Cl isotopes

Linh, B. D.*; Corsi, A.*; Gillibert, A.*; Obertelli, A.*; Doornenbal, P.*; Barbieri, C.*; Chen, S.*; Chung, L. X.*; Duguet, T.*; G$'o$mez-Ramos, M.*; et al.

Physical Review C, 104(4), p.044331_1 - 044331_16, 2021/10

理化学研究所のRIビームファクトリーにて中性子過剰$$^{47,49}$$Clの励起状態を$$^{50}$$Arからのノックアウト反応によって生成し、脱励起ガンマ線からそのエネルギー準位を測定した。また、陽子ノックアウトの運動量分布から$$^{49}$$Clの基底状態が$$3/2^+$$であることがわかった。その結果を大規模殻模型計算およびいくつかの第一原理計算と比較した。$$^{47,49}$$Cl同位体の基底状態および第一励起状態は、計算で用いた相互作用に敏感であることがわかった。それは、陽子の一粒子エネルギーと四重極集団運動との複雑な結合によるためであると考えられる。

論文

Pairing forces govern population of doubly magic $$^{54}$$Ca from direct reactions

Browne, F.*; Chen, S.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; 緒方 一介*; 宇都野 穣; 吉田 数貴; Achouri, N. L.*; 馬場 秀忠*; Calvet, D.*; et al.

Physical Review Letters, 126(25), p.252501_1 - 252501_7, 2021/06

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

理化学研究所RIビームファクトリーにて、中性子過剰核$$^{55}$$Scからの1陽子ノックアウト反応によって$$^{54}$$Caを生成し、そのエネルギー準位と反応断面積をガンマ線分光および不変質量分光によって得た。その結果を歪曲波インパルス近似による核反応計算と大規模殻模型による核構造計算を組み合わせた理論値と比較した。実験の準位と断面積は理論計算によってよく再現された。$$^{54}$$Caの正パリティ状態については、基底状態の生成断面積が励起状態のものに比べて圧倒的に大きいという結果が得られた。これは、$$^{55}$$Scでは中性子魔法数34が消滅し$$^{54}$$Caではその魔法数が存在するというこれまでの知見と一見矛盾するが、対相関による分光学的因子のコヒーレンスから理解することができる。

論文

First spectroscopic study of $$^{51}$$Ar by the ($$p$$,2$$p$$) reaction

Juh$'a$sz, M. M.*; Elekes, Z.*; Sohler, D.*; 宇都野 穣; 吉田 数貴; 大塚 孝治*; 緒方 一介*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; 馬場 秀忠*; et al.

Physics Letters B, 814, p.136108_1 - 136108_8, 2021/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:74.98(Astronomy & Astrophysics)

($$p$$,$$2p$$)反応と$$gamma$$線分光を用いて$$^{51}$$Arの束縛状態と非束縛状態の核構造研究を行った。実験結果と殻模型計算を比較することで、2つの束縛状態と6つの非束縛状態を決定した。$$^{51}$$Arの束縛状態を生成する反応断面積が小さいことから、これは中性子数32, 34の顕著なsub-shell closureが存在している確かな証拠と解釈できる。

論文

Enhancement of fatigue resistance by overload-induced deformation twinning in a CoCrFeMnNi high-entropy alloy

Lam, T.-N.*; Lee, S. Y.*; Tsou, N.-T.*; Chou, H.-S.*; Lai, B.-H.*; Chang, Y.-J.*; Feng, R.*; 川崎 卓郎; Harjo, S.; Liaw, P. K.*; et al.

Acta Materialia, 201, p.412 - 424, 2020/12

 被引用回数:13 パーセンタイル:92.23(Materials Science, Multidisciplinary)

We examined fatigue-crack-growth behaviors of CoCrFeMnNi high-entropy alloys (HEAs) under as-fatigued and tensile-overloaded conditions using neutron-diffraction measurements coupled with diffraction peak-profile analyses. We applied both high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and neutron-diffraction strain mapping for the complementary microstructure examinations. Immediately after a single tensile overload, the crack-growth-retardation period was obtained by enhancing the fatigue resistance, as compared to the as-fatigued condition. The combined mechanisms of the overload-induced larger plastic deformation, the enlarged compressive residual stresses and plastic-zone size, the crack-tip blunting ahead of the crack tip, and deformation twinning governed the pronounced macroscopic crack-growth-retardation behavior following the tensile overload.

論文

$$N$$ = 32 shell closure below calcium; Low-lying structure of $$^{50}$$Ar

Cort$'e$s, M. L.*; Rodriguez, W.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Holt, J. D.*; Men$'e$ndez, J.*; 緒方 一介*; Schwenk, A.*; 清水 則孝*; Simonis, J.*; et al.

Physical Review C, 102(6), p.064320_1 - 064320_9, 2020/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:35.83(Physics, Nuclear)

理化学研究所RIBFにおいて、$$N$$=32同位体である$$^{50}$$Arの低励起構造を陽子・中性子ノックアウト反応,多核子剥離反応,陽子非弾性散乱と$$gamma$$線分光によって調査した。すでに知られていた2つに加えて、3$$^{-}$$状態の候補を含む5つの状態を新たに確認した。$$gamma$$ $$gamma$$ coincidenceによって得られた準位図は$$sd-pf$$模型空間での殻模型計算やカイラル2体・3体力による第一原理計算と比較した。陽子・中性子ノックアウト反応断面積の理論との比較により、新たに発見された2つの状態は2$$^{+}$$状態であり、また以前に4$$^{+}_{1}$$とされていた状態も2$$^{+}$$であることが示唆された。

論文

Dosimetric impact of a new computational voxel phantom series for the Japanese atomic bomb survivors; Methodological improvements and organ dose response functions

佐藤 達彦; 船本 幸代*; Paulbeck, C.*; Griffin, K.*; Lee, C.*; Cullings, H.*; Egbert, S. D.*; 遠藤 章; Hertel, N.*; Bolch, W. E.*

Radiation Research, 194(4), p.390 - 402, 2020/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:0.01(Biology)

原爆生存者に対する被ばく線量評価は、幾何学形状人体ファントムと逆解きモンテカルロ放射線挙動解析計算コードを組み合わせて実施されており、その結果はDS02レポートにまとめられている。しかし、幾何学形状ファントムは、人体の詳細な解剖学的特性を表現しておらず、また、逆解きモンテカルロ計算手法はPHITSなど最新のモンテカルロ放射線挙動解析手法と比べて精度が良くない問題点が指摘されていた。そこで、1945年の日本人体形を詳細に模擬したボクセル形状ファントムを開発し、最新版PHITSを用いてそのファントム内の臓器線量を評価した。また、その計算手法を用いて様々な照射条件に対する臓器線量の応答関数を作成し、DS02に格納された原爆生存者各人の被ばくシナリオに対して瞬時に臓器線量を推定する手法を構築した。構築した手法は、将来のDS02の改訂に利用することができる。

論文

The Joint evaluated fission and fusion nuclear data library, JEFF-3.3

Plompen, A. J. M.*; Cabellos, O.*; De Saint Jean, C.*; Fleming, M.*; Algora, A.*; Angelone, M.*; Archier, P.*; Bauge, E.*; Bersillon, O.*; Blokhin, A.*; et al.

European Physical Journal A, 56(7), p.181_1 - 181_108, 2020/07

 被引用回数:73 パーセンタイル:99.41(Physics, Nuclear)

本論文では、核分裂と核融合のための統合評価済み核データファイルのバージョン3.3(JEFF-3.3)について説明する。中性子との反応が重要な核種の$$^{235}$$U, $$^{238}$$U, $$^{239}$$Pu, $$^{241}$$Am, $$^{23}$$Na, $$^{59}$$Ni, Cr, Cu, Zr, Cd, Hf, Au, Pb, Biについて、新しい核データ評価結果を示す。JEFF-3.3には、核分裂収率, 即発核分裂スペクトル, 核分裂平均中性子発生数の新しいデータが含まれる。更に、放射崩壊, 熱中性子散乱, ガンマ線放出, 中性子による放射化, 遅発中性子, 照射損傷に関する新しいデータも含まれている。JEFF-3.3は、TENDLプロジェクトのファイルで補完しており、光子, 陽子, 重陽子, 三重陽子, $$^{3}$$He核, アルファ粒子による反応ライブラリについては、TENDL-2017から採用した。また、不確かさの定量化に対する要求の高まりから、多くの共分散データが新しく追加された。JEFF-3.3を用いた解析の結果と臨界性, 遅発中性子割合, 遮蔽, 崩壊熱に対するベンチマーク実験の結果を比較することにより、JEFF-3.3は幅広い原子核技術の応用分野、特に原子力エネルギーの分野において優れた性能を持っていることが分かった。

論文

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:13 パーセンタイル:97.21(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。

論文

Stacking fault energy analyses of additively manufactured stainless steel 316L and CrCoNi medium entropy alloy using in situ neutron diffraction

Woo, W.*; Jeong, J.-S.*; Kim, D.-K.*; Lee, C. M.*; Choi, S.-H.*; Suh, J.-Y.*; Lee, S. Y.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎

Scientific Reports (Internet), 10(1), p.1350_1 - 1350_15, 2020/01

 被引用回数:10 パーセンタイル:82.97(Multidisciplinary Sciences)

Stacking fault energies (SFE) were determined in additively manufactured (AM) stainless steel (SS 316 L) and equiatomic CrCoNi medium-entropy alloys. In situ neutron diffraction was performed to obtain a number of faulting-embedded diffraction peaks simultaneously from a set of (hkl) grains during deformation. The peak profiles diffracted from imperfect crystal structures were analyzed to correlate stacking fault probabilities and mean-square lattice strains to the SFE. The result shows that averaged SFEs are 32.8 mJ/m$$^2$$ for the AM SS 316 L and 15.1 mJ/m$$^2$$ for the AM CrCoNi alloys. Meanwhile, during deformation, the SFE varies from 46 to 21 mJ/m$$^2$$ (AM SS 316 L) and 24 to 11 mJ/m$$^2$$ (AM CrCoNi) from initial to stabilized stages, respectively. The transient SFEs are attributed to the deformation activity changes from dislocation slip to twinning as straining.

論文

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

AA2019-0306.pdf:0.57MB

 被引用回数:21 パーセンタイル:92.26(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。

論文

Dosimetric impact of a new computational voxel phantom series for the Japanese atomic bomb survivors; Pregnant females

Paulbeck, C.*; Griffin, K.*; Lee, C.*; Cullings, H.*; Egbert, S. D.*; 船本 幸代*; 佐藤 達彦; 遠藤 章; Hertel, N.*; Bolch, W. E.*

Radiation Research, 192(5), p.538 - 561, 2019/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:42.47(Biology)

妊婦及び胎児の原爆生存者に対する被ばく線量評価は、放射線影響の疫学研究の上で極めて重要となる。従来は、女性の子宮壁に対する線量を妊婦及び胎児の被ばく線量と仮定していたが、本研究では、最新の計算科学記述を用いて受胎8, 15, 25, 38週齢の胎児及び妊婦に対する詳細人体モデルを構築し、その被ばく線量を精度よく計算した。その結果、従来手法では、光子及び中性子前方照射に対して最大で12-16%及び44-54%被ばく線量を過大評価していたことが分かった。これらの結果は、今後、妊婦及び胎児に対する放射線感受性の疫学調査を実施する上で、極めて重要となる。

論文

Dosimetric impact of a new computational voxel phantom series for the Japanese atomic bomb survivors; Children and adults

Griffin, K.*; Paulbeck, C.*; Bolch, W.*; Cullings, H.*; Egbert, S. D.*; 船本 幸代*; 佐藤 達彦; 遠藤 章; Hertel, N.*; Lee, C.*

Radiation Research, 191(4), p.369 - 379, 2019/04

 被引用回数:9 パーセンタイル:75.27(Biology)

原爆生存者に対する被ばく線量評価は、幼児・小児・成人の3年齢群に対する幾何学形状人体ファントムを用いて実施されており、最新の結果はDS02レポートにまとめられている。しかし、幾何学形状ファントムは、人体の詳細な解剖学的特性を表現しておらず、また、年齢群も3つでは不十分との指摘があった。そこで、1945年の日本人体系を詳細に模擬した6年齢群に対するボクセル形状ファントムを開発し、解剖学的な違いが線量評価に与える影響を調査した。その結果、典型的な原爆被ばく条件に対して光子及び中性子による臓器吸収線量は最大でそれぞれ25%及び70%程度異なることが明らかとなった。本成果は、今後、原爆生存者に対する線量再評価を行う際に役立つと考えられる。

論文

Battery-free, skin-interfaced microfluidic/electronic systems for simultaneous electrochemical, colorimetric, and volumetric analysis of sweat

Bandodkar, A. J.*; Gutruf, P.*; Choi, J.*; Lee, K.-H.*; 関根 由莉奈; Reeder, J. T.*; Jeang, W. J.*; Aranyosi, A. J.*; Lee, S. P.*; Model, J. B.*; et al.

Science Advances (Internet), 5(1), p.eaav3294_1 - eaav3294_15, 2019/01

 被引用回数:194 パーセンタイル:99.9(Multidisciplinary Sciences)

非侵襲でバイオマーカーを検出し得るウェアラブルデバイスが注目されている。しかしながら現在までに存在するウェアラブルデバイスはその電力源や検出部分などの小型化が困難であったことから重さや大きさの点でポータビリティに欠けていた。本研究では、バッテリーフリーでかつ電気的、呈色式を用いて重要バイオマーカーである塩化物, 乳酸, グルコース, pHを検出できるスウェットデバイスを開発した。

論文

Super-absorbent polymer valves and colorimetric chemistries for time-sequenced discrete sampling and chloride analysis of sweat via skin-mounted soft microfluidics

Kim, S. B.*; Zhang, Y.*; Won, S. M.*; Bandodkar, A. J.*; 関根 由莉奈; Xue, Y.*; Koo, J.*; Harshman, S. W.*; Martin, J. A.*; Park, J. M.*; et al.

Small, 14(12), p.1703334_1 - 1703334_11, 2018/03

 被引用回数:47 パーセンタイル:94.29(Chemistry, Multidisciplinary)

This paper introduces super absorbent polymer valves and colorimetric sensing reagents as enabling components of soft, skin-mounted microfluidic devices designed to capture, store and chemically analyze sweat released from eccrine glands. The valving technology enables robust means for guiding the flow of sweat from an inlet location into a collection of isolated reservoirs, in a well-defined sequence. Analysis in these reservoirs involves a color responsive indicator of chloride concentration with a formulation tailored to offer stable operation with sensitivity optimized for the relevant physiological range. Evaluations on human subjects with comparisons against ex situ analysis illustrate the practical utility of these advances.

論文

CIELO collaboration summary results; International evaluations of neutron reactions on uranium, plutonium, iron, oxygen and hydrogen

Chadwick, M. B.*; Capote, R.*; Trkov, A.*; Herman, M. W.*; Brown, D. A.*; Hale, G. M.*; Kahler, A. C.*; Talou, P.*; Plompen, A. J.*; Schillebeeckx, P.*; et al.

Nuclear Data Sheets, 148, p.189 - 213, 2018/02

 被引用回数:49 パーセンタイル:98.76(Physics, Nuclear)

CIELO国際協力では、原子力施設の臨界性に大きな影響を与える重要核種($$^{235}$$U, $$^{238}$$U, $$^{239}$$Pu, $$^{56}$$Fe, $$^{16}$$O, $$^{1}$$H)の中性子断面積データの精度を改善し、これまで矛盾していると考えられた点を解消することを目的として研究が行われた。多くの研究機関が参加したこのパイロットプロジェクトは、IAEAの支援も受けて、OECD/NEAの評価国際協力ワーキングパーティ(WPEC)のSubgroup 40として組織された。本CIELOプロジェクトは、新たな実験研究や理論研究を行う動機付けとなり、測定データを正確に反映し臨界性の積分テストに優れた新たな一連の評価済みライブラリとして結実した。本報告書は、これまでの研究成果と、本国際協力の次の段階の計画概要をまとめたものである。

論文

Baryon spectroscopy in $$(pi,2pi)$$ reactions with 10$$^{6}$$Hz pion beams at J-PARC

佐甲 博之; 長谷川 勝一; 細見 健二; 市川 裕大; 今井 憲一; Hicks, K.*; Ahn, J. K.*; Kim, S. H.*; Lee, J. W.*; Hwang, S. H.*

Proceedings of Science (Internet), 5 Pages, 2017/05

バリオン励起状態(N$$^{*}$$,$$Delta^{*}$$)は長年にわたって研究されてきたが、その性質や質量スペクトルに関する我々の知見は大変限られている。最近、Dynamical-Couple Channel (DCC)模型の発展により、$$(pi,2pi)$$反応がこれらの励起状態に大きく寄与することが分かってきた。しかしながら、$$(pi,2pi)$$反応データは1970年代に測定された24万事象に限られており、決定的に不足している。そのため、我々はJ-PARCにおいて統計を二桁上げるE45実験を提案した。この実験においては、$$10^6$$Hzの$$pi$$ビームを用いて超電導Helmholtz型双極磁石に設置したTime Projection Chamberでこれらの反応を測定する。これらの測定をビーム運動量を細かく変えながら高統計で測定する。本発表では実験の設計と準備状況、シミュレーションの結果を報告する。

論文

Colossal negative thermal expansion induced by magnetic phase competition on frustrated lattices in Laves phase compound (Hf,Ta)Fe$$_2$$

Li, B.; Luo, X. H.*; Wang, H.*; Ren, W. J.*; Yano, S.*; Wang, C.-W.*; Gardner, J. S.*; Liss, K.-D.*; Miao, P.*; Lee, S.-H.*; et al.

Physical Review B, 93(22), p.224405_1 - 224405_6, 2016/06

 被引用回数:33 パーセンタイル:83.88(Materials Science, Multidisciplinary)

Competition between ferromagnetic and antiferromagnetic phases on frustrated lattices in hexagonal Laves phase compound Hf$$_{0.86}$$Ta$$_{0.14}$$Fe$$_2$$ is investigated by using neutron diffraction as a function of temperature and magnetic fields and density-functional-theory calculations. At 325 K, the compound orders into the 120$$^{circ}$$ frustrated antiferromagnetic state with well-reduced magnetic moment and an in-plane lattice contraction simultaneously sets in. With further cooling down, however, the accumulated distortion in turn destabilizes this susceptible frustrated structure. The frustration is completely relieved at 255 K when the first-order transition to the ferromagnetic state takes place, where a colossal negative volumetric thermal expansion, $$-123 times 10^{-6}$$/K, is obtained. Meanwhile, the antiferromagnetic state can be suppressed by few Tesla magnetic fields, which results in a colossal positive magnetostriction. Such delicate competition is attributed to the giant magnetic fluctuation inherent in the frustrated antiferromagnetic state. Therefore, the magnetoelastic instability is approached even under a small perturbation.

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