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Ultrafast surface Dirac fermion dynamics of Sb$$_2$$Te$$_3$$-based topological insulators

角田 一樹; 石田 行章*; G$"u$dde, J.*; H$"o$fer, U.*; Shin, S.*; 木村 昭夫*

Progress in Surface Science, 96(2), p.100628_1 - 100628_15, 2021/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.07(Chemistry, Physical)

Topological insulators (TIs) characterized by gapless and spin-polarized band dispersion on their surfaces have been extensively studied over the last decade. This article reviews our recent works on ultrafast carrier dynamics of Sb$$_2$$Te$$_3$$-based nonmagnetic and magnetic TIs by utilizing state-of-the-art femtosecond time- and angle-resolved photoelectron spectroscopy. We have demonstrated that the electronic recovery time elongated from a few ps to $$>$$ 400 ps in the series of (Sb$$_{1-x}$$Bi$$_x$$)$$_2$$Te$$_3$$. We also investigated how the magnetic-impurity affects the carrier dynamics in ferromagnetic Sb$$_{2-y}$$V$$_y$$Te$$_3$$. It was found that the electronic recovery time drastically shortened from a few ps to $$<$$ 500 fs with increasing vanadium concentration. Since the lifetime of the nonequilibrated surface Dirac fermions can range from femto- to nano-second, Sb$$_2$$Te$$_3$$-based TIs would be promising for ultrafast spin switching and spin-polarized current generation device applications.


$$^{rm 208,207,206,nat}$$Pb(p,x)$$^{207}$$Bi and $$^{209}$$Bi(p,x)$$^{207}$$Bi excitation functions in the energy range of 0.04 - 2.6 GeV

Titarenko, Yu. E.*; Batyaev, V. F.*; Pavlov, K. V.*; Titarenko, A. Yu.*; Malinovskiy, S. V.*; Rogov, V. I.*; Zhivun, V. M.*; Kulevoy, T. V.*; Chauzova, M. V.*; Lushin, S. V.*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 984, p.164635_1 - 164635_8, 2020/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.02(Instruments & Instrumentation)

0.04から2.6GeVの陽子入射による$$^{rm 208,207,206,nat}$$Pb及び天然Biからの$$^{207}$$Bi生成断面積を直接$$gamma$$線スペクトロメトリの手法を用いて測定した。測定した結果は、モンテカルロ計算コードMCNP6.1, PHITS, Geant4及び核データライブラリTENDL-2019と比較した。その結果、一部の反応に対して計算と実験に不一致があることが分かり、その点について議論した。


Soft, skin-interfaced microfluidic systems with integrated immunoassays, fluorometric sensors, and impedance measurement capabilities

Kim, S.*; Lee, B.*; Reeder, J. T.*; Seo, S. H.*; Lee, S.-U.*; Hourlier-Fargette, A.*; Shin, J.*; 関根 由莉奈; Jeong, H.*; Oh, Y. S.*; et al.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 117(45), p.27906 - 27915, 2020/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:76.81(Multidisciplinary Sciences)



Nature of the Dirac gap modulation and surface magnetic interaction in axion antiferromagnetic topological insulator MnBi$$_{2}$$Te$$_{4}$$

Shikin, A. M.*; Estyunin, D. A.*; Klimovskikh, I. I.*; Filnov, S. O.*; Kumar, S.*; Schwier, E. F.*; 宮本 幸治*; 奥田 太一*; 木村 昭夫*; 黒田 健太*; et al.

Scientific Reports (Internet), 10, p.13226_1 - 13226_13, 2020/08

 被引用回数:13 パーセンタイル:91.8(Multidisciplinary Sciences)

Modification of the gap at the Dirac point (DP) in axion antiferromagnetic topological insulator MnBi$$_{2}$$Te$$_{4}$$ and its electronic and spin structure have been studied by angle- and spin-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) under laser excitation at various temperatures, light polarizations and photon energies. We have distinguished both large and reduced gaps at the DP in the ARPES dispersions, which remain open above the N$'{e}$el temperature of $$T_textrm{N}$$ = 24.5 K. We propose that the gap above $$T_textrm{N}$$ remains open due to a short-range magnetic field generated by chiral spin fluctuations. Spin-resolved ARPES, XMCD and circular dichroism ARPES measurements show a surface ferromagnetic ordering for the large gap sample and apparently significantly reduced effective magnetic moment for the reduced gap sample.


Devil's staircase transition of the electronic structures in CeSb

黒田 健太*; 新井 陽介*; Rezaei, N.*; 國定 聡*; 櫻木 俊輔*; Alaei, M.*; 木下 雄斗*; Bareille, C.*; 野口 亮*; 中山 充大*; et al.

Nature Communications (Internet), 11, p.2888_1 - 2888_9, 2020/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:42.38(Multidisciplinary Sciences)

Solids with competing interactions often undergo complex phase transitions. Among them, CeSb is the most famous material where a number of the distinct magnetic phases called devil's staircase appear. We observed the electronic structure evolution across the devil's staircase transitions using bulk-sensitive angle-resolved photoemission spectroscopy.


Computation speeds and memory requirements of mesh-type ICRP reference computational phantoms in Geant4, MCNP6, and PHITS

Yeom, Y. S.*; Han, M. C.*; Choi, C.*; Han, H.*; Shin, B.*; 古田 琢哉; Kim, C. H.*

Health Physics, 116(5), p.664 - 676, 2019/05

 被引用回数:7 パーセンタイル:81.33(Environmental Sciences)

国際放射線防護委員会(ICRP)のタスクグループ103により、メッシュ形状の線量評価用人体ファントム(MRCPs)の開発が進められている。この人体ファントムは、将来的には線量評価で用いる標準人体モデルとして採用される予定である。そこで、このMRCPファントムに対するベンチマーク計算を主なモンテカルロ粒子輸送計算コード(Geant4, MCNP6およびPHITS)で行った。様々な粒子およびエネルギーで外部および内部被ばくの計算を実施し、計算時間やメモリ使用量をコード間で比較した。また、ボクセルファントムに対する計算も行い、コード毎の異なるメッシュ表現による性能の違いについて調べた。MRCPのメモリ使用量はGeant4およびMCNP6で10GB程度であったのに対し、PHITSでは1.2GBと顕著に少なかった。また、計算時間に関してもGeant4およびMCNP6ではボクセルファントムに比べてMRCPの計算時間は長くなる傾向を示したが、PHITSでは同程度もしくは短縮する傾向を示した。


Negative Te spin polarization responsible for ferromagnetic order in the doped topological insulator V$$_{0.04}$$(Sb$$_{1-x}$$Bi$$_{x}$$)$$_{1.96}$$Te$$_{3}$$

Ye, M.*; Xu, T.*; Li, G.*; Qiao, S.*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; Zhu, S.-Y.*; Nurmamat, M.*; 角田 一樹*; 石田 行章*; et al.

Physical Review B, 99(14), p.144413_1 - 144413_7, 2019/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:67.98(Materials Science, Multidisciplinary)

We investigate the microscopic origin of ferromagnetism coupled with topological insulators in V-doped (Sb,Bi)$$_{2}$$Te$$_{3}$$ employing X-ray magnetic circular dichroism and angle-resolved two-photon photoemission spectroscopies, combined with first-principles calculations. We found an magnetic moment at the Te site anti-parallel to that of the V and Sb sites, which plays a key role in the ferromagnetic order. We ascribe it to the hybridization between Te 5${it p}$ and V 3${it d}$ majority spin states at the Fermi energy, consistent with the Zener-type ${it p}$-${it d}$ exchange interaction scenario. The substitution of Bi for Sb suppresses the bulk ferromagnetism by introducing extra electron carriers in the majority spin channel of the Te ${it p}$ states that compensates the antiparallel magnetic moment on the Te site. Our findings reveal important clues to designing magnetic topological insulators with higher Curie temperature that work under ambient conditions.


Soft, skin-interfaced microfluidic systems with wireless, battery-free electronics for digital, real-time tracking of sweat loss and electrolyte composition

Kim, S. B.*; Lee, K.-H.*; Raj, M. S.*; Reeder, J. T.*; Koo, J.*; Hourlier-Fargette, A.*; Bandodkar, A. J.*; Won, S. M.*; 関根 由莉奈; Choi, J.*; et al.

Small, 14(45), p.1802876_1 - 1802876_9, 2018/11

 被引用回数:41 パーセンタイル:92.78(Chemistry, Multidisciplinary)



Multi-threading performance of Geant4, MCNP6, and PHITS Monte Carlo codes for tetrahedral-mesh geometry

Han, M. C.*; Yeom, Y. S.*; Lee, H. S.*; Shin, B.*; Kim, C. H.*; 古田 琢哉

Physics in Medicine & Biology, 63(9), p.09NT02_1 - 09NT02_9, 2018/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:30.71(Engineering, Biomedical)

輸送計算コードGeant4, MCNP6, PHITSのマルチスレッド並列計算の実行性能について、異なる複雑さを持つ三体の四面体メッシュファントムを用いて調査した。ここでは、光子と中性子の輸送計算を実行し、初期化にかかる時間、輸送計算の時間及び、メモリ使用量と並列スレッド数の増加に対する相関関係を評価した。初期化にかかる時間は、ファントムの複雑化に伴い増加するものの、並列スレッド数にはあまり依存しないという傾向が三つ全ての計算コードで見られた。輸送計算の時間については、マルチスレッド並列計算に独立タリーの設計を採用しているGeant4では高い並列化効率(40並列で30倍の高速化)が見られたのに対し、MCNP6及びPHITSではタリー共有化による遅延のために、並列スレッド数増加に対する高速化の頭落ちが見られた(40並列でもMCNPは10倍、PHITSは数倍の高速化)。その一方で、Geant4は計算に必要なメモリ容量が大きく、並列スレッド数増加に対するメモリ使用量の増加もMCNP6やPHITSに比べて大きいことが分かった。また、PHITSの特筆すべき点として、メモリ使用量はファントムの複雑さやスレッド数によらず、他の二つの計算コードに比べて、顕著に小さいことも分かった。


Experimental determination of the topological phase diagram in Cerium monopnictides

黒田 健太*; 越智 正之*; 鈴木 博之*; 平山 元昭*; 中山 充大*; 野口 亮*; Bareille, C.*; 明比 俊太朗*; 國定 聡*; 室 隆桂之*; et al.

Physical Review Letters, 120(8), p.086402_1 - 086402_6, 2018/02

 被引用回数:24 パーセンタイル:89.19(Physics, Multidisciplinary)

We use bulk-sensitive soft X-ray angle-resolved photoemission spectroscopy and investigate bulk electronic structures of Ce monopnictides (CeX; X=P, As, Sb and Bi). By exploiting a paradigmatic study of the band structures as a function of their spin-orbit coupling (SOC), we draw the topological phase diagram of CeX and unambiguously reveal the topological phase transition from a trivial to a nontrivial regime in going from CeP to CeBi induced by the band inversion.


EBR-II passive safety demonstration tests benchmark analyses; Phase 2

Briggs, L.*; Monti, S.*; Hu, W.*; Sui, D.*; Su, G. H.*; Maas, L.*; Vezzoni, B.*; Partha Sarathy, U.*; Del Nevo, A.*; Petruzzi, A.*; et al.

Proceedings of 16th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-16) (USB Flash Drive), p.3030 - 3043, 2015/08

IAEA主催の「EBR-II炉停止のための熱除去試験に係るベンチマーク解析」研究共同プロジェクトは4年計画のうち3年目となっている。本プロジェクトには11ヶ国19機関がEBR-IIで行われた炉停止のための熱除去試験の内最も厳しい過渡試験の内の2ケースについて解析を実施してきた。ベンチマーク仕様に基づき炉心及び1次主冷却系の解析モデルを構築し解析を実施した。本プロジェクトのPhese 1ではブラインド解析が実施され測定データと比較・評価された。Phase 2では、Phese 1で試験データと合わなかった箇所を検討し解析モデルの改良を実施した。本論文では、最新の解析結果及び残された作業の実施方針を記載した。


Observation of two fine structures related to the hidden order in the spectral functions of URu$$_2$$Si$$_2$$

吉田 力矢*; 福井 仁紀*; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦; 大川 万里生*; Malaeb, W.*; Shin, S.*; 村岡 祐治*; 横谷 尚睦*

Physical Review B, 85(24), p.241102_1 - 241102_4, 2012/06

 被引用回数:16 パーセンタイル:57.94(Materials Science, Multidisciplinary)

The spectral functions of URu$$_2$$Si$$_2$$ in the hidden-order state are studied by means of ultrahigh-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy. High signal-to-noise ratio data uncover the existence of two anomalous fine structures. The structures can be explained by neither ordinary bands nor the development of a hybridization of two states. As a possible origin, we suggest the existence of electron-mode coupling in the ordered state.


Shell structure of even-even nickel isotopes containing twenty to forty neutrons

Bespalova, O. V.*; Boboshin, I. N.*; Varlamov, V. V.*; Ermakova, T. A.*; Ishkhanov, B. S.*; Klimochkina, A. A.*; Komarov, S. Yu.*; 小浦 寛之; Romanovsky, E. A.*; Spasskaya, T. I.*

Physics of Atomic Nuclei, 74(11), p.1521 - 1536, 2011/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:40.06(Physics, Nuclear)



Electronic structure of U(Ru$$_{1-x}$$Rh$$_{x}$$)$$_2$$Si$$_2$$ studied by laser angle-resolved photoemission spectroscopy

吉田 力矢*; 中村 祥明*; 福井 仁紀*; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦; 大川 万里生*; Shin, S.*; 平井 正明*; 村岡 祐治*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 273, p.012021_1 - 012021_4, 2011/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.03

Electronic structures of U(Ru$$_{1-x}$$Rh$$_x$$)$$_2$$Si$$_2$$ is studied employing ultrahigh-resolution laser angle-resolved photoemission spectroscopy. A hole-like dispersive feature, which presumably has Rh $$d$$-band character, was observed.However, although a heavy quasiparticle band appears in the hidden-order state of URu$$_2$$Si$$_2$$ ($$x$$ = 0), it was not observed for $$x$$ = 0.03 over the temperature range studied.


Development of zwitterionic monolithic column for hydrophilic interaction liquid chromatography and its application to the separation of catecholamines and related compounds

神谷 佳希*; Shin, S.*; Sabarudin, A.*; 梅村 知也*; 植木 悠二; 玉田 正男

JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 42, 2011/01

三次元的に気孔が連通した"モノリス"と呼ばれる多孔担体は、従来の粒子充填構造の担体と比較して、流体透過性が高く、また、物質移動が対流により促進される。そのため、通常の数倍から数十倍の速度で送液でき、かつそのような高速送液下でも分離や濃縮、酵素反応等の化学操作を効率よく行えることから、吸着分離剤や触媒担体として注目を集めている。本研究では、親水性相互作用(HILICモード)に基づく新規両性イオン型モノリスカラムの作製を試みた。スルホベタイン型官能基を有する機能性モノマーを主成分とする反応溶液を細管内に封入し、10kGy/hの$$gamma$$線を1時間照射することにより、目的とするモノリスカラムを作製することができた。本カラムを用いてカテコールアミンの分離を試みた結果、アセトニトリル/酢酸緩衝溶液(85:15, v/v)のアイソクラチックな移動相条件にもかかわらず、10種類のカテコールアミンとその代謝物を30分以内で良好に分離することができた。


Signature of hidden order and evidence for periodicity modification in URu$$_2$$Si$$_2$$

吉田 力矢*; 中村 祥明*; 福井 仁紀*; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦; 大川 万里生*; Shin, S.*; 平井 正明*; 村岡 祐治*; et al.

Physical Review B, 82(20), p.205108_1 - 205108_6, 2010/11

 被引用回数:56 パーセンタイル:88.53(Materials Science, Multidisciplinary)

The detail of electronic structures near the Fermi level in URu$$_2$$Si$$_2$$ has been investigated employing state-of-art laser angle-resolved photoemission spectroscopy. The observation of a narrow dispersive band near the Fermi level in the ordered state as well as its absence in RH-substituted sample strongly suggest that the emergence of the narrow band is a clear signature of the hidden-order transition.


Study of ion-beam-induced damage and luminescence properties in terbium-implanted AlGaN

Park, J.-H.*; 若原 昭浩*; 岡田 浩*; 古川 雄三*; Kim, Y.-T.*; Chang, H.-J.*; Song, J.*; Shin, S.*; Lee, J.-H.*; 佐藤 真一郎; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 49(3), p.032401_1 - 032401_5, 2010/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:6.06(Physics, Applied)

Terbium (Tb) ions were implanted into Al$$_{0.35}$$Ga$$_{0.65}$$N epitaxial layers at room temperature to investigate ion-beam-induced damage and luminescence properties at various doses of $$1times 10^{12}$$ - $$2.8times 10^{16}$$ Tb/cm$$^2$$. Rutherford backscattering spectrometry/channeling (RBS/channeling) reveals that on-beam-induced damage level steeply increases and that the damage cannot be fully recovered even after rapid thermal annealing at 1100 $$^{circ}$$C, when the dose exceeds $$5times 10^{14}$$ Tb/cm$$^2$$. On the other hand, cathodoluminescence (CL) intensity related to Tb$$^{3+}$$ transitions increased initially and saturated above a dose of $$1times 10^{13}$$ Tb/cm$$^2$$. The results suggest that Tb-related luminescence properties are much susceptible to defects and nonradiative defects, namely, Tb-defect complexes, are formed under low-dose conditions even at a very low structural defect density.


Energies of the single-particle proton 1$$f$$ and 2$$p$$ states in the $$^{58,60,62,64}$$Ni isotopes

Bespalova, O. V.*; Boboshin, I. N.*; Varlamov, V. V.*; Ermakova, T. A.*; Ishkhanov, B. S.*; Komarov, S. Yu.*; 小浦 寛之; Romanovskii, E. A.*; Spasskaya, T. I.*

Bulletin of the Russian Academy of Sciences; Physics, 73(6), p.820 - 823, 2009/06



Trends in stimulated Brillouin scattering and optical phase conjugation

Ostermeyer, M.*; Kong, H.-J.*; Kovalev, V. I.*; Harrison, R. G.*; Fotiadi, A. A.*; M$'e$gret, P.*; Kalal, M.*; Slezak, O.*; Yoon, J. W.*; Shin, J. S.*; et al.

Laser and Particle Beams, 26(3), p.297 - 362, 2008/09

 被引用回数:39 パーセンタイル:56.17(Physics, Applied)

An overview on current trends in stimulated Brillouin scattering and optical phase conjugation is given. This report is based on the results of the "Second International Workshop on stimulated Brillouin scattering and phase conjugation" held in Potsdam/Germany in September 2007. The properties of stimulated Brillouin scattering are presented for the compensation of phase distortions in combination with novel laser technology like ceramics materials but also for e.g., phase stabilization, beam combination, and slow light. Photorefractive nonlinear mirrors and resonant refractive index gratings are addressed as phase conjugating mirrors in addition.


Exchange bias and uncompensated spins in a Fe/Cr(100) bilayer

Kim, K. Y.*; Hwang, Y. S.*; Park, J.-G.*; 鳥飼 直也*; 武田 全康; Han, S. W.*; Shin, S. C.*

Physica Status Solidi (B), 244(12), p.4499 - 4502, 2007/12

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


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