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論文

Emergent spin-1 Haldane gap and ferroelectricity in a frustrated spin-$$frac{1}{2}$$ ladder

上田 宏*; 小野田 繁樹*; 山口 泰弘*; 木村 剛*; 吉澤 大智*; 森岡 俊晶*; 萩原 政幸*; 萩原 雅人*; 左右田 稔*; 益田 隆嗣*; et al.

Physical Review B, 101(14), p.140408_1 - 140408_6, 2020/04

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

We report experimental and theoretical evidence that Rb$$_2$$Cu$$_2$$Mo$$_3$$O$$_{12}$$ has a nonmagnetic tetramer ground state of a two-leg ladder comprising antiferromagnetically coupled frustrated spin-$$frac{1}{2}$$ chains and exhibits a Haldane spin gap of emergent spin-1 pairs. Three spin excitations split from the spin-1 triplet by a Dzyaloshinskii-Moriya interaction are identified in inelastic neutron-scattering and electron spin resonance spectra. A tiny magnetic field generates ferroelectricity without closing the spin gap, indicating a unique class of ferroelectricity induced by a vector spin chirality order.

論文

SENJU; A New time-of-flight single-crystal neutron diffractometer at J-PARC

大原 高志; 鬼柳 亮嗣; 及川 健一; 金子 耕士; 川崎 卓郎; 田村 格良; 中尾 朗子*; 花島 隆泰*; 宗像 孝司*; 茂吉 武人*; et al.

Journal of Applied Crystallography, 49(1), p.120 - 127, 2016/02

 被引用回数:33 パーセンタイル:94.36(Chemistry, Multidisciplinary)

SENJU, a time-of-flight Laue-type single-crystal neutron diffractometer, was developed at the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of the Japan Accelerator Research Complex (J-PARC). Molecular structure analysis of a sub-millimeter taurine crystal and magnetic structure analysis of a MnF$$_{2}$$ crystal were performed to evaluate its performance.

論文

Instrument design and performance evaluation of a new single crystal neutron diffractometer SENJU at J-PARC

及川 健一; 川崎 卓郎; 大原 高志; 鬼柳 亮嗣; 金子 耕士; 田村 格良; 中村 龍也; 原田 正英; 中尾 朗子*; 花島 隆泰*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.014013_1 - 014013_5, 2014/03

新しいTOF型単結晶中性子回折装置がJ-PARC/MLFのBL18に設置された。本装置「SENJU」は、低温高磁場のような多重極限環境下において1.0mm$$^3$$未満の小さな単結晶を使用して精密な結晶構造や磁気構造解析を実現するために設計された。2012年3月5日に、本装置へ初中性子が導かれ、その後SENJUのハードウェア及びソフトウェアが設計通り機能していることが確認された。また、幾つかの有機及び無機の標準的な単結晶を用いて回折実験が行われた。これらの測定では、高いQ領域(d$$<$$ 0.5 $AA)$のブラッグ反射が明確に測定され、精度よく解析された。発表では、SENJUの装置設計及びその性能評価を詳細に報告する。

論文

Role of magnetic chirality in polarization flip upon a commensurate-incommensurate magnetic phase transition in YMn$$_{2}$$O$$_{5}$$

脇本 秀一; 木村 宏之*; 坂本 勇馬*; 福永 守*; 野田 幸男*; 武田 全康; 加倉井 和久

Physical Review B, 88(14), p.140403_1 - 140403_5, 2013/10

 被引用回数:17 パーセンタイル:64.18(Materials Science, Multidisciplinary)

We have performed simultaneous measurements of magnetic chirality by using polarized neutrons and electric polarization along the $$b$$-axis of single crystals of YMn$$^{4+}$$(Mn$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$)$$^{3+}$$O$$_{5}$$ with $$x=0.047$$ and $$0.12$$, in which nonmagnetic Ga-ions dilute Mn$$^{3+}$$ spins. Measurements conducted under zero field heating after various field-cooling conditions evidence that the magnetic chirality of Mn$$^{4+}$$ cycloidal spins plays a dominant role in the incommensurate magnetic (ICM) phase, whereas the magnetic exchange striction by the Mn$$^{4+}$$-Mn$$^{3+}$$ chain plays a dominant role in the commensurate magnetic (CM) phase. The polarization of YMn$$_{2}$$O$$_{5}$$ flips upon CM to ICM phase transition because the ferroelectricity driven by the magnetic chirality and the exchange striction provides opposite directions of polarization.

論文

Higgs transition from a magnetic Coulomb liquid to a ferromagnet in Yb$$_{2}$$Ti$$_{2}$$O$$_{7}$$

Chang, L.-J.*; 小野田 繁樹*; Su, Y.*; Kao, Y.-J.*; Tsuei, K.-D.*; 安井 幸夫*; 加倉井 和久; Lees, M. R.*

Nature Communications (Internet), 3, p.992_1 - 992_7, 2012/08

 被引用回数:153 パーセンタイル:97.72(Multidisciplinary Sciences)

Experiments on dipolar spin ice have established a magnetic Coulomb phase where monopoles obey the magnetic Coulomb law. With quantum-mechanical interactions, these magnetic charges are carried by fractionalized bosonic quasi-particles, spinons, which can undergo Bose-Einstein condensation through a first-order transition via the Higgs mechanism. In this paper, we report evidence of a Higgs transition from a magnetic Coulomb liquid to a ferromagnet in single-crystal Yb$$_{2}$$Ti$$_{2}$$O$$_{7}$$. Polarised neutron scattering experiments show that the magnetic diffuse [111]-rod scattering and pinch-point features, typical features of magnetic Coulomb liquid phase, are suddenly suppressed below Tc $$sim$$ 0.21 K, where magnetic Bragg peaks and a full depolarisation of the neutron spins are observed with thermal hysteresis, indicating a first-order ferromagnetic transition. These experimental observations are explained from a quantum spin-ice model, whose high-temperature phase belongs to the magnetic Coulomb phase, while the ground state shows a nearly collinear ferromagnetism.

論文

Current status of a time-of-flight single crystal neutron diffractometer SENJU at J-PARC

田村 格良; 及川 健一; 川崎 卓郎; 大原 高志; 金子 耕士; 鬼柳 亮嗣; 木村 宏之*; 高橋 美和子; 清谷 多美子*; 新井 正敏; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 340, p.012040_1 - 012040_4, 2012/02

 被引用回数:10 パーセンタイル:94.91

SENJU is a state-of-the-art single crystal time-of-flight Laue diffractometer in Materials and Life Science Experimental Facility at Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). The diffractometer is designed for precise crystal and magnetic structure analyses under multiple extreme conditions, such as low temperature, high-pressure, high-magnetic field. A measurement using small sample less than 1.0 mm$$^{3}$$ will be also realized, which allows us to study wide variety of materials. SENJU is aimed at a poisoned decoupled moderator to obtain peak profiles of Bragg reflection, and intensity distributions of superlattice reflections and diffuse scatterings with good accuracy. At the beginning, the diffractometer will have 31 two-dimensional scintillator detectors to cover wide area of reciprocal lattice space by a single measurement. The instrument is currently under construction and is scheduled to start on-beam commissioning by the end of 2011.

論文

A Novel technique for monitoring the reproducibility of laser tape-target interactions using an X-ray pinhole camera

小倉 浩一; 福見 敦*; Li, Z.*; 織茂 聡; 匂坂 明人; 西内 満美子; 加道 雅孝; 森 道昭; 余語 覚文; 林 由紀雄; et al.

Journal of the Vacuum Society of Japan, 52(10), p.570 - 574, 2009/10

高強度レーザーで生成される相対論的プラズマを正確に制御するためには、レーザープラズマ生成用ターゲットの位置を正確に制御する必要がある。このためには集光されるレーザー光のレーリー長より小さな精度でレーザーショットごとにプラズマの発生する位置をモニターする必要がある。ここでは、X線ピンホールカメラを用いてレーリー長より十分小さい約20ミクロンの精度でプラズマの位置を観測できる技術を開発した。

論文

Spin chirality and electric polarization in multiferroic compounds RMn$$_2$$O$$_5$$ ($$R$$ = Ho, Er)

脇本 秀一; 木村 宏之*; 福永 守*; 西畑 敬介*; 武田 全康; 加倉井 和久; 野田 幸男*; 十倉 好紀*

Physica B; Condensed Matter, 404(17), p.2513 - 2516, 2009/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:22.79(Physics, Condensed Matter)

Polarized neutron scattering experiments under electric field in the commensurate phase of HoMn$$_2$$O$$_5$$ and ErMn$$_2$$O$$_5$$ have been performed to study the direct relation between the electric polarization and the magnetic chirality $$S_i times S_j$$. It is found that, after cooling in electric fields down to temperatures where the system has both commensurate magnetic order and ferroelectricity, the magnetic chirality is proportional to the polarization.

論文

Magnetic-field-induced polarization flop in multiferroic TmMn$$_{2}$$O$$_{5}$$

福永 守*; 坂本 勇馬*; 木村 宏之*; 野田 幸男*; 阿部 伸行*; 谷口 耕治*; 有馬 孝尚*; 脇本 秀一; 武田 全康; 加倉井 和久; et al.

Physical Review Letters, 103(7), p.077204_1 - 077204_4, 2009/08

 被引用回数:47 パーセンタイル:87.03(Physics, Multidisciplinary)

We discovered a reversible electric polarization flop from the $$a$$ axis ($$P_a$$) to the $$b$$ axis ($$P_b$$) in multiferroic TmMn$$_{2}$$O$$_{5}$$ below 5 K by applying a magnetic field of approximately 0.5 T along the $$c$$ axis. This phenomenon is the first example of the rare-earth ($$R$$) compound $$R$$Mn$$_{2}$$O$$_{5}$$. This magnetic-field-induced polarization flop corresponds to a magnetic phase transition from one incommensurate magnetic (ICM) $$P_a$$ phase to another ICM $$P_b$$ phase, which is equivalent to an ICM $$P_b$$ phase above 5 K under no magnetic field. The spin chirality in the $$bc$$ plane, which was observed in the $$P_b$$ phase by polarized neutron diffraction, disappeared in the ICM $$P_a$$ phase. This indicates that the polarization in the ICM phases of TmMn$$_2$$O$$_5$$ was induced by an $$S_i times S_j$$ type interaction.

論文

Visualizing rattling in PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$ by single crystal neutron diffraction and maximum-entropy analysis

金子 耕士; 目時 直人; 木村 宏之*; 野田 幸男*; 松田 達磨; 神木 正史*

Journal of the Physical Society of Japan, 78(7), p.074710_1 - 074710_4, 2009/07

 被引用回数:18 パーセンタイル:70.47(Physics, Multidisciplinary)

PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$におけるラットリングの詳細な描像を得るため、単結晶中性子回折及びマキシマムエントロピー解析を行った。室温では、Sbカゴ中で、非等方的に広く分布するPrの核密度が得られた。通常との異なる分布形状は、Prのポテンシャルにおける顕著な非調和性を示している。室温では、Prの最大核密度はオフセンター位置に存在しているが、低温の8Kではカゴの中心へと変化する。この結果は、PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$におけるラットリングは、オフセンターポテンシャルを伴わない、強い非調和性を持つ振動であることを示唆している。

論文

Charge excitations in the stripe-ordered La$$_{5/3}$$Sr$$_{1/3}$$NiO$$_{4}$$ and La$$_{2-x}$$(Ba,Sr)$$_{x}$$CuO$$_{4}$$ superconducting compounds

脇本 秀一; 木村 宏之*; 石井 賢司; 池内 和彦; 足立 匡*; 藤田 全基*; 加倉井 和久; 小池 洋二*; 水木 純一郎; 野田 幸男*; et al.

Physical Review Letters, 102(15), p.157001_1 - 157001_4, 2009/04

 被引用回数:24 パーセンタイル:76.17(Physics, Multidisciplinary)

Charge excitations in stripe-ordered 214 compounds, La$$_{5/3}$$Sr$$_{1/3}$$NiO$$_{4}$$ and 1/8-doped La$$_{2-x}$$(Ba, Sr)$$_{x}$$CuO$$_{4}$$ are studied using resonant inelastic X-ray scattering in hard X-ray regime. We are observing $$simeq 1$$ eV excitations with the momentum transfer corresponding to the charge stripe spatial period both for the diagonal (nickelate) and parallel (cuprates) stripes. They are interpreted as collective stripe excitations or anomalous softening of the charge excitonic modes of the in-gap states.

論文

Magnetic-field-induced magnetic phase transitions associated with ferroelectricity in multiferroic ErMn$$_{2}$$O$$_{5}$$

木村 宏之*; 脇本 秀一; 福永 守*; 野田 幸男*; 金子 耕士; 目時 直人; 加倉井 和久; 近 桂一郎*

Journal of the Physical Society of Japan, 78(3), p.034718_1 - 034718_5, 2009/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:39(Physics, Multidisciplinary)

Microscopic magnetic properties under the application of a magnetic field were investigated in multiferroic ErMn$$_{2}$$O$$_{5}$$ using neutron diffraction. Below $$T$$= 8K upon applying a magnetic field along the $$c$$-axis, an incommensurate-commensurate-incommensurate magnetic phase transition occurred. On the contrary, when the magnetic field was applied parallel to the $$a$$-axis, no phase transition occurred up to $$H$$= 5T. $$H$$-$$T$$ phase diagrams obtained in the present study show a one-to-one correspondence with $$H$$-$$T$$ phase diagrams for previously obtained dielectric properties, indicating that the field-induced dielectric transition was triggered by magnetic phase transition. The contrastive phase diagram between $$H$$$$c$$ and $$H$$$$a$$ suggests that the induced Er$$^{3+}$$ magnetic moment contributed significantly to the magnetic and dielectric responses to the magnetic field.

論文

Spiral spin structures and origin of the magnetoelectric coupling in YMn$$_2$$O$$_5$$

Kim, J.-H.*; Lee, S.-H.*; Park, S. I.*; Kenzelmann, M.*; Harris, A. B.*; Schefer, J.*; Chung, J.-H.*; Majkrzak, C. F.*; 武田 全康; 脇本 秀一; et al.

Physical Review B, 78(24), p.245115_1 - 245115_10, 2008/12

 被引用回数:38 パーセンタイル:81.05(Materials Science, Multidisciplinary)

By combining neutron four-circle diffraction and polarized neutron-diffraction techniques we have determined the complex spin structures of a multiferroic YMn$$_2$$O$$_5$$ that exhibits two ferroelectric phases at low temperatures. The obtained magnetic structure has spiral components in both the low-temperature ferroelectric phases that are magnetically commensurate and incommensurate, respectively. Among proposed microscopic theories for the magnetoelectric coupling, our results are consistent with both the spin-current mechanism and the magnetostriction mechanism. Our results also explain why the electric polarization changes at the low-temperature commensurate-to-incommensurate phase transition.

論文

J-PARCの拓く凝縮系科学

藤井 保彦; 新井 正敏; 門野 良典*; 金谷 利治*; 神山 崇*; 新村 信雄*; 野尻 浩之*; 野田 幸男*; 八木 健彦*; 山田 和芳*

固体物理, 43(7), p.441 - 450, 2008/07

平成20年12月から利用を開始するJ-PARC/MLF(中性子,ミュオン)において、凝縮系科学分野で計画している新しい科学を切り拓く研究を各分野の専門家がそれぞれの夢も交えて紹介している。

論文

Strong anharmonicity of Pr thermal vibration in heavy fermion superconductor PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$

金子 耕士; 目時 直人; 木村 宏之*; 野田 幸男*; 松田 達磨; 神木 正史*

Physica B; Condensed Matter, 403(5-9), p.874 - 876, 2008/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:6.77(Physics, Condensed Matter)

Pr系初の重い電子系超伝導体PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$において、希土類イオンが示す特異な熱振動-ラットリングについても物性への関与や超伝導との関連が議論されている。そこで、温度因子を含む詳細な構造を、回折実験より明らかにすることを目指した。単結晶中性子回折実験及びMEM解析により得られたPrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$の室温での核散乱長密度分布において、Prの分布を見ると、Sbのカゴの空隙の一つに対応する$$langle$$111$$rangle$$方向に異方的に広がっていることがわかる。また空間的に平坦な分布を持ち、単純な調和振動子モデルから大きく外れていること,半値全幅で0.5${AA}$と非常に広がっていることを見いだした。一方、8Kでは半値全幅で0.14${AA}$とOs, Sbと比較して倍近く広がっているが、室温と比べて鋭く、ガウス型の分布を持つ。また分解能の範囲で異方性はなく、最大密度がカゴの中心にあることを明らかにした。ラットリングについてオフセンター振動の可能性が示唆されているが、今回の結果は少なくともその振幅が0.1${AA}$以下であることを示している。

論文

NaV$$_{2}$$O$$_{5}$$の逐次電荷不均化による悪魔の花; 悪魔の花を咲かせるIsingスピンの詳細と競合する相互作用の理解

大和田 謙二; 藤井 保彦; 村岡 次郎*; 中尾 裕則*; 村上 洋一*; 野田 幸男*; 大隅 寛幸*; 池田 直*; 菖蒲 敬久; 礒部 正彦*; et al.

放射光, 21(2), p.87 - 96, 2008/03

常圧下で電荷不均化を示すNaV$$_{2}$$O$$_{5}$$の温度圧力相図上で「悪魔の花」が観測された。われわれは、X線構造解析的手法と電荷配列に敏感な共鳴X線回折法の相補利用により、低圧側と高圧側に現われる二つの基底状態の構造の関係を電荷配列も含めて明らかにした。その結果、二つの等価な電荷配列パターンがNaV$$_{2}$$O$$_{5}$$におけるIsingスピンに対応し、それに付随する原子変位はIsingスピンに線型に結合したものであることがわかった。このことからNaV$$_{2}$$O$$_{5}$$において、逐次電荷不均化による悪魔の花が実現されていると結論した。またわれわれは、競合する相互作用の起源がIsing spin-phonon結合によるものであると推測した。

論文

Visualization of anharmonic thermal vibration in filled skutterudite compounds

金子 耕士; 目時 直人; 木村 宏之*; 野田 幸男*; 松田 達磨; 神木 正史*

Journal of the Physical Society of Japan, 77(Suppl.A), p.245 - 247, 2008/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:28.87(Physics, Multidisciplinary)

充填スクッテルダイト化合物において、重い電子状態の形成や超伝導の発現と関連して、ラットリングの重要性が指摘されている。単結晶中性子回折とMEM解析の組合せにより、PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$におけるPrの熱振動について、モデル依存性なくその実態を明らかにすることが可能である。結果、室温ではPrが大きく拡がった、台形型の核密度分布を持ち、その半値幅が0.6${AA}$にも達することを明らかにした。一方低温の8Kでは、ガウス型の鋭い等方的な分布で、最大密度はカゴの中心にあることを明らかにした。これらの結果は、Sbカゴ中のPrのポテンシャルの非調和性が強いことを示している。

論文

Structural relations between two ground states of NaV$$_{2}$$O$$_{5}$$ under high pressure; A Synchrotron X-ray diffraction study

大和田 謙二; 藤井 保彦; 村岡 次郎*; 中尾 裕則*; 村上 洋一; 野田 幸男*; 大隅 寛幸*; 池田 直*; 菖蒲 敬久; 礒部 正彦*; et al.

Physical Review B, 76(9), p.094113_1 - 094113_10, 2007/09

 被引用回数:10 パーセンタイル:46.38(Materials Science, Multidisciplinary)

ANNNI(Axial Next Nearest Neighbor Ising)物質, NaV$$_{2}$$O$$_{5}$$の基底状態C$$_{1/4}$$, C$$_{0}$$相の構造的関係をX線回折で調べた。C$$_{0}$$相の構造はC$$_{1/4}$$相の4層(AAA'A')の一つ(AもしくはA')で説明できることがわかった。ただし、原子変位は27%にまで押さえられる。一方、電荷秩序は完全に起きている。このことは電荷格子結合定数が圧力によって変わっていることを示しており、悪魔の相図を生み出す競合する相互作用比の変化の起源を考えるうえで興味深い。

論文

Characterization of an intense laser-produced preformed plasma for proton generation

匂坂 明人; 大道 博行; 小倉 浩一; 織茂 聡; 林 由紀雄; 森 道昭; 西内 満美子; 余語 覚文; 加道 雅孝; 福見 敦*; et al.

Journal of the Korean Physical Society, 51(1), p.442 - 446, 2007/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:11.47(Physics, Multidisciplinary)

原子力機構で進めている高出力レーザーを用いた電子,イオンの発生研究を中心にレーザー駆動加速器の現状をレビューする。またその現状を踏まえた今後の利用研究の展望について報告する。

論文

High quality laser-produced proton beam generation by phase rotation

野田 章*; 中村 衆*; 岩下 芳久*; 白井 敏之*; 頓宮 拓*; 想田 光*; 大道 博行; 森 道昭; 加道 雅孝; 匂坂 明人; et al.

International Journal of Modern Physics B, 21(3&4), p.319 - 330, 2007/02

レーザーイオン源は癌治療用の加速器になる可能性を持つ。今回、レーザーの光学調整,プレパルス調整,ターゲット調整,レーザーパルス幅などを行い、レーザー駆動プロトン加速のスペクトルTOF測定をプラスチックシンチレーターを使って行った。プロトンの最大エネルギーは900keV(チタンターゲット3マイクロメートル厚)と600keV(チタンターゲット3マイクロメートル厚)であった。また、生成されたレーザー駆動プロトンのスオエクトルはマクスウェルボルツマン分布をしており、これにFR電場(レーザーとシンクロナイズされた)をかけることによって最初の位相回転に成功した。

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