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論文

Correlation of anomalous Hall effect with structural parameters and magnetic ordering in Mn$$_{3+x}$$Sn$$_{1-x}$$ thin films

Yoon, J.-Y.*; 竹内 祐太郎*; DuttaGupta, S.*; 山根 結太*; 金井 駿*; 家田 淳一; 大野 英男*; 深見 俊輔*

AIP Advances (Internet), 11(6), p.065318_1 - 065318_6, 2021/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Nanoscience & Nanotechnology)

We investigate the relationship between structural parameters, magnetic ordering, and the anomalous Hall effect (AHE) of Mn$$_{3+x}$$Sn$$_{1-x}$$ ($$-0.42 le x le +0.23$$) thin films annealed at various temperature $$T_a$$. The crystal structure changes with $$x$$ and $$T_a$$ and at $$T_a ge 500$$ $$^circ$$C near the stoichiometric composition ($$-0.08 le x le +0.04$$) epitaxial single-phase $$D$$0$$_{19}$$-Mn$$_{3+x}$$Sn$$_{1-x}$$($$10bar{1}0$$) is obtained. At room temperature, a larger AHE is obtained when the single-phase epitaxial Mn$$_3$$Sn with the lattice constant closer to that of bulk is formed. The temperature dependence of the AHE shows different behaviors depending on $$T_a$$ and can be explained by considering the variation of magnetic ordering. A close inspection into the temperature and composition dependence suggests a variation of magnetic phase transition temperature with composition and/or a possible correlation between the AHE and Fermi level position with respect to the Weyl points. Our comprehensive study would provide the basis for utilizing the unique functionalities of non-collinear antiferromagnetic materials.

論文

Inclination of self-interstitial dumbbells in molybdenum and tungsten; A First-principles study

鈴土 知明; 都留 智仁

AIP Advances (Internet), 11(6), p.065012_1 - 065012_7, 2021/06

 被引用回数:0

本研究では、第一原理計算手法を利用して、モリブデン(Mo)とタングステン(W)の自己格子間原子(SIA)を他のBCC遷移金属と比較して解析した。特に、{110}平面上で$$<$$111$$>$$から$$<$$110$$>$$に向かって方向が傾いているダンベルに注目した。このような傾きは、グループ5のBCC金属(つまり、バナジウム,ニオブ,タンタル)でも$$alpha$$鉄では不安定になる。我々の第一原理シミュレーションでは、傾斜したダンベルがMoで$$<$$111$$>$$ダンベルよりもエネルギー的に安定であったが、Wの場合は$$<$$111$$>$$ダンベルがより安定になった。ただし、せん断や膨張などのひずみがある場合には、Wでも傾斜ダンベルがより安定になる可能性が示された。傾斜ダンベルは一般に$$<$$111$$>$$ダンベルよりも大きな移動障壁を持っているため、格子ひずみがこれらの金属のSIAの移動障壁に大きく影響を与える可能性があることを示唆された。

論文

Geometries and electronic states of iron trimer (Fe$$_{3}$$) by CCSD and CCSD(T) calculations

中沢 哲也

AIP Advances (Internet), 11(4), p.045032_1 - 045032_8, 2021/04

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Nanoscience & Nanotechnology)

Fe$$_{3}$$分子のさまざまな電子状態における分子構造とエネルギー準位をCCSDおよびCCSD(T)計算によって調べた。Fe$$_{3}$$の基底状態は$$^{13}$$A'(C$$_{s}$$)であった。$$^{13}$$A$$_{1}$$(C$$_{2v}$$)は基底状態の次に最低のエネルギー状態にあり、基底状態とほとんど等しいエネルギー状態で縮退している。CCSD(T)計算ではスピン多重度13に対して、基底状態と5つの励起状態が0.20eV未満にあるのが確認された。一方、スピン多重度9, 11, 15の電子状態は、0.20eV以上にのみ確認された。また、詳細な自然結合軌道(NBO)分析から、スピン多重度13においてFe$$_{3}$$分子はs特性が高い$$beta$$スピンの$$sigma$$結合軌道で構成されている。この$$sigma$$$$_{Fe-Fe}$$結合は、分極がほとんどないほぼ完全な共有結合である。

論文

Brittle-fracture simulations of curved cleavage cracks in $$alpha$$-iron; A Molecular dynamics study

鈴土 知明; 海老原 健一; 都留 智仁

AIP Advances (Internet), 10(11), p.115209_1 - 115209_8, 2020/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:24.67(Nanoscience & Nanotechnology)

BCC金属の脆性破壊のメカニズムはまだ明確には理解されているとは言えない。本研究では、$$alpha$$鉄のへき開破壊の解析のため一連の3次元分子動力学シミュレーションを行った。特に、湾曲したき裂フロントから始まるモードI変形に焦点を当てた。シミュレーション結果、{100}面でへき開による脆性破壊が観察されたが、他の面では転位の放出によりき裂が鈍化した。この結果は{100}がbcc遷移金属で優先的に観測されるへ開面あるという一般的な実験的観察を再現した。

論文

Preparation, thermoelectric properties, and crystal structure of boron-doped Mg$$_{2}$$Si single crystals

林 慶*; 齋藤 亘*; 杉本 和哉*; 大山 研司*; 林 好一*; 八方 直久*; 原田 正英; 及川 健一; 稲村 泰弘; 宮崎 譲*

AIP Advances (Internet), 10(3), p.035115_1 - 035115_7, 2020/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:68.88(Nanoscience & Nanotechnology)

Mg$$_{2}$$Si is a potential thermoelectric (TE) material that can directly convert waste energy into electricity. In expectation of improving its TE performance by increasing electron carrier concentration, the element boron (B) is doped in Mg$$_{2}$$Si single crystals (SCs). Their detailed crystal structures are definitely determined by using white neutron holography and single-crystal X-ray diffraction (SC-XRD) measurements. The white neutron holography measurement proves that the doped B atom successfully substitutes for the Mg site. The SC-XRD measurement confirms the B-doping site and also reveals the presence of the defect of Si vacancy (VSi) in the B-doped Mg$$_{2}$$Si SCs. Regarding TE properties, the electrical conductivity, $$sigma$$, and the Seebeck coefficient, S, decreases and increases, respectively, due to the decrease in the electron carrier concentration, contrary to the expectation. The power factor of the B-doped Mg$$_{2}$$Si SCs evaluated from $$sigma$$ and S does not increase but rather decreases by the B-doping.

論文

Direct observation of electronic structure change by resistance random access memory effect in amorphous alumina

久保田 正人; 児子 精祐*; 加藤 誠一*; 雨宮 健太*

AIP Advances (Internet), 9(9), p.095050_1 - 095050_4, 2019/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Nanoscience & Nanotechnology)

アルミ酸化膜のメモリ機能と微視的な物性の関係を明らかにするために、放射光吸収測定を行い、電気特性の変化に伴う酸素サイトの電子状態の変化を直接的に捉えることに成功した。

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

Longitudinal strain of epitaxial graphene monolayers on SiC substrates evaluated by $$z$$-polarization Raman microscopy

齊藤 結花*; 常磐 拳志郎*; 近藤 崇博*; Bao, J.*; 寺澤 知潮; 乗松 航*; 楠 美智子*

AIP Advances (Internet), 9(6), p.065314_1 - 065314_6, 2019/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Nanoscience & Nanotechnology)

Longitudinal strains in epitaxial monolayer graphene (EMG) grown on SiC substrates were evaluated by $$z$$-polarization Raman microscopy. Due to the covalent bonds formed at the interface between graphene and the substrate, strong compressive strains were loaded on the EMG, which were sensitively detected by Raman spectroscopy. Our polarization Raman microscope was specially designed for evaluating the longitudinal ($$z$$-polarization) strain, as well as the lateral ($$xy$$-polarization). $$Z$$-polarization Raman microscopy revealed the relationship between the fluctuation of the local strains and the sample morphology in the SiC-graphene through submicron spatial resolution mapping. The amount of strain estimated through Raman shift and its spatial inhomogeneity have critical influence on the mobility of electrons, which are essential for future device applications of EMG.

論文

Superconductivity in a multiorbital model for the $$Gamma_3$$ crystalline electric field state

久保 勝規

AIP Advances (Internet), 8(10), p.101313_1 - 101313_6, 2018/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:24.63(Nanoscience & Nanotechnology)

A cubic system with the $$Gamma_3$$ cubic crystalline electric field (CEF) state is an ideal system to investigate multipole physics, since it does not have dipole but has higher-order multipoles such as quadrupole and octupole. In addition, superconductivity has been observed in PrT$$_2$$X$$_{20}$$ (T = Ir, Rh, X = Zn; T = Ti, V, X = Al) systems with the $$Gamma_3$$ CEF ground state. To approach these phenomena theoretically, we consider a model composed of f electrons with the total angular momentum $$j=5/2$$. From this model, we have derived multipole interactions for the $$Gamma_3$$ systems. In the present study, we investigate superconductivity in the same model. We apply random phase approximation for superconductivity in a multiorbital system to the present model. Then, we have obtained a d-wave spin-singlet state. We will discuss the relevance of the present theory to the PrT$$_2$$X$$_{20}$$ superconductors.

論文

Al-impurity-induced magnetic excitations in heavily over-doped La$$_{1.7}$$Sr$$_{0.3}$$Cu$$_{0.95}$$Al$$_{0.05}$$O$$_{4}$$

池内 和彦*; 中島 健次; 河村 聖子; 梶本 亮一; 脇本 秀一; 鈴木 謙介*; 藤田 全基*

AIP Advances (Internet), 8(10), p.101318_1 - 101318_5, 2018/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Nanoscience & Nanotechnology)

中性子散乱実験により、Al不純物を導入した実効ホール濃度0.25の銅酸化物超伝導体、La$$_{1.7}$$Sr$$_{0.3}$$Cu$$_{0.95}$$Al$$_{0.05}$$O$$_{4}$$の巨大単結晶について、磁気励起を測定した。

論文

Schottky specific heat of the lightly Mn-substituted electron-doped SrTiO$$_3$$

奥田 哲治*; 梶本 亮一; 野田 正亮*; 桑原 英樹*

AIP Advances (Internet), 8(10), p.101339_1 - 101339_5, 2018/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Nanoscience & Nanotechnology)

Large changes in the low-temperature specific heat (low-$$TC$$) by applying magnetic fields up to 9 Tesla were found in the lightly Mn-substituted electron-doped perovskites Sr$$_{1-x}$$La$$_{x}$$TiO$$_{3}$$. The changes in the low-$$TC$$ are qualitatively well explained by the Schottky specific heat ($$C_mathrm{Sch}$$) of localized spins of the Mn 3d electrons in weak internal magnetic fields via itinerant electrons. According to the analysis by using the conventional model, the doped Mn ions are apparently not Mn$$^{4+}$$ ($$S$$ = 3/2) ions, but are Jahn-Teller active Mn$$^{3+}$$ ($$S$$ = 2) ions or mixtures of Mn$$^{3+}$$ and Mn$$^{2+}$$ ions. However, the actual numbers of localized spins estimated from $$C_mathrm{Sch}$$ are about 30% smaller than the expected values. Part of the localized spins of the Mn 3d electrons may disappear due to Kondo coupling with the itinerant electrons, leading to the observed enhancement of the electronic specific heat coefficients.

論文

Effects of Fe doping on anomalous specific heat and XAFS oscillation in antiferromagnetic metal Mn$$_3$$Si

平賀 晴弘*; 大山 研司*; 小坂 昌史*; 松村 大樹

AIP Advances (Internet), 8(10), p.101424_1 - 101424_5, 2018/10

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Nanoscience & Nanotechnology)

The specific heat of Mn$$_{3-x}$$Fe$$_x$$Si was measured over a wide temperature range. Aside from the lattice and electronic specific heat components, another component had a significant contribution to the specific heat at low temperatures in the case of $$x$$ = 0.2; however, its contribution decreased when $$x$$ = 1.0. It is observed that the net component was retained at temperatures significantly higher than $$T_N$$ for both $$x$$. The XAFS spectra of the Mn $$K$$-edge for $$x$$ = 0 not only indicated a smooth structure near the edge, but also an unusually small amplitude in the extended high energy region; however, these features disappeared with Fe doping. The specific heat and XAFS data were discussed interms of the charge degree of freedom or electronic inhomogeneity.

論文

Origin of 6-fold coordinated aluminum at (010)-type pyrophyllite edges

奥村 雅彦; Sassi, M.*; Rosso, K. M.*; 町田 昌彦

AIP Advances (Internet), 7(5), p.055211_1 - 055211_9, 2017/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:34.53(Nanoscience & Nanotechnology)

放射性セシウムを比較的強く吸着すると予想されている粘土鉱物のエッジは、実験的に調べることが困難であり、未だに構造がわかっておらず、数値シミュレーションによる研究が有効である。これまでに、最も単純な2:1珪酸塩鉱物であるパイロフィライトについて、密度汎関数法等を用いた研究が進められており、エッジ部分のアルミニウムは5つの酸素と共有結合し、さらに、水分子を配位子とした6配位構造が安定であることが知られていた。しかし、電荷の中性条件からは水分子が配位する必要はなく、なぜ6配位が最安定構造なのかは明らかになっていなかった。そこで、我々は、密度汎関数法を用いて詳細に調べた。その結果、アルミニウムが水分子の酸素原子を引きつけ、さらに、水分子の水素とエッジを構成するヒドロキシル基が水素結合のネットワークを構成し、6配位構造が安定化することがわかった。

論文

New p- and n-type ferromagnetic semiconductors; Cr-doped BaZn$$_{2}$$As$$_{2}$$

Gu, B.; 前川 禎通

AIP Advances (Internet), 7(5), p.055805_1 - 055805_6, 2017/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:21.37(Nanoscience & Nanotechnology)

We find new ferromagnetic semiconductors, Cr-doped BaZn$$_{2}$$As$$_{2}$$, by employing a combined method of the density functional theory and the quantum Monte Carlo simulation. Due to a narrow band gap of 0.2 eV in host BaZn$$_{2}$$As$$_{2}$$ and the different hybridization of 3d orbitals of Cr impurity, the impurity bound states have been induced both below the top of valence band and above the bottom of conduction band. The long-range ferromagnetic coupling between Cr impurities is obtained with both p- and n-type carriers.

論文

Temperature dependence of the spin Seebeck effect in [Fe$$_{3}$$O$$_{4}$$/Pt]n multilayers

Ramos, R.*; 吉川 貴史*; Anad$'o$n, A.*; Lucas, I.*; 内田 健一*; Algarabel, P. A.*; Morell$'o$n, L.*; Aguirre, M. H.*; 齊藤 英治; Ibarra, M. R.*

AIP Advances (Internet), 7(5), p.055915_1 - 055915_7, 2017/05

 被引用回数:15 パーセンタイル:68.57(Nanoscience & Nanotechnology)

We report temperature dependent measurements of the spin Seebeck effect (SSE) in multilayers formed by repeated growth of a Fe$$_3$$O$$_4$$/Pt bilayer junction. The magnitude of the observed enhancement of the SSE, relative to the SSE in the single bilayer, shows a monotonic increase with decreasing the temperature. This result can be understood by an increase of the characteristic length for spin current transport in the system, in qualitative agreement with the recently observed increase in the magnon diffusion length in Fe$$_3$$O$$_4$$ at lower temperatures. Our result suggests that the thermoelectric performance of the SSE in multilayer structures can be further improved by careful choice of materials with suitable spin transport properties.

論文

Magnetocaloric effect of Sr-substituted BaFeO$$_{3}$$ in the liquid nitrogen and natural gas temperature regions

吉井 賢資; 林 直顕*; 水牧 仁一朗*; 高野 幹夫*

AIP Advances (Internet), 7(4), p.045117_1 - 045117_6, 2017/04

 被引用回数:6 パーセンタイル:40.28(Nanoscience & Nanotechnology)

本研究では、川崎市の明治大学生田キャンパスにおいて、土壌を深さ30cmまでコアサンプラーを用いて採取し、逐次抽出法を適用することで、放射性セシウムの深度別存在形態分析を行った。土壌試料は、生田キャンパス内の人の手が加えられていない6地点で、植生を考慮し採取した。表層土壌を一地点につき、深度別形態分析用の土壌を採取するポイントを中心に、30cm四方の4点(深さ5cm)でスコップを用いて採取した。また、生田キャンパスの北東で、コアサンプラーを用いて、深さ30cm分の土壌を採取した。採取したコア土壌は、5cmごとに分割し、ねじ口U-8式容器に充填した。放射性セシウム濃度は深度別に、2.5Bq kg$$^{-1}$$ (0-5cm)、22.3Bq kg$$^{-1}$$ (5-10cm)、3.4Bq kg$$^{-1}$$ (10-15cm)、0.3Bq kg$$^{-1}$$ (15-20cm)、0.8Bq kg$$^{-1}$$ (20-25cm)、1.0Bq kg$$^{-1}$$ (25-30cm)であった。川崎市で採取した土壌中の放射性セシウムは、表層から土壌の深さ方向に浸透していることが示唆される。

論文

Linear magnetoresistance in a topological insulator Ru$$_2$$Sn$$_3$$

塩見 雄毅*; 齊藤 英治

AIP Advances (Internet), 7(3), p.035011_1 - 035011_6, 2017/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:34.53(Nanoscience & Nanotechnology)

We have studied magnetotransport properties of a topological insulator material Ru$$_2$$Sn$$_3$$. Bulk single crystals of Ru$$_2$$Sn$$_3$$ were grown by a Bi flux method. The resistivity is semiconducting at high temperatures above 160 K, while it becomes metallic below 160 K. Nonlinear field dependence of Hall resistivity in the metallic region shows conduction of multiple carriers at low temperatures. In the high-temperature semiconducting region, magnetoresistance exhibits a conventional quadratic magnetic-field dependence. In the low-temperature metallic region, however, high-field magnetoresistance is clearly linear with magnetic fields, signaling a linear dispersion in the low-temperature electronic structure. Small changes in the magnetoresistance magnitude with respect to the magnetic field angle indicate that bulk electron carriers are responsible mainly for the observed linear magnetoresistance.

論文

Real-time observation of rotational twin formation during molecular-beam epitaxial growth of GaAs on Si (111) by X-ray diffraction

鈴木 秀俊*; 仲田 侑加*; 高橋 正光; 池田 和磨*; 大下 祥雄*; 諸原 理*; 外賀 寛崇*; 森安 嘉貴*

AIP Advances (Internet), 6(3), p.035303_1 - 035303_6, 2016/03

 被引用回数:4 パーセンタイル:25.92(Nanoscience & Nanotechnology)

The formation and evolution of rotational twin (TW) domains introduced by a stacking fault during molecular-beam epitaxial growth of GaAs on Si (111) substrates were studied by in situ X-ray diffraction. To modify the volume ratio of TW to total GaAs domains, GaAs was deposited under high and low group V/group III (V/III) flux ratios. For low V/III, there was less nucleation of TW than normal growth (NG) domains, although the NG and TW growth rates were similar. For high V/III, the NG and TW growth rates varied until a few GaAs monolayers were deposited; the mean TW domain size was smaller for all film thicknesses.

論文

A Predictive model for transferability of plastic deformation through grain boundaries

都留 智仁; 渋谷 陽二*; 廣内 智之*

AIP Advances (Internet), 6(1), p.015004_1 - 015004_9, 2016/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:41.71(Nanoscience & Nanotechnology)

多結晶材料の強度は粒径によって予測され、降伏応力は粒界を通じたすべり移動によって支配される。それゆえ、粒界での転位の移動度は塑性変形の過程において、粒界と転位の相互作用とともに重要な要素となる。本研究では、粒の結晶学的方位と負荷応力を考慮した粒界での転位の移動度について新たな基準として$$L'$$値を提案した。そして、原子シミュレーションによる双結晶の解析を行い、基準の妥当性を検証した。

論文

Construction of a magnetic bottle spectrometer and its application to pulse duration measurement of X-ray laser using a pump-probe method

難波 愼一*; 長谷川 登; 岸本 牧; 錦野 将元; 石野 雅彦; 河内 哲哉

AIP Advances (Internet), 5(11), p.117101_1 - 117101_10, 2015/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Nanoscience & Nanotechnology)

ポンプ・プローブ手法を用いた高強度短パルスX線の時間幅の計測を行うため、磁気ボトル型電子分光器を製作した。開発した装置の性能を実験的に調べるために軟X線レーザーをXe原子に照射する実験を行った。Xe内殻電子の光電離及びオージェ電子に起因するスペクトルの時間変化からX線レーザーのパルス幅を決定した。ポンプ・プローブ実験によって得られた5.7psという時間幅は、X線ストリークカメラで得られている計測結果とよく一致した。

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