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Novel critical behavior of magnetization in URhSi; Similarities to the uranium ferromagnetic superconductors UGe$$_2$$ and URhGe

立岩 尚之; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣

Physical Review B, 99(9), p.094417_1 - 094417_12, 2019/03

 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

ウラン系強磁性物質URhSiについて、強磁性転移温度$$T_{rm C}$$近辺で磁気測定を行い、臨界現象の研究を行った。自発磁化の温度依存に関する臨界指数$$beta$$、磁化率の指数$$gamma$$$$T_{rm C}$$における磁化に関する指数$$delta$$を、修正アロットプロットとスケーリング理論等を用いて決定した。URhSiの強磁性状態は一軸磁気異方性が大きいものの、臨界指数は三次元イジングモデルから期待されるもの($$beta$$ = 0.325, $$gamma$$ = 1.241, and $$delta$$ = 4.82)とは異なることが明らかにされた。URhSiの臨界指数($$beta$$ = 0.300 $$pm$$ 0.002, $$gamma$$ = 1.00 $$pm$$ 0.02, and $$delta$$ = 4.32 $$pm$$ 0.04)は、ウラン系強磁性超伝導物質UGe$$_2$$とURhGeと類似している。URhSiの静的磁性と動的磁性をウラン系強磁性超伝導物質と対比させ議論する。


Strong correlation between ferromagnetic superconductivity and pressure-enhanced ferromagnetic fluctuations in UGe$$_2$$

立岩 尚之; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣

Physical Review Letters, 121(23), p.237001_1 - 237001_6, 2018/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:47.22(Physics, Multidisciplinary)

ウラン系強磁性超伝導物質UGe$$_2$$の高圧下磁化測定を行い、データをTakahashiによるスピンのゆらぎ理論を用いて解析した。強磁性相FM1とFM2の相境界$$P_x$$で、スピンゆらぎスペクトルの分布幅$$T_0$$に明確な異常が現れた。$$P_x$$では、超伝導転移温度$$T_{rm sc}$$が最大値を示す。このことは、$$P_x$$近辺で発達する強磁性スピンのゆらぎが超伝導出現に役割を果たすことを示唆する。また、パラメーター$${T_{rm Curie}}/{T_0}$$(ここで、$${T_{rm Curie}}$$は強磁性転移温度)の圧力変化から、局在性の強いFM2から遍歴性の強いFM1へ基底状態は転移することが示唆された。$$T_0$$$$T_{rm sc}$$の関係について、銅酸化物超伝導体等、他の超伝導物質と議論された。


Phenomenological approach to study the degree of the itinerancy of the 5$$f$$ electrons in actinide ferromagnets with spin fluctuation theory

立岩 尚之; Posp$'i$$v{s}$il, J.*; 芳賀 芳範; 酒井 宏典; 松田 達磨*; 山本 悦嗣

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 5, p.104 - 107, 2018/12

ウラン系強磁性超伝導物質UGe$$_2$$, URhGe, UCoGeについて盛んに研究が行われてきた。最近、我々は69個のウラン化合物、7個のネプツニウム化合物、4個のプルトニウム化合物について、スピンゆらぎ理論の適用性を検討した。その結果、アクチノイド5$$f$$電子の遍歴性を示唆する結果が得られた。会議では全強磁性化合物の解析結果と、UGe$$_2$$のスピンのゆらぎパラーメーターの圧力依存を議論する。


Magnetic field induced phenomena in UIrGe in fields applied along the $$b$$ axis

Posp$'i$$v{s}$il, J.*; 芳賀 芳範; 小濱 芳允*; 三宅 厚志*; 神戸 振作; 立岩 尚之; Vali$v{s}$ka, M.*; Proschek, P.*; Prokle$v{s}$ka, J.*; Sechovsk$'y$, V.*; et al.

Physical Review B, 98(1), p.014430_1 - 014430_7, 2018/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:55.95(Materials Science, Multidisciplinary)

The metamagnetic transition between the antiferromagnetic and paramagnetic state in UIrGe has been studied at various temperatures by magnetization, heat capacity, and magnetocaloric effect measurements on a single crystal in static and pulsed magnetic fields applied along the orthorhombic $$b$$ axis. The first-order transition is accompanied by a dramatic increase of the Sommerfeld coefficient. A tentative scenario explaining these anomalies by antiferromagnetic correlations or short-range order in the paramagnetic state is discussed.


Crystallographic, magnetic, thermal, and electric transport properties in UPtIn single crystal

松本 裕司*; 芳賀 芳範; 立岩 尚之; 山本 悦嗣; Fisk, Z.*

Journal of the Physical Society of Japan, 87(2), p.024706_1 - 024706_4, 2018/02

 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)

Single crystal samples of UPtIn with the hexagonal structure are grown from indium flux. Strong uniaxial magnetic anisotropy is revealed from magnetic property measurements. Specific heat measurement reveals a significant deviation from $$T$$-linear behavior, indicating the smaller electronic specific heat than the previous study.


Critical behavior of magnetization in URhAl; Quasi-two-dimensional Ising system with long-range interactions

立岩 尚之; Pospisil, J.*; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣

Physical Review B, 97(6), p.064423_1 - 064423_10, 2018/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:55.95(Materials Science, Multidisciplinary)

強磁性体URhAlの磁気臨界現象を研究した。自発磁化の臨界指数$$beta$$、磁化率の指数$$gamma$$、強磁性転移温度$$T_{rm C}$$における磁化の臨界指数$$delta$$を求めた。それぞれ$$beta$$=0.287$$pm$$0.005, $$gamma$$=1.47$$pm$$0.02, $$delta$$=6.08$$pm$$0.04と決定された。これらの臨界指数はWidomのスケーリング則($${delta}{,}={,}1+{,}{gamma}/{beta}$$)を満たしている。得られた結果は、二次元イジングモデルについての繰り込み群を用いた理論モデルで説明される。


Pressure studies on the antiferromagnetic Kondo semiconductor Ce(Ru$$_{1-x}$$Rh$$_x$$)$$_2$$Al$$_{10}$$ (x = 0,0.1)

谷田 博司*; 北川 健太郎*; 立岩 尚之; 世良 正文*; 西岡 孝*

Physical Review B, 96(23), p.235131_1 - 235131_7, 2017/12

 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

近藤半導体Ce(Ru$$_{1-x}$$Rh$$_x$$)$$_2$$Al$$_{10}$$(x=0 and 0.1)の圧力誘起型反強磁性-常磁性転移についての実験研究を行った。高圧下電気抵抗測定の結果、異常な反強磁性状態の形成に関して、$$c$$-$$f$$混成は必要条件ではないことが明らかにされた。さらに高圧下磁化測定も行われた。磁気的特性に関する圧力効果と、x=0とx=1の電子状態の違いが議論された。


ScPd$$_2$$Al$$_3$$; New polymorphic phase in Al-Pd-Sc system

Pospisil, J.; 芳賀 芳範; 中島 邦久; 石川 法人; C$'i$sa$v{r}$ov$'a$, I.*; 立岩 尚之; 山本 悦嗣; 山村 朝雄*

Solid State Communications, 268, p.12 - 14, 2017/12

 パーセンタイル:100(Physics, Condensed Matter)

A new compound of the composition ScPd$$_2$$Al$$_3$$ showing polymorphism has been discovered. At room temperature, it crystalizes in the orthorhombic structure, but it transforms into a cubic phase above 1053$$^{circ}$$C. ScPd$$_2$$Al$$_3$$ exists as a very stable intermetallic phase just in the vicinity of the icosahedral quasicrystal Al$$_{54}$$Pd$$_{30}$$Sc$$_{16}$$.


Electronic structure of ThRu$$_2$$Si$$_2$$ studied by angle-resolved photoelectron spectroscopy; Elucidating the contribution of U 5$$f$$ states in URu$$_{2}$$Si$$_{2}$$

藤森 伸一; 小畠 雅明; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; 藤森 淳; 山上 浩志; 松本 裕司*; 山本 悦嗣; 立岩 尚之; et al.

Physical Review B, 96(12), p.125117_1 - 125117_9, 2017/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:80.59(Materials Science, Multidisciplinary)

The Fermi surface and band structure of $$mathrm{ThRu}_2mathrm{Si}_2$$ have been studied by angle resolved photoelectron spectroscopy (ARPES) with the incident photon energies of $$hnu$$ = 665-735 eV. Detailed band structure and the three-dimensional shape of the Fermi surface were derived experimentally, and they are quantitatively explained by the band-structure calculation based on the density functional approximation. Comparison of the experimental ARPES spectra of $$mathrm{ThRu}_2mathrm{Si}_2$$ with those of $$mathrm{URu}_2mathrm{Si}_2$$ shows that they have considerably different spectral profiles particularly in the energy range of $$E_mathrm{B} = E_mathrm{F}$$ - 1 eV. Some energy bands with their energy dispersions of about 1 eV observed in $$mathrm{URu}_2mathrm{Si}_2$$ are missing in the ARPES spectra of $$mathrm{ThRu}_2mathrm{Si}_2$$ measured along the same high symmetry line of Brillouin zone, suggesting that U 5$$f$$ states form these bands in $$mathrm{URu}_2mathrm{Si}_2$$. The relationship between the ARPES spectra of $$mathrm{URu}_2mathrm{Si}_2$$ and $$mathrm{ThRu}_2mathrm{Si}_2$$ is very different from the case between $$mathrm{CeRu}_2mathrm{Si}_2$$ and $$mathrm{LaRu}_2mathrm{Si}_2$$ where their intrinsic difference is limited only in the very vicinity of the Fermi energy. The present result argues that the U 5$$f$$ electrons in $$mathrm{URu}_2mathrm{Si}_2$$ have strong hybridization with ligand states, and essentially have an itinerant character.


Itinerant ferromagnetism in actinide $$5f$$-electron systems; Phenomenological analysis with spin fluctuation theory

立岩 尚之; Posp$'i$$v{s}$il, J.*; 芳賀 芳範; 酒井 宏典; 松田 達磨*; 山本 悦嗣

Physical Review B, 96(3), p.035125_1 - 035125_15, 2017/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:24.2(Materials Science, Multidisciplinary)

我々は69個のウラン強磁性物質、7個のネプツニウム強磁性物質、4個のプルトニウム強磁性物質について、Takahashiらによって提案されたスピンのゆらぎ理論(Y. Takahashi, J. Phys. Soc. Jpn. ${bf 55}$, 3553 (1986))を用いた解析を行った。基本的な磁気的パラメーターと、スピンのゆらぎパラメータを決定し、アクチノイド$$5f$$電子系に対するスピンのゆらぎ理論の適用を考察した。$$3d$$電子系の遍歴強磁性物質は一般化されたRhodes-Wohlfarthの関係式($${p_{rm eff}}/{p_{rm s}}{,}{propto}{,}({T_{rm C}}/{T_0})^{-3/2}$$)を満たす。ここで$$p_{rm s}$$は自発磁化、$$p_{rm eff}$$は有効磁気モーメント、$$T_{rm C}$$は強磁性転移温度である。$$T_0$$はスピンのゆらぎスペクトルのエネルギー空間における分布幅である。同じ関係式が、アクチノイド$$5f$$電子系でも基本的に成立することが明らかにされた。


Magnetoresistance and Hall effect of antiferromagnetic uranium compound URhIn$$_5$$

芳賀 芳範; 松本 裕司*; Pospisil, J.; 立岩 尚之; 山本 悦嗣; 山村 朝雄*; Fisk, Z.*

Journal of Physics; Conference Series, 807(1), p.012015_1 - 012015_4, 2017/04

Transport characteristics of an antiferromagnetic uranium compound URhIn$$_5$$ are studied. The antiferromagnetic transition leads to a formation of a gap on the Fermi surface as demonstrated by a hump in the resistivity behavior as a function of temperature. Hall effect, magnetoresistance and de Haas-van Alphen study consistently demonstrate a small carrier concentration in the antiferromagnetic state suggesting that majority of the Fermi surface vanishes.


Effect of pressure on magnetism of UIrGe

Pospisil, J.; 郷地 順*; 芳賀 芳範; 本多 史憲*; 上床 美也*; 立岩 尚之; 神戸 振作; 長崎 尚子*; 本間 佳哉*; 山本 悦嗣

Journal of the Physical Society of Japan, 86(4), p.044709_1 - 044709_6, 2017/04

 被引用回数:5 パーセンタイル:25.68(Physics, Multidisciplinary)

The effect of hydrostatic pressure on the electronic state of the antiferromagnet UIrGe is reported. A series of resistivity measurements up to 15 GPa demonstrated the Neel temperature decreases with increasing pressure and vanishes around 12 GPa. The transition from antiferromagnetic to paramagnetic phase appears to be of first order. A moderate increase in the effective mass was detected in the vicinity of the critical pressure.


Switching of magnetic ground states across the UIr$$_{1-x}$$Rh$$_x$$Ge alloy system

Pospisil, J.; 芳賀 芳範; 神戸 振作; 徳永 陽; 立岩 尚之; 青木 大*; 本多 史憲*; 仲村 愛*; 本間 佳哉*; 山本 悦嗣; et al.

Physical Review B, 95(15), p.155138_1 - 155138_15, 2017/04

 被引用回数:6 パーセンタイル:28.68(Materials Science, Multidisciplinary)

We investigated the evolution of magnetism in UIr$$_{1-x}$$Rh$$_x$$Ge system by systematic study on high-quality single crystals. We find a field-induced first order transition in the vicinity of the critical magnetic field along the $$b$$ axis in the entire UIr$$_{1-x}$$Rh$$_x$$Ge system, including the ferromagnetic region.


Fermi surface of ThRu$$_{2}$$Si$$_{2}$$ as a reference to the strongly correlated isostructural metals investigated by quantum oscillations

松本 裕司*; 芳賀 芳範; 立岩 尚之; 青木 晴善*; 木村 憲彰*; 山村 朝雄*; 山本 悦嗣; 松田 達磨*; Fisk, Z.*; 山上 浩志*

Journal of the Physical Society of Japan, 85(10), p.104709_1 - 104709_7, 2016/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:62.88(Physics, Multidisciplinary)

dHvA oscillations were detected on an actinide compound ThRu$$_2$$Si$$_2$$ which is regarded as a reference to strongly correlated electron systems URu$$_2$$Si$$_2$$ and CeRu$$_2$$Si$$_2$$. Observed Fermi surfaces well coincides with the band structure calculations, as well as experimentally obtained ones for a heavy fermion compound CeRu$$_2$$Si$$_2$$. On the other hand, Fermi surfaces of URu$$_2$$Si$$_2$$ have significantly different characteristics, suggesting an itinerant ground state of 5f electrons.


Properties and collapse of the ferromagnetism in UCo$$_{1-x}$$Ru$$_{x}$$Al studied in single crystals

Pospisil, J.; Opletal, P.*; Vali$v{s}$ka, M.*; 徳永 陽; Stunault, A.*; 芳賀 芳範; 立岩 尚之; Gillon, B.*; 本多 史憲*; 山村 朝雄*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 85(3), p.034710_1 - 034710_10, 2016/03

 被引用回数:8 パーセンタイル:25.62(Physics, Multidisciplinary)

We have investigated the ferromagnetic (FM) phase, which suddenly develops in UCo$$_{1-x}$$Ru$$_{x}$$Al and is isolated by paramagnetic regions on both sides from the parent UCoAl and URuAl. We conclude that both criticalities are influenced by disorder. Criticality on the UCoAl side has character of a clean FM metal, while on the Ru rich side it has the character of a magnetically inhomogeneous system involving a Griffiths phase.



立岩 尚之

高圧力の科学と技術, 25(4), p.274 - 282, 2016/01

われわれが開発を行ってきた高圧下磁化測定用圧力セルmCACについて解説行う。Quantum Design社のMPMSを始めて簡便に磁気測定が可能な、SQUID磁束計が開発され多くの研究機関/大学で使用されている。圧力セルをSQUID磁束計に適用させ高圧下磁化測定を行う試みも多く行われた。本解説記事ではわれわれの研究グループで開発が行われてきた高圧下磁化測定用圧力セル:セラミックアンビルセルmCACについてその詳細を紹介する。磁化の小さな材料から構成されるmCACでは、精度の良い測定ができ、10GPaを超える超高圧領域における磁気測定も可能である。圧力セルの詳細と希土類化合物YbCu$$_2$$Si$$_2$$の測定結果も紹介する。10GPaの圧力で強磁性状態が誘起されることを明らかにした。


Enhancement of the cyclotron effective mass in U$$_{0.03}$$Th$$_{0.97}$$Ru$$_2$$Si$$_2$$

芳賀 芳範; 松本 裕司*; 立岩 尚之; 山本 悦嗣; 木村 憲彰*; 山村 朝雄*; Fisk, Z.

Journal of Physics; Conference Series, 592(1), p.012036_1 - 012036_5, 2015/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:22.79

We investigate the modification of the electronic state of ThRu$$_2$$Si$$_2$$ upon replacing non magnetic Th by U. We successfully observed the quantum oscillation signals from the Fermi surface. The observed Fermi surfaces did not show a significant change in size for the U$$_{0.03}$$Th$$_{0.97}$$Ru$$_2$$Si$$_2$$ sample. However the enhancement of the cyclotron effective mass demonstrates the hybridization of the 5$$f$$ states with the conduction bands.


Single crystal growth and characterization of URu$$_2$$Si$$_2$$

芳賀 芳範; 松田 達磨*; 立岩 尚之; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦; Fisk, Z.

Philosophical Magazine, 94(32-33), p.3672 - 3680, 2014/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:61.25(Materials Science, Multidisciplinary)

We review recent progress in single crystal growth and study of electronic properties in URu$$_2$$Si$$_2$$. Czocharalski pulling, using purified uranium metal and subsequent annealing under ultra-high vacuum, is successfully applied to this compound, and it yields the highest residual resistivity ratio. These high-quality single crystals allow us to investigate Fermi surfaces using quantum oscillation and to make detailed transport measurements at low temperature.


Electronic states in antiferromagnetic compound URhIn$$_5$$ investigated by de Haas-van Alphen effect and high pressure resistivity measurements

松本 裕司; 芳賀 芳範; 立岩 尚之; 山本 悦嗣; 木村 憲彰*; 青木 晴善*; Fisk, Z.

JPS Conference Proceedings (Internet), 3, p.011097_1 - 011097_5, 2014/06

Single crystal samples of a new uranium compound URhIn$$_5$$ with the well-known tetragonal HoCoGa$$_5$$-type structure have been grown by the indium flux method. Although this compound is isostructural to a Ga-analogue URhGa$$_5$$, the unit cell volume is significantly larger in URhIn$$_5$$. In contrast to non-magnetic behavior in the isostructural URhGa$$_5$$, URhIn$$_5$$ has a magnetic ground state with a magnetic transition at 98 K, indicating a drastic difference in electronic states between these compounds.


Drastic change in ferromagnetic ground state associated with pressure-induced metal-insulator transition in $$beta$$-US$$_2$$

立岩 尚之; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; Fisk, Z.

JPS Conference Proceedings (Internet), 3, p.011086_1 - 011086_7, 2014/06

$$beta$$-US$$_2$$は常圧で非磁性の半導体である。圧力を加えると、0.5GPaで非常に弱い強磁性状態が誘起される。この強磁性状態は「誘起磁性」状態と理解される。本研究では、$$beta$$-US$$_2$$の高圧下磁化測定を絶縁体金属転移する5GPaを越え行った。金属状態へと転移すると、自発磁化の値は、0.04から0.4$${mu}_{rm B}$$/Uへと増大する。強磁性状態は、伝導キャリアの増大とともに安定化すると思われる。

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