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論文

The Impact of nuclear shape on the emergence of the neutron dripline

角田 直文*; 大塚 孝治; 高柳 和雄*; 清水 則孝*; 鈴木 俊夫*; 宇都野 穣; 吉田 聡太*; 上野 秀樹*

Nature, 587, p.66 - 71, 2020/11

 被引用回数:1

与えられた陽子数に対し、どれだけの中性子数の原子核が存在可能であるかという問いは、原子核物理における最も基本的な問題の一つである。原子核は独立粒子描像がよく成り立つため、従来は陽子数で決まるポテンシャルが作る束縛状態の個数で決まると考えられてきた。この研究では、最近実験で確定した、フッ素からナトリウムに対する中性子ドリップ線(最も中性子数の多い同位体)を、核力から出発した第一原理的な大規模殻模型計算によって再現し、そのメカニズムを理論的に解析した。ハミルトニアンを単極相互作用と多重極相互作用に分解し、さらに多重極相互作用を対相互作用と残りの部分に分け、基底状態におけるそれぞれの項の寄与を調べた。その結果、多重極相互作用の変形エネルギーに相当する部分が中性子ドリップ線を決めるのに非常に重要な役割を果たしていることがわかった。すなわち、中性子数が増えていくと徐々に変形エネルギーが増大するものの、ある中性子数でそれが飽和し、その後は減少していくが、その減少過程で中性子ドリップ線が決まるというシナリオである。本研究は、ドリップ線に対する新しい見方を与え、天体中の元素合成過程の理解に重要な貢献をすることが期待される。

論文

Slow compression of crystalline ice at low temperature

Bauer, R.*; Tse, J. S.*; 小松 一生*; 町田 真一*; 服部 高典

Nature, 585(7825), p.E9 - E10, 2020/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Multidisciplinary Sciences)

氷Ihの100Kでの圧力誘起構造変化を中性子その場観察により調べた。熱力学的安定相への転移を促進するために、長時間をかけてゆっくり加圧した。その結果は、最近Tulk, et.al., Nature 2019らにより報告された、同じ条件での振る舞い(結晶から結晶への逐次晶相転移)とは異なり、1.0GPaで部分的に高密度アモルファス相(HDA)へ、さらに約1.5GPaで氷VII相へと転移することが分かった。また後者の圧力は、これまでのどの報告より低かった。その間の圧力では、結晶氷Ihまたは氷VIIはHDAと共存し、また形成された氷VIIは減圧しても0.1GPaまで安定であった。非常にゆっくりとした加圧はHDA相の中の結晶相の結晶性に大きな影響を与えることがわかる。これまでのすべての研究結果を踏まえ、圧力誘起非晶質化は以下のように説明できる。相転移開始は、氷格子のせん断不安定性によって引き起こされる。同温度圧力で熱力学的に安定相(水素秩序化氷VIII)の代わりに無秩序化した氷VIIが現れるのは、水素無秩序化単一ネットワークから水素秩序化相互貫入結晶ネットワークへの構造変化は、低温下では熱エネルギーが小さいために難しく、そのため水素無秩序化ネットワークがそのまま残される。今回の結果は、低温下で加圧された氷がとる構造は、相転移カイネティクスにコントロールされており、温度に依存することを示す。

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 泰佑*; 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

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(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

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

 被引用回数:1 パーセンタイル:34.82(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.

論文

Giant spin hydrodynamic generation in laminar flow

高橋 遼*; 中堂 博之; 松尾 衛; 針井 一哉*; 大沼 悠一*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Nature Communications (Internet), 11, p.3009_1 - 3009_6, 2020/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Multidisciplinary Sciences)

Hydrodynamic motion can generate a flux of electron-spin's angular momentum via the coupling between fluid rotation and electron spins. Such hydrodynamic generation, called spin hydrodynamic generation (SHDG), has recently attracted attention in a wide range of fields, especially in spintronics. Spintronics deals with spin-mediated interconversion taking place on a micro or nano scale because of the spin-diffusion length scale. To be fully incorporated into the interconversion, SHDG physics should also be established in such a minute scale, where most fluids exhibit a laminar flow. Here, we report electric voltage generation due to the SHDG in a laminar flow of a liquid-metal mercury. The experimental results show a scaling rule unique to the laminar-flow SHDG. Furthermore, its energy con- version efficiency turns out to be about 105 greater than of the turbulent one. Our findings reveal that the laminar-flow SHDG is suitable to downsizing and to extend the coverage of fluid spintronics.

論文

Clades of huge phages from across Earth's ecosystems

Al-Shayeb, B.*; Sachzdeva, R.*; Chen, L.-X.*; Ward, F.*; Munk, P.*; Devoto, A.*; Castelle, C. J.*; Olm, M. R.*; Bouma-Gregson, K.*; 天野 由記; et al.

Nature, 578(7795), p.425 - 431, 2020/02

 被引用回数:25 パーセンタイル:0.33(Multidisciplinary Sciences)

Phage typically have small genomes and depend on their bacterial hosts for replication. We generated metagenomic datasets from many diverse ecosystems and reconstructed hundreds of huge phage genomes, between 200 kbp and 716 kbp in length. Thirty four genomes were manually curated to completion, including the largest phage genomes yet reported. Expanded genetic repertoires include diverse and new CRISPR-Cas systems, tRNAs, tRNA synthetases, tRNA modification enzymes, initiation and elongation factors and ribosomal proteins. Phage CRISPR have the capacity to silence host transcription factors and translational genes, potentially as part of a larger interaction network that intercepts translation to redirect biosynthesis to phage-encoded functions. Some phage repurpose bacterial systems for phage-defense to eliminate competing phage. We phylogenetically define seven major clades of huge phage from human and other animal microbiomes, oceans, lakes, sediments, soils and the built environment. We conclude that large gene inventories reflect a conserved biological strategy, observed across a broad bacterial host range and resulting in the distribution of huge phage across Earth's ecosystems.

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:2 パーセンタイル:14.76(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

Ice I$$_{rm c}$$ without stacking disorder by evacuating hydrogen from hydrogen hydrate

小松 一生*; 町田 真一*; 則武 史哉*; 服部 高典; 佐野 亜沙美; 山根 崚*; 山下 恵史朗*; 鍵 裕之*

Nature Communications (Internet), 11(1), p.464_1 - 464_5, 2020/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:14.23(Multidisciplinary Sciences)

水は、0$$^{circ}$$Cで六方晶積層をもった通常の氷I$$_{rm h}$$に凍結する。一方、ある条件では、立方晶積層を持った氷I$$_{rm c}$$になるが、積層欠陥のない氷Icはごく最近まで作れなかった。今回、我々は、氷I$$_{rm c}$$と同じフレームワークを持った水素ハイドレートの高圧相C$$_{2}$$から水素を脱ガスすることによって積層欠陥のない氷I$$_{rm c}$$を作る方法を発見した。これまで同様の方法で作られたネオンハイドレートからの氷XVIや水素ハイドレートからの氷VXIIの生成と異なり、今回の氷I$$_{rm c}$$は、C$$_{2}$$ハイドレートから中間非晶質相やナノ結晶相をへて形成された。得られた氷I$$_{rm c}$$は、積層欠陥がないために、これまで得られているものに比べ高い熱安定性を示し、氷I$$_{rm h}$$に相転移する250Kまで安定に存在する。積層欠陥のない氷I$$_{rm c}$$の発見は、I$$_{rm h}$$のカウンターパートとして、氷の物性に与える積層欠陥の影響を調べるうえで役立つことが期待される。

論文

Provenance of uranium particulate contained within Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant Unit 1 ejecta material

Martin, P. G.*; Louvel, M.*; Cipiccia, S.*; Jones, C. P.*; Batey, D. J.*; Hallam, K. R.*; Yang, I. A. X.*; 佐藤 志彦; Rau, C.*; Mosselmans, J. F. W.*; et al.

Nature Communications (Internet), 10(1), p.2801_1 - 2801_7, 2019/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:21.51(Multidisciplinary Sciences)

二次イオン質量分析(SIMS)測定とシンクロトロン放射(SR)分析技術を福島第一原子力発電所(FDNPP)の1号機原子炉由来のサブミリメートル粒状物質に対して分析を行った。これらの方法によりより大きなSiベースの放出物に含まれるミクロンスケールのU微粒子の分布、状態および同位体組成を調査することが可能であった。SRマイクロフォーカスX線蛍光(SR-micro-XRF)と吸収コントラストSRマイクロフォーカスX線トモグラフィー(SR-micro-XRT)を組み合わせることにより、U微粒子は粒子の外周の周りに位置することがわかった。高多孔質粒子これらの捕捉された粒子のいくつかのシンクロトロン放射マイクロフォーカスX線吸収端近傍構造(SR-micro-XANES)分析により、U(IV)酸化状態で存在することを明らかにした。このUが原発由来であることの確認は、FDNPPの1号機からの出所に特徴的な同位体濃縮比を有する二次イオン質量分析(SIMS)分析によって検証された。これらの結果は、使用済み燃料放出物が存在するという事象シナリオ(炉心1号機からある程度の炉心細分化および放出が起こったこと)の明確な証拠である。このUが環境や健康への危害を表す可能性は低いと予想されるが、将来的に母材であるSi含有バルク粒子の分解が生じると推定される。

論文

Spin Seebeck mechanical force

針井 一哉; Seo, Y.-J.*; 堤 康雅*; 中堂 博之; 大柳 洸一*; 松尾 衛; 塩見 雄毅*; 小野 崇人*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Nature Communications (Internet), 10(1), p.2616_1 - 2616_5, 2019/06

 被引用回数:10 パーセンタイル:11.06(Multidisciplinary Sciences)

Electric current has been used to send electricity to far distant places. On the other hand, spin current, a flow of electron spin, can in principle also send angular momentum to distant places. In a magnet, there is a universal spin carrier called a spin wave, a wave-type excitation of magnetization. Since spin waves exhibit a long propagation length, it should be able to send angular momentum that can generate torque and force at a distant place: a new function of magnets. Here we observe mechanical angular momentum transmission and force generation due to spin waves injected into Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ by the spin-Seebeck effect. The spin-wave current, transmitted through a Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ micro cantilever, was found to create a mechanical force on the cantilever as a non-local reaction of the spin-Seebeck effect. Spin-wave current can be generated remotely even in open circuits, and it can be used to drive micro mechanical devices.

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:7 パーセンタイル:13.47(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

Triplon band splitting and topologically protected edge states in the dimerized antiferromagnet

那波 和宏*; 田中 公人*; 栗田 伸之*; 佐藤 卓*; 杉山 晴紀*; 植草 秀裕*; 河村 聖子; 中島 健次; 田中 秀数*

Nature Communications (Internet), 10, p.2096_1 - 2096_8, 2019/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:45.7(Multidisciplinary Sciences)

固体物理学の分野において、現在、その省エネルギーの情報伝達や情報処理への応用もにらんで、トポロジカル物質の探索が精力的に行われている。近年の研究では、フェルミオンである電子にとどまらず、ボゾンにおいてもトポロジカルな状態が生まれることが示唆されている。ここで我々は、スピン1/2のダイマー反強磁性体Ba$$_{2}$$CuSi$$_{2}$$O$$_{6}$$Cl$$_{2}$$について中性子非弾性散乱実験を行い、トポロジカル的に重要と思われるトリプロンのバンドを測定した。実験結果は、ダイマー間相互作用の小さな交替により生じていると思われるトリプロンバンドの分裂を明瞭に捉えた。解析により、Ba$$_{2}$$CuSi$$_{2}$$O$$_{6}$$Cl$$_{2}$$については、初めてとなるボゾンによって実現した結合型Su-Schrieffer-Heeger模型を実現した系であると思われ、トポロジカルに保護された端状態が存在しているものと思われる。

論文

Colossal barocaloric effects in plastic crystals

Li, B.*; 川北 至信; 河村 聖子; 菅原 武*; Wang, H.*; Wang, J.*; Chen, Y.*; 河口 沙織*; 河口 彰吾*; 尾原 幸治*; et al.

Nature, 567(7749), p.506 - 510, 2019/03

 被引用回数:43 パーセンタイル:1.03(Multidisciplinary Sciences)

冷却は現代社会では、世界における25-30%の電力が空調や食料保存に用いられるように、重要である。従来の気化、圧縮で冷却を行う方法は、温暖化などの観点から限界が来ている。有望な代替手段として固体の熱量効果を用いた冷却方法が注目を集めている。しかしながら、この方法は、現在候補に挙げられている物質ではエントロピー変化の小ささや巨大な磁場を必要とするところなどから性能に限界がある。そこで我々は柔粘性結晶における圧力誘起の相転移で冷却が起こる巨大圧力熱量効果を報告する。柔粘性結晶の一つであるネオペンチルグリコールのエントロピー変化は室温近傍において単位キログラム、単位温度あたり、約389ジュールであった。圧力下の中性子散乱実験の結果から、そのような巨大圧力熱量効果は分子配向の非秩序化、巨大な圧縮率、極めて非線形性の強い格子ダイナミクスの組み合わせに由来することが明らかになった。我々の研究により、柔粘性結晶における巨大圧力熱量効果発現の微視的機構が明らかとなり、次世代の固体を使った冷却技術の確立に筋道を付けることができた。

論文

Creation of quark-gluon plasma droplets with three distinct geometries

Aidala, C.*; 長谷川 勝一; 今井 憲一; 佐甲 博之; 佐藤 進; 谷田 聖; PHENIX Collaboration*; 他312名*

Nature Physics, 15(3), p.214 - 220, 2019/03

 被引用回数:55 パーセンタイル:0.47(Physics, Multidisciplinary)

Experimental studies of the collisions of heavy nuclei at relativistic energies have established the properties of the quark-gluon plasma (QGP), a state of hot, dense nuclear matter in which quarks and gluons are not bound into hadrons. In this state, matter behaves as a nearly inviscid fluid that efficiently translates initial spatial anisotropies into correlated momentum anisotropies among the particles produced, creating a common velocity field pattern known as collective flow. In recent years, comparable momentum anisotropies have been measured in small-system proton-proton and proton-nucleus (p+A) collisions, despite expectations that the volume and lifetime of the medium produced would be too small to form a QGP. Here we report on the observation of elliptic and triangular flow patterns of charged particles produced in proton-gold (p+Au), deuteron-gold (d+Au) and helium-gold ($$^{3}$$He+Au) collisions at a nucleon-nucleon centre-of-mass energy $$sqrt{s_{{mathrm{NN}}}}$$ = 200 GeV. The unique combination of three distinct initial geometries and two flow patterns provides unprecedented model discrimination. Hydrodynamical models, which include the formation of a short-lived QGP droplet, provide the best simultaneous description of these measurements.

論文

Divalent EuRh$$_2$$Si$$_2$$ as a reference for the Luttinger theorem and antiferromagnetism in trivalent heavy-fermion YbRh$$_2$$Si$$_2$$

G$"u$ttler, M.*; Generalov, A.*; 藤森 伸一; Kummer, K.*; Chikina, A.*; Seiro, S.*; Danzenb$"a$cher, S.*; Koroteev, Yu. M.*; Chulkov, E. V.*; Radovic, M.*; et al.

Nature Communications (Internet), 10(1), p.796_1 - 796_7, 2019/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:65.14(Multidisciplinary Sciences)

Application of the Luttinger Theorem (LT) to the canonical heavy-fermion Kondo Lattice (KL) material YbRh$$_2$$Si$$_2$$ suggests that its large 4f-derived Fermi surface (FS) in the paramagnetic (PM) regime should be similar in shape and volume to that of the divalent local moment anti-ferromagnet (AFM) EuRh$$_2$$Si$$_2$$ in its PM regime. This leads to the tempting opportunity to explore a new experimental realization of the LT in general and how the large FS may change upon the AFM transition below 70 mK in YbRh$$_2$$Si$$_2$$ in particular. A detailed knowledge of the FS reconstruction might be essential to disclose the properties of this phase, which is a precursor of quantum criticality and superconductivity. Using angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), we observe a large FS for PM EuRh$$_2$$Si$$_2$$ essentially the same as the one seen in YbRh$$_2$$Si$$_2$$ in the KL state at a temperature of 1 K. Across the EuRh$$_2$$Si$$_2$$ AFM transition we found an extensive fragmentation of the FS due to Brillouin zone folding, intersection and resulting hybridization of the Doughnut and Jungle gym Fermi-surface sheets. Our results on EuRh$$_2$$Si$$_2$$ indicate that the formation of the AFM state in YbRh$$_2$$Si$$_2$$ is very likely also connected with large changes in the FS, which have to be taken into account in the controversial analysis and discussion of anomalies observed at the quantum critical point in this system.

論文

Hydrogen-based metabolism as an ancestral trait in lineages sibling to the Cyanobacteria

Matheus Carnevali, P. B.*; Schulz, F.*; Castelle, C. J.*; Kantor, R. S.*; Shih, P. M.*; Sharon, I.*; Santini, J.*; Olm, M. R.*; 天野 由記; Thomas, B. C.*; et al.

Nature Communications (Internet), 10, p.463_1 - 463_15, 2019/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:13.13(Multidisciplinary Sciences)

The metabolic platform in which microbial aerobic respiration evolved is tightly linked to the origins of Cyanobacteria (Oxyphotobacteria). Melainabacteria and Sericytochromatia, close phylogenetic neighbores to Oxyphotobacteria comprise both fermentative and aerobic representatives, or clades that are capablee of both. Here, we predict the metabolisms of Margulisbacteria from two distinct environments and Saganbacteria, and compare them to genomes of organisms from the related lineages. Melainabacteria BJ4A obtained from Mizunami site are potentially able to use O$$_{2}$$ and other terminal electron acceptors. The type C heme-copper oxygen reductase found in Melainabacteria BJ4A may be adapted to low O$$_{2}$$ levels, as expected for microaerophilic or anoxic environments such as the subsurface. Notably, Melainabacteria BJ4A seems to have a branched electron transport chain, with one branch leading to a cytochrome d ubiquinol oxidoreductase and the other one leading to the type C heme-copper oxygen reductase. Both these enzymes have high affinity for O$$_{2}$$, thus are adapted to low O$$_{2}$$ levels. These contemporary lineages have representatives with fermentative H$$_{2}$$-based metabolism, lineages capable of aerobic or anaerobic respiration, and lineages with both. Our findings support the idea that the ancestor of these lineages was an anaerobe in which fermentation and H$$_{2}$$ metabolism were central metabolic features.

論文

Characterization of the shape-staggering effect in mercury nuclei

Marsh, B. A.*; Day Goodacre, T.*; 角田 佑介*; Andreyev, A. N.; 他41名*

Nature Physics, 14(12), p.1163 - 1167, 2018/12

 被引用回数:35 パーセンタイル:3.31(Physics, Multidisciplinary)

In rare cases, the removal of a single proton (Z) or neutron (N) from an atomic nucleus leads to a dramatic shape change. These instances are crucial for understanding the components of the nuclear interactions that drive deformation. The mercuryisotopes (Z = 80) are a striking example: their close neighbours, the lead isotopes (Z = 82), are spherical and steadily shrink with decreasing N. The even-mass (A = N + Z) mercury isotopes follow this trend. The odd-mass mercury isotopes $$^{181,183,185}$$Hg, however, exhibit noticeably larger charge radii. Due to the experimental difficulties of probing extremely neutron-deficient systems, and the computational complexity of modelling such heavy nuclides, the microscopic origin of this unique shape staggering has remained unclear. Here, by applying resonance ionization spectroscopy, mass spectrometry and nuclear spectroscopy as far as $$^{177}$$Hg, we determine $$^{181}$$Hg as the shape-staggering endpoint. By combining our experimental measurements with Monte Carlo shell model calculations, we conclude that this phenomenon results from the interplay between monopole and quadrupole interactions driving a quantum phase transition, for which we identify the participating orbitals. Although shape staggering in the mercury isotopes is a unique and localized feature in the nuclear chart, it nicely illustrates the concurrence of single-particle and collective degrees of freedom at play in atomic nuclei.

論文

Vortex rectenna powered by environmental fluctuations

Lustikova, J.*; 塩見 雄毅*; 横井 直人*; 壁谷 典幸*; 木村 憲彰*; 家永 紘一郎*; 金子 真一*; 大熊 哲*; 高橋 三郎*; 齊藤 英治

Nature Communications (Internet), 9, p.4922_1 - 4922_6, 2018/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:21.43(Multidisciplinary Sciences)

A rectenna, standing for a rectifying antenna, is an apparatus which generates d.c. electricity from electric fluctuations. It is expected to realize wireless power transmission as well as energy harvesting from environmental radio waves. To realize such rectification, devices that are made up of internal atomic asymmetry such as an asymmetric junction have been necessary so far. Here we report a material that spontaneously generates electricity by rectifying environmental fluctuations without using atomic asymmetry. The sample is a common superconductor without lowered crystalline symmetry, but, just by putting it in an asymmetric magnetic environment, it turns into a rectifier and starts generating electricity. Superconducting vortex strings only annihilate and nucleate at surfaces, and this allows the bulk electrons to feel surface fluctuations in an asymmetric environment: a vortex rectenna. The rectification and generation can be switched on and off with only a slight change in temperature or external magnetic fields.

論文

Spherical neutron polarimetry under high pressure for a multiferroic delafossite ferrite

寺田 典樹*; Qureshi, N.*; Chapon, L. C.*; 長壁 豊隆

Nature Communications (Internet), 9, p.4368_1 - 4368_9, 2018/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:75.93(Multidisciplinary Sciences)

We have succeeded in carrying out the first spherical neutron polarimetry (SNP) experiments in conjunction with the application of pressure, working with the multiferroic delafossite CuFeO$$_{2}$$ and using the newly developed nonmagnetic hybrid anvil high pressure cell (HAC). This work determined the detailed magnetic structures in the pressure-induced ferroelectric phases of this material, as well as nonpolar phases at ambient pressure. The present study provides evidence that SNP measurements are viable even in combination with high pressure conditions.

論文

Observation of anisotropic magneto-Peltier effect in nickel

内田 健一*; 大門 俊介*; 井口 亮*; 齊藤 英治

Nature, 558(7708), p.95 - 99, 2018/06

 被引用回数:25 パーセンタイル:8.05(Multidisciplinary Sciences)

The Peltier effect, discovered in 1834, converts a charge current into a heat current in a conductor, and its performance is described by the Peltier coefficient, which is defined as the ratio of the generated heat current to the applied charge current. To exploit the Peltier effect for thermoelectric cooling or heating, junctions of two conductors with different Peltier coefficients have been believed to be indispensable. Here we challenge this conventional wisdom by demonstrating Peltier cooling and heating in a single material without junctions. This is realized through an anisotropic magneto-Peltier effect in which the Peltier coefficient depends on the angle between the directions of a charge current and magnetization in a ferromagnet. By using active thermography techniques, we observe the temperature change induced by this effect in a plain nickel slab. We find that the thermoelectric properties of the ferromagnet can be redesigned simply by changing the configurations of the charge current and magnetization, for instance, by shaping the ferromagnet so that the current must flow around a curve. Our experimental results demonstrate the suitability of nickel for the anisotropic magneto-Peltier effect and the importance of spin-orbit interaction in its mechanism. The anisotropic magneto-Peltier effect observed here is the missing thermoelectric phenomenon in ferromagnetic materials-the Onsager reciprocal of the anisotropic magneto-Seebeck effect previously observed in ferromagnets and its simplicity might prove useful in developing thermal management technologies for electronic and spintronic devices.

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