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論文

Frustrated magnet for adiabatic demagnetization cooling to milli-Kelvin temperatures

常盤 欣文; Bachus, S.*; Kavita, K.*; Jesche, A.*; Tsirlin, A. A.*; Gegenwart, P.*

Communications Materials (Internet), 2(1), p.42_1 - 42_6, 2021/04

低温量子コヒーレンスは量子コンピューターの操作と超流動/超伝導などのエキゾチックな量子状態の形成を可能にするため、非常に低い温度の生成はアプリケーションと基礎研究にとって非常に重要である。ミリケルビン温度に到達するための主要な技術の1つは、断熱消磁冷凍である。この方法は、常磁性塩のほとんど相互作用しない磁気モーメントを使用し、距離が大きいとモーメント間の相互作用が抑制される。大きな空間的分離は水分子によって促進されるが、材料の安定性が低下するという欠点がある。ここでは、水を含まない欲求不満の磁石KBaYb(BO$$_{3}$$)$$_{2}$$が冷凍に理想的であり、少なくとも22mKを達成できることを示す。KBaYb(BO$$_{3}$$)$$_{2}$$は、従来の冷媒と比較して、高温・超高真空下でも劣化しない。さらに、その磁気的フラストレーションと構造的ランダム性により、従来の冷媒の基本温度の主な制限要因である磁気相互作用のエネルギースケールよりも数倍低い温度まで冷却することができる。

論文

Electronic structure of heavy fermion uranium compounds studied by core-level photoelectron spectroscopy

藤森 伸一; 大河内 拓雄*; 川崎 郁斗; 保井 晃; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; 藤森 淳; 山上 浩志; 芳賀 芳範; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 81(1), p.014703_1 - 014703_9, 2012/01

 被引用回数:35 パーセンタイル:83.28(Physics, Multidisciplinary)

重い電子系化合物UGe$$_2$$, UCoGe, URhGe, URu$$_2$$Si$$_2$$, UNi$$_2$$Al$$_3$$, UPd$$_2$$Al$$_3$$, UPt$$_3$$及び典型的な遍歴・局在系に対して高分解能内殻光電子分光実験を行い、その電子状態に対する研究を行った。UGe$$_2$$, UCoGe, URhGe, URu$$_2$$Si$$_2$$, UNi$$_2$$Al$$_3$$の内殻スペクトルは遍歴的な化合物の内殻スペクトルに類似しており、これらの化合物ではU 5$$f$$電子はよく混成していることを示している。一方でUPd$$_2$$Al$$_3$$及びPt$$_3$$の内殻スペクトルはこれらのスペクトルとは異なっており、U 5$$f$$電子は電子相関効果が強いことを示している。

論文

Localized 5$$f$$ antiferromagnetism in cubic UIn$$_3$$; $$^{115}$$In-NMR/NQR study

酒井 宏典; 神戸 振作; 徳永 陽; 中堂 博之; 常盤 欣文*; 青木 大*; 芳賀 芳範; 大貫 惇睦; 安岡 弘志

Physical Review B, 79(10), p.104426_1 - 104426_7, 2009/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:31.42(Materials Science, Multidisciplinary)

立方晶AuCu$$_3$$型構造を持つ反強磁性体UIn$$_3$$において、$$^{115}$$In核核磁気共鳴(NMR),核四重極共鳴(NQR)法による研究を行った。ナイトシフト,NQR周波数をNMR法により決定し、超微細結合定数を見積もった。ゼロ磁場下で、NQRスペクトルの観測も行った。NQR緩和率は、反強磁性転移温度($$T_{rm N}$$)よりずっと上で、温度に関してほぼ一定の振る舞いをし、局在5$$f$$電子の存在を示唆した。また$$T_{rm N}$$以下4Kにおいて、反強磁性秩序によるゼロ磁場NMRスペクトルの観測も行った。スペクトル解析から、Uモーメントは$$langle 110rangle$$方向を向いている可能性がある。

論文

Direct observation of a quasiparticle band in CeIrIn$$_5$$; An Angle-resolved photoemission spectroscopy study

藤森 伸一; 藤森 淳; 島田 賢也*; 成村 孝正*; 小林 健一*; 生天目 博文*; 谷口 雅樹*; 播磨 尚朝*; 宍戸 寛明*; 池田 修悟; et al.

Physical Review B, 73(22), p.224517_1 - 224517_5, 2006/06

 被引用回数:39 パーセンタイル:82.32(Materials Science, Multidisciplinary)

重い電子系超伝導体CeIrIn$$_5$$に対して、高分解能4$$d$$-4$$f$$共鳴角度分解光電子分光を行った。Ce 4$$f$$共鳴スペクトルには、約30meVの分散を持つ準粒子バンドが観測された。この結果は、この化合物において、Ce 4$$f$$電子は局在した成分がほとんど支配的であるものの、小さな遍歴成分が存在し、この成分が超伝導を担っていることを示している。

論文

Soft X-ray synchrotron radiation photoemission study on uranium compounds

藤森 伸一; 寺井 恒太; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; 村松 康司; 藤森 淳; 山上 浩志*; 池田 修悟; 松田 達磨; et al.

Physica B; Condensed Matter, 378-380, p.995 - 996, 2006/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:13.35(Physics, Condensed Matter)

現在、その高いバルク敏感性から、軟X線を用いた光電子分光実験が注目を集めている。われわれはSPring-8からの軟X線放射光を用いてウラン化合物に対する放射光光電子分光実験を行った。遍歴的なウラン化合物UFeGa$$_5$$とUSb$$_2$$のバンド構造及びフェルミ面の導出を行い、バンド計算との比較を行った。また、重い電子系化合物UPd$$_2$$Al$$_3$$, UNi$$_2$$Al$$_3$$に対する実験も行った。UPd$$_2$$Al$$_3$$では、U 5$$f$$電子状態の温度変化が観測された。

論文

Itinerant U 5$$f$$ band states in the layered compound UFeGa$$_5$$ observed by soft X-ray angle-resolved photoemission spectroscopy

藤森 伸一; 寺井 恒太; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; 村松 康司; 藤森 淳; 山上 浩志*; 常盤 欣文*; 池田 修悟; et al.

Physical Review B, 73(12), p.125109_1 - 125109_6, 2006/03

 被引用回数:20 パーセンタイル:66.26(Materials Science, Multidisciplinary)

常磁性体UFeGa$$_5$$に対して軟X線放射光($$hnu$$=500eV)を用いた角度分解光電子分光実験を行い、この化合物のバルクU 5$$f$$電子状態に敏感な電子状態を調べた。実験結果をU 5$$f$$電子を遍歴として取り扱ったLDAバンド計算と比較したところ、両者の一致は定性的なものであったが、フェルミ面の形状はよく再現された。この結果は、この化合物におけるU 5$$f$$電子は基本的に遍歴モデルで理解されることを示している。

論文

Large orbital magnetic moment and its quenching in the itinerant uranium intermetallic compounds U${it T}$Ga$$_5$$ (${it T}$=Ni, Pd, Pt)

金子 耕士; 目時 直人; Bernhoeft, N.*; Lander, G. H.; 石井 慶信; 池田 修悟; 常磐 欣文; 芳賀 芳範; 大貫 惇睦

Physical Review B, 68(21), p.214419_1 - 214419_9, 2003/12

 被引用回数:58 パーセンタイル:89.44(Materials Science, Multidisciplinary)

UTGa$$_5$$(T=Ni, Pd, Pt)は、強い遍歴性を示す反強磁性体である。この内Ni, Ptでは常磁性状態において、ほぼ同じ結晶構造を持ち、電子構造も酷似しているにもかかわらず、c底面内の最隣接間相互作用の符号が異なっている点は興味深い。粉末中性子回折実験による詳細な結晶構造解析の結果、構造の一部を成すUGa$$_3$$ブロックの局所的な歪みにT=Ni, Pd, Ptで系統性があることを明らかにした。またT$$_N$$で磁歪の存在を見出し、それが3者の磁気構造の違いに対応した系統性を示している事を明らかにした。T=Ni, Ptについては、単結晶中性子回折実験から磁気形状因子を明らかにし、軌道磁気モーメントの大きな寄与の存在を明らかにするとともに、その凍結の度合いが、帯磁率における遍歴性と対応して、両者で大きく異なっている事を明らかにした。以上の結果から、UTGa$$_5$$におけるUGa$$_3$$ブロックの局所的な歪みが、最隣接間相互作用の符号に加え、磁歪,軌道磁気モーメントの凍結,遍歴性に密接に関与しているとともに、5fの遍歴系において軌道が重要な役割を演じる事を示唆している。

論文

NQR measurements of UTGa$$_{5}$$

加藤 治一; 酒井 宏典; 神戸 振作; Walstedt, R. E.; 常盤 欣文; 大貫 惇睦

Acta Physica Polonica B, 34(2), p.1063 - 1066, 2003/09

本研究では、5f遍歴電子反強磁性体UPtGa$$_{5}$$($$T_{N}$$=26K,$$gamma$$=57mJ/mol K$$^{2}$$)について$$^{69,71}$$Ga-NMR/NQR測定を行った。常磁性領域においてナイトシフト測定を行い、超微細相互作用係数$$A_{hf}^{para}$$を見積もった。また、反強磁性領域において、零磁場スペクトルを解析することにより、内部磁場の値が得られ、反強磁性相における超微細相互作用係数$$A_{hf}^{AF}$$を見積もることに成功した。$$A_{hf}^{AF}$$の値は、$$A_{hf}^{para}$$に比べて一桁程度大きいことから、hyperfine interactionが長距離にわたっている可能性がある。UPtGa$$_{5}$$の磁性において、RKKY相互作用が重要な役割を果たしているのかもしれない。

論文

Ga and Pt NMR study of UPtGa$$_{5}$$ and UNiGa$$_{5}$$

加藤 治一; 酒井 宏典; 徳永 陽; 常盤 欣文; 池田 修悟; 大貫 惇睦; 神戸 振作; Walstedt, R. E.

Journal of the Physical Society of Japan, 72(9), p.2357 - 2363, 2003/09

 被引用回数:17 パーセンタイル:68.08(Physics, Multidisciplinary)

UPtGa$$_{5}$$及びUNiGa$$_{5}$$は互いに同型構造をとるが、T$$_{N}$$以下においては相異なった磁気構造をとる。これら両化合物についてGa,Pt核NMR測定を行った。本論文では常磁性相におけるナイトシフト(K)の結果について述べる。Ga核,Pt核位置におけるトランスファー超微細相互作用係数が求められた。またKのうち、温度に依存しない成分K$$_{0}$$を定量的に評価することに成功した。解析の結果、UPtGa$$_{5}$$及びUNiGa$$_{5}$$における伝導電子の状態は少なくとも常磁性領域ではほぼ同一であることが示された。

論文

Ga nuclear magnetic resonance study of UTGa$$_{5}$$(T=Ni, Pt)

加藤 治一; 酒井 宏典; 徳永 陽; 常盤 欣文; 池田 修悟; 大貫 惇睦; 神戸 振作; Walstedt, R. E.

Journal of Physics; Condensed Matter, 15(28), p.S2001 - S2005, 2003/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:27.78(Physics, Condensed Matter)

HoCoGa$$_{5}$$型構造をとるUPtGa$$_{5}$$, UNiGa$$_{5}$$はともに、Uのもつ5$$f$$電子が遍歴的に振る舞い、$$T_{N}$$=26K(Pt), 86K(Ni)で長距離秩序化する。常磁性層でのFermi面は両化合物でほぼ同一であり、またPt,Ni原子の$$p$$軌道は磁性に本質的にかかわりないことが示唆されているにもかかわらず、中性子回折実験で示された$$T_{N}$$以下での磁気構造はUPtGa$$_{5}$$,UNiGa$$_{5}$$で互いに相異なる。われわれは、微視的な観点からこの系の磁性を明らかにしようと常磁性相,磁気秩序相それぞれにおいて$$^{69,71}$$Ga核についてNMR/NQR実験を行った。常磁性相で得られたナイトシフト$$K$$と、静帯磁率$$chi$$はそれぞれ、温度に依存しないconst項とCurie-Weiss的な温度変化する項に分離できる。このことを手がかりに、特にスピンと軌道の役割の違いに注目して、この系の磁性について考察する。

論文

Magnetic properties of U$$_2$$RhGa$$_8$$ and U$$_2$$FeGa$$_8$$

池田 修悟; 大久保 智幸*; 稲田 佳彦*; 常盤 欣文; 金子 耕士; 松田 達磨; 山本 悦嗣; 芳賀 芳範; 大貫 惇睦

Journal of Physics; Condensed Matter, 15(28), p.S2015 - S2018, 2003/07

 被引用回数:6 パーセンタイル:36.6(Physics, Condensed Matter)

Ce$$_2$$TIn$$_8$$(T: Co, Rh, Ir)は、Ceをベースとした重い電子系超伝導物質として、現在盛んに研究されている化合物である。しかしCeをUに置換したU$$_2$$TGa$$_8$$においては、U$$_2$$RuGa$$_8$$のみ化合物が発見、研究されており、まだまだ未知の化合物群である。われわれは、自己フラックス法により、遷移金属をRuからFeやRhに変えたU$$_2$$FeGa$$_8$$とU$$_2$$RhGa$$_8$$の化合物を初めて発見し、その単結晶育成に成功した。これらの単結晶を用い、比熱,電気抵抗,磁化率測定を行ったところ、両者ともパウリ常磁性で、電子比熱係数$$gamma$$が比較的大きい、重い電子系物質であることがわかった。

論文

Neutron diffractioin study of 5$${it f}$$ itinerant antiferromagnet UPtGa$$_{5}$$ and UNiGa$$_{5}$$

金子 耕士; 目時 直人; Lander, G. H.*; Bernhoeft, N.*; 常盤 欣文; 芳賀 芳範; 大貫 惇睦; 石井 慶信

Physica B; Condensed Matter, 329-333(1-4), p.510 - 511, 2003/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:22.08(Physics, Condensed Matter)

5$$f$$遍歴反強磁性体UTGa$$_{5}$$(T=Ni, Pt)について、粉末中性子回折実験から磁気構造を決定し、加えて温度変化の測定から磁歪について調べた。その結果、両者は酷似した結晶構造を持っているにもかかわらず、磁気モーメントの大きさとともに、$$c$$底面内の最隣接間相互作用の符号が異なっていることを明らかにした。またその相互作用の違いに対応して、面内の磁歪も異なっていることを見いだした。このようなことを生じる原因の一つとして、軌道の影響が考えられるが、単結晶を用いた中性子回折実験の結果から、実際に両者では軌道磁気モーメントの凍結の様子が異なっていることを明らかにした。以上の結果から、この系における遍歴性と軌道磁気モーメントの凍結の間に明瞭な関係があることを見いだした。これらの結果について、他の5$$f$$化合物との比較検討も含めて行う。

論文

Magnetic and Fermi surface properties of UTGa$$_{5}$$(T:Fe, Co and Pt)

池田 修悟; 常盤 欣文*; 大久保 智幸*; 山田 美音子*; 松田 達磨; 稲田 佳彦*; 摂待 力生*; 山本 悦嗣; 芳賀 芳範; 大貫 惇睦

Physica B; Condensed Matter, 329-333(2), p.610 - 611, 2003/05

 被引用回数:13 パーセンタイル:57.27(Physics, Condensed Matter)

UTGa$$_{5}$$(T:遷移金属)は、a軸に比べてc軸の格子定数が大きくなった正方晶の結晶構造をもつ化合物で、われわれは遷移金属を変えて系統的に磁性とフェルミ面を明らかにしてきた。その中でも今回われわれは、UTGa$$_{5}$$の単結晶育成にはじめて成功し、ドハース・ファンアルフェン効果測定を行った。その結果、準二次元的な4つの円柱状フェルミ面を観測した。これは結晶構造や、中性子散乱実験から求まった磁気モーメントの周期を考慮することで理解できる。現在まで、反強磁性状態でのバンド計算とドハース・ファンアルフェン効果の結果は、一致していなかった。しかし今回は、UTGa$$_{5}$$の反強磁性状態でのバンド計算は、ドハース・ファンアルフェン効果の結果と比較的よく一致していることがわかった。

論文

Nearly localized nature of $$f$$ electrons in Ce$$T$$In$$_5$$ ($$T$$=Rh, Ir)

藤森 伸一; 岡根 哲夫; 岡本 淳; 間宮 一敏; 村松 康司; 藤森 淳*; 播磨 尚朝*; 青木 大*; 池田 修悟*; 宍戸 寛明*; et al.

Physical Review B, 67(14), p.144507_1 - 144507_5, 2003/04

 被引用回数:33 パーセンタイル:79.88(Materials Science, Multidisciplinary)

層状Ce化合物であり、磁性と超伝導の競合を示すCe$$T$$In$$_5$$ ($$T$$=Rh, Ir)に対して、紫外線光源による角度分解光電子分光と、放射光による3$$d$$-4$$f$$共鳴光電子分光を行った。実験の結果、両化合物においてCe 4$$f$$電子はほとんど局在しており、両者の電子状態が似通っていることが明らかとなった。

論文

Quasi-two dimensional electronic state of the antiferromagnet UPtGa$$_5$$

池田 修悟; 常盤 欣文*; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 大久保 智幸*; 山田 美音子*; 中村 仁子*; 杉山 清寛*; 金道 浩一*; 稲田 佳彦*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 72(3), p.576 - 581, 2003/03

 被引用回数:41 パーセンタイル:83.42(Physics, Multidisciplinary)

反強磁性UPtGa$$_5$$のフェルミ面の特徴を明らかにするためにドハース・ファンアルフェン(dHvA)効果測定を行った。また高磁場磁化測定から磁気相図を明らかにした。dHvA実験からフェルミ面は、正方晶の[001]方向に長い4つの準2次元的なフェルミ面から形成されていることがわかった。この結果は、反強磁性構造を考慮に入れたバンド計算の結果とほぼ一致している。また10~24m$$_0$$ ($$m_0$$ : 電子の静止質量)の比較的大きなサイクロトロン有効質量を観測した。

論文

Magnetic excitations in an itinerant 5${it f}$ antiferromagnet UPt$$_{2}$$Si$$_{2}$$

目時 直人; 小池 良浩; 芳賀 芳範; Bernhoeft, N.*; Lander, G. H.*; 常盤 欣文; 大貫 惇睦

Acta Physica Polonica B, 34(2, Part2), p.979 - 982, 2003/02

局在5f電子系と信じられてきたウラン金属間化合物UPt$$_{2}$$Si$$_{2}$$磁気励起を単結晶試料を用いて測定した。その結果、過去に多結晶試料を用いた70Kの測定で報告された結晶場励起は存在しないことが明らかになり、約30MeVの励起エネルギーまで広く連続的な磁気励起帯の存在を発見した。この事実はUPt$$_{2}$$Si$$_{2}$$がそれまで信じらていたようにその5f電子は局在的ではなく、遍歴的であることを意味している。非常に興味深いことに、反強磁性転移温度より低温でこの磁気励起にギャップが開く振る舞いが観察された。この磁気励起とギャップの起源について議論する。

論文

Single crystal growth and magnetic properties of ferromagnetic URhGe$$_2$$

松田 達磨; 芳賀 芳範; 常盤 欣文; Andrei, G.; 山本 悦嗣; 大久保 智幸*; 大貫 惇睦

Acta Physica Polonica B, 34(2), p.1071 - 1074, 2003/02

URhGe$$_2$$はキュリー温度30Kの強磁性体である。近年斜方晶系,強磁性ウラン化合物における超伝導の発見が報告されているが、URhGe$$_2$$は、あらたな候補としての可能性が期待されている。われわれは、この物資の単結晶育成について初めて単結晶育成に成功した。磁化、抵抗測定の結果大きな異方性と、新たに25Kに異常を発見した。比熱測定の結果30K, 25Kいずれにおいてもラムダ型の比熱の振る舞いを示し、25Kにおける異常は、現段階で秩序変数は不明なものの相転移であることが明らかとなった。

論文

Single crystal growth and annealing temperature of ferromagnet URhGe

山本 悦嗣; 芳賀 芳範; 松田 達磨; 稲田 佳彦*; 摂待 力生*; 常盤 欣文*; 大貫 惇睦

Acta Physica Polonica B, 34(2), p.1059 - 1062, 2003/00

強磁性超伝導体URhGeの最適な結晶育成条件を求めた。用いたURhGe多結晶試料はアーク溶解で、単結晶試料はチョクラルスキー法で作製した。アニールは試料の質を高めるうえで重要であり、われわれは試料をタンタル箔に包み、真空の石英管に封じてさまざまな温度でアニールを行い、電気抵抗測定によって、アニール後の試料の質を調べた。また超高真空下で固相電解エレクトロ・トランスポート法による試料純良化を試みた。

論文

Fermi surface study in uranium-based intermetallic compounds

芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 常盤 欣文; 青木 大*; 稲田 佳彦*; 摂待 力生*; 眞榮平 孝裕; 山上 浩志*; 播磨 尚朝*; 大貫 惇睦

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.3), p.56 - 62, 2002/11

ウラン化合物のフェルミ面をドハース・ファンアルフェン(dHvA)効果を用いて研究した。磁気秩序を持たない、遍歴5f物質USi$$_{3}$$, UC, UAl$$_{3}$$の実験結果は、バンド理論で極めてよく説明できる。他方、伝導電子間の相関が強い重い電子系でもバンド理論が摘要可能であることがわかってきた。ただし、巨大な有効質量はバンド理論では説明できない。また、重い電子系超伝導体URu$$_{2}$$Si$$_{2}$$, UPd$$_{2}$$Al$$_{3}$$, CeRu$$_{2}$$で、超伝導混合状態におけるdHvA振動の観測に成功し、有効質量及び散乱緩和時間の顕著な磁場依存性を観測した。

論文

Single crystal growth and magnetic and electrical properties of an antiferromagnet UCr$$_2$$Si$$_2$$

松田 達磨; 芳賀 芳範; 常盤 欣文; 山本 悦嗣; 池田 修悟; 大久保 智幸*; 山田 美音子*; 中村 彰夫; 大貫 惇睦

Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.3), p.225 - 228, 2002/11

UT$$_2$$X$$_2$$(T:遷移金属、X:Si, Ge)は、強相関電子系化合物として興味深い物性を示すことから、系統的に研究がなされてきている物質である。しかしながらこれらの物質は、ウランが国際規制物質であることから、純良な単結晶を用いた研究がなされていない物も多い。今回われわれはUCr$$_2$$Si$$_2$$の単結晶育成に初めて成功した。さらに抵抗率と帯磁率の温度依存性測定を行い、正方晶であるこの物質の異方性をあきらかにし、さらにこれまで報告されていた低温27Kの磁気転移以外に新たな相転移と思われる異常を210K近傍で発見した。

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