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Phase-transition kinetics of magnetic skyrmions investigated by stroboscopic small-angle neutron scattering

中島 多朗*; 稲村 泰弘; 伊藤 崇芳*; 大石 一城*; 大池 広志*; 賀川 史敬*; 吉川 明子*; 田口 康二郎*; 加倉井 和久*; 十倉 好紀*; et al.

Physical Review B, 98(1), p.014424_1 - 014424_5, 2018/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:56.62(Materials Science, Multidisciplinary)



Structure of the magnetic excitations in the spin-1/2 triangular-lattice Heisenberg antiferromagnet Ba$$_{3}$$CoSb$$_{2}$$O$$_{9}$$

伊藤 沙也*; 栗田 伸之*; 田中 秀数*; 河村 聖子; 中島 健次; 伊藤 晋一*; 桑原 慶太郎*; 加倉井 和久*

Nature Communications (Internet), 8, p.235_1 - 235_6, 2017/08

 被引用回数:26 パーセンタイル:6.02(Multidisciplinary Sciences)

A spin-1/2 triangular-lattice Heisenberg antiferromagnet (TLHAF) is a prototypical frustrated quantum magnet, which exhibits remarkable quantum many-body effects that arise from the synergy between spin frustration and quantum fluctuation. The ground-state properties of a spin-1/2 TLHAF are theoretically well understood. However, magnetic excitations are less well understood and the theoretical consensus is limited. The experimental study of the magnetic excitations in spin-1/2 TLHAFs has also been limited. Here we show the whole picture of magnetic excitations in the spin-1/2 TLHAF Ba$$_{3}$$CoSb$$_{2}$$O$$_{9}$$ investigated by inelastic neutron scattering. Significantly different from the theory, the excitation spectra have a three-stage energy structure. The lowest first stage is composed of dispersion branches of single-magnon excitations. The second and third stages are dispersive continua accompanied by columnar continuum extending above 10 meV, which is six times larger than the exchange interaction J=1.67 meV. Our results indicate the necessity of a new theoretical framework.


Interaction of spin-orbital-lattice degrees of freedom; Vibronic state of the corner-sharing-tetrahedral frustrated spin system HoBaFe$$_{4}$$O$$_{7}$$ by dynamical Jahn-Teller effect

蒲沢 和也*; 石角 元志*; 河村 聖子; 川北 至信; 加倉井 和久*; 中島 健次; 佐藤 正俊*

Physical Review B, 95(10), p.104413_1 - 104413_7, 2017/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:77.18(Materials Science, Multidisciplinary)

A powder inelastic neutron-scattering study of HoBaFe$$_{4}$$O$$_{7}$$ (HBFO) revealed characteristic magnetic excitations associated with geometrical spin frustration. Dispersionless excitations in energy ($$omega$$) and wave-vector ($$Q$$) space are observed at several discrete energies. Some of them can be attributed to crystal-field excitations of Ho$$^{3+}$$ in octahedral symmetry, but the others are explained instead by the vibronic state of the Fe$$^{2+}$$ dynamical Jahn-Teller effect with orbit-spin coupling, indicating interaction among the spin, the orbital, and the lattice degree of freedom. The antiferromagnetic HBFO lattice has cubic symmetry, and both Fe$$^{2+}$$ and Fe$$^{3+}$$ reside on corner-sharing tetrahedra with a number ratio of 3:1. Even though Fe$$^{2+}$$ is a Jahn-Teller active ion in tetrahedral symmetry, the system does not exhibit any static lattice distortion to the lowest temperature studied (4 K). The observed excitations can be understood by considering the dynamical interaction among spin-orbital-lattice degrees of freedom, indicating that spin fluctuation due to the frustration effect induces the dynamical Jahn-Teller effect, although in most cases a Jahn-Teller active ion Fe$$^{2+}$$ takes the static Jahn-Teller effect in a magnetic oxide system.


Effects of Mg, Ag, and Al substitutions on magnetic excitations in the triangular-lattice antiferromagnet CuCrO$$_{2}$$

梶本 亮一; 中島 健次; 河村 聖子; 稲村 泰弘; 加倉井 和久; 外園 貴久*; 大園 怜*; 奥田 哲治*

Journal of the Physical Society of Japan, 82(5), p.054702_1 - 054702_6, 2013/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:60.28(Physics, Multidisciplinary)

Magnetic excitations in CuCrO$$_{2}$$, CuCr$$_{0.97}$$Mg$$_{0.03}$$O$$_{2}$$, Cu$$_{0.85}$$Ag$$_{0.15}$$CrO$$_{2}$$, and CuCr$$_{0.85}$$Al$$_{0.15}$$O$$_{2}$$ have been studied by powder inelastic neutron scattering to elucidate the element substitution effects on spin dynamics in the Heisenberg triangular-lattice antiferromagnet CuCrO$$_{2}$$. We found a variety of changes in the magnetic excitation spectra caused by the different types of the element substitutions. We argued that the origins of these changes in the magnetic excitations are the effects of doped holes or the change in dimensionality in magnetic correlations.


Uniaxial-pressure control of magnetic phase transitions in a frustrated magnet CuFe$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$O$$_{2}$$ (x =0, 0.018)

中島 多朗*; 満田 節生*; 高橋 慶一郎*; 吉冨 啓祐*; 増田 一也*; 金子 周史*; 本間 勇紀*; 小林 悟*; 北澤 英明*; 小坂 昌史*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 81(9), p.094710_1 - 094710_8, 2012/09

We have investigated effects of applied uniaxial pressure ($$p$$) on magnetic phase transitions in a triangular lattice antiferromagnet CuFeO$$_{2}$$ (CFO) and a slightly Ga-substituted compound CuFe$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$O$$_{2}$$ (CFGO) with $$x$$ = 0.018. We have performed neutron diffraction, spherical neutron polarimetry, magnetic susceptibility and pyroelectric measurements under $$p$$ up to 100 MPa applied on the [1$$bar1$$0] surfaces of the single crystal samples.


Uniaxial-pressure control of magnetic phase transitions in a frustrated magnet CuFe$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$O$$_{2}$$ ($$x$$ = 0, 0.018)

中島 多朗*; 満田 節生*; 高橋 慶一郎*; 吉冨 啓祐*; 増田 一也*; 金子 周史*; 本間 勇紀*; 小林 悟*; 北澤 英明*; 小坂 昌史*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 81(9), p.094710_1 - 094710_8, 2012/09

 被引用回数:10 パーセンタイル:39.2(Physics, Multidisciplinary)

We have investigated effects of applied uniaxial pressure ($$p$$) on magnetic phase transitions in a triangular lattice antiferromagnet CuFeO$$_{2}$$ (CFO) and a slightly Ga-substituted compound CuFe$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$O$$_{2}$$ (CFGO) with $$x$$ = 0.018 by spherical neutron polarimetry. In both of CFO and CFGO ($$x$$ = 0.018), the application of $$p$$ significantly increases the transition temperature from the paramagnetic phase to a collinear incommensurate antiferromagnetic phase. This suggests that the application of $$p$$ breaks equilateral symmetry of the triangular lattice and partially relieves geometrical spin frustration, which generally suppresses long-range magnetic orderings. Thus we demonstrated that uniaxial pressure can be an effective tool to control magnetic phase transitions in frustrated magnets.


ToF inelastic neutron scattering studies on quantum spin systems (CuCl)La$$B_2$$O$$_7$$ ($$B$$ = Nb, Ta)

河村 聖子; 中島 健次; 稲村 泰弘; 辻本 吉廣*; 北田 敦*; 竹入 史隆*; 陰山 洋*; 網代 芳民*; 西 正和*; 加倉井 和久

Journal of Physics; Conference Series, 320, p.012037_1 - 012037_5, 2011/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

(CuCl)LaNb$$_2$$O$$_7$$の磁気基底状態はギャップ$$Delta E sim 2.3$$meVを持つスピン1重項状態であることが提唱されており、一方(CuCl)LaTa$$_2$$O$$_7$$は反強磁性秩序を基底状態に持つ。これらの系は、最近接及び次近接の交換相互作用の競合によりフラストレートした量子スピン系としてふるまうことが示唆されている。われわれは、ToF中性子非弾性散乱法を用いて、これらの系における磁気励起の研究を行ってきた。測定は、J-PARCに設置されたディスクチョッパー型分光器アマテラスを用いて、(CuCl)LaNb$$_2$$O$$_7$$及び(CuCl)LaTa$$_2$$O$$_7$$粉末試料に対して行った。両試料において、バンド状の励起が、$$Delta E sim 2$$meV近傍で観測された。(CuCl)LaNb$$_2$$O$$_7$$については、観測された2meV周辺での磁気励起の積分強度の$$Q$$依存性は3軸分光器で観測された結果をよく再現しており、スピン1重項ダイマーの性質を示している。一方、反強磁性相における(CuCl)LaTa$$_2$$O$$_7$$は、それとは異なる$$Q$$依存性を示した。


AMATERAS; A Cold-neutron disk chopper spectrometer

中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥; 中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; 柴田 薫; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.B), p.SB028_1 - SB028_6, 2011/05

 被引用回数:72 パーセンタイル:6.56(Physics, Multidisciplinary)



Temperature and Ag doping effect on magnetic excitations in the quasi-two-dimensional triangular lattice antiferromagnet CuCrO$$_2$$ studied by inelastic neutron scattering

梶本 亮一; 中島 健次; 河村 聖子; 稲村 泰弘; 加倉井 和久; 新井 正敏; 外園 貴久*; 大園 怜*; 奥田 哲治*

Journal of the Physical Society of Japan, 79(12), p.123705_1 - 123705_4, 2010/12

 被引用回数:21 パーセンタイル:24.29(Physics, Multidisciplinary)

We have studied magnetic excitations in quasi two-dimensional triangular lattice antiferromagnets CuCrO$$_2$$ and Cu$$_{0.85}$$Ag$$_{0.15}$$CrO$$_2$$ by inelastic neutron scattering. CuCrO$$_{2}$$ has two types of magnetic excitations: the one is highly dispersive, while the other is less dispersive and spreads over a wide $$Q$$ range. With increasing the temperature, the weight of the latter component transfers to a lower energy, and the spin dynamics becomes a mixture of disordered spin wave and another diffusive component. The Ag doping induces similar spin dynamics even at 5 K. This manifests the impact of the Ag doping on the magnetic correlations and gives a clue to understand the unconventional spin state in the Ag doped CuCrO$$_{2}$$.


Exchange-striction associated with the elliptical proper helical magnetic structure in the ferroelectric phase of CuFe$$_{1-y}$$Ga$$_{y}$$O$$_{2}$$

寺田 典樹*; 中島 多朗*; 満田 節生*; 松田 雅昌; 加倉井 和久; 田中 義人*; 北澤 英明*

Journal of Physics; Conference Series, 211(1), p.012005_1 - 012005_6, 2010/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:28.52

Detailed magnetic structure in the ferroelectric phase of CuFe$$_{1-y}$$Ga$$_{y}$$O$$_{2}$$ has been recently determined to be proper helical structure with the ellipcity of $$sim$$ 0.9 by the comprehensive neutron diffraction study. In the present study, we have investigated the lattice modulation associated with the elliptical magnetic structure, using resonant X-ray diffraction measurements on CuFe$$_{0.965}$$Ga$$_{0.035}$$O$$_{2}$$. We observed the superlattice reflection indexed as (0, 1+2$$q$$$$_{rm m}$$, 0), where $$q$$$$_{rm m}$$ is the wave number of the magnetic modulation. The energy spectrum near the Fe-$$K$$ absorption edge for the superlattice peak intensity conforms with that for the fundamental (0, 2, 0) intensity, suggesting that the superlattice modulation is at least associated with the displacements of the Fe ions, The origin of the superlattice modulation is discussed within the exchange-striction model.


Improvement of the quality and stability of electron bunch using countercrossing laser beam

小瀧 秀行; 大東 出; 神門 正城; 林 由紀雄; Ma, J.-L.; Chen, L.-M.; Esirkepov, T. Z.; 福田 祐仁; 本間 隆之; Pirozhkov, A. S.; et al.

IEEE Transactions on Plasma Science, 36(4), p.1760 - 1764, 2008/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:63.36(Physics, Fluids & Plasmas)

高強度レーザーで励起されるプラズマウェーク場によって小型の高品質電子ビーム源をつくることが可能となる。しかし、1パルスの場合、電子のトラップと加速を同一のレーザーパルスで行うため、安定領域が非常に狭く、電子の発生が不安定になってしまう。そこで、2パルス衝突型の高品質電子ビーム発生を行った。3TW,70fsのチタンサファイアレーザーを用いて、衝突角45$$^{circ}$$での2パルスクロスでの高品質電子ビーム発生実験を行った。この実験により、ピークエネルギー14MeV,エネルギー分散11%,電荷量22pC,規格化エミッタンス1.6$$pi$$mm mrad,単色電子の発生率50%で高品質電子ビーム発生に成功した。2パルスの使用により、ウェーク場への電子トラップと加速とが分離でき、レーザーやプラズマ密度等のパラメーターを最適化することにより安定な高品質電子ビーム発生が可能であることを示した。


Counter-crossing injection for stable high-quality electron beam generation via laser-plasma interaction

小瀧 秀行; 大東 出; 林 由紀雄; Ma, J.-L.; Chen, L.-M.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; 福田 祐仁; 本間 隆之; Pirozhkov, A. S.; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 112(4), p.042031_1 - 042031_4, 2008/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:39.61

高強度レーザーで励起されるプラズマウェーク場によって小型の高品質電子ビーム源をつくることが可能となる。しかし、1パルスの場合、電子のトラップと加速を同一のレーザーパルスで行うため、安定領域が非常に狭く、電子の発生が不安定になってしまう。そこで、2パルス衝突型の高品質電子ビーム発生を行った。3TW, 70fsのチタンサファイアレーザーを用いて、衝突角45$$^{circ}$$での2パルスクロスでの高品質電子ビーム発生実験を行った。この実験により、ピークエネルギー14MeV,エネルギー分散11%,電荷量22pC,規格化エミッタンス1.6$$pi$$mm mrad,単色電子の発生率50%で高品質電子ビーム発生に成功した。2パルスの使用により、ウェーク場への電子トラップと加速とが分離でき、レーザーやプラズマ密度等のパラメーターを最適化することにより安定な高品質電子ビーム発生が可能であることを示した。


Elongation of plasma channel for electron acceleration

Chen, L.-M.; 中島 一久; Hong, W.*; Hua, J. F.*; 亀島 敬; 小瀧 秀行; 杉山 精博*; Wen, X.*; Wu, Y.*; Tang, C.*; et al.

Chinese Optics Letters, 5(S1), p.S133 - S135, 2007/05

Experiments for the laser guiding studies has been carried out with the 30 fs, 100 TW laser pulse interaction with the long slab and discharged capillary of underdense plasma. Formation of extremely long plasma channel with its length 10 times above the Rayleigh length is observed when the laser pulse power is much higher than the critical power for relativistic self-focusing. The long self-guiding channel formation is accompanied by the quasi-monoenergetic electron acceleration with a low transverse emittance and high electric current (10 nC/shot). In order to continuously elongate plasma channel, a 4 cm-scale discharged capillary was used. We successfully demonstrated laser-plasma acceleration of high-quality electron beams up to nearly GeV. Our results exactly verified the prediction of laser-wakefield acceleration through a cm-scale plasma channel in the blowout bubble regime.


Self-guiding of 100 TW femtosecond laser pulses in centimeter-scale underdense plasma

Chen, L.-M.; 小瀧 秀行; 中島 一久*; Koga, J. K.; Bulanov, S. V.; 田島 俊樹; Gu, Y. Q.*; Peng, H. S.*; Wang, X. X.*; Wen, T. S.*; et al.

Physics of Plasmas, 14(4), p.040703_1 - 040703_4, 2007/04

 被引用回数:35 パーセンタイル:19.84(Physics, Fluids & Plasmas)



Cold-neutron disk-chopper spectrometer at J-PARC

中島 健次; 中村 充孝; 梶本 亮一; 長壁 豊隆; 加倉井 和久; 松田 雅昌; 目時 直人; 脇本 秀一; 佐藤 卓*; 伊藤 晋一*; et al.

Journal of Neutron Research, 15(1), p.13 - 21, 2007/03

われわれは、J-PARCの物質・生命科学実験施設に設置する中性子分光器の1つとして、冷性子ダブルチョッパー型分光器を検討している。この分光器は、冷中性子から熱中性子領域にかけての非弾性散乱測定を高効率かつ高い自由度で実現することが期待される装置である。2つの高速ディスクチョッパーを装備し、減速材から得られる中性子パルスの波形を任意に整形することで、これまで直接配置型分光器にはあまり向かないとされてきた結合型減速材の高いピーク強度を装置の性能を損ねることなく利用する。本装置では、$$E_{i}$$=1$$sim$$20meVの比較的低エネルギー領域で高分解能($$Delta E/E_{i}geq1$$%@20meV),大強度(試料位置で10$$^6$$n/cm$$^2$$/sec.@$$E_{i}$$=20meV, $$Delta E/E_{i}=3$$%)の最高性能を実現し、さらに最大で$$E_{i}$$=80meV程度までの測定に対応する。この広いエネルギー範囲で、3.5srの立体角をカバーする検出器により広い$$Q$$領域にわたって、最高$$Delta Q/k_{i}geq0.5$$%程度のQ分解能で非弾性散乱を測定し、物性物理から材料化学,生体物質の広範囲の研究課題を視野に入れている。


Focusing quality of a split short laser pulse

小瀧 秀行; 大石 祐嗣*; 名雪 琢弥*; 藤井 隆*; 根本 孝七*; 中島 一久

Review of Scientific Instruments, 78(3), p.036102_1 - 036102_3, 2007/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)



20 MeV quasi-monoenergetic electron beam production by using JLITE-X laser system at JAEA-APRC

森 道昭; 神門 正城; 大東 出; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Esirkepov, T. Z.; 中島 一久; 大道 博行; et al.

International Journal of Modern Physics B, 21(3&4), p.407 - 414, 2007/02

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



Experimental study on $$K$$$$_{alpha}$$ X-ray emission from intense femtosecond laser-solid interactions

Xu, M. H.*; Chen, L.-M.; Li, Y.-T.*; Yuan, X.-H.*; Liu, Y.-Q.*; 中島 一久; 田島 俊樹; Wang, Z.-H.*; Wei, Z.-Y.*; Zhao, W.*; et al.

Acta Physica Sinica, 56(1), p.353 - 358, 2007/01



Transverse dynamics and energy tuning of fast electrons generated in sub-relativistic intensity laser pulse interaction with plasmas

森 道昭; 神門 正城; 大東 出; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 山崎 淳; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Koga, J. K.; 中島 一久; et al.

Physics Letters A, 356(2), p.146 - 151, 2006/07

 被引用回数:44 パーセンタイル:14.87(Physics, Multidisciplinary)



Laser acceleration activity at JAEA-QuBS-APRC; Recent activity

森 道昭; 神門 正城; 大東 出; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 小倉 浩一; 匂坂 明人; 中島 一久; 大道 博行; Bulanov, S. V.; et al.

Proceedings of the International Workshop on Quark Nuclear Physics 2006, p.201 - 206, 2006/00


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