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論文

Mictomagnetism and suppressed thermal conduction of the prototype high-entropy alloy CrMnFeCoNi

Yang, J.*; Ren, W.*; Zhao, X.*; 菊地 龍弥*; Miao, P.*; 中島 健次; Li, B.*; Zhang, Z.*

Journal of Materials Science and Technology, 99, p.55 - 60, 2022/02

物性測定と中性子散乱を組み合わせることにより、面心立方高エントロピー合金CrMnFeCoNiの磁気および熱輸送特性を調べた。DCおよびAC帯磁率は、温度領域全体で反強磁性および強磁性相互作用が共存する常磁性挙動を示し、それぞれ、常磁性から反強磁性への遷移、反強磁性から強磁性への遷移、およびスピン凍結に対応して、約80, 50、および20Kで3つの異常が見られる。電気伝導率と熱伝導率はNiに比べて大幅に低下しており、格子熱伝導率の温度依存性はガラスのようなプラトーを示す。非弾性中性子散乱測定は弱い非調和性を示唆し、熱輸送は欠陥散乱によって支配されると思われる。

論文

Phase transition and chemical reactivity of 1H-tetrazole under high pressure up to 100 GPa

Gao, D.*; Tang, X.*; Wang, X.*; Yang, X.*; Zhang, P.*; Che, G.*; Han, J.*; 服部 高典; Wang, Y.*; Dong, X.*; et al.

Physical Chemistry Chemical Physics, 23(35), p.19503 - 19510, 2021/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Chemistry, Physical)

窒素に富む分子の圧力有機相転移や重合は、環境にやさしい高エネルギー密度材料の開発にとって非常に重要であるため、広く注目されている。本論文では、その場ラマン,IR,X線回折,中性子回折、および理論計算をもちい、100GPaまでの1H-テトラゾールの相転移挙動と化学反応の研究を紹介する。2.6GPa以上での相転移が確認され、その高圧構造は、以前に報告されたユニットセル内に2つの分子をもつものではなく、1つの分子をものであることが分かった。1H-テトラゾールは、おそらく窒素-窒素結合ではなく炭素-窒素結合により、100GPa以下で可逆的に重合する。私たちの研究は、1H-テトラゾールの高圧相の構造モデルを更新し、もっともらしい分子間結合の経路を初めて提示した。これにより、窒素に富む化合物の相転移と化学反応の理解が進み、新しい高エネルギー密度材料の設計に役立つと考えられる。

論文

Expansion of agriculture in northern cold-climate regions; A Cross-sectoral perspective on opportunities and challenges

Unc, A.*; Altdorff, D.*; Abakumov, E.*; Adl, S.*; Baldursson, S.*; Bechtold, M.*; Cattani, D. J.*; Firbank, L. G.*; Grand, S.*; Gudjonsdottir, M.*; et al.

Frontiers in Sustainable Food Systems (Internet), 5, p.663448_1 - 663448_11, 2021/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Food Science & Technology)

本レビュー論文では、関連分野を研究する科学者の意識調査と既存文献の調査を実施し、地球温暖化の加速が寒冷な北方地域を地域および世界の農業セクター拡大にとってますます魅力的なターゲットにしていることを明らかにした。ただし、こうした活動の持続可能な長期的発展は、信頼性のある関連知見に対し全てのステークホルダーが容易にアクセスできる場合にのみ実現できる、という共通認識があることも明らかになった。特に、北方地域における農業の拡大は、温室効果ガス収支や生物多様性、生態系サービスに対し、負の影響をもたらす傾向にあることが明らかになってきている。以上より、寒冷な北方地域における農業の拡大と強化は、社会的な向上とニュートラルな環境影響とを両立できる計画の下で遂行される必要がある。

論文

Neutron spin-echo studies of the structural relaxation of network liquid ZnCl$$_2$$ at the structure factor primary peak and prepeak

Luo, P.*; Zhai, Y.*; Leao, J. B.*; 古府 麻衣子; 中島 健次; Faraone, A.*; Zhang, Y.*

Journal of Physical Chemistry Letters (Internet), 12(1), p.392 - 398, 2021/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:70.6(Chemistry, Physical)

典型的なネットワークイオン性液体ZnCl$$_2$$の第1およびプレ回折ピークでの微視的な構造緩和を中性子スピンエコー分光により調べた。第1構造ピークの緩和はプレピークのものより速く、活性化エネルギーは約33%高い。融点より十分高温においても、伸長指数関数で記述される緩和が観測された。驚くべきことに、とくに第1ピークにおいて、非指数関数性パラメータは冷却とともに急激に増加し、$$T_{rm m}$$に向かって緩和は伸長指数型から指数型へと変わる。これらの結果は、過冷却状態の典型的なガラス的ダイナミクスが平衡液体で現れること、2つの異なる空間スケールの運動の活性化エネルギーが冷却に伴うネットワーク構造の形成と関連していることを示唆する。

論文

Distance-selected topochemical dehydro-diels-alder reaction of 1,4-Diphenylbutadiyne toward crystalline graphitic nanoribbons

Zhang, P.*; Tang, X.*; Wang, Y.*; Wang, X.*; Gao, D.*; Li, Y.*; Zheng, H.*; Wang, Y.*; Wang, X.*; Fu, R.*; et al.

Journal of the American Chemical Society, 142(41), p.17662 - 17669, 2020/10

 被引用回数:6 パーセンタイル:75.63(Chemistry, Multidisciplinary)

固体トポケミカル重合(SSTP)は機能的な結晶性高分子材料を合成するための有望な方法であるが、溶液中で起こるさまざまな反応とは対照的に、非常に限られたタイプのSSTP反応しか報告されていない。ディールス・アルダー(DA)および脱水素-DA(DDA)反応は、溶液中で六員環を作るための教科書的反応であるが、固相合成ではほとんど見られない。本研究では、固体の1,4-ジフェニルブタジイン(DPB)を10-20GPaに加圧することで、フェニル基がジエノフィルとして、DDA反応することを複数の最先端の手法を用いて明らかにした。臨界圧力での結晶構造は、この反応が「距離選択的」であることを示している。つまり、フェニルとフェニルエチニル間の距離3.2${AA}$は、DDA反応は起こせるが、他のDDAや1,4-付加反応で結合を形成するには長すぎる。回収された試料は結晶性の肘掛け椅子型のグラファイトナノリボンであるため、今回の研究結果は、原子スケールの制御で結晶質炭素材料を合成するための新しい道を開く。

論文

Ultralow thermal conductivity from transverse acoustic phonon suppression in distorted crystalline $$alpha$$-MgAgSb

Li, X.*; Liu, P.-F.*; Zhao, E.*; Zhang, Z.*; Guide, T.*; Le, M. D.*; Avdeev, M.*; 池田 一貴*; 大友 季哉*; 古府 麻衣子; et al.

Nature Communications (Internet), 11(1), p.942_1 - 942_9, 2020/02

 被引用回数:15 パーセンタイル:93.25(Multidisciplinary Sciences)

高性能の熱電材料実現には低熱伝導率が必要であり、その機構としてはフォノンの非調和によるもの、あるいは、結晶構造の動的な乱れによるフォノンの散乱によるものがあげられ、どちらも中性子散乱でその現象が明らかにされている。我々は中性子散乱と第一原理計算を組み合わせ、$$alpha$$-MgAgSbにおいて、静的な結晶構造の乱れとフォノンの非調和性が組み合わされて極端に低い熱伝導率が実現されているということを見いだしたので、これを報告する。

論文

Comparison of heavy-ion transport simulations; Collision integral with pions and $$Delta$$ resonances in a box

小野 章*; Xu, J.*; Colonna, M.*; Danielewicz, P.*; Ko, C. M.*; Tsang, M. B.*; Wang, Y,-J.*; Wolter, H.*; Zhang, Y.-X.*; Chen, L.-W.*; et al.

Physical Review C, 100(4), p.044617_1 - 044617_35, 2019/10

AA2019-0025.pdf:2.76MB

 被引用回数:29 パーセンタイル:98.33(Physics, Nuclear)

2017年4月に開催された国際会議Transport2017において、重イオン核反応モデルの国際的な比較が議論された。重イオン加速器の安全評価や宇宙飛行士の被ばく評価等で重要な役割を果たすため、世界中で重イオン核反応の様々な理論モデルが開発されている。本研究では、辺の長さが20fmの直方体に320個の中性子と陽子をランダム配置し、それらが70fm/cの間に起こす散乱の回数やエネルギーを計算した。ここでは、特にパイオンやその前駆体であるデルタ共鳴の生成に注目して比較を行った。参加コードは、個々の粒子の時間発展を追うQMD型コードと、粒子の位置や運動量の確率分布を決めておき、散乱や崩壊が発生したときそれらを乱数サンプリングするBUU型コードがあり、発表者が用いたJQMDは前者に属する。本研究により、計算における時間刻みが各コードによる結果の差の主な原因であることが分かった。さらに、今後のJQMDの改良方針の策定に有益な知見を得ることができた。

論文

Inverted-parabolic and weak strain dependencies on the critical current in practical $$<$$110$$>$$ and $$<$$100$$>$$ oriented REBCO tapes

長村 光造*; 町屋 修太郎*; 梶原 堅太郎*; 川崎 卓郎; Harjo, S.; Zhang, Y.*; 藤田 真司*; 飯島 康裕*; Hampshire, D. P.*

AIP Advances (Internet), 9(7), p.075216_1 - 075216_11, 2019/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:22.92(Nanoscience & Nanotechnology)

In the commercial coated conductor tapes, the twinned structure of REBCO (REBa$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{7-d}$$, RE = Y and Gd) is characterized as either $$<$$100$$>$$ or $$<$$110$$>$$ orientation based on the tape length direction. In this study, we investigate the effects of the two different twinned structures on the critical current $$I_{rm c}$$ of the REBCO tapes by combining; transport critical current and synchrotron radiation diffraction measurements. For the tapes with $$<$$100$$>$$ oriented twins, we observed the inverted parabolic strain behavior on the uniaxial strain dependence of $$I_{rm c}$$. In contrast, the ones with $$<$$110$$>$$ oriented twins showed a weak strain behavior without any maximum appeared in the strain dependence. Such a different uniaxial strain dependence was analyzed by using the one-dimensional twin model with different fractional lengths of A-domains and B-domains of REBCO twins. This model explains the essential features of the different uniaxial strain dependence we observed.

論文

Evidence for singular-phonon-induced nematic superconductivity in a topological superconductor candidate Sr$$_{0.1}$$Bi$$_{2}$$Se$$_{3}$$

Wang, J.*; Ran, K.*; Li, S.*; Ma, Z.*; Bao, S.*; Cai, Z.*; Zhang, Y.*; 中島 健次; 河村 聖子; $v{C}$erm$'a$k, P.*; et al.

Nature Communications (Internet), 10, p.2802_1 - 2802_6, 2019/06

 被引用回数:12 パーセンタイル:83.95(Multidisciplinary Sciences)

Superconductivity mediated by phonons is typically conventional, exhibiting a momentum-independent $$s$$-wave pairing function, due to the isotropic interactions between electrons and phonons along different crystalline directions. Here, by performing inelastic neutron scattering measurements on a superconducting single crystal of Sr$$_{0.1}$$Bi$$_{2}$$Se$$_{3}$$, a prime candidate for realizing topological superconductivity by doping the topo-logical insulator Bi$$_{2}$$Se$$_{3}$$, we found that there exist singular phonons, with the linewidths of the acoustic phonons increasing substantially at long wavelengths, but only for those along the [001] direction. This observation indicates a large and singular electron-phonon coupling at small momenta, which we propose to give rise to the exotic $$p$$-wave nematic superconducting pairing in the MxBi$$_{2}$$Se$$_{3}$$ (M = Cu, Sr, Nb) superconductor family. Therefore, we show that these superconductors may be the first examples where electron-phonon interaction can induce more exotic superconducting pairing than the $$s$$-wave.

論文

Coexistence of ferromagnetic and stripe-type antiferromagnetic spin fluctuations in YFe$$_{2}$$Ge$$_{2}$$

Wo, H.*; Wang, Q.*; Shen, Y.*; Zhang, X.*; Hao, Y.*; Feng, Y.*; Shen, S.*; He, Z.*; Pan, B.*; Wang, W.*; et al.

Physical Review Letters, 122(21), p.217003_1 - 217003_5, 2019/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:35.62(Physics, Multidisciplinary)

We report neutron scattering measurements of single-crystalline YFe$$_{2}$$Ge$$_{2}$$ in the normal state, which has the same crystal structure as the 122 family of iron pnictide superconductors. YFe$$_{2}$$Ge$$_{2}$$ does not exhibit long-range magnetic order but exhibits strong spin fluctuations. Like the iron pnictides, YFe$$_{2}$$Ge$$_{2}$$ displays anisotropic stripe-type antiferromagnetic spin fluctuations at ($$pi, 0, pi$$). More interesting, however, is the observation of strong spin fluctuations at the in-plane ferromagnetic wave vector ($$0, 0, pi$$). These ferromagnetic spin fluctuations are isotropic in the ($$H, K$$) plane, whose intensity exceeds that of stripe spin fluctuations. Both the ferromagnetic and stripe spin fluctuations remain gapless down to the lowest measured energies. Our results naturally explain the absence of magnetic order in YFe$$_{2}$$Ge$$_{2}$$ and also imply that the ferromagnetic correlations may be a key ingredient for iron-based materials.

論文

Mechanism of hardening and damage initiation in oxygen embrittlement of body-centred-cubic niobium

Yang, P.-J.*; Li, Q.-J.*; 都留 智仁; 尾方 成信*; Zhang, J.-W.*; Sheng, H.-W.*; Shan, Z.-W.*; Sha, G.*; Han, W.-Z.*; Li, J.*; et al.

Acta Materialia, 168, p.331 - 342, 2019/04

 被引用回数:17 パーセンタイル:90.93(Materials Science, Multidisciplinary)

ニオブなどの体心立方構造をもつ金属材料は低濃度の酸素固溶によって脆化しやすいことが知られているが、酸素誘起の硬化や損傷の機構は明らかになっていない。我々は、実験、および第一原理計算と分子動力学計算を用いて詳細な機構を検討した。その結果、酸素の格子間原子はらせん転位と引力相互作用を生じ、それによって転位運動でクロスキンクが生成され、同時に多くの空孔が生成されることを明らかにした。これらの空孔はさらに酸素と転位の三体間の硬化によって転位の運動を阻害することで、著しい硬化を生じることを明らかにした。

論文

Asymmetrically optimized structure in a high-$$T_{rm c}$$ single unit-cell FeSe superconductor

深谷 有喜; Zhou, G.*; Zheng, F.*; Zhang, P.*; Wang, L.*; Xue, Q.-K.*; 社本 真一

Journal of Physics; Condensed Matter, 31(5), p.055701_1 - 055701_6, 2019/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:41.11(Physics, Condensed Matter)

本研究では、SrTiO$$_{3}$$基板上の単層FeSeの構造が上下方向に非対称化していることを報告する。SrTiO$$_{3}$$基板上の単層FeSeは、鉄系超伝導体において最も高い転移温度(50K以上)を示す。全反射高速陽電子回折(TRHEPD)を用いた構造解析の結果、真空側と界面側のSe-Fe層間隔は異なり、上下方向に非対称な構造であることがわかった。これらの層間隔および結合角の平均値は、圧力下のバルクFeSeにおいて高い転移温度を示す最適値と一致している。したがって、SrTiO$$_{3}$$基板上の単層FeSeは非対称化することにより高い転移温度を発現するための最適構造を形成したと考えられる。

論文

Investigation of the electronic structure and lattice dynamics of the thermoelectric material Na-doped SnSe

Wu, P.*; Zhang, B.*; Peng, K. L.*; 萩原 雅之*; 石川 喜久*; 古府 麻衣子; Lee, S. H.*; 組頭 広志*; Hu, C. S.*; Qi, Z. M.*; et al.

Physical Review B, 98(9), p.094305_1 - 094305_7, 2018/09

 被引用回数:5 パーセンタイル:39.54(Materials Science, Multidisciplinary)

熱電材料であるNaドープしたSnSeについて、ARPES, 中性子回折, 中性子非弾性散乱でその電子構造と格子ダイナミクスを測定した結果を報告する。

論文

A Fluorometric skin-interfaced microfluidic device and smartphone imaging module for ${{it in situ}}$ quantitative analysis of sweat chemistry

関根 由莉奈; Kim, S. B.*; Zhang, Y.*; Bandodkar, A. J.*; Xu, S.*; Choi, J.*; 入江 将大*; Ray, T. R.*; Kohli, P.*; 香西 直文; et al.

Lab on a Chip, 18(15), p.2178 - 2186, 2018/08

近年、スウェットに含まれる代謝産物やイオン等を用いたPoint of Careが高く注目されている。本研究では、それらのバイオマーカーを効果的にその場で検出することを目的として、ソフトで薄いウェアラブルマイクロ流路デバイスとスマートフォンを基盤とした蛍光イメージングシステムを提案する。精密に設計されたマイクロ流路は、皮膚から汗を時間シーケンス制御で集めることを可能にした。また、集められた汗から蛍光検出剤によって検出された塩化物,ナトリウム,亜鉛濃度をスマートフォンを基盤とした蛍光イメージングシステムで正確に定量分析することに成功した。このシステムを実際に試験したところ、正確に効率よく作動することを確認した。

論文

Electronic structure of Li$$^{+}$$@C$$_{60}$$; Photoelectron spectroscopy of the Li$$^{+}$$@C$$_{60}$$[PF$$_{6}$$$$^{-}$$] salt and STM of the single Li$$^{+}$$@C$$_{60}$$ molecules on Cu(111)

山田 洋一*; Kuklin, A. V.*; 佐藤 翔*; 江坂 文孝; 角 直也*; Zhang, C.*; 佐々木 正洋*; Kwon, E.*; 笠間 泰彦*; Avramov, P. V.*; et al.

Carbon, 133, p.23 - 30, 2018/07

 被引用回数:8 パーセンタイル:47.45(Chemistry, Physical)

本研究では、超高真空中で高純度Li$$^{+}$$@C$$_{60}$$[PF$$_{6}$$$$^{-}$$]塩の蒸発によってLi$$^{+}$$イオン内包フラーレンを調製し、走査型トンネル顕微鏡(STM)により明瞭に観察することに成功した。また、STM観察に先立って、光電子分光およびX線吸収分光などにより測定したところ、Liは正、PF$$_{6}$$は負のチャージを帯びており、C$$_{60}$$は中性であることが明らかとなった。

論文

Comparison of heavy-ion transport simulations; Collision integral in a box

Zhang, Y.-X.*; Wang, Y,-J.*; Colonna, M.*; Danielewicz, P.*; 小野 章*; Tsang, M. B.*; Wolter, H.*; Xu, J.*; Chen, L.-W.*; Cozma, D.*; et al.

Physical Review C, 97(3), p.034625_1 - 034625_20, 2018/03

 被引用回数:63 パーセンタイル:99.37(Physics, Nuclear)

2017年4月に開催された国際会議Transport2017において、重イオン核反応モデルの国際的な比較が議論された。重イオン加速器の安全評価や宇宙飛行士の被ばく評価等で重要な役割を果たすため、世界中で重イオン核反応の様々な理論モデルが開発されている。本研究はモデル間の共通点と差異を明らかにし、各モデルの問題点を明らかにした。比較において、辺の長さが20fmの直方体に320個の中性子と320個の陽子をランダム配置し、それらが時間発展に伴って起こす散乱の回数や散乱時のエネルギーなどを計算する条件が設定された。また、結果以外にも、理論モデルを構成するアルゴリズムについても比較を行った。発表者は重イオン核反応モデルJQMD(JAERI Quantum Molecular Dynamics)を用いて計算を行い、世界で開発されている15の計算コードによる計算結果と比較した。コードアルゴリズムの比較では、JQMDは必ず陽子から 優先的に衝突確率を計算し、その後に中性子の衝突を計算するため、物理描像の妥当性が指摘された。一方、JQMDは他のモデルとほぼ同じ計算結果を出すことも判明した。衝突回数や運動量の計算値が平均から2倍以上乖離するモデルもある中で、JQMDは本計算条件で安定した性能を発揮することが確認された。

論文

Emergent Weyl fermion excitations in TaP explored by $$^{181}$$Ta quadrupole resonance

安岡 弘志; 久保 徹郎*; 岸本 恭来*; Kasinathan, D.*; Schmidt, M.*; Yan, B.*; Zhang, Y.*; 籐 秀樹*; Felser, C.*; Mackenzie, A. P.*; et al.

Physical Review Letters, 118(23), p.236403_1 - 236403_6, 2017/07

 被引用回数:23 パーセンタイル:86.13(Physics, Multidisciplinary)

$$^{181}$$Ta四重極共鳴(NQR)法を用いてワイル半金属TaPの微視的磁気特性を調べた。核スピン$$I$$=7/2のTa核におけるエネルギー準位の四極子分裂間の遷移に基づく3つのゼロ磁場NQR信号を見出した。四重極結合定数$$nu_Q$$= 19.250MHz、および電場勾配の非対称パラメータ$$eta$$= 0.423は理論計算とよく一致する。磁気励起を調べるために、$$f_2$$線($$pm 5/2 leftrightarrow pm 3/2$$遷移)のスピン格子緩和率($$1/T_1T$$)の温度依存性を測定した。異なる緩和プロセスを有する2つの領域が存在することを見出した。$$T$$*$$approx$$30K以上においては、温度に依存する軌道超微細結合とワイルノードによる磁気励起に起因する($$1/T_1T)propto T^2$$の振る舞いが見出された。$$T$$*の下では、緩和は、($$1/T_1T$$)=定数のKorringaプロセスによって主に支配されるが、我々の実験データを再現するためには$$T^{-1/2}$$の依存性を含まなければならない。我々は、Ta-NQRがバルクワイルlフェルミオンとそれらの励起のための新規プローブであることを示す。

論文

Effect of storage environment on hydrogen generation by the reaction of Al with water

Wang, Y.-Q.*; Gai, W.-Z.*; Zhang, X.-Y.*; Pan, H.-Y.*; Cheng, Z.-X.*; 徐 平光; Deng, Z.-Y.*

RSC Advances (Internet), 7(4), p.2103 - 2109, 2017/01

AA2016-0521.pdf:1.55MB

 被引用回数:18 パーセンタイル:66.56(Chemistry, Multidisciplinary)

Al powder was stored in saturated water vapor, oxygen, nitrogen and drying air separately for a time period up to about six months, the degradation behavior of Al activity was characterized by the reaction of Al with water. It was found that water vapor decreased the induction time for the beginning of Al-water reaction and reduced the total hydrogen generation per unit weight of Al, while oxygen increased the induction time and retarded the Al-water reaction. In contrast, the effect of nitrogen and drying air on Al activity was weak. The mechanism analyses indicated that water vapor promoted the hydration of Al surface passive oxide film and speeded up the reaction of Al with water, while oxygen thickened the passive oxide film of Al surface and prolonged its hydration process. These imply that water vapor rather than oxygen is responsible for the degradation of Al activity during storage under ambient condition.

論文

Spin excitations in optimally P-doped BaFe$$_2$$(As$$_{0.7}$$P$$_{0.3}$$)$$_2$$ superconductor

Hu, D.*; Yin, Z.*; Zhang, W.*; Ewings, R. A.*; 池内 和彦*; 中村 充孝; Roessli, B.*; Wei, Y.*; Zhao, L.*; Chen, G.*; et al.

Physical Review B, 94(9), p.094504_1 - 094504_7, 2016/09

AA2016-0252.pdf:2.18MB

 被引用回数:14 パーセンタイル:64.66(Materials Science, Multidisciplinary)

最適Pドープされた超伝導体BaFe$$_2$$(As$$_{0.7}$$P$$_{0.3}$$)$$_2$$ (T$$_c$$=30K)におけるスピン励起の温度及びエネルギー依存性が非弾性中性子散乱実験を使って調べられた。我々の実験結果は密度汎関数理論や動的平均場理論で予想される計算結果と矛盾しておらず、BaFe$$_2$$(As$$_{0.7}$$P$$_{0.3}$$)$$_2$$における平均プニクトゲン高さの減少が、電子相関の強さを弱め、磁気励起の有効バンド幅の増加に寄与することを示唆している。

論文

Colossal negative thermal expansion induced by magnetic phase competition on frustrated lattices in Laves phase compound (Hf,Ta)Fe$$_2$$

Li, B.; Luo, X. H.*; Wang, H.*; Ren, W. J.*; Yano, S.*; Wang, C.-W.*; Gardner, J. S.*; Liss, K.-D.*; Miao, P.*; Lee, S.-H.*; et al.

Physical Review B, 93(22), p.224405_1 - 224405_6, 2016/06

 被引用回数:33 パーセンタイル:83.88(Materials Science, Multidisciplinary)

Competition between ferromagnetic and antiferromagnetic phases on frustrated lattices in hexagonal Laves phase compound Hf$$_{0.86}$$Ta$$_{0.14}$$Fe$$_2$$ is investigated by using neutron diffraction as a function of temperature and magnetic fields and density-functional-theory calculations. At 325 K, the compound orders into the 120$$^{circ}$$ frustrated antiferromagnetic state with well-reduced magnetic moment and an in-plane lattice contraction simultaneously sets in. With further cooling down, however, the accumulated distortion in turn destabilizes this susceptible frustrated structure. The frustration is completely relieved at 255 K when the first-order transition to the ferromagnetic state takes place, where a colossal negative volumetric thermal expansion, $$-123 times 10^{-6}$$/K, is obtained. Meanwhile, the antiferromagnetic state can be suppressed by few Tesla magnetic fields, which results in a colossal positive magnetostriction. Such delicate competition is attributed to the giant magnetic fluctuation inherent in the frustrated antiferromagnetic state. Therefore, the magnetoelastic instability is approached even under a small perturbation.

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