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論文

Electronic structure of UTe$$_2$$ studied by photoelectron spectroscopy

藤森 伸一; 川崎 郁斗; 竹田 幸治; 山上 浩志; 仲村 愛*; 本間 佳哉*; 青木 大*

Journal of the Physical Society of Japan, 88(10), p.103701_1 - 103701_5, 2019/10

https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.103701

The electronic structure of the unconventional superconductor $$mathrm{UTe_2}$$ was studied by resonant photoelectron spectroscopy (RPES) and angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES) with soft X-ray synchrotron radiation. The partial $$mathrm{U}~5f$$ density of states of $$mathrm{UTe_2}$$ were imaged by the $$mathrm{U}~4d$$ - $$5f$$ RPES and it was found that the $$mathrm{U}~5f$$ state has an itinerant character, but there exists an incoherent peak due to the strong electron correlation effects. Furthermore, an anomalous admixture of the $$mathrm{U}~5f$$ states into the $$mathrm{Te}~5p$$ bands was observed at a higher binding energy, which cannot be explained by band structure calculations. On the other hand, the band structure of $$mathrm{UTe_2}$$ was obtained by ARPES and its overall band structure were mostly explained by band structure calculations. These results suggest that the $$mathrm{U}~5f$$ states of $$mathrm{UTe_2}$$ have itinerant but strongly-correlated nature with enhanced hybridization with the $$mathrm{Te}~5p$$ states.

論文

Magnetic field induced triple-$$q$$ magnetic order in trillium lattice antiferromagnet EuPtSi studied by resonant X-ray scattering

田端 千紘*; 松村 武*; 中尾 裕則*; 道村 真司*; 垣花 将司*; 稲見 俊哉*; 金子 耕士; 辺土 正人*; 仲間 隆男*; 大貫 惇睦*

Journal of the Physical Society of Japan, 88(9), p.093704_1 - 093704_5, 2019/09

https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.093704

The magnetic order in the magnetic-fild-induced so-called A phase of cubic chiral antiferromagnet EuPtSi was investigated by resonant X-ray scattering (RXS) near the Eu $$L_{2}$$ edge. The high flux RXS signal under the magnetic field applied along [111] revealed the first and second order satellite magnetic reflections, indicating that the A phase is a triple-$$q$$ magnetic ordered state that is described by three propagation vectors lying in the plane normal to the magnetic field direction; $$q_1$$, $$q_2$$, and $$q_3$$. With the high resolution in the reciprocal space achieved in the RXS measurement, it is suggested that the triple-$$q$$ order strongly couples with the underlying crystal lattice. The triple-$$q$$ magnetic order is discussed in the context of a magnetic skyrmion lattice on which the geometrical frustration may play a crucial role.

論文

Local structure of functional solids

社本 真一

Journal of the Physical Society of Japan, 88(8), p.081008_1 - 081008_11, 2019/08

https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.081008

The local structure study reveals important aspects of the physical properties, because it is closely related to the electronic structure. Some neutron total scattering results are reviewed to show the local functional properties of solids from optical recording to negative thermal expansion to Mott transition materials.

論文

Numerical investigation of magnetic bubble types in a two-dimensional ferromagnetic system with dipole-dipole interactions

横田 光史

Journal of the Physical Society of Japan, 88(8), p.084702_1 - 084702_6, 2019/08

https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.084702

Landau-Lifshitz equation for a 2-dimensional anisotropic Heisenberg model with dipole-dipole interactions is solved numerically to investigate magnetic bubbles. Type I magnetic bubbles (magnetic skyrmions) with both left-handed and right-handed rotations appear. There is a minimal anisotropy necessary for the existence of magnetic bubbles. Magnetic skyrmions appear only in a limited region of the parameter space. The region is approximately the same as the one where mixed states with both in-plane ferromagnetic order and out-of- plane stripe pattern coexist at zero magnetic field. The size and the domain wall width of the magnetic skyrmions decrease as the anisotropy increases. The size depends also on the strength of the magnetic field. It decreases as the magnetic field increases. There may be a critical magnetic field above which the magnetic skyrmions do not exist and the size of the magnetic skyrmions is minimum at the critical field. The domain wall width of the magnetic skyrmions depends a little on the magnetic field.

論文

$$^{125}$$Te-NMR study on a single crystal of heavy fermion superconductor UTe$$_2$$

徳永 陽; 酒井 宏典; 神戸 振作; 服部 泰佑; 比嘉 野乃花; 仲嶺 元輝*; 北川 俊作*; 石田 憲二*; 仲村 愛*; 清水 悠晴*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 88(7), p.073701_1 - 073701_4, 2019/07

https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.073701

最近新たに発見された重い電子系超伝導体UTe$$_2$$の$$^{125}$$Te-NMRによる研究について報告する。単結晶試料を用い$$^{125}$$Te-NMRのKnight shift $$K$$およびスピン-格子緩和率$$1/T_1$$の測定を行なった。その結果、20K以上の常磁性相において静的および動的帯磁率のどちらもが弱いIsing型の異方性を持つことを確認した。一方、20K以下の低温ではa軸方向に磁場をかけた場合にスピン-スピン緩和率$$1/T_2$$の強い発散が見られることがわかった。このことは低温でa軸方向に強い縦型のスピン揺らぎが発達していることを示唆している。

論文

Smooth self-energy in the exact-diagonalization-based dynamical mean-field theory; Intermediate-representation filtering approach

永井 佑紀; 品岡 寛*

Journal of the Physical Society of Japan, 88(6), p.064004_1 - 064004_5, 2019/06

https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.064004

核燃料物質であるウラン化合物や高温超伝導体である銅酸化物高温超伝導体などの強相関電子系における物性を評価するためには、動的平均場理論などの高精度なシミュレーション手法の開発が必須である。近年、機械学習関連手法の一つであるスパースモデリングを用いることで、シミュレーションにおいて保持すべき情報量が実際の数値計算の情報よりもはるかに少ないことが示されている。本論文では、このスパースモデリングの手法を厳密対角化を用いた動的平均場理論へと適用することにより、限られたシステムサイズから滑らかな自己エネルギーを計算する方法を提案する。なお、上記課題の解決にあたり、スパースモデリングによって得られる新しい基底を用いてグリーン関数を表現することによって、限られた基底の数で自己エネルギーを展開することに成功し、動的平均場理論の収束性とシステムサイズ依存性をコントロールすることに成功した。この手法の開発により、核燃料物質をはじめとする強相関電子系のシミュレーションの精度コントロールが可能となると期待できる。これらの結果は、広く原子力分野のためのシミュレーション技術開発に資する成果である。

論文

Evidence for weak spin-orbit interaction experienced by Cooper pairs in the spin-triplet superconductor UPt$$_3$$; $$^{195}$$Pt-NMR study

青山 泰介*; 小手川 恒*; 木村 憲彰*; 山本 悦嗣; 芳賀 芳範; 大貫 惇睦*; 藤 秀樹*

Journal of the Physical Society of Japan, 88(6), p.064706_1 - 064706_7, 2019/06

https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.064706

$$^{195}$$Pt-NMR measurements under magnetic field ($$H$$) parallel to the $$c$$-axis in the vicinity of the upper critical field $$H_{rm c2}$$ have been carried out on the heavy-fermion superconductor UPt$$_3$$. The quasiparticle spin susceptibility was obtained from the measurements. The field dependence of the susceptibility suggests that the $$d$$-vector freely rotates in magnetic field. It is therefore concluded that spin-orbit interaction, which confines the direction of the $$d$$-vector with respect to the crystal axis, is weak in UPt$$_3$$.

論文

Quasiparticle bound states around fractional vortices in $$s$$-wave superconductor

永井 佑紀; 加藤 雄介*

Journal of the Physical Society of Japan, 88(5), p.054707_1 - 054707_8, 2019/05

https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.054707

近年、物質を層状に重ねたマイクロデバイスの作製が可能になり、それらを用いた革新的デバイス作製へ向けて世界中で盛んに研究が行われている。特に、超伝導体のNbの2層構造を作製することで、従来とは異なった超伝導磁束状態である分数量子渦状態がSQUID顕微鏡で観測できた、という報告がなされており、興味を持たれている。しかしながら、具体的にどのような量子状態が実現しているかは明らかではなかった。本論文では、この実験の理論的解析を目的として、超伝導体に分数量子渦が生じた場合における準粒子束縛状態のエネルギー依存性の理論計算結果を報告する。なお、上記課題の解決にあたり、数値計算と近似的解析計算を駆使することで、分数量子渦の周りには特徴的なパターン構造が現れることを示唆し、そのパターンが走査型トンネル顕微鏡で観測可能であることを示した。これらの結果は、界面や表面を利用したデバイス開発に資する成果であり、広く原子力分野の材料開発のためのシミュレーション基盤開発にも資する成果である。

論文

Electronic structure in heavy fermion compound UPd$$_2$$Al$$_3$$ through directional Compton profile measurement

小泉 昭久*; 久保 康則*; 山本 悦嗣; 芳賀 芳範; 櫻井 吉晴*

Journal of the Physical Society of Japan, 88(3), p.034714_1 - 034714_6, 2019/03

https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.034714
 パーセンタイル：100(Physics, Multidisciplinary)

Directional Compton profiles of a heavy fermion compound UPd$$_2$$Al$$_3$$ are measured in the basal plane of the hexagonal lattice. A remarkable change of the two-dimensional electron occupation number densities has been observed between 20 K and 100 K. Obtained results are attributed to the modification of the 5$$f$$ electronic states.

論文

Unique helical magnetic order and field-induced phase in trillium lattice antiferromagnet EuPtSi

金子 耕士; Frontzek, M. D.*; 松田 雅昌*; 中尾 朗子*; 宗像 孝司*; 大原 高志; 垣花 将司*; 芳賀 芳範; 辺土 正人*; 仲間 隆男*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 88, p.013702_1 - 013702_5, 2019/01

https://doi.org/10.7566/JPSJ.88.013702
 被引用回数：1 パーセンタイル：14.05(Physics, Multidisciplinary)

Magnetic transitions in chiral antiferromagnet EuPtSi were investigated by means of single crystal neutron diffraction. In the ground state, magnetic peaks emerge at positions represented by $$q_{1}$$=$$(0.2, 0.3, 0)$$. Upon heating, an additional magnetic peak splitting around 2.5 K was uncovered, indicating a presence of a first-order transition with $$q^*_{1}$$=$$(0.2, 0.3, {delta})$$. An half-polarized neutron scattering for polarization parallel to Q reveled that polarization antiparallel to Q has stronger intensity in both magnetic phases. This feature clarifies single chiral character of helical structure with moments normal to the ordering vector in both ordered states. Under vertical magnetic field along [1,1,1] in the $$A$$ phase, magnetic peaks form hexagonal patterns in the equatorial scattering plane around nuclear. An ordering vector $$q_{A}$$ of the $$A$$-phase has the similar size in the periodicity to $$q_{1}$$, and could be a hallmark of a formation of skyrmion lattice in EuPtSi.

論文

Localized 5$$f^2$$ states in UPd$$_5$$Al$$_2$$ and valence crossover in the Vicinity of Heavy-Fermion superconductivity

目時 直人; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 松田 雅昌*

Journal of the Physical Society of Japan, 87(11), p.114712_1 - 114712_9, 2018/11

https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.114712
 パーセンタイル：100(Physics, Multidisciplinary)

ウラン金属間化合物UPd$$_5$$Al$$_2$$は、四価イオンU$$^{4+}$$の局在5$$f^2$$($$^3H_4$$)電子状態を伴うことを中性子散乱による結晶場スペクトルから明らかにした。この電子状態は、最近研究した$$f$$電子数と結晶構造が同じ希土類参照物質PrPd$$_5$$Al$$_2$$と同一であり、c軸方向に大きな磁気モーメントを伴う平べったい形状の軌道が、縦長の体心正方晶の持つ二次元結晶場ポテンシャルによって安定化されていることがわかった。ウランの5$$f$$電子が金属状態において局在的な性格を持つことは非常に珍しい発見であり、やはり、結晶構造の特殊性に起因する。ウランが四価イオンであることは、三価のNpPd$$_5$$Al$$_2$$との間に価数転移が存在することを意味し、この価数転移が結晶格子の異常や電気抵抗の増加によって観察されることを明らかにした。また、価数が不安定な領域で超伝導や磁気転移、重い電子系状態など多体効果の存在を示す数多くの現象が生じていることがわかった。

論文

Local magnetic states of the weakly ferromagnetic iron-based superconductor Sr$$_{2}$$VFeAsO$$_{3-delta}$$ studied by X-ray magnetic circular dichroism

堀尾 眞史*; 竹田 幸治; 並木 宏允*; 片桐 隆雄*; 若林 勇希*; 坂本 祥哉*; 野中 洋亮*; 芝田 悟朗*; 池田 啓祐*; 斎藤 祐児; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 87(10), p.105001_1 - 105001_2, 2018/10

https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.105001
 被引用回数：1 パーセンタイル：49.95(Physics, Multidisciplinary)

We have performed X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) measurements on the iron-based superconductor Sr$$_{2}$$VFeAsO$$_{3-delta}$$ to study the origin of weak ferromagnetism (WFM) reported for this compound. While Fe 3d electrons show a magnetic response similar to the other iron pnictides, signals from V 3d electrons remain finite at zero magnetic field and may be responsible for the WFM.

論文

Imaging measurement of neutron attenuation by small-angle neutron scattering using soller collimator

大場 洋次郎; 篠原 武尚; 佐藤 博隆*; 小野寺 陽平*; 廣井 孝介; Su, Y.; 杉山 正明*

Journal of the Physical Society of Japan, 87(9), p.094004_1 - 094004_5, 2018/09

https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.094004
 パーセンタイル：100(Physics, Multidisciplinary)

中性子小角散乱(SANS)は、ナノ構造の解析に有効な実験手法である。近年、中性子透過率に含まれるSANSの寄与を定量的に解析できる手法が開発され、中性子透過率スペクトルからSANSと同じくナノ構造情報が得られるようになった。これをパルス中性子透過イメージング実験に応用すれば、試料内のナノ構造の分布について高効率な2次元マッピングが可能になる。これを実現するためには、散乱中性子の検出器への入射を防ぐ必要がある。そこで本研究では、試料と検出器の間にソーラーコリメータを設置して散乱中性子を吸収、除去する方法を検討した。粒径の異なるシリカ微粒子を測定した結果、粒径によるSANSの違いを反映した中性子透過率スペクトルの違いを観測することに成功した。

論文

$$f$$-electron states in PrPd$$_5$$Al$$_2$$

目時 直人; 山内 宏樹; 鈴木 博之*; 北澤 英明*; 萩原 正人*; 益田 隆嗣*; Aczel, A. A.*; Chi, S.*; Hong, T.*; 松田 雅昌*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 87(9), p.094704_1 - 094704_8, 2018/09

https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.094704
 被引用回数：3 パーセンタイル：20.01(Physics, Multidisciplinary)

中性子非弾性散乱実験によりPrPd$$_5$$Al$$_2$$の$$f$$電子状態を明らかにした。この物質のユニークな結晶構造に起因する2次元的な結晶場ポテンシャルにより、大きな$$J_z$$を伴う平べったい$$f$$軌道が安定化し、イジング型の磁気異方性が生じることがわかった。この2次元的な結晶場ポテンシャルは同じ結晶構造を持つ希土類化合物RPd$$_5$$Al$$_2$$に共通に存在し、重い電子系超伝導体NpPd$$_5$$Al$$_2$$におけるXY型磁気異方性への変化を系統的に説明することができる。それは、$$f$$電子の局所的な性質がこの物質系の物性発現機構において非常に重要であり、NpPd$$_5$$Al$$_2$$における重い電子系超伝導にも関与している。

論文

On the ordered states in a two-dimensional Heisenberg model with dipole-dipole interactions

横田 光史

Journal of the Physical Society of Japan, 87(9), p.094701_1 - 094701_5, 2018/09

https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.094701
 パーセンタイル：100(Physics, Multidisciplinary)

In the two-dimensional Heisenberg model with dipole-dipole interactions and uniaxial anisotropy, the ordered state is known to be an in-plane ferromagnetic state or a state with an out-of-plane stripe domain pattern. The ground-state phase diagram is approximately obtained from the fastest growing mode for the time-dependent Ginzburg-Landau equation in a continuous space approximation. A more detailed description of the ordered states is obtained by solving the Landau-Lifshitz equation numerically in the continuous space approximation. Mixed states with both in-plane ferromagnetic order and an out-of-plane stripe pattern appear between the region of the in-plane ferromagnetic state and the region of the out-of-plane stripe states in the phase diagram.

論文

Ce substitution and reduction annealing effects on electronic states in Pr$$_{2-x}$$Ce$$_x$$CuO$$_4$$ studied by Cu $$K$$-edge X-ray absorption spectroscopy

浅野 駿*; 石井 賢司*; 松村 大樹; 辻 卓也; 伊奈 稔哲*; 鈴木 謙介*; 藤田 全基*

Journal of the Physical Society of Japan, 87(9), p.094710_1 - 094710_5, 2018/09

https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.094710
 パーセンタイル：100(Physics, Multidisciplinary)

We investigated the Ce substitution and reduction annealing effects on the electronic states at copper sites by Cu $$K$$-edge X-ray absorption near-edge structure measurements in Pr$$_{2-x}$$Ce$$_x$$CuO$$_{4+alpha-delta}$$ (PCCO) with varying $$x$$ and $$delta$$ (amount of oxygen loss during annealing). Absorption near-edge spectra were modified by Ce substitution and reduction annealing similarly with increasing $$x$$ and $$delta$$. Considering electron doping by Ce substitution, this similarity indicates an increase in electron number at the copper sites due to annealing ($$n_{AN}$$). Furthermore, quantitative analyses of the spectra clarified that the number of Cu$$^+$$ sites, corresponding to the induced electron number by Ce substitution increases linearly with $$x$$ in the as-sintered PCCO, whereas $$n_{AN}$$ is not exactly equal to 2$$delta$$. For each $$x$$-fixed sample, $$n_{AN}$$tends to exceed 2$$delta$$ with increasing $$delta$$, suggesting the emergence of two types of carrier due to annealing.

論文

Neutron inelastic scattering study of the $$f$$-electron states in NdPd$$_5$$Al$$_2$$

目時 直人; 山内 宏樹; 鈴木 博之*; 北澤 英明*; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; 梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘

Journal of the Physical Society of Japan, 87(8), p.084708_1 - 084708_7, 2018/08

https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.084708
 被引用回数：3 パーセンタイル：20.01(Physics, Multidisciplinary)

$$f$$電子化合物NdPd$$_5$$Al$$_2$$の中性子散乱による研究を行った。0K, 35.4K, 88.3K, 101.5K, and 198.8Kの結晶場レベルを励起スペクトルから明らかにした。$$Gamma_6$$基底状態は主として$$J_z=pm9/2$$の軌道によって構成され、これが大きな負の$$B_{20}=-1.4$$Kと一軸異方性を生じる。結晶場から計算された磁気モーメント, 帯磁率, 磁化曲線, 比熱は実験をよく説明する。CePd$$_5$$Al$$_2$$やPrPd$$_5$$Al$$_2$$と共通した電荷分布の存在は同じ構造を持つアクチノイド化合物においても局在的な性質が重要で、UPd$$_5$$Al$$_2$$の局在5$$f$$電子状態やNpPd$$_5$$Al$$_2$$の重い電子系超伝導にその価数の不安定性が重要な役割をすることを示している。

論文

Effects of magnetic field and pressure on the valence-fluctuating antiferromagnetic compound EuPt$$_2$$Si$$_2$$

竹内 徹也*; 屋良 朝之*; 安次富 洋介*; 伊覇 航*; 垣花 将司*; 中島 美帆*; 天児 寧*; 本多 史憲*; 本間 佳哉*; 青木 大*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 87(7), p.074709_1 - 074709_14, 2018/07

https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.074709
 被引用回数：2 パーセンタイル：29.91(Physics, Multidisciplinary)

Effects of magnetic field and pressure on the Kondo-like behavior in the valence-fluctuating antiferromagnetic compound EuPt$$_2$$Si$$_2$$ were studied using single-crystalline samples. Anomalous features in EuPt$$_2$$Si$$_2$$ are due to valence fluctuation and/or valence change of the Eu ions at low temperatures.

論文

Anisotropic superconductivity emerging from the orbital degrees of freedom in a $$Gamma_3$$ non-Kramers doublet system

久保 勝規

Journal of the Physical Society of Japan, 87(7), p.073701_1 - 073701_4, 2018/07

https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.073701
 被引用回数：2 パーセンタイル：29.91(Physics, Multidisciplinary)

We study superconductivity in a three-orbital model for $$f^2$$ ions with the $$Gamma_3$$ crystalline electric field (CEF) ground state. An antiferromagnetic interaction between the $$Gamma_7$$ and $$Gamma_8$$ orbitals is introduced to stabilize the $$Gamma_3$$ CEF state. This interaction also works as an on-site attractive interaction for spin-singlet pairing between electrons in these orbitals. The interorbital pairing state composed of the $$Gamma_7$$ and $$Gamma_8$$ orbitals on the same site has the $$E_g$$ symmetry. Indeed, by applying the random phase approximation, we find that the $$E_g$$ spin-singlet superconducting state is realized over a wide parameter range.

論文

Magnetic-ordering propagation vectors of terbium hexaboride revisited

岩佐 和晃*; 伊賀 文俊*; 茂吉 武人*; 中尾 朗子*; 大原 高志

Journal of the Physical Society of Japan, 87(6), p.064705_1 - 064705_5, 2018/06

https://doi.org/10.7566/JPSJ.87.064705
 パーセンタイル：100(Physics, Multidisciplinary)

The magnetic-ordered state of a single-crystal sample of TbB$$_{6}$$ has been studied with the high-precision neutron diffraction instrument SENJU installed at BL18 of the Materials and Life Science Facility in J-PARC. We observed new Bragg-reflection spots characterized by a propagation vector $$q_{rm M2}$$ = (1/4, 1/4, 0) below the N$'e$el temperature $$T_{rm N}$$ $$approx$$ 20 K, in addition to the $$q_{rm M1}$$ = (1/4, 1/4. 1/2) reported in the previous literatures. Because X-ray Thomson scattering measurements do not detect the $$q_{rm M2}$$ superlattice reflections at 13 K, $$q_{rm M2}$$ is a new magnetic-ordering propagation vector. The magnetic multi-q structure of TbB$$_{6}$$ is similar to that of CeB$$_{6}$$, whereas the ratio of the $$q_{rm M2}$$ amplitude to that of qM1 is smaller than in CeB$$_{6}$$. The combination of $$q_{rm M1}$$ and $$q_{rm M2}$$ is expected to assist the $$q_{rm L1}$$ = (1/2, 0, 0) lattice modulation.

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