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論文

Chiral superconductivity in UTe$$_2$$ probed by anisotropic low-energy excitations

石原 滉大*; 六本木 雅生*; 小林 雅之*; 今村 薫平*; 水上 雄太*; 酒井 宏典; Opletal, P.; 常盤 欣文; 芳賀 芳範; 橋本 顕一郎*; et al.

Nature Communications (Internet), 14, p.2966_1 - 2966_7, 2023/05

https://doi.org/10.1038/s41467-023-38688-y
 被引用回数：1 パーセンタイル：0.01(Multidisciplinary Sciences)

重い電子系超伝導UTe$$_2$$の超伝導対称性を極低温磁場侵入長測定により研究した。異方的な低エネルギー準粒子励起が観測され、多成分カイラル超伝導を強く示唆する。このうち最も実験をよく説明するのは、カイラル非ユニタリー状態である。

論文

Grain refinement in titanium prevents low temperature oxygen embrittlement

Chong, Y.*; Gholizadeh, R.*; 都留 智仁; Zhang, R.*; 井上 耕治*; Gao, W.*; Godfrey, A.*; 光原 昌寿*; Morris, J. W. Jr.*; Minor, A. M.*; et al.

Nature Communications (Internet), 14, p.404_1 - 404_11, 2023/02

https://doi.org/10.1038/s41467-023-36030-0
 被引用回数：1

チタンは格子間酸素によって脆化する。特に極低温では顕著な脆化挙動を示すため、チタンやその合金の製造において酸素含有量を厳しく管理する必要がある。この問題を解決するために、我々は結晶粒の微細化という構造戦略を提案した。77Kで非常に脆い粗粒の組織と比較して、Ti-0.3wt.%Oの超微細粒(UFG)組織(粒径$$sim$$2.0$$mu$$m)は、UFG組織特有の超高降伏強度を維持したまま均一延びを1桁上昇させることに成功した。UFG Ti-0.3wt.%Oにおけるこの特異な強度-延性相乗効果は、粒界凝集エネルギー向上に寄与する希薄な酸素の粒界偏析と優れたひずみ硬化能に寄与する$$<c+a>$$転位の活性化の複合効果によって達成された。この方法は、低温での高強度Ti-O合金の応用の可能性を高めるだけでなく、格子間固溶硬化による延性の低下を生じる他の合金系にも適用できる可能性がある。

論文

A Widespread group of large plasmids in methanotrophic ${it Methanoperedens}$ archaea

Schoelmerich, M. C.*; Oubouter, H. T.*; Sachdeva, R.*; Penev, P. I.*; 天野 由記; West-Roberts, J.*; Welte, C. U.*; Banfield, J. F.*

Nature Communications (Internet), 13, p.7085_1 - 7085_11, 2022/11

https://doi.org/10.1038/s41467-022-34588-9
 被引用回数：3 パーセンタイル：68.18(Multidisciplinary Sciences)

Anaerobic methanotrophic archaea (ANME) make energy from the breakdown of methane, an important driver of global warming, yet the extrachromosomal genetic elements that impact the activities of ANME are little understood. Here we describe large plasmids associated with ANME of the Methanoperedens Genus. These have been maintained in two enrichment bioreactors that are highly dominated by different ${it Methanoperedens}$ species and associate with ${it Methanoperedens}$ species in other anaerobic environments. By manual curation we show that two of the plasmids are large (155,607 bp and 191,912 bp), circular, and replicate bidirectionally. The group of ${it Methanoperedens}$ species that carry these plasmids is related to ${it M. nitroreducens}$,${it M. ferrireducens}$ and ${it M. manganicus}$ and the plasmids occur in the same copy number as the main chromosome. The larger plasmid encodes transporters that potentially enhance ${it Methanoperedens}$ access to Ni, which is required for the MCR complex, Co required for the cobalamin cofactor needed for methyltransferases tied to central processes and amino acid uptake. We show that many plasmid genes are actively transcribed, including genes involved in plasmid chromosome maintenance and segregation, a Co$$^{2+}$$/Ni$$^{2+}$$ transporter and cell protective proteins. Notably, plasmid-borne genes for a ribosomal protein uL16 and adjacent elongation factor eEF2 are highly expressed. These are not encoded in the host ${it Methanoperedens}$ genome, indicating an obligate interdependence between this plasmid and its host. The finding of plasmids of ${it Methanoperedens}$ opens the way for the development of genetic vectors that could be used to probe little understood aspects of ${it Methanoperedens}$ physiology. Ultimately, this may provide a route to introduce or alter genes that may enhance growth and overall metabolism to accelerate methane oxidation rates.

論文

Non-Hookean large elastic deformation in bulk crystalline metals

Xu, S.*; 大平 拓実*; 佐藤 駿介*; Xu, X.*; 大森 俊洋*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Seiner, H.*; Zoubkov$'a$, K.*; 村上 恭和*; et al.

Nature Communications (Internet), 13, p.5307_1 - 5307_8, 2022/09

https://doi.org/10.1038/s41467-022-32930-9
 被引用回数：3 パーセンタイル：50.12(Multidisciplinary Sciences)

Crystalline metals can have large theoretical elastic strain limits. However, a macroscopic block of conventional crystalline metals practically suffers a very limited elastic deformation of $$<$$0.5% with a linear stress-strain relationship obeying Hooke's law. Here, we report on the experimental observation of a large tensile elastic deformation with an elastic strain of $$>$$4.3% in a Cu-based single crystalline alloy at its bulk scale at room temperature. The large macroscopic elastic strain that originates from the reversible lattice strain of a single phase is demonstrated by in situ microstructure and neutron diffraction observations. Furthermore, the elastic reversible deformation, which is nonhysteretic and quasilinear, is associated with a pronounced elastic softening phenomenon. The increase in the stress gives rise to a reduced Young's modulus, unlike the traditional Hooke's law behaviour. The experimental discovery of a non-Hookean large elastic deformation offers the potential for the development of bulk crystalline metals as high-performance mechanical springs or for new applications via "elastic strain engineering."

論文

Local bifurcation with spin-transfer torque in superparamagnetic tunnel junctions

舩津 拓也*; 金井 駿*; 家田 淳一; 深見 俊輔*; 大野 英男*

Nature Communications (Internet), 13, p.4079_1 - 4079_8, 2022/07

https://doi.org/10.1038/s41467-022-31788-1
 被引用回数：2 パーセンタイル：55.05(Multidisciplinary Sciences)

外部摂動によるエネルギー配置の変調は、アレニウスの法則によって記述されるさまざまな熱活性化現象を支配している。スピン移行トルク(STT)によるナノスケールの磁気トンネル接合の熱ゆらぎの利用は、非従来型計算機の可能性を示しているものの、ネール・アレニウス則に基づくその厳密な表現については未解明な点がある。特に、その中の熱的に活性化されるスイッチング速度の指数は、10年の長い保持時間を持つ従来の熱的に安定なナノ磁石では到達できなかった。本研究では、外部摂動に対して高い感度を持つ超常磁性トンネル接合を利用することで、STTによるネール・アレニウス則に迫り、強磁性共鳴のホモダイン検出,ナノ秒STTスイッチング,ランダム電信ノイズなどのいくつかの独立した測定を通じて指数を決定する。さらに、結果がさまざまな物理システムで観察された局所分岐の概念によって包括的に記述されていることを示す。調査結果は、統計物理学の有用なテスターとしての超常磁性トンネル接合の能力、および厳密な数学的基盤を備えた確率的コンピューティングハードウェアの高度なエンジニアリングの可能性を示している。

論文

Anisotropic magnon damping by zero-temperature quantum fluctuations in ferromagnetic CrGeTe$$_{3}$$

Chen, L.*; Mao, C.*; Chung, J.-H.*; Stone, M. B.*; Kolesnikov, A. I.*; Wang, X.*; 村井 直樹; Gao, B.*; Delaire, O.*; Dai, P.*

Nature Communications (Internet), 13, p.4037_1 - 4037_7, 2022/07

https://doi.org/10.1038/s41467-022-31612-w
 被引用回数：2 パーセンタイル：51.15(Multidisciplinary Sciences)

Spin and lattice are two fundamental degrees of freedom in a solid, and their fluctuations about the equilibrium values in a magnetic ordered crystalline lattice form quasiparticles termed magnons (spin waves) and phonons (lattice waves), respectively. In most materials with strong spin-lattice coupling (SLC), the interaction of spin and lattice induces energy gaps in the spin wave dispersion at the nominal intersections of magnon and phonon modes. Here we use neutron scattering to show that in the two-dimensional (2D) van der Waals honeycomb lattice ferromagnetic CrGeTe$$_{3}$$, spin waves propagating within the 2D plane exhibit an anomalous dispersion, damping, and breakdown of quasiparticle conservation, while magnons along the c axis behave as expected for a local moment ferromagnet. These results indicate the presence of dynamical SLC arising from the zero-temperature quantum fluctuations in CrGeTe$$_{3}$$, suggesting that the observed in-plane spin waves are mixed spin and lattice quasiparticles fundamentally different from pure magnons and phonons.

論文

Multi-scale turbulence simulation suggesting improvement of electron heated plasma confinement

前山 伸也*; 渡邉 智彦*; 仲田 資季*; 沼波 政倫*; 朝比 祐一; 石澤 明宏*

Nature Communications (Internet), 13, p.3166_1 - 3166_8, 2022/06

https://doi.org/10.1038/s41467-022-30852-0
 被引用回数：7 パーセンタイル：92.7(Multidisciplinary Sciences)

乱流輸送は、磁場閉じ込め核融合プラズマを閉じ込めるための重要な物理過程である。最近の理論的,実験的研究により 小さい(電子)スケールと大きい(イオン)スケールの乱流の間にクロススケールの相互作用が存在することが明らかにされている。従来の乱流輸送モデルではクロススケール相互作用が考慮されていないため、将来の核燃焼プラズマ実験においてクロススケール相互作用を考慮する必要があるかどうかを明らかにする必要がある。核燃焼プラズマ実験では、核融合で生まれたアルファ粒子によって高い電子温度が維持されるため、プラズマの性質が今まで実験されてきたものと大きく異なると予測される。本論文では、スーパーコンピュータを用いたシミュレーションにより、高電子温度プラズマにおける電子スケールの 電子温度プラズマの乱流は、電子だけでなく燃料や灰の乱流輸送にも影響を与えることを明らかにした。電子スケールの乱流は、イオンスケールの微小的不安定性の原因である共鳴電子の軌道を乱し、大きなスケールの乱流揺らぎを抑制する。同時に、イオンスケールの乱流渦も電子スケールの乱流を抑制する。これらの結果は 異なるスケールの乱流が互いに排他的であることを示す。また、クロススケール相互作用により、熱流束が減少する可能性を示す。

論文

$$alpha$$-clustering in atomic nuclei from first principles with statistical learning and the Hoyle state character

大塚 孝治; 阿部 喬*; 吉田 亨*; 角田 佑介*; 清水 則孝*; 板垣 直之*; 宇都野 穣; Vary, J. P.*; Maris, P.*; 上野 秀樹*

Nature Communications (Internet), 13, p.2234_1 - 2234_10, 2022/04

https://doi.org/10.1038/s41467-022-29582-0
 被引用回数：9 パーセンタイル：92.59(Multidisciplinary Sciences)

多くの原子核では核子の独立粒子模型がよい近似であり、それが原子核構造の出発点となっているが、一部の軽い原子核では陽子2個と中性子2個からなるアルファ粒子が局在しているアルファクラスターを構成要素としてもよいと考えられている。しかしながら、アルファクラスターそのものを観測することは困難であり、それがどの程度よい近似なのかは軽い核を理解する上で重要である。本研究では、核力から出発した第一原理モンテカルロ殻模型計算により、ベリリウム同位体および炭素12の多体波動関数を得た。物体固定系での密度分布の計算結果から、ベリリウム同位体では2個のアルファクラスターが局在していることを示した。また、炭素12では基底状態は比較的液滴模型に近く、ホイル状態として知られる第一励起$$0^+$$状態はアルファクラスターと液滴状態が混合したクロスオーバーとしてとらえられることがわかった。これらの解析に、デンドログラムという統計的学習手法が有効であることもわかった。

論文

$$Q$$-dependent collective relaxation dynamics of glass-forming liquid Ca$$_{0.4}$$K$$_{0.6}$$(NO$$_{3}$$)$$_{1.4}$$ investigated by wide-angle neutron spin-echo

Luo, P.*; Zhai, Y.*; Falus, P.*; Garc$'i$a Sakai, V.*; Hartl, M.*; 古府 麻衣子; 中島 健次; Faraone, A.*; Z, Y.*

Nature Communications (Internet), 13, p.2092_1 - 2092_9, 2022/04

https://doi.org/10.1038/s41467-022-29778-4
 被引用回数：1 パーセンタイル：42.28(Multidisciplinary Sciences)

The relaxation behavior of glass formers exhibits spatial heterogeneity and dramatically changes upon cooling towards the glass transition. However, the underlying mechanisms of the dynamics at different microscopic length scales are not fully understood. We measured the $$Q$$-dependent coherent intermediate scattering function of a prototypical ionic glass former Ca$$_{0.4}$$K$$_{0.6}$$(NO$$_{3}$$)$$_{1.4}$$, in the highly viscous liquid state. In contrast to the structure modulated dynamics for $$Q$$ $$<$$ 2.4 $AA$^{-1}$$, i.e., at and below the structure factor main peak, for $$Q$$ $$>$$ 2.4 $AA$^{-1}$$, beyond the first minimum above the structure factor main peak, the stretching exponent exhibits no temperature dependence and concomitantly the relaxation time shows smaller deviations from Arrhenius behavior. This finding indicates a change in the dominant relaxation mechanisms around a characteristic length of 2.6 AA, below which the relaxation process exhibits a temperature independent distribution and more Arrhenius-like behavior.

論文

Square and rhombic lattices of magnetic skyrmions in a centrosymmetric binary compound

高木 里奈*; 松山 直文*; Ukleev, V.*; Yu, L.*; White, J. S.*; Francoual, S.*; Mardegan, J. R. L.*; 速水 賢*; 齋藤 開*; 金子 耕士; et al.

Nature Communications (Internet), 13, p.1472_1 - 1472_7, 2022/03

https://doi.org/10.1038/s41467-022-29131-9
 被引用回数：32 パーセンタイル：99.58(Multidisciplinary Sciences)

Magnetic skyrmions are topologically stable swirling spin textures with particle-like character, and have been intensively studied as a candidate of high-density information bit. While magnetic skyrmions were originally discovered in noncentrosymmetric systems, recently a nanometric skyrmion lattice has also been reported for centrosymmetric rare-earth compounds. For the latter systems, a novel skyrmion formation mechanism mediated by itinerant electrons has been proposed, and the search of a simpler model system allowing for a better understanding of their intricate magnetic phase diagram is highly demanded. Here, we report the discovery of square and rhombic lattices of nanometric skyrmions in a centrosymmetric binary compound EuAl$$_4$$, by performing small-angle neutron and resonant elastic X-ray scattering experiments. Unlike previously reported centrosymmetric skyrmion-hosting materials, EuAl$$_4$$ shows multiple-step reorientation of the fundamental magnetic modulation vector as a function of magnetic field, probably reflecting a delicate balance of associated itinerant-electron-mediated interactions. The present results demonstrate that a variety of distinctive skyrmion orders can be derived even in a simple centrosymmetric binary compound, which highlights rare-earth intermetallic systems as a promising platform to realize/control the competition of multiple topological magnetic phases in a single material.

論文

Long decay length of magnon-polarons in BiFeO$$_{3}$$/La$$_{0.67}$$Sr$$_{0.33}$$MnO$$_{3}$$ heterostructures

Zhang, J.*; Chen, M.*; Chen, J.*; 山本 慧; Wang, H.*; Hamdi, M.*; Sun, Y.*; Wagner, K.*; He, W.*; Zhang, Y.*; et al.

Nature Communications (Internet), 12, p.7258_1 - 7258_8, 2021/12

https://doi.org/10.1038/s41467-021-27405-2
 被引用回数：10 パーセンタイル：78.23(Multidisciplinary Sciences)

Magnons can transfer information in metals and insulators without Joule heating, and therefore are promising for low-power computation. The on-chip magnonics however suffers from high losses due to limited magnon decay length. In metallic thin films, it is typically on the tens of micrometre length scale. Here, we demonstrate an ultra-long magnon decay length of up to one millimetre in multiferroic/ferromagnetic BiFeO$$_{3}$$(BFO)/La$$_{0.67}$$Sr$$_{0.33}$$MnO$$_{3}$$ (LSMO) heterostructures at room temperature. This decay length is attributed to a magnon-phonon hybridization and is more than two orders of magnitude longer than that of bare metallic LSMO. The long-distance modes have high group velocities of 2.5 km$$^{-1}$$ as detected by time-resolved Brillouin light scattering. Numerical simulations suggest that magnetoelastic coupling via the BFO/LSMO interface hybridizes phonons in BFO with magnons in LSMO. Our results provide a solution to the long-standing issue on magnon decay lengths in metallic magnets and advance the bourgeoning field of hybrid magnonics.

論文

Observation of spin-space quantum transport induced by an atomic quantum point contact

小野 滉貴*; 肥後本 隼也*; 齋藤 優冴*; 内野 瞬; 西田 祐介*; 高橋 義朗*

Nature Communications (Internet), 12, p.6724_1 - 6724_8, 2021/11

https://doi.org/10.1038/s41467-021-27011-2
 被引用回数：7 パーセンタイル：72.96(Multidisciplinary Sciences)

量子輸送は物理学においてお馴染みの概念である。特に、端子間で生じる量子輸送は固体物理において多く研究がなされており、基礎的な重要性に加え、量子デバイスへの応用も考えられている。最近では、操作性の高い冷却原子気体を用いた量子輸送の研究-アトムトロニクス-が行われるようになり、メゾスコピック輸送を理解する新たなアプローチとして注目されている。今回、我々は2軌道光学格子中でのYb原子気体を用いた量子輸送のスキームを実現した。我々のスキームでは、多成分フェルミ原子気体と局在不純物からなる系を考え、カレントは不純物と原子気体との相互作用によりスピン空間上で生じる。我々は実際、このスキームで生じる多彩な量子輸送を明らかにした。本研究は、スピン自由度を用いたアトムトロニクスの扉を開く重要な成果であったと考えられる。

論文

Unveiling unconventional magnetism at the surface of Sr$$_2$$RuO$$_4$$

Fittipaldi, R.*; Hartmann, R.*; Mercaldo, M. T.*; 小森 祥央*; Bj${o}$rlig, A.*; 髭本 亘; 前野 悦輝*; Di Bernardo, A.*; 他18名*

Nature Communications (Internet), 12, p.5792_1 - 5792_9, 2021/10

https://doi.org/10.1038/s41467-021-26020-5
 被引用回数：7 パーセンタイル：62.19(Multidisciplinary Sciences)

層状酸化物ペロブスカイト構造を持つSr$$_2$$RuO$$_4$$の超伝導は長年にわたり議論がなされており、その理解のために背景となる常伝導状態の振る舞いは極めて重要となる。本研究では低エネルギーミュオンを用いることで、表面における磁性の存在を見出した。この磁性は50Kよりも高い温度から見られており、他の物質の状態とも深い関連があるものと考えられる。

論文

Triplon current generation in solids

Chen, Y.*; 佐藤 正寛*; Tang, Y.*; 塩見 雄毅*; 大柳 洸一*; 益田 隆嗣*; 南部 雄亮*; 藤田 全基*; 齊藤 英治

Nature Communications (Internet), 12, p.5199_1 - 5199_7, 2021/08

https://doi.org/10.1038/s41467-021-25494-7
 被引用回数：5 パーセンタイル：53.98(Multidisciplinary Sciences)

A triplon refers to a fictitious particle that carries angular momentum $$S=1$$ corresponding to the elementary excitation in a broad class of quantum dimerized spin systems. Such systems without magnetic order have long been studied as a testing ground for quantum properties of spins. Although triplons have been found to play a central role in thermal and magnetic properties in dimerized magnets with singlet correlation, a spin angular momentum flow carried by triplons, a triplon current, has not been detected yet. Here we report spin Seebeck effects induced by a triplon current: triplon spin Seebeck effect, using a spin-Peierls system CuGeO$$_3$$. The result shows that the heating-driven triplon transport induces spin current whose sign is positive, opposite to the spin-wave cases in magnets. The triplon spin Seebeck effect persists far below the spin-Peierls transition temperature, being consistent with a theoretical calculation for triplon spin Seebeck effects.

論文

Dimensional reduction by geometrical frustration in a cubic antiferromagnet composed of tetrahedral clusters

大熊 隆太郎*; 古府 麻衣子; 浅井 晋一郎*; Avdeev, M.*; 幸田 章宏*; 岡部 博孝*; 平石 雅俊*; 竹下 聡史*; 小嶋 健児*; 門野 良典*; et al.

Nature Communications (Internet), 12, p.4382_1 - 4382_7, 2021/07

https://doi.org/10.1038/s41467-021-24636-1
 被引用回数：5 パーセンタイル：63.64(Multidisciplinary Sciences)

Dimensionality is a critical factor in determining the properties of solids and is an apparent built- in character of the crystal structure. However, it can be an emergent and tunable property in geometrically frustrated spin systems. Here, we study the spin dynamics of the tetrahedral cluster antiferromagnet, pharmacosiderite, via muon spin resonance and neutron scattering. We find that the spin correlation exhibits a two-dimensional characteristic despite the isotropic connectivity of tetrahedral clusters made of spin 5/2 Fe$$^{3+}$$ ions in the three-dimensional cubic crystal, which we ascribe to two-dimensionalisation by geometrical frustration based on spin wave calculations. Moreover, we suggest that even one-dimensionalisation occurs in the decoupled layers, generating low-energy and one-dimensional excitation modes, causing large spin fluctuation in the classical spin system.

論文

Observation of nuclear-spin Seebeck effect

吉川 貴史*; Reitz, D.*; 伊藤 宏陽*; 巻内 崇彦*; 杉本 宜陽*; 恒川 翔*; 大門 俊介*; 大柳 洸一*; Ramos, R.*; 高橋 三郎*; et al.

Nature Communications (Internet), 12, p.4356_1 - 4356_7, 2021/07

https://doi.org/10.1038/s41467-021-24623-6
 被引用回数：16 パーセンタイル：88.78(Multidisciplinary Sciences)

Thermoelectric effects have been applied to power generators and temperature sensors that convert waste heat into electricity. The effects, however, have been limited to electrons to occur, and inevitably disappear at low temperatures due to electronic entropy quenching. Here, we report thermoelectric generation caused by nuclear spins in a solid: nuclear-spin Seebeck effect. The sample is a magnetically ordered material MnCO$$_3$$ having a large nuclear spin $$(I=5/2)$$ of $$^{55}$$Mn nuclei and strong hyperfine coupling, with a Pt contact. In the system, we observe low-temperature thermoelectric signals down to 100 mK due to nuclear-spin excitation. Our theoretical calculation in which interfacial Korringa process is taken into consideration quantitatively reproduces the results. The nuclear thermoelectric effect demonstrated here offers a way for exploring thermoelectric science and technologies at ultralow temperatures.

論文

Experimental evidence for the existence of a second partially-ordered phase of ice VI

山根 崚*; 小松 一生*; 郷地 順*; 上床 美也*; 町田 真一*; 服部 高典; 伊藤 颯*; 鍵 裕之*

Nature Communications (Internet), 12, p.1129_1 - 1129_6, 2021/02

https://doi.org/10.1038/s41467-021-21351-9
 被引用回数：21 パーセンタイル：84.52(Multidisciplinary Sciences)

氷は、非常に多彩な構造多形を示す。これまで報告されていない新しい相に関して実験・理論両面から研究がなされている。水素の秩序-無秩序相に関して、現在知られているような一つの無秩序相に一つの秩序相があるのか、いくつかの秩序相がありえるのかが議論の的になっている。今回の研究で、氷VI相の第2の水素秩序相となる新しい相(氷XIX)を発見した。これは、無秩序相から、いくつかの異なる水素秩序相ができることを示している。このような多重性は他のすべての水素無秩序相にも起こりえるもので、氷の構造探査に新しい視点を与えるものである。このことによって、これまで謎だった問題:水素秩序相の中心対称性の存在や、(反)強誘電性誘起が明らかになる可能性がある。また究極的には、氷の高温高圧相図を完全に解明することにつながる。

論文

Fabrication of a novel magnetic topological heterostructure and temperature evolution of its massive Dirac cone

平原 徹*; Otrokov, M. M.*; 佐々木 泰祐*; 角田 一樹*; 友弘 雄太*; 日下 翔太郎*; 奥山 裕磨*; 一ノ倉 聖*; 小林 正起*; 竹田 幸治; et al.

Nature Communications (Internet), 11, p.4821_1 - 4821_8, 2020/09

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18645-9
 被引用回数：35 パーセンタイル：93.21(Multidisciplinary Sciences)

We fabricate a novel magnetic topological heterostructure Mn$$_{4}$$Bi$$_{2}$$Te$$_{7}$$/Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ where multiple magnetic layers are inserted into the topmost quintuple layer of the original topological insulator Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$. A massive Dirac cone (DC) with a gap of 40-75 meV at 16 K is observed. By tracing the temperature evolution, this gap is shown to gradually decrease with increasing temperature and a blunt transition from a massive to a massless DC occurs around 200-250 K. Magnetic measurements show that there are two distinct Mn components in the system that corresponds to the two heterostructures; MnBi$$_{2}$$Te$$_{4}$$/Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ is paramagnetic at 6 K while Mn$$_{4}$$Bi$$_{2}$$Te$$_{7}$$/Bi$$_{2}$$Te$$_{3}$$ is ferromagnetic with a negative hysteresis (critical temperature 20 K). This novel heterostructure is potentially important for future device applications.

論文

Gapless spin liquid in a square-kagome lattice antiferromagnet

藤原 理賀*; 森田 克洋*; Mole, R.*; 満田 節生*; 遠山 貴巳*; 矢野 真一郎*; Yu, D.*; 曽田 繁利*; 桑井 智彦*; 幸田 章宏*; et al.

Nature Communications (Internet), 11, p.3429_1 - 3429_7, 2020/07

https://doi.org/10.1038/s41467-020-17235-z
 被引用回数：25 パーセンタイル：87.83(Multidisciplinary Sciences)

Observation of a quantum spin liquid (QSL) state is one of the most important goals in condensed-matter physics, as well as the development of new spintronic devices that support next-generation industries. The QSL in two-dimensional quantum spin systems is expected to be due to geometrical magnetic frustration, and thus a kagome-based lattice is the most probable playground for QSL. Here, we report the first experimental results of the QSL state on a square-kagome quantum antiferromagnet, KCu$$_6$$AlBiO$$_4$$(SO$$_4$$)$$_5$$Cl. Comprehensive experimental studies via magnetic susceptibility, magnetisation, heat capacity, muon spin relaxation, and inelastic neutron scattering measurements reveal the formation of a gapless QSL at very low temperatures close to the ground state. The QSL behavior cannot be explained fully by a frustrated Heisenberg model with nearest-neighbor exchange interactions, providing a theoretical challenge to unveil the nature of the QSL state.

論文

Devil's staircase transition of the electronic structures in CeSb

黒田 健太*; 新井 陽介*; Rezaei, N.*; 國定 聡*; 櫻木 俊輔*; Alaei, M.*; 木下 雄斗*; Bareille, C.*; 野口 亮*; 中山 充大*; et al.

Nature Communications (Internet), 11, p.2888_1 - 2888_9, 2020/06

https://doi.org/10.1038/s41467-020-16707-6
 被引用回数：14 パーセンタイル：70.83(Multidisciplinary Sciences)

Solids with competing interactions often undergo complex phase transitions. Among them, CeSb is the most famous material where a number of the distinct magnetic phases called devil's staircase appear. We observed the electronic structure evolution across the devil's staircase transitions using bulk-sensitive angle-resolved photoemission spectroscopy.

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