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論文

Elastic and dynamical structural properties of La and Mn-doped SrTiO$$_{3}$$ studied by neutron scattering and their relation with thermal conductivities

梶本 亮一; 中村 充孝; 村井 直樹; 社本 真一; 本田 孝志*; 池田 一貴*; 大友 季哉*; 畑 博人*; 江藤 貴弘*; 野田 正亮*; et al.

Scientific Reports (Internet), 8(1), p.9651_1 - 9651_8, 2018/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:41.94(Multidisciplinary Sciences)

The electron-doped SrTiO$$_{3}$$ exhibits good thermoelectric properties, which makes this material a promising candidate of an n-type oxide thermoelectric device. Recent studies indicated that only a few percent co-doping of La and Mn in SrTiO$$_{3}$$ substantially reduces the thermal conductivity, thereby greatly improving the thermoelectric figure of merit at room temperature. Our time-of-flight neutron scattering studies revealed that by doping both La and Mn into SrTiO$$_{3}$$, the inelastic scattering spectrum shows a momentum-independent increase in the low-energy spectral weight approximately below 10 meV. The increase in the low-energy spectral weight exhibits a clear correlation with thermal conductivity. The correlation is attributed to dynamical and local structural fluctuations caused by the Jahn-Teller instability in Mn$$^{3+}$$ ions coupled with the incipient ferroelectric nature of SrTiO$$_{3}$$, as the origin of the low thermal conductivity.

論文

Effect of strong gravitational field on oriented crystalline perovskite-type manganese oxide La$$_{1-x}$$Sr$$_x$$MnO$$_3$$

徳田 誠*; 真下 茂*; Khandaker, J. I.*; 緒方 裕大; 峯 洋二*; 速水 真也*; 吉朝 朗*

Journal of Materials Science, 51(17), p.7899 - 7906, 2016/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:90.18(Materials Science, Multidisciplinary)

We report the effect of a strong gravitational field on oriented crystalline perovskite-type manganese oxide La$$_{1-x}$$Sr$$_x$$MnO$$_3$$ (LSMO). A strong gravitational field can change in crystalline state and the enhancement of usual diffusion. We subjected oriented crystalline La$$_{1-x}$$Sr$$_x$$MnO$$_3$$ with different grain and grain-boundary (GBs) Sr concentrations to a strong gravitational field and investigated the resulting changes in the A-site cation diffusion and physical properties of the material. The quantitative analysis at the grain and GBs indicated that cation diffusion was more enhanced than the annealed one. The temperature dependence of the magnetic susceptibility of the gravity samples changed with the Sr concentration in the grains. The temperature dependence of the resistivity curves of the gravity sample showed several abrupt changes, which corresponded to phase transitions at the grains and GBs, which may be caused by composition changes.

論文

Effects of Mn substitution on the thermoelectric properties and thermal excitations of the electron-doped perovskite Sr$$_{1-x}$$La$$_{x}$$TiO$$_{3}$$

奥田 哲治*; 畑 博人*; 江藤 貴弘*; 草原 彰吾*; 小田 涼佑*; 梶 創揮*; 仁科 康佑*; 桑原 英樹*; 中村 充孝; 梶本 亮一

Journal of the Physical Society of Japan, 85(9), p.094717_1 - 094717_6, 2016/09

 被引用回数:4 パーセンタイル:44.55(Physics, Multidisciplinary)

We studied how Mn substitution affects the thermoelectric properties and thermal excitations of the electron-doped perovskite Sr$$_{1-x}$$La$$_{x}$$TiO$$_{3}$$ by measuring its electrical and thermal transport properties, magnetization, specific heat, and inelastic neutron scattering. Slight Mn substitution with the lattice defects enhanced the Seebeck coefficient, perhaps because of coupling between itinerant electrons and localized spins or between itinerant electrons and local lattice distortion around Mn$$^{3+}$$ ions, while it enhanced anharmonic lattice vibrations, which effectively suppressed thermal conductivity in a state of high electrical conductivity. Consequently, slight Mn substitution increased the dimensionless thermoelectric figure of merit for Sr$$_{1-x}$$La$$_{x}$$TiO$$_{3}$$ near room temperature.

論文

Effects of Mn substitution on the thermoelectric properties of the electron-doped perovskite Sr$$_{1-x}$$La$$_{x}$$TiO$$_{3}$$

奥田 哲治*; 畑 博人*; 江藤 貴弘*; 仁科 康佑*; 桑原 英樹*; 中村 充孝; 梶本 亮一

Journal of Physics; Conference Series, 568(Part 2), p.022035_1 - 022035_5, 2014/12

We have tried to improve the n-type thermoelectric properties of the electron-doped Perovskite Sr$$_{1-x}$$La$$_{x}$$TiO$$_{3}$$ by a Mn substitution. The 1-2% Mn substitution enhances the Seebeck coefficient ($$S$$) and reduces the thermal conductivity ($$kappa$$) by about 50% at room temperature (RT) without largely increasing the resistivity for the 5% electron-doped SrTiO$$_{3}$$. Consequently, the power factor at RT keeps a large value comparable to that of Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ and the dimensionless figure-of-merits at RT increases twofold by the slight Mn substitution. Such a large reduction of $$kappa$$ at RT is perhaps due to the effect of Jahn-Teller active Mn$$^{3+}$$ ions, around which dynamical local lattice distortion may occur.

論文

Study of negative hydrogen ion beam optics using the 2D PIC method

宮本 賢治*; 奥田 晋*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也; 小島 有志

AIP Conference Proceedings 1515, p.22 - 30, 2013/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:3.05

負イオンビーム光学を数値的に解析するため、統合2次元PICコードを開発している。このコードの特徴は、ソースプラズマから加速器までの全ての領域を含み計算することである。つまり、最初にプラズマメニスカスの形状を仮定することなく、負イオンの軌道を自己矛盾無く追跡することができる。今回、メニスカスの端部から引出された表面生成負イオンがビームハロの一因であることが分かった。これらの負イオンはメニスカスの曲率により過収束されるが、引出部の静電レンズでは修正されず、結果としてハロを形成する機構が示唆された。

論文

Study of plasma meniscus formation and beam halo in negative hydrogen ion sources

奥田 晋*; 宮本 賢治*; 福山 俊茂*; 西岡 宗*; 畑山 明聖*; 深野 あづさ*; 花田 磨砂也; 小島 有志

AIP Conference Proceedings 1515, p.107 - 113, 2013/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:2.35

負イオン源中のプラズマ-ビーム境界であるメニスカスは、負イオンビーム光学に大きく影響することは明らかである。近年、メニスカスの形状によるビームハロが発生することが示唆されている。これは、曲率の大きい負イオン放出面によるものと考えられている。そこで、このプラズマメニスカスの形状とビームハロに対する負イオン生成率の関係をPICコードを用いて調べた。その結果、プラズマメニスカスは負イオンの量で形が決まるため、ビームハロ形成は表面生成された負イオンの量に強く依存することが分かった。

論文

Assessment of olfactory nerve by SPECT-MRI image with nasal thallium-201 administration in patients with olfactory impairments in comparison to healthy volunteers

志賀 英明*; 滝 淳一*; 鷲山 幸信*; 山本 純平*; 木名瀬 栄; 奥田 光一*; 絹谷 清剛*; 渡邉 直人*; 利波 久雄*; 越田 吉郎*; et al.

PLoS ONE (Internet), 8(2), p.e57671_1 - e57671_8, 2013/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:38.82(Multidisciplinary Sciences)

Current olfactory function tests are useful for the analysis of olfactory thresholds in olfaction-impaired patients. However, a decrease in olfactory thresholds has not been used as an index for olfactory nerve damage in patients. The authors assessed peripheral olfactory nerve viability by performing combined SPECT-CT after nasal administration of Tl-201 to determine whether olfactory nerve was damaged in patients with olfactory impairments in comparison to healthy volunteers. It was found that nasal Tl-201 migration to the olfactory bulb was significantly lower in the patients with head trauma, respiratory infection, and chronic rhinosinusitis than in healthy volunteers.

論文

Study of beam optics and beam halo by integrated modeling of negative ion beams from plasma meniscus formation to beam acceleration

宮本 賢治*; 奥田 晋*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也; 小島 有志

Applied Physics Letters, 102(2), p.023512_1 - 023512_4, 2013/01

 被引用回数:17 パーセンタイル:29.22(Physics, Applied)

負イオンビーム中にハロ成分が形成される物理機構の解明のため、表面生成で生成された負イオン軌道を計算する2次元PICコードを開発している。結果として、実際の負イオンビームにて観測されているハロ成分を再現することができた。このハロ成分はプラズマメニスカスの周辺部で曲率の大きい場所から引き出された負イオンが引き出し領域で過収束されるため発生することが示唆された。

論文

Tolerance of anhydrobiotic eggs of the tardigrade ${it Ramazzottius varieornatus}$ to extreme environments

堀川 大樹*; 山口 理美*; 坂下 哲哉; 田中 大介*; 浜田 信行*; 行弘 文子*; 桑原 宏和*; 國枝 武和*; 渡邊 匡彦*; 中原 雄一*; et al.

Astrobiology, 12(4), p.283 - 289, 2012/04

 被引用回数:14 パーセンタイル:29.48(Astronomy & Astrophysics)

クマムシの乾燥休眠状態である卵の孵化率について、宇宙空間の特徴的な極限環境要因である放射線(Heイオン線),極低温,高真空に対する耐性を調べた。その結果、50%が孵化できない線量が約500Gy, -196度に曝されても70%以上が孵化し、6$$times$$10$$^{-5}$$Paの高真空においた後でも孵化することができることがわかった。以上の結果から、宇宙空間であってもクマムシの耐性能力により、乾眠状態であるならば、存在できる可能性が示唆された。

論文

Numerical analysis of surface produced H$$^{-}$$ ions by using two-dimensional particle-in-cell method

宮本 賢治*; 奥田 晋*; 畑山 明聖*; 花田 磨砂也

Review of Scientific Instruments, 83(2), p.02A723_1 - 02A723_4, 2012/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:52.5(Instruments & Instrumentation)

2次元PICシミュレーションを利用して負イオン源のモデリングと数値解析が進められており、今回プラズマ電極上に水素負イオンを発生させた場合の効果について調べた。自己矛盾のないPIC計算を行い、タイムステップあたりの負イオン発生量を増加させることにより負イオン電流密度を増加させると、負イオンと共に引出される電子電流が減少し、実際の負イオン源で発生している現象を再現することができた。さらに、プラズマ電極表面での準中性化は水素の正イオンと負イオンにより保たれていることが分かった。

論文

Mechanisms of plasma rotation effects on the stability of type-I edge-localized mode in tokamaks

相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 大山 直幸; 小島 有志; 徳田 伸二*; 矢木 雅敏

Nuclear Fusion, 51(7), p.073012_1 - 073012_9, 2011/07

トカマクプラズマにおいて、トロイダル回転を考慮した線形理想MHD安定性を行い、大振幅エッジローカライズモード(ELM)の原因である周辺局在MHDモードは回転シアを持つトロイダル回転によって不安定化することを明らかにした。特に、ELMに対して重要と考えられる中間波長MHDモードの安定性は、この不安定化機構と回転シアによる局所的なドップラーシフトから生じる安定化との兼ね合いで決まっていることを示した。これらの理解の元に、JT-60Uプラズマにおけるtype-I ELMy H-modeプラズマの数値実験解析を行い、プラズマ回転によりELMの性質が変化している放電の比較から、プラズマ回転によるMHDモードの不安定化が重要な役割を果たしていることを明らかにした。

論文

Mechanisms of plasma rotation effects on the stability of type-I edge-localized mode in tokamaks

相羽 信行; 古川 勝*; 廣田 真; 大山 直幸; 小島 有志; 徳田 伸二*; 矢木 雅敏

Nuclear Fusion, 51(7), p.073012_1 - 073012_9, 2011/07

 被引用回数:15 パーセンタイル:32.91(Physics, Fluids & Plasmas)

type-I ELMの原因である周辺MHD安定性に対するプラズマ回転が与える影響の物理機構について、新たな定義のポテンシャルエネルギーを導入することで議論した。それにより、トロイダル方向の差動回転により周辺MHDモードが不安定化する原因は、不安定モードの振動数とプラズマの回転周波数との間のずれであることを明らかにした。また、この不安定化効果は不安定モードが比較的短波長である場合により有効であることも新たに示した。この理解をもとに、新たにポロイダル方向の回転を考慮した解析を行い、その結果、プラズマがトロイダル・ポロイダルのどちらにも回転している場合、回転が安定性に与える影響が回転の向きによって変化することを示した。この傾向は、JT-60Uで実験的に確認されている"プラズマのトロイダル回転方向に対するELMの性質の依存性"を説明しうるものである。

論文

Analytic dispersion relation for resistive wall modes in rotating plasmas by generalized matching theory

白石 淳也; 徳田 伸二*

Nuclear Fusion, 51(5), p.053006_1 - 053006_9, 2011/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:85.63(Physics, Fluids & Plasmas)

回転プラズマにおける抵抗性壁モード(RWM: Resistive Wall Mode)の解析的な分散関係を導出した。分散関係は、壁の情報(小半径,厚さ,体積抵抗率)、並びに、プラズマ表面及び一般化されたNewcomb方程式の特異点における平衡量が与えられた場合に、RWMの成長率及び実周波数を与える。ここで、「一般化された」Newcomb方程式とは、慣性を無視した線形理想磁気流体力学方程式において平衡の回転を含めた方程式である。分散関係の導出は、著者らによって提案された、有限幅を持つ内部領域を用いた一般化された接続理論に基づく。分散関係の解析の結果、RWMの安定性は、有理面ではなく、一般化されたNewcomb方程式の特異点における回転シアにより強く影響を受けることがわかった。

論文

Effect of spin dilution on the magnetic state of delafossite CuCrO$$_{2}$$ with an $$S$$ = 3/2 antiferromagnetic triangular sublattice

奥田 哲治*; 宇都 数馬*; 関 真一郎*; 小野瀬 佳文*; 十倉 好紀*; 梶本 亮一; 松田 雅昌*

Journal of the Physical Society of Japan, 80(1), p.014711_1 - 014711_7, 2011/04

 被引用回数:23 パーセンタイル:20.85(Physics, Multidisciplinary)

We investigated an effect of spin dilution on the magnetic and thermal properties of delafossite CuCrO$$_{2}$$ having an $$S$$ = 3/2 antiferromagnetic triangular lattice (ATL) by the substitution of Al$$^{3+}$$ for Cr$$^{3+}$$ by measurements of magnetization, specific heat, and neutron scattering. Spin defects introduced into Cr ATL layers blur the antiferromagnetic transition and induce a dimensional crossover of low-energy magnetic excitation in the residual Cr ATL region due to the reduction of inter-layer magnetic interaction, while accompanying an enhancement of a spin-glass component. The observed $$T^{2}$$ contribution to the low-$$T$$ $$C_mathrm{mag}$$ above $$y$$ = 0.15, as well as in Cu$$_{0.85}$$Ag$$_{0.15}$$CrO$$_{2}$$, comes mainly from a short-range 2D AF excitation originating in a nontrivial magnetic state such as spin-nematic or spin-liquid states.

論文

Analytic theory of a matching problem generalized for stability analysis of resistive wall modes in rotating plasmas

白石 淳也; 徳田 伸二*

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

高性能定常トカマクにおいて、プラズマ回転による抵抗性壁モード(RWM: Resistive Wall Mode)の安定化は、最も重要な物理・工学的課題の一つである。RWMの安定化における回転の効果、特に、回転が本質的となる場所(有理面,共鳴面,プラズマ表面等)を明らかにするために、安定性解析における接続問題を拡張してきた。回転の効果を取り入れると、接続問題で中心的役割を果たすNewcomb方程式(RWMの共鳴が起きない領域を支配する)は一般化される。回転によるDopplerシフトにより、Newcomb方程式の特異点は分離する。回転がない場合にはRWMの共鳴面(内部層と呼ぶ)と特異点は一致する。しかし、回転がある問題では、不安定なRWMは回転周波数をもつため共鳴面が特異点からずれる。回転周波数は問題を解かないとわからないから、共鳴を起こす場所があらかじめわからない。よって、無限に薄い内部層を用いる従来の漸近接続法は適用できない。本研究では、有限な厚みを持つ内部層を持つよう漸近接続法を一般化することにより上記の問題を解決できることを示す。さらに、この一般化された接続問題に対する解析的な理論を構築し、数値計算結果の解釈を行う。

論文

Effects of strong E$$times$$B flow on gyrokinetics

宮戸 直亮; Scott, B. D.*; 徳田 伸二*; 矢木 雅敏

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

相空間ラグランジアンに対するリー変換を用いた摂動法と場の理論に基づき、粒子相空間から案内中心相空間への変換を修正することで、標準的なオーダリングを越えた強いE$$times$$B流を伴う簡約化運動論モデルを構築した。その案内中心ラグランジアンのシンプレクティック部分は標準的なものと形式的に同じであり、強い流れのない標準モデルの自然な拡張と見なすことができる。標準モデルとの比較により、このモデルの様相を明らかにし、流れの影響を議論する。流速が亜音速の場合の一般的な粒子流体モーメントの押し出し表現を導いた。また、変分的な方法により、流速が音速である場合の粒子密度についての表現を導き、簡約化準中性条件に流れによる補正が現れることを発見した。

論文

Impact of plasma poloidal rotation on resistive wall mode instability in toroidally rotating plasmas

相羽 信行; 白石 淳也; 徳田 伸二*

Physics of Plasmas, 18(2), p.022503_1 - 022503_5, 2011/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:54.77(Physics, Fluids & Plasmas)

トロイダル回転及びポロイダル回転を考慮して、抵抗性壁モードの安定性に対するプラズマ回転の効果を調べた。抵抗性壁モードの安定性にはドップラーシフトをした周波数が重要となるため、ポロイダル回転によるドップラーシフトの変化はこの安定性に大きな影響を与える。ポロイダル回転の周波数が小さい場合には、磁力線方向のプラズマ回転のうちトロイダル成分を実際のトロイダル回転周波数から差し引くことで求まる「修正されたトロイダル回転周波数」を用いることで、ポロイダル回転によるドップラーシフトの変化の影響は取り扱うことができる。このポロイダル回転の影響は、回転の方向に対して依存性を持ち、上記の修正されたトロイダル回転周波数が元のトロイダル回転周波数よりも大きくなる場合には、抵抗性壁モードはより安定化される。この結果は、プラズマがポロイダル回転をしている場合、抵抗性壁モードの安定化に必要な臨界トロイダル回転周波数がその回転の方向によって異なることを示している。

論文

Numerical matching scheme for stability analysis of flowing plasmas

白石 淳也; 徳田 伸二*

IEEE Transactions on Plasma Science, 38(9), p.2169 - 2176, 2010/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:94.48(Physics, Fluids & Plasmas)

プラズマ流の安定性解析のための新しい接続法に関して、数値計算法及び数値的な特性について報告する。古典的な漸近接続法と同様、新しい接続法も領域を内部層と外部領域の二つに分ける。接続問題を解くには、共鳴面を含むよう内部層を設定する必要がある。内部層以外の領域は外部領域と呼ばれ、慣性を無視した理想MHD方程式(Newcomb方程式)により支配される。流れがない場合、共鳴は有理面で起きるから、有理面を(無限に薄い)内部層と思えばよい。しかし、流れがある場合、接続法を応用することはできない。というのも、共鳴が起きる場所があらかじめわからないからである(有限な領域のどこかで起きることはわかる)。したがって、従来の接続法を用いることはできない。新しい接続法では有限幅の内部層を用いる。新しい内部層は共鳴面が存在する領域をカバーできるため、接続法が応用できる。新しい接続法では、特異点が内部層に含まれているため外部領域は正則となる。そのため、新しい接続法は数値計算に適している。また、本手法は境界層理論に基づくから数値計算時間を大幅に縮減できる。

論文

Fluid moments in modified guiding-centre coordinates

宮戸 直亮; Scott, B. D.*; 徳田 伸二*

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.546 - 551, 2010/08

一般に有限ラーマー半径効果により案内中心流体モーメントは対応する粒子流体モーメントとは異なる。最近、われわれは強いE$$times$$B流を含む案内中心基本1-形式を導き、それから場の理論を通して案内中心Vlasov-Poisson系を構築した。従来の強いE$$times$$B流を含む案内中心1-形式とは対照的に、導出した案内中心1-形式のシンプレクティック部分は標準的なジャイロ運動論的1-形式のそれと形式的に同じであり、案内中心ハミルトニアンも標準的ジャイロ運動論的ハミルトニアンの長波長極限に形式的に一致する。それゆえ、修正案内中心流体モーメントと粒子流体モーメントの間の関係は、長波長極限の標準ジャイロ運動論から得られるものと似ていることが予想される。そこで粒子流体モーメントを案内中心流体モーメントで表し、長波長極限の標準ジャイロ運動論から得られるものと比較する。

論文

Numerical analysis of a toroidal rotation effect on the type-I ELM in JT-60U

相羽 信行; 大山 直幸; 小島 有志; 徳田 伸二*

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.74 - 78, 2010/08

JT-60Uにおける実験で観測されている"プラズマの回転周波数とELMの発生周波数との相関"を引き起こす物理機構を解明するため、JT-60Uにおいて回転分布の異なる2つのtype-I ELMが発生している放電の数値安定性解析を行った。その結果、プラズマ電流と同じ方向に回転しているプラズマでは回転の影響を考慮しなくても周辺MHDモードが不安定になり得る状態であるが、逆方向に回転しているプラズマは実験的にtype-I ELMの発生しているプラズマにもかかわらずMHDモードに対して安定な状態であることがわかった。そこで、この逆方向に回転しているプラズマにおいて"プラズマ回転の影響"を考慮した安定性解析を行い、その結果この平衡も不安定になり得る状態になることを明らかにした。この結果は、プラズマ回転がELMの発生条件に影響を与えるパラメータであり、前述の"ELM発生周波数"に影響を与えうることを数値的にも示したものである。

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