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論文

Dynamic interaction between dislocations and obstacles in BCC iron based on atomic potentials derived using neural networks

森 英喜*; 都留 智仁; 奥村 雅彦; 松中 大介*; 椎原 良典*; 板倉 充洋

Physical Review Materials (Internet), 7(6), p.063605_1 - 063605_8, 2023/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.7.063605
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)

析出物などの障害物を導入して転位の動きを制御することは、金属の機械的強度を設計するための有力な方法である。転位コアのサイズは1nm以下とナノスケールであるため、転位と障害物の相互作用を調べるには、原子レベルのモデリングが必要である。しかし、従来の経験的ポテンシャルでは十分な精度が得られなかったため、転位と障害物の相互作用の原子レベルでの詳細が解明されていない。そこで、本研究では、人工ニューラルネットワーク(ANN)の枠組みを用い、第一原理計算の高精度を生かした原子ポテンシャルを構築した。構築したANNポテンシャルを用いて、BCC鉄における$$(a_0/2){110}$$刃状転位と障害物の動的相互作用を調査した。転位が空隙を横切ると、Bow-out転位では超平滑で対称的な半ループが観察された。らせん転位を除き、ANNを用いて予測されたすべての転位のパイエルス応力は100MPa以下であった。さらに重要なことは、剛体球と転位の相互作用において、オロワンループが形成されることを確認したことである。さらに、オロワンループが剛体球と転位の相互作用の中で、2つの小さなループに分解する現象を発見した。

論文

Origin of magnetically dead layers in spinel ferrites $$M$$Fe$$_2$$O$$_4$$ grown on Al$$_2$$O$$_3$$; Effects of postdeposition annealing studied by XMCD

野中 洋亮*; 若林 勇希*; 芝田 悟朗; 坂本 祥哉*; 池田 啓祐*; Chi, Z.*; Wan, Y.*; 鈴木 雅弘*; 田中 新*; 田中 雅明*; et al.

Physical Review Materials (Internet), 7(4), p.044413_1 - 044413_10, 2023/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.7.044413
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)

We study the electronic and magnetic states of as-grown and annealed $$M$$Fe$$_2$$O$$_4$$(111)/Al$$_2$$O3(111) ($$M =$$Co, Ni) thin films with various thicknesses grown on Si(111) substrates with the $$gamma$$-Al$$_2$$O$$_3$$(111)buffer layers by using X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD), to investigate magnetically dead layers in these films. Although the magnetically dead layers in the as-grown samples are formed near the interface with the Al$$_2$$O$$_3$$ buffer layer, we reveal that ferrimagnetic order is partially recovered by postdeposition annealing at 973 K for 48 hours in air. By analyzing the line shapes of the XAS and XMCD spectra, we conclude that, in the dead layers, there are a significant number of vacancies at the $$T_d$$ sites of the spinel structure, which may be the microscopic origin of the degraded ferrimagnetic order in the $$M$$Fe$$_2$$O$$_4$$ thin films.

論文

Weyl-Kondo semimetal behavior in the chiral structure phase of Ce$$_{3}$$Rh$$_{4}$$Sn$$_{13}$$

岩佐 和晃*; Suyama, Kazuya*; 河村 聖子; 中島 健次; Raymond, S.*; Steffens, P.*; Yamada, Akira*; 松田 達磨*; Aoki, Yuji*; 川崎 郁斗; et al.

Physical Review Materials (Internet), 7(1), p.014201_1 - 014201_11, 2023/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.7.014201
 被引用回数：2 パーセンタイル：72.03(Materials Science, Multidisciplinary)

The spin dynamics, crystalline-electric-field (CEF) level scheme, specific heat, and X-ray photoemission spectra (XPS) of Ce$$_{3}$$Rh$$_{4}$$Sn$$_{13}$$ were investigated, which exhibits anomalous semimetal transport in the chiral crystallographic phase. CEF excitations observed at approximately 7 and 39 meV are consistent with the two inequivalent Ce-ion cites in the chiral structure. Because of broader CEF excitations and a strong 4$$f^{1}$$ peak at the Fermi level in the Ce 4$$f$$ on-resonance spectrum, the hybridized Ce 4$$f$$ electrons contribute to the semimetal carriers. In addition, the spin fluctuation associated with the Kramers doublet ground state is characterized by the peak located at 0.15 meV. The electronic state involving the spin fluctuation causes the $$T^{3}$$ behavior of specific heat below 0.6 K, which is attributed to linear dispersion relations of electrons of the Weyl Kondo semimetal in the chiral-lattice symmetry.

論文

Band gap opening in graphene by hybridization with Au (001) reconstructed surfaces

寺澤 知潮; 松永 和也*; 林 直輝*; 伊藤 孝寛*; 田中 慎一郎*; 保田 諭; 朝岡 秀人

Physical Review Materials (Internet), 7(1), p.014002_1 - 014002_10, 2023/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.7.014002
 被引用回数：3 パーセンタイル：72.03(Materials Science, Multidisciplinary)

金(001)表面は、六角形の表面と正方形のバルク格子からなる複雑な再構成構造[Hex-Au(001)]を示し、擬一次元的な波状表面を形成している。この表面上にグラフェンを成長させると、波状表面の周期性がグラフェンの電子構造を変化させ、バンドギャップや新しいディラックポイントを形成することが予測された。さらに、グラフェン-金界面はバンド混成によるバンドギャップ生成やスピン注入の可能性が期待される。ここでは、Hex-Au(001)表面上のグラフェンについて、角度分解光電子分光と密度汎関数計算を行った結果を報告する。元のグラフェンとレプリカのグラフェンの$$pi$$バンドの交点はバンドギャップを示さず、一次元ポテンシャルが小さすぎて電子構造を変更できないことが示唆された。グラフェン$$pi$$バンドとAu $$6sp$$バンドの交点では0.2eVのバンドギャップが観測され、グラフェン$$pi$$バンドとAu $$6sp$$バンドの混成を利用してバンドギャップが生成していることが示された。また、グラフェン$$pi$$とAu $$6sp$$の混成により、グラフェンへのスピン注入が起こることが予想される。

論文

Incommensurate helimagnetic structure of Ba(Fe$$_{1-x}$$Sc$$_{x}$$)$$_{12}$$O$$_{19}$$ determined by single-crystal neutron diffraction

田中 誠也*; 鬼柳 亮嗣; 石川 喜久*; 天児 寧*; 飯山 拓*; 二村 竜祐*; 丸山 建一*; 内海 重宣*

Physical Review Materials (Internet), 7(1), p.014403_1 - 014403_11, 2023/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.7.014403
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)

Sc-substituted hexagonal ferrite Ba(Fe$$_{1-x}$$Sc$$_{x}$$)$$_{12}$$O$$_{19}$$ has an incommensurate helimagnetic structure. However, the incommensurate helimagnetic structure has not been sufficiently determined, and the mechanism via which the helimagnetism develops has not been studied. Time-of-flight single-crystal neutron diffraction measurements were performed on single-crystal samples of Ba(Fe$$_{1-x}$$Sc$$_{x}$$)$$_{12}$$O$$_{19}$$ with Sc concentrations of x = 0, 0.128, 0.153, and 0.193. The magnetic structure analyses revealed that the helimagnetic structure of Ba(Fe$$_{1-x}$$Sc$$_{x}$$)$$_{12}$$O$$_{19}$$ is a cone type whose base is in the ab plane and height is in the c-axis direction. The magnetic moments of Fe2(4$$e$$), Fe4(4$$f_{2}$$), and Fe5(12$$k$$) are aligned with distinct angles, leading to the helimagnetic structure of Ba(Fe$$_{1-x}$$Sc$$_{x}$$)$$_{12}$$O$$_{19}$$, and can be explained by assuming that there is an antiferromagnetic superexchange interaction $$J_{5}$$ between Fe2(4$$e$$) and Fe5(12$$k$$) that is negligible in the x = 0 crystal. The shorter bond distance of Fe2-O1 in Sc-rich crystals revealed by the crystal structure analyses enhances the superexchange interaction $$J_{5}$$. The relatively strong $$J_{5}$$ leads to competition among the three superexchange interactions, $$J_{3}$$, $$J_{4}$$, and $$J_{5}$$, resulting in the development of the helimagnetic structure. These findings facilitate the understanding of the essentials of the basic magnetic material BaFe$$_{12}$$O$$_{19}$$.

論文

Birchite Cd$$_{2}$$Cu$$_{2}$$(PO$$_{4}$$)$$_{2}$$SO$$_{4}$$ $$cdot$$ 5H$$_{2}$$O as a model antiferromagnetic spin-1/2 Heisenberg $${it J}$$$$_{1}$$-$${it J}$$$$_{2}$$ chain

藤原 理賀; Jeschke, H. O.*; 森田 克洋*; 桑井 智彦*; 幸田 章宏*; 岡部 博孝*; 松尾 晶*; 金道 浩一*; 満田 節生*

Physical Review Materials (Internet), 6(11), p.114408_1 - 114408_8, 2022/11

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.6.114408
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)

$${it S}$$ = 1/2ハイゼンベルグ$${it J}$$$$_{1}$$-$${it J}$$$$_{2}$$反強磁性鎖は、エキゾチックなスピン状態の発現が予想されており、広く研究されている。この論文では、birchiteと呼ばれる銅鉱物、化学式Cd$$_{2}$$Cu$$_{2}$$(PO$$_{4}$$)$$_{2}$$SO$$_{4}$$$$cdot$$5H$$_{2}$$Oの磁気挙動とその有効スピンモデルについて報告する。帯磁率,磁化,比熱,$$mu$$SR測定による実験的研究から、0.4Kまで長距離秩序を示さないことがわかった。理論研究から、birchiteは$${it J}$$$$_{1}$$-$${it J}$$$$_{2}$$反強磁性鎖のモデル化合物であり、鎖内相互作用$${it J}$$$$_{1}$$、$${it J}$$$$_{2}$$は反強磁性的で、その大きさは鎖間相互作用の約100倍であることがわかった。$${it J}$$$$_{2}$$の大きさは$${it J}$$$$_{1}$$の大きさの2$$sim$$3倍であるため、スピンギャップは$${it J}$$$$_{1}$$の数%に過ぎないと予想される。比熱の温度依存性は約1Kでブロードなピーク($$approx$$ 0.036$${it J}$$$$_{1}$$)を示し、スピンギャップの存在が示唆された。

論文

Single crystal growth of superconducting UTe$$_2$$ by molten salt flux method

酒井 宏典; Opletal, P.; 常盤 欣文; 山本 悦嗣; 徳永 陽; 神戸 振作; 芳賀 芳範

Physical Review Materials (Internet), 6(7), p.073401_1 - 073401_10, 2022/07

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.6.073401
 被引用回数：16 パーセンタイル：88.61(Materials Science, Multidisciplinary)

スピン三重項超伝導体UTe$$_2$$の新規合成ルートとして溶融塩フラックス法を適用した。合成条件を最適化した結果、今までで最高の超伝導転移温度$$T_{rm c}=2.1$$ Kを記録した。これらの単結晶は、著しく大きな残留抵抗率比を示し、$$T_{rm c}$$以下における残留比熱も小さくなった。これらはウラン空孔による結晶欠陥が減少したことを示しており、溶融塩フラックス中の余剰金属ウランが、還元雰囲気を作り、四価ウランが五価となるのを防ぎウラン空孔生成を抑制しているようだ。また、低融点フラックスがテルルの蒸発を防ぐ効果も期待できる。

論文

Bragg edge tomography characterization of additively manufactured 316L steel

Busi, M.*; Polatidis, E.*; Malamud, F.*; Kockelmann, W.*; Morgano, M.*; Kaestner, A.*; Tremsin, A.*; Kalentics, N.*; Log$'e$, R.*; Leinenbach, C.*; et al.

Physical Review Materials (Internet), 6(5), p.053602_1 - 053602_8, 2022/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.6.053602
 被引用回数：7 パーセンタイル：71.37(Materials Science, Multidisciplinary)

In this work we perform a neutron Bragg edge tomography of stainless steel 316L additive manufacturing samples, one as built via standard laser powder bed fusion, and one using the novel three-dimensional (3D) laser shock peening technique. First, we consider conventional attenuation tomography of the two samples by integrating the signal for neutron wavelengths beyond the last Bragg edge, to analyze the bulk density properties of the material. Second, we obtain strain maps for each of the tomography projections by tracking the wavelength of the strongest Bragg edge corresponding to the {111} lattice plane family. It is found that not only the volume of the sample where the shock peening treatment was carried out yields a higher bulk density, but also a deep and remarkable compressive strain region.

論文

Magnetoelastic anisotropy in Heusler-type Mn$$_{2-delta}$$CoGa$$_{1+delta}$$ films

窪田 崇秀*; 高野 大地*; 小田 洋平*; Mohanty, S.*; 伊藤 啓太*; 松木 充弘*; 林田 誠弘*; Sun, M.*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; et al.

Physical Review Materials (Internet), 6(4), p.044405_1 - 044405_12, 2022/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.6.044405
 被引用回数：5 パーセンタイル：59.75(Materials Science, Multidisciplinary)

This study focuses on an inverse-type Heusler alloy, Mn$$_{2-delta}$$CoGa$$_{1+delta}$$ (MCG), with a small off-stoichiometry ($$delta$$), showing perpendicular magnetic anisotropy (PMA). We observed a relatively large uniaxial magnetocrystalline anisotropy constant ($$K_mathrm{u}$$) on the order of 10$$^5$$ J/m$$^3$$ at room temperature in the MCG films with a small tetragonal distortion of a few percent. X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) was employed to get insight into the origin for the PMA. Negligible angular variation of the orbital magnetic moment evaluated using the XMCD spectra suggested a minor role of the so-called Bruno's term to $$K_mathrm{u}$$. The origin of the PMA was discussed based on the second-order perturbation theory in terms of the spin-orbit coupling, and first principles calculations, claiming that the mixing of the occupied $$uparrow$$- and the unoccupied $$downarrow$$-spin states is responsible for the PMA of the MCG films.

論文

Activity enhancement of platinum oxygen-reduction electrocatalysts using ion-beam induced defects

木全 哲也*; 垣谷 健太*; 山本 春也*; 下山 巖; 松村 大樹; 岩瀬 彰宏*; Mao, W.*; 小林 知洋*; 八巻 徹也*; 寺井 隆幸*

Physical Review Materials (Internet), 6(3), p.035801_1 - 035801_7, 2022/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.6.035801
 被引用回数：7 パーセンタイル：71.37(Materials Science, Multidisciplinary)

High activity is one of the primary requirements for the catalysts in proton exchange membrane fuel cell applications. Previous computational studies suggested that the catalytic activity of Pt nanoparticles could be enhanced by a Pt-carbon (C) support interaction. We have recently found that an enhanced electronic interaction occurs at the interface between an argon-ion (Ar$$^{+}$$)-irradiated glassy carbon (GC) surface and Pt nanoparticles. Here, we report a more than two-fold increase in specific activity (SA) for the Pt nanoparticles on the Ar$$^{+}$$-irradiated GC substrate compared to that on the non-irradiated GC substrate. The mechanism of this activity enhancement was investigated by local structure analysis of the interface. Ar$$^{+}$$ irradiation of the carbon support led to the formation of the Pt-C bonding, thus protecting the deposited Pt nanoparticles from oxidation.

論文

Short-range magnetic interaction in a monolayer 1$$T$$-VSe$$_2$$ film revealed by element-specific X-ray magnetic circular dichroism

角田 一樹; 竹田 幸治; 日下 翔太郎*; 小林 功佳*; 平原 徹*

Physical Review Materials (Internet), 6(1), p.014006_1 - 014006_8, 2022/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.6.014006
 被引用回数：6 パーセンタイル：66.14(Materials Science, Multidisciplinary)

二次元強磁性体候補物質である単層1$$T$$-VSe$$_2$$薄膜の磁気特性を、元素選択的磁気プローブであるX線磁気円二色性(XMCD)を用いて調べた。高分解能測定を行うことで、外部磁場下において原子レベルの薄さの1$$T$$-VSe$$_2$$薄膜から明確なXMCDシグナルを検出することに成功した。X線の入射角度を操作することで、面内と面外の磁気特性を分離し、強い磁気異方性を見出すことができた。さらに、磁場と温度に依存したXMCD測定により、6Kでも長距離強磁性秩序は存在せず、隣接するバナジウムイオン間の短距離強磁性・反強磁性相互作用が存在することが明らかになった。このような低温での磁気挙動は、単層1$$T$$-VSe$$_2$$が強磁性になりかけていることを意味しており、VSe$$_2$$系ヘテロ構造で報告されている近接効果誘起強磁性の説明となる。

論文

Phase transition and domain formation in ferroaxial crystals

林田 健志*; 上村 洋平*; 木村 健太*; 松岡 悟志*; 萩原 雅人; 廣瀬 左京*; 盛岡 仁*; 長谷川 達夫*; 木村 剛*

Physical Review Materials (Internet), 5(12), p.124409_1 - 124409_10, 2021/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.5.124409
 被引用回数：17 パーセンタイル：80.41(Materials Science, Multidisciplinary)

The ferroaxial order, which is characterized by a rotational structural distortion in a crystal, has been recently proposed as one of ferroic orders. Though the domain formation is a characteristic feature in ferroic materials, there has been little study done concerning that for the ferroaxial order. Here, we investigate ferroaxial domains that are formed through a ferroaxial transition in two representative ferroaxial materials, NiTiO$$_{3}$$ and RbFe(MoO$$_{4}$$)$$_{2}$$. We spatially resolve their domain structures using an optical method based on electric-field- induced optical rotation, that is, electrogyration (EG). In NiTiO$$_{3}$$, multi-domains are constructed when crystals undergo a ferroaxial transition and the domain size depends on the cooling rate around the transition temperature. Furthermore, the ferroaxial domain structure obtained by the EG measurement is well matched with that by scanning X-ray diffraction (XRD). RbFe(MoO$$_{4}$$)$$_{2}$$ also exhibits multi-domain states in which domain patterns are different each time a crystal undergoes a ferroaxial transition. In addition, the temperature dependence of the EG signal well obeys that of the order parameter of a first-order phase transition. These results ensure the effectiveness of the EG effect to elucidate the nature of ferroaxial order.

論文

Role of higher-order effects in spin-misalignment small-angle neutron scattering of high-pressure torsion nickel

大場 洋次郎; Bersweiler, M.*; Titov, I.*; 足立 望*; 戸高 義一*; Gilbert, E. P.*; Steinke, N.-J.*; Metlov, K. L.*; Michels, A.*

Physical Review Materials (Internet), 5(8), p.084410_1 - 084410_9, 2021/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.5.084410
 被引用回数：3 パーセンタイル：22.01(Materials Science, Multidisciplinary)

We found that nanosized spin misalignments in pure nickel processed via high-pressure torsion straining persist up to the magnetic field 4 T using small-angle neutron scattering (SANS). The spin-misalignment scattering patterns are elongated perpendicular to the applied magnetic field and different from the conventional micromagnetic SANS theory based on the second order contribution in spin misalignment amplitude. This means that the high-pressure torsion straining makes higher-order effects in the micromagnetic SANS cross sections observable. This results will fuel the further development of the micromagnetic SANS theory.

論文

Two distinct non-Arrhenius behaviors of hydrogen diffusivities in fcc aluminum, silver, and copper determined by ${it ab initio}$ path integral simulations

君塚 肇*; 志賀 基之

Physical Review Materials (Internet), 5(6), p.065406_1 - 065406_9, 2021/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.5.065406
 被引用回数：10 パーセンタイル：61.54(Materials Science, Multidisciplinary)

金属内部における水素の動的挙動において、核量子効果は無視できない因子である。本研究では、核量子効果を考慮した第一原理積分分子動力学シミュレーションを用いて、面心立方金属Al, Ag, Cuにおける水素拡散を調べた。その結果、AgとCuにおける水素拡散の温度依存性は逆S字型の曲線となるのに対して、Alにおける水素拡散の温度依存性はC字型となることがわかった。この違いは、水素が最安定となる位置がAg, Cuでは八面体サイト、Alでは四面体サイトであることに由来する。このことから、水素拡散の核量子効果(零点振動とトンネリング)は安定サイトの異なる金属によって質的に異なることがわかった。

論文

Determination of localized surface phonons in nanocrystalline silicon by inelastic neutron scattering spectroscopy and its application to deuterium isotope enrichment

松本 貴裕*; 野又 郁実*; 大原 高志; 金光 義彦*

Physical Review Materials (Internet), 5(6), p.066003_1 - 066003_9, 2021/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.5.066003
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)

The hydrogen isotope deuterium has attracted special interest for the manufacture of silicon (Si) semiconductors as well as for the synthesis of isotopically labeled compounds. However, the efficient production of D or H deuteride in a controlled manner is challenging, and rational H isotope enrichment protocols are still lacking. Here, we demonstrate a highly efficient exchange reaction from H to D on the surface of nanocrystalline Si. Fourfold enrichment of D termination was successfully achieved by dipping n-Si into a dilute D solution. By determining the surface-localized vibrational modes for H-and D-terminated n-Si using inelastic neutron scattering spectroscopy, we found that the physical mechanism responsible for this enrichment originates from the difference in the zero-point oscillation energies and entropies of the surface-localized vibrations.

論文

Revealing defect-induced spin disorder in nanocrystalline Ni

Bersweiler, M.*; Sinaga, E. P.*; Peral, I.*; 足立 望*; Bender, P.*; Steinke, N.-J.*; Gilbert, E. P.*; 戸高 義一*; Michels, A.*; 大場 洋次郎

Physical Review Materials (Internet), 5(4), p.044409_1 - 044409_7, 2021/04

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.5.044409
 被引用回数：7 パーセンタイル：48.44(Materials Science, Multidisciplinary)

Using small-angle neutron scattering (SANS), we found that the high-density of crystal defects induced via high-pressure torsion (HPT) straining cause a significant spin-misalignment scattering in pure Ni. The analysis of the correlation length of the spin misalignments provided that the spin misalignments surround the defect with the size of 11 nm in HPT-strained nickel.

論文

Single-crystal growth and magnetic phase diagram of the enantiopure crystal of NdPt$$_2$$B

佐藤 芳樹*; 本多 史憲*; Maurya, A.*; 清水 悠晴*; 仲村 愛*; 本間 佳哉*; Li, D.*; 芳賀 芳範; 青木 大*

Physical Review Materials (Internet), 5(3), p.034411_1 - 034411_9, 2021/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.5.034411
 被引用回数：1 パーセンタイル：6.33(Materials Science, Multidisciplinary)

Single-crystal growth and magnetic properties of NdPt$$_2$$B are reported on a enantiopure crystal. We observed multiple phase transitions at 9.5 and 11 K under zero magnetic field. Nontrivial magnetic phase diagram demonstrates the competitive interactions in this system.

論文

Modulation of Dirac electrons in epitaxial Bi$$_2$$Se$$_3$$ ultrathin films on van der Waals ferromagnet Cr$$_2$$Si$$_2$$Te$$_6$$

加藤 剛臣*; 菅原 克明*; 伊東 直洋*; 山内 邦彦*; 佐藤 匠*; 小口 多美夫*; 高橋 隆*; 塩見 雄毅*; 齊藤 英治; 佐藤 宇史*

Physical Review Materials (Internet), 4(8), p.084202_1 - 084202_6, 2020/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.4.084202
 被引用回数：4 パーセンタイル：20.66(Materials Science, Multidisciplinary)

We investigated the Dirac-cone state and its modulation when an ultrathin film of topological insulator Bi$$_2$$Se$$_3$$ was epitaxially grown on a van der Waals ferromagnet Cr$$_2$$Si$$_2$$Te$$_6$$ (CST) by angle-resolved photoemission spectroscopy. We observed a gapless Dirac-cone surface state in six quintuple-layer (6QL) Bi$$_2$$Se$$_3$$ on CST, whereas the Dirac cone exhibits a gap of 0.37 eV in its 2QL counterpart. Intriguingly, this gap is much larger than those for Bi$$_2$$Se$$_3$$ films on Si(111). We also revealed no discernible change in the gap magnitude across the ferromagnetic transition of CST, suggesting the very small characteristic length and energy scale of the magnetic proximity effect. The present results suggest a crucial role of interfacial coupling for modulating Dirac electrons in topological-insulator hybrids.

論文

Structural, magnetic, transport, and thermoelectric properties of the pseudobrookite AlTi$$_{2}$$O$$_{5}$$-Ti$$_{3}$$O$$_{5}$$ system

高濱 隆成*; 石井 透依*; 犬童 代梧*; 有薗 実駿*; 寺倉 千恵子*; 十倉 好紀*; 竹下 直*; 野田 正亮*; 桑原 英樹*; 斎木 琢夫*; et al.

Physical Review Materials (Internet), 4(7), p.074401_1 - 074401_11, 2020/07

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.4.074401
 被引用回数：9 パーセンタイル：40.15(Materials Science, Multidisciplinary)

We investigated the structural, magnetic, transport, and high-temperature thermoelectric properties of single crystals of the pseudobrookite Al$$_{1-x}$$Ti$$_{2+x}$$O$$_{5}$$ for $$0 le x le 1$$ grown using a floating zone. We found a correlation of spin-singlet Ti$$^{3+}$$-Ti$$^{3+}$$ dimers coupled with the lattice even in the conductive $$alpha$$ and $$lambda$$ phases which develops with increasing $$x$$. This developing dimer correlation reduces the number of unpaired Ti$$^{3+}$$ ions, which makes the compound more conductive owing to the suppression of disorder for $$x$$ up to about 0.75. The dimer fluctuation causes a critical enhancement of the magnetic susceptibility at around 150 K in the $$lambda$$ phase near the boundary ($$x sim 0.9$$) between the $$lambda$$ and the $$beta$$ phases. Such a correlation of the spin-singlet Ti$$^{3+}$$-Ti$$^{3+}$$ dimers may produce a high Seebeck coefficient in the conductive $$alpha$$ and $$lambda$$ phases leading to a large thermoelectric power factor at high temperatures.

論文

Electronic structure of a (3$$times$$3)-ordered silicon layer on Al(111)

佐藤 祐輔*; 深谷 有喜; Cameau, M.*; Kundu, A. K.*; 志賀 大亮*; 湯川 龍*; 堀場 弘司*; Chen, C.-H.*; Huang, A.*; Jeng, H.-T.*; et al.

Physical Review Materials (Internet), 4(6), p.064005_1 - 064005_6, 2020/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.4.064005
 被引用回数：6 パーセンタイル：31.09(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究では、放射光角度分解光電子分光を用いて、Al(111)表面上の3$$times$$3周期を持つSi層の電子バンド構造を解明した。実験では、線形のエネルギー分散に起因する閉じたフェルミ面を観測した。ハニカム状のシリセンをモデル構造とした第一原理計算の結果、これは基板との混成状態を起源としたディラックコーン様の金属バンドと考えられる。Al(111)表面上のSi層は、基板との相互作用によりディラック電子を発現し、いわゆるXeneと呼ばれる2次元物質群のモデルシステムになりうることを示唆する。

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