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論文

Electronic structure of the intermediate-valence compound EuNi$$_2$$P$$_2$$ studied by soft X-ray photoemission spectroscopy

川崎 郁斗; 小畠 雅明; 藤森 伸一; 竹田 幸治; 山上 浩志; 辺土 正人*; 仲間 隆男*; 大貫 惇睦*

Physical Review B, 104(16), p.165124_1 - 165124_8, 2021/10

 被引用回数:0

We carried out angle-resolved photoemission (ARPES) experiments using soft X rays to investigate the electronic structure of the intermediate valence compound EuNi$$_2$$P$$_2$$. Both the Eu$$^{2+}$$ and Eu$$^{3+}$$ components arising from the 4$$f^6$$ and 4$$f^5$$ final states were observed in the valence spectra, directly confirming an intermediate character of Eu ions. The three-dimensional band structure was studied by ARPES measurements, and we found that the ARPES spectra up to just below the Fermi level can well be explained by a calculation based on the density-functional theory for the non-4$$f$$ reference compound SrNi$$_2$$P$$_2$$. The heavy-fermion bands in EuNi$$_2$$P$$_2$$ are thus considered to be formed through the hybridization between the dispersive valence bands, which resemble those for SrNi$$_2$$P$$_2$$, and the Eu$$^{2+}$$ components located at the very vicinity of the Fermi level.

論文

Detecting halfmetallic electronic structures of spintronic materials in a magnetic field

藤原 秀紀*; 梅津 理恵*; 黒田 文彬*; 宮脇 淳*; 樫内 利幸*; 西本 幸平*; 永井 浩大*; 関山 明*; 入澤 明典*; 竹田 幸治; et al.

Scientific Reports (Internet), 11(1), p.18654_1 - 18654_9, 2021/09

 被引用回数:0

Band-gap engineering is one of the fundamental techniques in semiconductor technology. To fully utilize the spintronic material, it is essential to optimize the spin-dependent electronic structure in operando conditions by applying the magnetic and/or electric fields. Here we present a new spectroscopic technique to probe the spin-polarized electronic structures by using magnetic circular dichroism (MCD) in resonant inelastic soft X-ray scattering (RIXS) under an external magnetic field. Thanks to the spin-selective dipole-allowed transitions in the RIXS-MCD, we have successfully demonstrated the direct evidence of the perfectly spin-polarized electronic structures for the prototypical halfmetallic Heusller alloy, Co$$_{2}$$MnSi. The RIXS-MCD is a promising tool to probe the spin-dependent carriers and band-gap with element specific way induced in buried magnetic layers under operando conditions.

論文

Microstructures and interface magnetic moments in Mn$$_{2}$$VAl/Fe layered films showing exchange bias

窪田 崇秀*; 嶋田 雄介*; 土屋 朋生*; 吉川 智己*; 伊藤 啓太*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 今野 豊彦*; 木村 昭夫*; 高梨 弘毅*

Nanomaterials (Internet), 11(7), p.1723_1 - 1723_11, 2021/07

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

Heusler alloys exhibit various magnetic properties. In this study, a layered sample consisting of a Heusler alloy, Mn$$_{2}$$VAl and a ferromagnet, Fe, is selected as a material system exhibiting exchange bias. Although the fully ordered Mn$$_{2}$$VAl is known as a ferrimagnet, the Mn$$_{2}$$VAl/Fe layered structure exhibits exchange bias. The high-angle annular dark field STEM images demonstrated the formation of Mn$$_{2}$$VAl clusters with the L2$$_{1}$$ phase distributed only around the interface to the Fe layer in the sample. Furthermore, the antiferromagnetic coupling between the Mn- and Fe-moments were observed in element specific hysteresis loops measured using XMCD. The locally ordered L2$$_{1}$$ phase and antiferromagnetic Mn-moments in the Mn$$_{2}$$VAl layer are important for the exchange bias.

論文

Electronic structure of URu$$_2$$Si$$_2$$ in paramagnetic phase; Three-dimensional angle resolved photoelectron spectroscopy study

藤森 伸一; 竹田 幸治; 山上 浩志; 山本 悦嗣; 芳賀 芳範

Electronic Structure (Internet), 3(2), p.024008_1 - 024008_8, 2021/06

The three-dimensional (3D) electronic structure of the hidden order compound $$mathrm{URu_2Si_2}$$ in a paramagnetic phase was revealed using a 3D angle-resolved photoelectron spectroscopy where the electronic structure of the entire Brillouin zone is obtained by scanning both incident photon energy and detection angles of photoelectrons. The quasi-particle bands with enhanced contribution from the $$mathrm{U}~5f$$ state were observed near $$E_mathrm{F}$$, formed by the hybridization with the $$mathrm{Ru}~4d$$ states. The energy dispersion of the quasi-particle band is significantly depend on$$k_z$$, indicating that they inherently have a 3D nature. The band-structure calculation qualitatively explain the characteristic features of the band structure and Fermi surface although the electron correlation effect strongly renormalizes the quasi-particle bands. The 3D and strongly-correlated nature of the quasi-particle bands in$$mathrm{URu_2Si_2}$$ is an essential ingredient for modeling its hidden-order transition.

論文

Absence of ferromagnetism in MnBi$$_2$$Te$$_4$$/Bi$$_2$$Te$$_3$$ down to 6 K

深澤 拓朗*; 日下 翔太郎*; 角田 一樹; 橋爪 瑞葵*; 一ノ倉 聖*; 竹田 幸治; 出田 真一郎*; 田中 清尚*; 清水 亮太*; 一杉 太郎*; et al.

Physical Review B, 103(20), p.205405_1 - 205405_6, 2021/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Materials Science, Multidisciplinary)

We successfully fabricated a MnBi$$_2$$Te$$_4$$/Bi$$_2$$Te$$_3$$ heterostructure by incorporating Mn and Te inside the topmost quintuple layer of Bi$$_2$$Te$$_3$$, as unambiguously confirmed by LEED I-V scanning transmission electron microscopy measurements. The surface-state Dirac cone of the heterostructure showed little change compared to that of the pristine Bi$$_2$$Te$$_3$$ and X-ray magnetic circular dichroism measurements showed that the system was paramagnetic down to 5.6 K. These results are in contrast to the previous works on related materials that showed magnetic order around 10 K as well as theoretical predictions and suggests the intricacy of the magnetic properties of two-dimensional van der Waals magnets.

論文

総合討論; 環境移行パラメータのデータベース化と生活圏被ばく線量評価への活用

高橋 知之*; 内田 滋夫*; 武田 聖司; 中居 邦浩*

KURNS-EKR-11, p.97 - 102, 2021/03

農作物や水産物への元素の移行係数等の生活圏環境移行パラメータに対するIAEAのデータベースの取りまとめ状況や、わが国における放射性廃棄物処分の被ばく線量評価におけるデータベースの活用の状況について概説するとともに、将来の具体的な放射性廃棄物処分の地域における被ばく線量評価を想定した場合に対し、今後の生活圏環境移行パラメータのデータベース構築に必要な戦略、整備されるべき観点、課題点等に関して、専門家の意見と総合討論の結果について取りまとめた。

論文

Identification of coral spawn source areas around Sekisei Lagoon for recovery and poleward habitat migration by using a particle-tracking model

武田 尚弥*; 鹿島 基彦*; 小谷 瑳千花*; 内山 雄介*; 上平 雄基; 御手洗 哲司*

Scientific Reports (Internet), 11(1), p.6963_1 - 6963_10, 2021/03

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Multidisciplinary Sciences)

石西礁湖へのサンゴ浮遊幼生加入ソースを特定するため領域海洋モデルROMSを用いて大規模な粒子追跡数値実験を行った。その結果、鳩間島を含む西表島の北部沿岸域が主要なサンゴ幼生のソース地域として特定された。

論文

ウランの化学(II); 方法と実践

佐藤 修彰*; 桐島 陽*; 渡邉 雅之; 佐々木 隆之*; 上原 章寛*; 武田 志乃*

ウランの化学(II); 方法と実践, 143 Pages, 2021/03

本書は実際にウランを用いた実験をする場合に必要な事項についてまとめられている。内容は方法編と実践編からなり、方法編では実験施設や設備と種々の実験方法を、実践編では溶液および固体化学の実験やウランおよびRIを用いた実験等について触れられている。

論文

高温硫酸分解ガス環境下におけるステンレス鋼及びNi基合金の耐食性評価及び表面皮膜構造解析

広田 憲亮; 竹田 貴代子*; 橘 幸男; 正木 康浩*

材料と環境, 70(3), p.68 - 76, 2021/03

熱化学水素製造法(ISプロセス)の硫酸分解反応容器を想定した高温硫酸分解ガス環境下において、ステンレス鋼及びNi基合金の耐食性能評価を実施した。その結果、100時間の腐食試験ではSiを2.4%含有したNi基合金は、腐食速度が小さく、優れた耐食性能を示したほか、Alを3%含有したフェライト系ステンレス鋼(3Al-Ferrite)は、腐食速度が指標とするSiCの腐食速度(0.1mm/year)を下回る優れた耐食性能を示した。一方で3Al-Ferriteの腐食生成皮膜と同じコンセプトで、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$皮膜を材料にプレフィルミングしたNi基合金の腐食速度は、3Al-Ferriteに対して大幅に速くなった。これらの酸化皮膜/母材界面の断面でEPMA分析を行った結果、2.4Si含有Ni基合金では、Si酸化皮膜が形成されていたが、長時間の腐食試験中にSi酸化皮膜に欠陥ができ、腐食環境から酸化皮膜を介して母材粒界へのS侵入が確認された。一方で3Al-Ferriteでは、薄い均一なAl$$_{2}$$O$$_{3}$$皮膜が形成されており、粒界へのS侵入は確認されなかった。またAl$$_{2}$$O$$_{3}$$皮膜をプレフィルミングしたNi基合金では、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$皮膜に欠陥ができ、母材粒界へSが侵入していた。3Al-Ferriteに生成した腐食生成皮膜とプレフィルミングしたAl$$_{2}$$O$$_{3}$$の違いをX線回折で解析した結果、3Al-Ferriteの皮膜は、$$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$のみからなるのに対し、プレフィルミングしたAl$$_{2}$$O$$_{3}$$$$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$$$gamma$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$が混在していることが分かった。これらの結果により、3Al-Ferriteの良好な耐食性能は、緻密な$$alpha$$-Al$$_{2}$$O$$_{3}$$が早期に母材表面に均一形成されたことによるものと推察される。

論文

High temperature gas-cooled reactors

武田 哲明*; 稲垣 嘉之; 相原 純; 青木 健; 藤原 佑輔; 深谷 裕司; 後藤 実; Ho, H. Q.; 飯垣 和彦; 今井 良行; et al.

High Temperature Gas-Cooled Reactors; JSME Series in Thermal and Nuclear Power Generation, Vol.5, 464 Pages, 2021/02

本書は、原子力機構における今までの高温ガス炉の研究開発の総括として、HTTRの設計、燃料、炉内構造物や中間熱交換器などの要素技術の開発、出力上昇試験、950$$^{circ}$$Cの高温運転、安全性実証試験などの運転経験及び成果についてまとめたものである。また、HTTRでの知見をもとに、商用炉の設計、高性能燃料、ヘリウムガスタービン、ISプロセスによる水素製造などの要素技術開発の現状について記述しており、今後の高温ガス炉の開発に非常に有用である。本書は、日本機械学会の動力エネルギーシステム部門による化石燃料及び原子力によるエネルギーシステムの技術書のシリーズの一冊として刊行されるものである。

論文

Spin-orbit-induced Ising ferromagnetism at a van der Waals interface

松岡 秀樹*; Barnes, S. E.*; 家田 淳一; 前川 禎通; Bahramy, M. S.*; Saika, B. K.*; 竹田 幸治; 和達 大樹*; Wang, Y.*; 吉田 訓*; et al.

Nano Letters, 21(4), p.1807 - 1814, 2021/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:72.02(Chemistry, Multidisciplinary)

Magnetocrystalline anisotropy, a key ingredient for establishing long-range order in a magnetic material down to the two-dimensional (2D) limit, is generally associated with spin-orbit interaction (SOI) involving a finite orbital angular momentum. Here we report strong out-of-plane magnetic anisotropy without orbital angular momentum, emerging at the interface between two different van der Waals (vdW) materials, an archetypal metallic vdW material NbSe$$_{2}$$ possessing Zeeman-type SOI and an isotropic vdW ferromagnet V$${}_5$$Se$${}_8$$. We found that the Zeeman SOI in NbSe$$_{2}$$ induces robust out-of-plane magnetic anisotropy in V$$_{5}$$Se$$_{8}$$ down to the 2D limit with a more than 2-fold enhancement of the transition temperature. We propose a simple model that takes into account the energy gain in NbSe$$_{2}$$ in contact with a ferromagnet, which naturally explains our observations. Our results demonstrate a conceptually new magnetic proximity effect at the vdW interface, expanding the horizons of emergent phenomena achievable in vdW heterostructures.

論文

Core-level photoelectron spectroscopy study of UTe$$_{2}$$

藤森 伸一; 川崎 郁斗; 竹田 幸治; 山上 浩志; 仲村 愛*; 本間 佳哉*; 青木 大*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(1), p.015002_1 - 015002_2, 2021/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:92.66(Physics, Multidisciplinary)

The valence state of $$mathrm{UTe}_2$$ was studied by core-level photoelectron spectroscopy. The main peak position of the $$mathrm{U}~4f$$ core-level spectrum of $$mathrm{UTe}_2$$ coincides with that of $$mathrm{UB}_2$$, which is anitinerant compound with a nearly $$5f^3$$ configuration. However, the main peak of $$mathrm{UTe}_2$$ is broader than that of$$mathrm{UB}_2$$, and satellite structures are observed in the higher binding energy side of the main peak, which are characteristics of mixed-valence uranium compounds. These results suggest that the $$mathrm{U}~5f$$ state in $$mathrm{UTe}_2$$ isin a mixed valence state with a dominant contribution from the itinerant$$5f^3$$ configuration.

論文

Major outcomes through recent ROSA/LSTF experiments and future plans

竹田 武司; 和田 裕貴; 柴本 泰照

World Journal of Nuclear Science and Technology, 11(1), p.17 - 42, 2021/01

Many experiments have been conducted on accidents and transients of pressurized water reactor (PWR) employing the rig of safety assessment/large-scale test facility (ROSA/LSTF). Major results of the related integral effect tests with the LSTF were reviewed to experimentally identify thermal-hydraulic phenomena involved, regarding the PWR accident sequences in accordance with the new regulatory requirements for the Japanese light-water nuclear power plants. Key results of the recent integral effect tests utilizing the LSTF and future plans were presented relevant to multiple steam generator tube rupture accident with recovery operation, small-break loss-of-coolant accident (LOCA) with accident management measure on core exit temperature reliability, and small-break LOCA with thermal stratification under cold water injection from emergency core cooling system into cold legs.

論文

Direct observation of the magnetic ordering process in the ferromagnetic semiconductor Ga$$_{1-x}$$Mn$$_{x}$$As via soft X-ray magnetic circular dichroism

竹田 幸治; 大矢 忍*; Pham, N. H.*; 小林 正起*; 斎藤 祐児; 山上 浩志; 田中 雅明*; 藤森 淳*

Journal of Applied Physics, 128(21), p.213902_1 - 213902_11, 2020/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:24.67(Physics, Applied)

In order to understand the mechanism of the ferromagnetism in Ga$$_{1-x}$$Mn$$_{x}$$As ((Ga,Mn)As), we have investigated the magnetic behavior on a microscopic level through systematic temperature ($$T$$) and magnetic-field ($$H$$) dependent soft X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) experiments at the Mn $$L_mathrm{2,3}$$ absorption edges. The $$T$$ and $$H$$ dependences of XMCD intensities have been analyzed using a model consisting of the ferromagnetic (FM), paramagnetic, and superparamagnetic (SPM) components. Intriguingly, we have found a common behavior for the ferromagnetic ordering process in (Ga,Mn)As samples with different Mn concentrations and different Curie temperature ($$T_mathrm{C}$$) values. In particular, the SPM component develops well above $$T_mathrm{C}$$, indicating that local FM regions are formed well above $$T_mathrm{C}$$. The present findings indicate that the onset of ferromagnetic ordering is triggered by local electronic states around the substitutional Mn ions. Insight into the most representative ferromagnetic semiconductor, (Ga,Mn)As, will be an important step in understanding the mechanism of ferromagnetic ordering in various ferromagnetic semiconductor families.

論文

Fabrication of a novel magnetic topological heterostructure and temperature evolution of its massive Dirac cone

平原 徹*; Otrokov, M. M.*; 佐々木 泰佑*; 角田 一樹*; 友弘 雄太*; 日下 翔太郎*; 奥山 裕磨*; 一ノ倉 聖*; 小林 正起*; 竹田 幸治; et al.

Nature Communications (Internet), 11, p.4821_1 - 4821_8, 2020/09

 被引用回数:11 パーセンタイル:89.19(Multidisciplinary Sciences)

We fabricate a novel magnetic topological heterostructure Mn$$_{4}$$Bi$$_{2}$$Te$$_{7}$$/Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ where multiple magnetic layers are inserted into the topmost quintuple layer of the original topological insulator Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$. A massive Dirac cone (DC) with a gap of 40-75 meV at 16 K is observed. By tracing the temperature evolution, this gap is shown to gradually decrease with increasing temperature and a blunt transition from a massive to a massless DC occurs around 200-250 K. Magnetic measurements show that there are two distinct Mn components in the system that corresponds to the two heterostructures; MnBi$$_{2}$$Te$$_{4}$$/Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ is paramagnetic at 6 K while Mn$$_{4}$$Bi$$_{2}$$Te$$_{7}$$/Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ is ferromagnetic with a negative hysteresis (critical temperature 20 K). This novel heterostructure is potentially important for future device applications.

論文

Unveiling spin-dependent unoccupied electronic states of Co$$_{2}$$MnGe (Ga) film via Ge (Ga) $$L_{2,3}$$ absorption spectroscopy

吉川 智己*; Antonov, V. N.*; 河野 嵩*; 鹿子木 将明*; 角田 一樹; 宮本 幸治*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 後藤 一希*; 桜庭 裕弥*; et al.

Physical Review B, 102(6), p.064428_1 - 064428_7, 2020/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Materials Science, Multidisciplinary)

X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) spectroscopy were applied at the Ge (Ga) $$L_{2,3}$$ edge to unravel the spin-resolved unoccupied electronic states of Co$$_{2}$$MnGe (Ga). Complicated spectral features were observed in both XAS and XMCD spectra. For their interpretation, we compared the experimental XAS and XMCD spectra with the calculated Ge (Ga) 4$$s$$ and 4$$d$$ orbital partial density of states. The comparison enabled a qualitative explanation of the XMCD spectra as the difference between the majority and minority-spin unoccupied density of states summed over the 4$$s$$ and 4$$d$$ orbitals. Our finding provides a new approach to uncover the spin-split partial density of states above the Fermi level.

論文

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.

論文

Key factors controlling radiocesium sorption and fixation in river sediments around the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, 2; Sorption and fixation behaviors and their relationship to sediment properties

舘 幸男; 佐藤 智文*; 武田 智津子*; 石寺 孝充; 藤原 健壮; 飯島 和毅

Science of the Total Environment, 724, p.138097_1 - 138097_10, 2020/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:39.03(Environmental Sciences)

福島第一原子力発電所周辺の河川流域における放射性Csの環境動態評価に資するため、汚染レベルが高い請戸川と小高川から採取された河川堆積物に対するCsの収着・固定挙動を、放射性Csの収着と固定メカニズムと、Cs濃度や、粘土鉱物や有機物といった堆積物特性との関係に着目して評価した。

論文

Spallation and fragmentation cross sections for 168 MeV/nucleon $$^{136}$$Xe ions on proton, deuteron, and carbon targets

Sun, X. H.*; Wang, H.*; 大津 秀暁*; 櫻井 博儀*; Ahn, D. S.*; 合川 正幸*; 福田 直樹*; 磯部 忠昭*; 川上 駿介*; 小山 俊平*; et al.

Physical Review C, 101(6), p.064623_1 - 064623_12, 2020/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:35.83(Physics, Nuclear)

理化学研究所RIビームファクトリーにて逆運動学法を使用し、核子当たり168MeVの陽子, 重陽子, 炭素イオン入射による$$^{136}$$Xeのスポレーションおよびフラグメンテーション反応からの同位体生成断面積を測定した。炭素イオンの場合は全運動エネルギーが高くなるため、質量数の小さな同位体の生成断面積が大きくなった。また、今回新たに測定されたデータを以前により高い入射エネルギーで測定されたデータと比較することで、同位体生成断面積の入射エネルギー依存性を調査した。さらに、測定データをPHITS, SPACS, EPAX, DEURACSの計算値と比較した。本研究で測定したデータは、理論計算の良いベンチマークになると考えられる。

論文

How different is the core of $$^{25}$$F from $$^{24}$$O$$_{g.s.}$$ ?

Tang, T. L.*; 上坂 友洋*; 川瀬 頌一郎; Beaumel, D.*; 堂園 昌伯*; 藤井 俊彦*; 福田 直樹*; 福永 拓*; Galindo-Uribarri. A.*; Hwang, S. H.*; et al.

Physical Review Letters, 124(21), p.212502_1 - 212502_6, 2020/05

 被引用回数:9 パーセンタイル:88.96(Physics, Multidisciplinary)

中性子過剰核$$^{25}$$Fの構造が($$p,2p$$)反応で調査した。$$pi 0d_{5/2}$$軌道の分光学的因子は1.0$$pm$$0.3と大きいが、一方で残留核である$$^{24}$$Oが基底状態である割合は約35%,励起状態は約0.65%であることが明らかになった。この結果は、$$^{25}$$Fのコア核$$^{24}$$Oは基底状態とは大きく異なり、$$^{24}$$Oの$$0d_{5/2}$$軌道に陽子がひとつ加わることで$$^{24}$$Oと$$^{25}$$Fの中性子軌道が相当に変化していると推測される。これは酸素同位体ドリップライン異常のメカニズムである可能性がある。

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