Microscopic origin of the spin-reorientation transition in the kagome topological magnet TbMnSn

Huang, Z.*; Wang, W.*; Ye, H.*; Bao, S.*; Shangguan, Y.*; Liao, J.*; Cao, S.*; 梶本 亮一; 池内 和彦*; Deng, G.*; et al.

Physical Review B, 109(1), p.014434_1 - 014434_9, 2024/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.109.014434

TbMnSn is a correlated topological magnet with a Mn-based kagome lattice, in which a Chern gap opens at the Dirac point at low temperatures. The magnetic moment direction of the ferrimagnetic order changes from in the kagome plane to the out-of-plane upon cooling, which is essential for generating the Chern gap, but the underlying mechanism for the spin reorientation remains elusive. Here, we investigate the spin-reorientation transition in TbMnSn using neutron scattering. We provide direct evidence for the spin-reorientation transition and unveil the coexistence of two Tb modes at 200 K. To account for these results, we put forward a model based on SU(N) spin-wave theory, in which there is a temperature evolution of the ground state Tb orbitals, driven by the crystalline electric field, single-ion anisotropy, and exchange interactions between Tb and Mn ions. Our findings shed light on the complex magnetism of TbMnSn, despite its relatively simple ground state magnetic structure, and provide insights into the mechanisms for tuning magnetic topological materials.

Chemical species of cesium and iodine in condensed vaporized microparticles formed by melting nuclear fuel components with concrete materials

大貫 敏彦*; Ye, J.*; 加藤 友彰; Liu, J.; 高野 公秀; 香西 直文; 宇都宮 聡*

Environmental Science; Processes & Impacts, 25(7), p.1204 - 1212, 2023/07

https://doi.org/10.1039/D3EM00074E

福島第一原子力発電所事故により生成し環境に放出された放射性微粒子に含まれるCsとIの化学状態を明らかにするため、CsIとコンクリートを含む核燃料成分を用いた溶融実験により生成した粒子(CVP)に含まれるCsとIを分析した。CVPは直径が数10mより小さい丸い粒子で、CsとIを含んでいた。2種類の粒子が確認された。一つはCsとIを多く含むもので、CsIが含まれていると推定された。他方はSi量が多く、CsとIの量は少なかった。2種類の粒子に含まれるCsIの大部分は水に溶けた。Siを多く含む粒子からは一部のCsが水に溶けずに残った。これらの結果は、後者の粒子ではSiとともにCsが粒子に取り込まれ、Siによってこの粒子の溶解性が低くなったことを示す。

Radon measurements with a compact, organic-scintillator-based alpha/beta spectrometer

森下 祐樹; Ye, Y.*; Mata, L.*; Pozzi, S. A.*; Kearfott, K. J.*

Radiation Measurements, 137, p.106428_1 - 106428_7, 2020/09

https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2020.106428

ラドン測定用のコンパクトな有機シンチレータベースの/検出器を開発し、ユニークで小さなラドンチャンバーを使用して特徴付けた。検出器は、シリコン貫通電極(TSV)シリコン光電子増倍管(またはSiPM)と6mm6mm6mmのスチルベン結晶キューブで構成されている。SiPMからのアナログ信号はデジタイザに送信される。検出器は遮光ボックスに収納されており、Rnガスが内部に拡散できるようにボックスの片側に空気ろ紙が取り付けられる。ミシガン大学の地下室に設置された検出器とAlphaGUARD検出器を使用して、Ra線源とともに小さなラドンチャンバーに両方の検出器を配置して他の実験を行った。パルス形状識別手法を適用することにより、アルファスペクトルとベータスペクトルを同時にかつ明確に分離し、それらを定量的に測定することができた。測定されたアルファスペクトルに2つのピークが検出され、Poによる低エネルギーピークとPoによる高エネルギーピークであった。AlphaGUARDのラドン濃度と/検出器の計数率との間の線形関係が確認された。/検出器の厚さは10mm未満であった。したがって、このコンパクトな有機シンチレータベースの/検出器は、新しいラドン検出システムとして有用となる可能性がある。

Assessment of the mode of occurrence and radiological impact of radionuclides in Nigerian coal and resultant post-combustion coal ash using scanning electron microscopy and gamma-ray spectroscopy

Okeme, I. C.*; Scott, T. B.*; Martin, P. G.*; 佐藤 志彦; Ojonimi, T. I.*; Olaluwoye, M. O.*

Minerals (Internet), 10(3), p.241_1 - 241_15, 2020/03

https://doi.org/10.3390/min10030241

Natural radionuclide concentrations in coal and associated fly ash can occur at levels well in excess of those observed in other materials; enough to raise potential human and environmental health concerns when (re)suspended or incorporated into construction materials. To evaluate such concerns, this study characterised coal and fly ash samples obtained from two Nigerian coal mines (Okaba and Omelewu) using high resolution gamma spectroscopy combined with scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy. Discrete uraninite particles were observed dispersed within the fly ash samples, alongside U and Th containing mineral grains (monazite, xenotime and zircon) with monazite the most abundant radioactive mineral particles. The pitted and cracked surface morphologies of these radioactive particles (with sizes between 10m and 80m) indicates their susceptibility for disintegration into more dangerous and readily inhalable PM2.5 aerosol particles, with the potential to deliver localised dose and cause chronic respiratory diseases. While the results of activity concentrations and radiological hazard indices (radium equivalent, annual effective dose equivalent, total radium, and excess lifetime cancer risk) from Okaba and Omelewu coal samples were of no concern, results for the corresponding fly ash samples from both mines were between 3 and 5 times higher than internationally recommended safe limits. These results therefore imply that such coal-derived fly ash is not safe for incorporation in the construction of residential houses and should be properly disposed of or contained to prevent hazard due to increased risk of prolonged indoor exposure to gamma radiation, radon gas and inhalation of liberated radioactive particles.

Negative Te spin polarization responsible for ferromagnetic order in the doped topological insulator V(SbBi)Te

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

AA2018-0697.pdf:1.89MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.144413

We investigate the microscopic origin of ferromagnetism coupled with topological insulators in V-doped (Sb,Bi)Te 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 and V 3 majority spin states at the Fermi energy, consistent with the Zener-type - 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 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.

Theoretical model analysis of reactions on beryllium

河野 広*; 渡辺 幸信*; 中山 梓介; 岩本 修; Ye, T.*; 緒方 一介*

JAEA-Conf 2016-004, p.165 - 170, 2016/09

https://doi.org/10.11484/jaea-conf-2016-004

重陽子加速器中性子源の工学的設計のためには、中性子コンバータ(Li, Be, C等)や加速器構造材(Fe, Cr, Ni等)に対する重陽子核データが必要不可欠である。それゆえ、これまでに物理モデルに基づいた重陽子核データ評価用の計算コードシステムを開発してきた。本研究では、重陽子入射エネルギー65MeVまでのベリリウムに対する反応の解析を行った。厚い標的からの中性子収量(TTNY)は実測データが多くあるため、上記コードシステムでの二重微分断面積を計算した後、そこからTTNYを求めて実測値と比較をした。TTNYの計算値は低放出エネルギー領域を除いて実測値を概ね再現した。

Modelling and analysis of nucleon emission from deuteron-induced reactions at incident energies up to 100 MeV

中山 梓介; 河野 広*; 渡辺 幸信*; 岩本 修; Ye, T.*; 緒方 一介*

EPJ Web of Conferences, 122, p.04004_1 - 04004_9, 2016/06

https://doi.org/10.1051/epjconf/201612204004

近年、LiやBe、Cに対する重陽子入射反応を用いた加速器中性子源が、様々な分野における応用に提案されている。このような施設の工学設計には、幅広い入射エネルギーにおける重陽子核データが必要不可欠である。このため、これまでにいくつかの理論モデルを組み合わせることで重陽子核データ評価用コードシステムを開発してきた。当コードシステムは、入射エネルギー100MeVまでにおけるC、Al、Niに対する反応の二重微分断面積の解析に適用され成功を収めている。一方で、反応の二重微分断面積の実測データはほとんどない。よって、その代替として本研究ではBeやCといった軽核に対する厚い標的からの二重微分中性子収量について計算値と実測値を比較した。本発表では、実測値との比較を通じた重陽子入射反応からの核子放出に対する本モデリングの検証結果について報告する。

Inter-code comparison of TRIPOLI and MVP on the MCNP criticality validation suite

Brun, E.*; Zoia, A.*; Trama, J. C.*; Lahaye, S.*; 長家 康展

Proceedings of International Conference on Nuclear Criticality Safety (ICNC 2015) (DVD-ROM), p.351 - 360, 2015/09

本論文は、CEA Saclayと原子力機構で行われている、選抜ICSBEPベンチマーク問題に対するモンテカルロコードTRIPOLIとMVPのコード間比較についての共同研究の結果を発表するものである。本研究の目標は、臨界安全における厳密なコード間比較を行うため、共通のモンテカルロ入力データを用意することである。参照入力データとして、他のモンテカルロコード開発者が将来簡単にコード間比較できるよう、MCNP臨界計算妥当性評価ベンチマーク集を用いることとした。コード間比較の目的のため、MCNPの入力データを近似なく翻訳し、TRIPOLIとMVPの入力データを作成した。両コードともENDF/B-VII.0を用い、オリジナルMCNP入力データとできる限り同じ条件で計算を行った。この要旨では、BIGTENベンチマークの予備結果のみ示す。本論文では、31ベンチマーク問題すべての結果を示す予定である。将来、このデータベースは、核データ評価の感度解析、CPU時間と性能指数の比較にも役立つであろう。

Spectroscopic evidence of band Jahn-Teller distortion upon martensitic phase transition in Heusler-type Ni-Fe(Co)-Ga ferromagnetic shape-memory alloy films

角田 一樹*; 白井 開渡*; Zhu, S.-Y.*; 谷口 雅樹*; Ye, M.*; 上田 茂典*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; Aseguinolaza, I. R.*; Barandiarn, J. M.*; et al.

Physical Review B, 91(13), p.134417_1 - 134417_6, 2015/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.91.134417

The temperature evolution of the electronic structure of a Ni-Fe(Co)-Ga/MgO(100), Heusler-type, ferromagnetic shape-memory alloy thin film has been followed by a bulk-sensitive hard X-ray photoelectron spectroscopy, element-selective soft X-ray magnetic circular dichroism, and first-principles calculation. The reversible changes of the electronic states near the Fermi energy show a hysteresis associated with the martensitic phase transition (MPT), where the pseudogap opens on cooling and closes again on warming. In addition, the Ni 3d spin magnetic moment increases by approximately two times across the MPT, whereas the change of Fe 3d moment is moderate. By comparing the experimental results with the calculated spin-resolved density of states, we conclude that the band Jahn-Teller effect of Ni 3d and Fe 3d orbitals is responsible for MPT.

Cross section calculations of deuteron-induced reactions using the extended CCONE code

中山 梓介*; 荒木 祥平*; 渡辺 幸信*; 岩本 修; Ye, T.*; 緒方 一介*

Nuclear Data Sheets, 118, p.305 - 307, 2014/04

https://doi.org/10.1016/j.nds.2014.04.065

CCONEコードを拡張し、重陽子入射反応断面積の計算を可能にした。拡張CCONEコードでは連続・離散チャンネル結合理論(CDCC)及びGlauberモデルを用いて、連続状態への弾性散乱ブレークアップ及びストリッピング反応をそれぞれ計算し、この計算結果をCCONEコードへ直接反応成分として入力した。中性子ストリッピングや重陽子吸収によって生成される複合核からの統計崩壊に関しては、元のCCONEコードの励起子及びHauser-Feshbachモデルにより計算を行った。拡張CCONEコードをAl及びNiの重陽子入射反応の解析に使用した。重陽子弾性散乱に対するCDCCの計算結果は数十MeVの入射エネルギーで実験データとよく一致した。また、56及び100MeVの入射エネルギーにおける(,)反応二重微分断面積の測定データについて、本計算結果は前方角でよい再現性を示した。