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論文

Charge-density-wave order and multiple magnetic transitions in divalent europium compound EuAl$$_4$$

金子 耕士; 川崎 卓郎; 仲村 愛*; 宗像 孝司*; 中尾 朗子*; 花島 隆泰*; 鬼柳 亮嗣; 大原 高志; 辺土 正人*; 仲間 隆男*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 90(6), p.064704_1 - 064704_6, 2021/06

https://doi.org/10.7566/JPSJ.90.064704
 被引用回数：37 パーセンタイル：95.85(Physics, Multidisciplinary)

Multiple transition phenomena in divalent Eu compound EuAl$$_4$$ with the tetragonal structure were investigated via single crystal time-of-flight neutron Laue technique. At 30 K below a charge-density-wave (CDW) transition, superlattice peaks emerge near nuclear Bragg peaks described by an ordering vector $$q_{rm CDW}$$ = (0 0 $${delta}_c$$). In contrast, magnetic peaks appear at $$q_2 = ({delta}_2 {delta}_2 0)$$ with $${delta}_2$$ = 0.09 below $$T_{N1}$$ = 15.4 K, and moves to $$q_1 = ({delta}_1 0 0)$$ with $${delta}_1$$ = 0.19 below $$T_{N3}$$ =12.2 K, whereas no distinct change in the magnetic Bragg peak was detected at $$T_{N2}$$ and $$T_{N4}$$. The structural modification with $$q_{rm CDW}$$ is characterized by an absence of the superlattice peak in (0 0 $$l$$). Considering an absence of splitting in magnetic peaks along $$l$$, the structural transition is mainly ascribed to a displacement of Al ions within the tetragonal $$ab$$-plane. Complex incommensurate magnetic transitions are in stark contrast to a simple collinear commensurate structure in isovalent EuGa$$_4$$. This could stem from incompatible electronic structures with the CDW transition between two compounds.

論文

Validation of analysis models on relocation behavior of molten core materials in sodium-cooled fast reactors based on the melt discharge experiment

五十嵐 魁*; 大貫 涼二*; 堺 公明*; 加藤 慎也; 松場 賢一; 神山 健司

Proceedings of 2020 International Conference on Nuclear Engineering (ICONE 2020) (Internet), 6 Pages, 2020/08

https://doi.org/10.1115/ICONE2020-16440

In order to improve the safety of nuclear power plants, it is necessary to make sure measures against their severe accidents. Especially, in the case of a sodium-cooled fast reactor (SFR), there is a possibility of significant energy release due to formation of a large-scale molten fuel pool accompanied by re-criticality in the event of a core disruptive accident (CDA). It is important to ensure in-vessel retention that keeps and confines damaged core material in the reactor vessel even if the CDA occurs. CDA scenario initiated by Unprotected Loss Of Flow (ULOF), which is a typical cause of core damage, is generally categorized into four phases according to the progression of core-disruptive status, which are the initiating, early-discharge, material-relocation and heat-removal phases for the latest design in Japan. During the material-relocation phase, the molten core material flows down mainly through the control rod guide tube and is discharged into the inlet coolant plenum below the bottom of the core. The discharged molten core material collides with the bottom plate of the inlet plenum. Clarification of the accumulation behavior of molten core material with such a collision on the bottom plate is important to reduce uncertainties in the safety assessment of CDA. In present study, in order to make clear behavior of core melt materials during the CDAs of SFRs, analysis was conducted using the SIMMER-III code for a melt discharge simulation experiment in which low-melting-point alloy was discharged into a shallow water pool. This report shows the validation results for the melt behavior by comparing with the experimental data.

論文

Magnetic structure of divalent europium compound EuGa$$_{4}$$ studied by single-crystal time-of-flight neutron diffraction

川崎 卓郎; 金子 耕士; 仲村 愛*; 阿曽 尚文*; 辺土 正人*; 仲間 隆男*; 大原 高志; 鬼柳 亮嗣; 及川 健一; 田村 格良; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 85(11), p.114711_1 - 114711_5, 2016/11

https://doi.org/10.7566/JPSJ.85.114711
 被引用回数：13 パーセンタイル：60.51(Physics, Multidisciplinary)

The magnetic structure of the intermetallic compound EuGa$$_{4}$$ was investigated using single-crystal neutron diffraction with TOF Laue technique on the new diffractometer SENJU at MLF of J-PARC. Despite of the high neutron absorption of Eu, a vast number of diffraction spots were observed without isotope enrichment. The magnetic reflections appeared at $$h + k + l$$ $$neq$$ 2$$n$$ below 16 K, indicating that the ordering vector is $$q$$ = (0, 0, 0). The continuous evolution of the magnetic reflection intensity below T$$_{N}$$ follows a squared Brillouin function for $$S$$ = 7/2. By adopting a wavelength-dependent absorption collection, the magnetic structure of EuGa$$_{4}$$ revealed that a nearly full magnetic moment of 6.4 $$mu$$B of Eu lies within the basal plane of the lattice.

論文

Single crystal neutron diffraction study of high neutron absorbing compound EuGa$$_{4}$$

川崎 卓郎; 金子 耕士; 阿曽 尚文*; 仲村 愛*; 辺土 正人*; 仲間 隆男*; 大貫 惇睦*; 大原 高志; 鬼柳 亮嗣; 及川 健一; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.014009_1 - 014009_4, 2014/03

https://doi.org/10.7566/JPSCP.1.014009

Single crystal neutron diffraction measurement of EuGa$$_{4}$$ has been carried out using time-of-flight single crystal neutron diffractometer SENJU at BL18 in MLF/J-PARC. In spite of extremely high neutron absorption of natural Eu, significant numbers of Bragg reflection were observed. Lattice parameters and Bravais lattice at above $$T_mathrm{N}$$ (=15 K) obtained from the positions and systematic extinction of the reflections were well agreed with the result of single crystal X-ray diffraction. Further, magnetic reflections were clearly observed at below $$T_mathrm{N}$$ at the positions of forbidden reflections of body-centered lattice of EuGa$$_{4}$$. An antiferromagnetic structure with the propagation vector $$q$$ = 0 was clarified.

口頭

単結晶中性子回折法による高い中性子吸収を示すEuGa$$_{4}$$の磁気構造解析

川崎 卓郎; 金子 耕士; 阿曽 尚文*; 仲村 愛*; 辺土 正人*; 仲間 隆男*; 大貫 惇睦*; 大原 高志; 鬼柳 亮嗣; 及川 健一; et al.

no journal, , 

物質の磁気的性質を調べる手段として、中性子回折を用いた磁気構造解析は基礎的かつ強力である。パルス中性子回折では短波長の中性子を利用できるためEuやDyのように中性子の吸収が大きな元素を含む物質の構造研究に有効であることが期待される。EuGa$$_{4}$$は豊富な物性を示すことで知られるEuT$$_{2}$$X$$_{2}$$で表される122化合物と呼ばれる一連の物質の母物質であると考えられており、15Kで反強磁性的な相転移を示すことが報告されているが、詳細な磁気構造は明らかになっていない。今回、J-PARC/MLFの単結晶中性子回折装置SENJUを使用して、Euを吸収の小さい同位体に置換していないEuGa$$_{4}$$単結晶の磁気構造解析を試みたので、結果を報告する。

口頭

Contrasting magnetic ground state in isoelectronic compound Eu$$X_4$$ ($$X$$ = Al, Ga)

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

no journal, , 

As a consequence of strong coupling among charge, magnetic and orbital degrees of freedom, a variety of attractive physical properties comes out in Eu compounds. In Eu$$X_4$$ ($$X$$ = Al, Ga) with the BaAl$$_{4}$$-type structure, Eu ions are divalent and, hence, carry magnetism with S = 7/2. These isoelectronic compounds exhibit contrasting magnetic properties. In order to reveal respective ground states from a microscopic point of view, single crystal neutron diffraction experiments were carried out on SENJU at BL18 in MLF. Superlattice peaks were successfully observed in both compounds. The magnetic ground state of EuGa$$_4$$ can be described by the commensurate vector. On the other hand, the ground state in EuAl$$_4$$ is characterized with the long periodic magnetic structure. This study reveals that, in addition to the transition sequence, the ground state magnetic structures are also different between these compounds.

口頭

Eu$$X_4$$($$X$$=Al, Ga)で実現する対照的な基底状態

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

no journal, , 

価数揺動など多彩な物性を示すEuT$$_2X_2$$化合物の母物質であるEuX$$_4$$($$X$$=Al,Ga)では、Euは2価の電子状態を取り、S=7/2で記述される物性を示す。EuGa$$_4$$では、T$$_N$$=16Kの反強磁性転移を示すのに対し、EuAl$$_4$$は、基底状態に至るまでに5つの転移点を持つ、複雑な物性を示す。この両者における各転移の詳細な描像に関して、単結晶中性子回折を用いて明らかにしたので、報告する。

口頭

単結晶中性子回折法を用いた高い中性子吸収を示すEuX$$_{4}$$(X=Al,Ga)の磁気構造の研究

川崎 卓郎; 金子 耕士; 阿曽 尚文*; 仲村 愛*; 辺土 正人*; 仲間 隆男*; 大貫 惇睦*; 茂吉 武人*; 中尾 朗子*; 花島 隆泰*; et al.

no journal, , 

単結晶中性子回折法による磁気反射の観測は物質の磁気的性質を調べるための最も基礎的かつ強力な手法であるが、Eu, Gd, Sm, Dyなどの希土類元素は中性子の吸収が非常に大きく、これらの元素を含む化合物の中性子回折による磁気構造の研究例は限られている。一方、吸収の影響が小さい短波長中性子を利用可能な白色中性子と、大面積検出器を組み合わせたパルス中性子回折装置を用いることで、吸収の大きな希土類元素を含む物質の磁気構造を効率的に調べられることが期待できる。我々はEuを含み、同一な結晶構造と原子価をもちながらも異なる磁気転移を示す二つの物質、EuGa$$_{4}$$とEuAl$$_{4}$$に注目し、J-PARC MLF BL18に設置された単結晶中性子回折装置SENJUを用いて中性子回折測定を実施した。その結果、これらの物質において異なる磁気的秩序状態を示す磁気反射を観測し、EuGa$$_{4}$$は4Kにおいて伝搬ベクトルq=(0 0 0)の反強磁性的構造であり、EuAl$$_{4}$$は不整合的な磁気構造となっていることがわかった。

口頭

中性子回折で探るEu$$X$$$$_{4}$$($$X$$=Al, Ga)の対照的な基底状態

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

no journal, , 

Euイオンは、2価ではS=7/2で磁性を有し、3価ではスピンと軌道磁気モーメントがキャンセルすることにより非磁性となる。すなわち、価数が磁性、軌道と密接な関わりをもっている。Eu化合物では、価数揺動や重い電子状態に加え、超伝導など多彩な物性を示すことから、微視的状態に興味が持たれている。Eu$$X$$$$_{4}$$ ($$X$$ = Al, Ga)では、Euは2価の電子状態を取り、S=7/2で記述される安定した磁性を示す一方、同じ価電子数をもつ2つの化合物において、EuGa$$_4$$が$$T_N$$=16Kの反強磁性転移を示すのに対し、EuAl$$_4$$は基底状態に至るまでに5つの転移点を持つ、複雑な物性を示すことが見出された。この違いを生じる起源は未知である。違いを生む機構を解明する上で、中性子は微視的知見が得られる最適なプローブである。反面、Euは中性子吸収体である上、同位体も高価であることから、中性子による研究は困難を伴う。今回J-PARC/MLFの単結晶中性子回折計SENJUにおいて、同位体置換なしの試料で実験を行った。その結果、転移に伴う超格子反射の観測に成功し、2つの化合物の違いを明らかにしたので報告する。

口頭

Magnetic skyrmion lattice in cubic $$f$$-electron magnet EuPtSi

金子 耕士; 田端 千紘*; 竹内 徹也*; Frontzek, M. D.*; 松田 雅昌*; 大石 一城*; 伊藤 孝; 宗像 孝司*; 鬼柳 亮嗣; 垣花 将司*; et al.

no journal, , 

Magnetic skyrmion, particle-like topologically non-trivial spin textures, attracts surge of interests from both fundamental and application points of view. Since the first discovery in MnSi crystallizing in the cubic space group $$P2_13$$, intensive research on magnetic skyrmions has conducted for materials particularly in this space group. This leads to findings of new class of materials, whereas magnetic ions were mostly limited to d electron systems. Recently, it turned out that f-electron compounds can host magnetic skyrmion lattice as well. The magnetic skyrmions in f-electron compounds possess contrasting characteristics, such as short periodicity and strong anisotropy. Among recent discoveries, cubic chiral compound EuPtSi provides ideal opportunities to compare with d-electron systems as it crystallizes in the same space group as MnSi, namely $$P2_13$$. We will present our neutron and X-ray scattering studies to characterize magnetic skyrmion lattice in this compound.

口頭

Magnetic skyrmion lattice in Eu-based trillium lattice compound EuPtX (X=Si, Ge)

金子 耕士; 田端 千紘*; 竹内 徹也*; Frontzek, M. D.*; 松田 雅昌*; 大石 一城*; 伊藤 孝; 宗像 孝司*; 鬼柳 亮嗣; 垣花 将司*; et al.

no journal, , 

Magnetic skyrmion, particle-like topologically non-trivial spin textures, attracts surge of interests from both fundamental and application points of view. Since the first discovery in MnSi crystallizing in the cubic space group $$P2_13$$, intensive research on magnetic skyrmions has conducted for materials particularly in this space group. This leads to findings of new class of materials, whereas magnetic ions were mostly limited to d electron systems. Recently, it turned out that f-electron compounds can host magnetic skyrmion lattice as well. The magnetic skyrmions in f-electron compounds possess contrasting characteristics, such as short periodicity and strong anisotropy. Among recent discoveries, cubic chiral compound EuPtSi provides ideal opportunities to compare with d-electron systems as it crystallizes in the same space group as MnSi, namely $$P2_13$$. We will present our neutron and X-ray scattering studies to characterize magnetic skyrmion lattice in this compound.

口頭

トリリウム格子化合物EuPt$$X$$における磁気スキルミオン格子($$X$$=Si,Ge)

金子 耕士; 田端 千紘; Frontzek, M. D.*; 松田 雅昌*; 大石 一城*; 伊藤 孝; 宗像 孝司*; 鬼柳 亮嗣; 垣花 将司*; 辺土 正人*; et al.

no journal, , 

トリリウム格子化合物EuPt$$X$$($$X$$=Si,Ge)は、磁気スキルミオンの典型物質MnSiと同じ空間群$$P2_13$$に属し、有限磁場・温度のみで存在する特異な磁場誘起秩序相をもつ。巨大なホール抵抗に加え、中性子・共鳴X線による研究から、この磁場誘起秩序相において磁気スキルミオン格子が実現していることを報告した。MnSiなどのd電子系と比べ、1/10程度の極めて短周期であることに加え、強い印加磁場異方性の存在など異なる特徴を有していることから、新たなメカニズムによる形成が示唆されている。最近Gd化合物を中心にf電子系での磁気スキルミオン化合物が相次いで発見され、短周期など共通する特徴が見出される一方で、EuPtXでは印加磁場方向により、ホール異常を伴う複数の磁場誘起秩序相の存在や、立方晶としては極めて低対称の秩序波数($$q_A$$=(0.09, 0.20, -0.28))など、固有の特徴が見出されている。今回、磁場誘起秩序相について、単結晶中性子回折、小角散乱を駆使し、異方性を中心に調べた結果を報告する。

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