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論文

Catalog of gamma-ray glows during four winter seasons in Japan

和田 有希*; 松本 崇弘*; 榎戸 輝揚*; 中澤 知洋*; 湯浅 孝行*; 古田 禄大*; 米徳 大輔*; 澤野 達哉*; 岡田 豪*; 南戸 秀仁*; et al.

Physical Review Research (Internet), 3(4), p.043117_1 - 043117_31, 2021/12

In 2015 the Gamma-Ray Observation of Winter Thunderstorms (GROWTH) collaboration launched a mapping observation campaign for high-energy atmospheric phenomena related to thunderstorms and lightning discharges. This campaign has developed a detection network of gamma rays with up to 10 radiation monitors installed in Kanazawa and Komatsu cities, Ishikawa Prefecture, Japan, where low-charge-center winter thunderstorms frequently occur. During four winter seasons from October 2016 to April 2020, in total 70 gamma-ray glows, minute-lasting bursts of gamma rays originating from thunderclouds, were detected. Their average duration is 58.9 sec. Among the detected events, 77% were observed in nighttime. The gamma-ray glows can be classified into temporally-symmetric, temporally-asymmetric, and lightning-terminated types based on their count-rate histories. An averaged energy spectrum of the gamma-ray glows is well fitted with a power-law function with an exponential cutoff, whose photon index, cutoff energy, and flux are 0.613 $$pm$$ 0.009, 4.68 $$pm$$ 0.04 MeV, and (1.013 $$pm$$ 0.003) $$times$$ 10$$^{-5}$$ erg cm$$^{-2}$$s$$^{-1}$$ (0.2-20.0 MeV), respectively. The present paper provides the first catalog of gamma-ray glows and their statistical analysis detected during winter thunderstorms in the Kanazawa and Komatsu areas.

論文

Feedback of superconductivity on the magnetic excitation spectrum of UTe$$_{2}$$

Raymond, S.*; Knafo, W.*; Knebel, G.*; 金子 耕士; Brison, J.-P.*; Flouquet, J.*; 青木 大*; Lapertot, G.*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(11), p.113706_1 - 113706_5, 2021/11

We investigate the spin dynamics in the superconducting phase of UTe$$_2$$ by triple-axis inelastic neutron scattering on a single crystal sample. At the wave-vector $$k_1$$ = (0, 0.57, 0), where the normal state antiferromagnetic correlations are peaked, a modification of the excitation spectrum is evidenced, on crossing the superconducting transition, with a reduction of the relaxation rate together with the development of an inelastic peak at $${Omega} approx$$ 1 meV. The low dimensional nature and the a-axis polarization of the fluctuations, that characterise the normal state, are essentially maintained below Tsc. The high ratio of $${Omega}$$ $$k_{rm B}$$$$T$$$$_{sc}$$ $$approx$$ 7.2 contrasts with the most common behaviour in heavy fermion superconductors.

論文

The $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe cross section from the surrogate ratio method and its effect on the $$^{60}$$Fe nucleosynthesis

Yan, S. Q.*; Li, X. Y.*; 西尾 勝久; Lugaro, M.*; Li, Z. H.*; 牧井 宏之; Pignatari, M.*; Wang, Y. B.*; Orlandi, R.; 廣瀬 健太郎; et al.

Astrophysical Journal, 919(2), p.84_1 - 84_7, 2021/10

 被引用回数:0

The long-lived $$^{60}$$Fe (with a half-life of 2.62 Myr) is a crucial diagnostic of active nucleosynthesis in the Milky Way galaxy and in supernovae near the solar system. The neutron-capture reaction $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe on $$^{59}$$Fe (half-life=44.5 days) is the key reaction for the production of $$^{60}$$Fe in massive stars. This reaction cross section has been previously constrained by the Coulomb dissociation experiment, which offered partial constraint on the E1 $$gamma$$-ray strength function but a negligible constraint on the M1 and E2 components. In this work, for the first time, we use the surrogate ratio method to experimentally determine the $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe cross sections in which all the components are included. We derived a Maxwellian-averaged cross section of 27.5$$pm$$3.5 mb at $$kT$$ = 30 keV and 13.4$$pm$$1.7 mb at $$kT$$ = 90 keV, roughly 10%-20% higher than previous estimates. We analyzed the impact of our new reaction rates in nucleosynthesis models of massive stars and found that uncertainties in the production of $$^{60}$$Fe from the $$^{59}$$Fe(n,$$gamma$$)$$^{60}$$Fe rate are at most 25$$%$$. We conclude that stellar physics uncertainties now play a major role in the accurate evaluation of the stellar production of $$^{60}$$Fe.

論文

Dynamics of water in a catalyst layer of a fuel cell by quasielastic neutron scattering

伊藤 華苗; 山田 武*; 篠原 朗大*; 高田 慎一; 川北 至信

Journal of Physical Chemistry C, 125(39), p.21645 - 21652, 2021/10

 被引用回数:0

The catalyst layer (CL) in polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) plays a critical role in the performance of a PEFC. In this study, we investigate the water dynamics in the CL using quasielastic neutron scattering (QENS) and small-angle neutron scattering. The temperature dependence of the mean square displacement $$<$$u$$^{2}$$$$>$$ shows that the freezing of water does not occur at a melting temperature in the Nafion thin film of the CL, suggesting that the water is confined in a smaller region than $$sim$$15 ${AA}$. The QENS measurements established three kinds of water in the CL: immobile water tightly connected to a sulfonic group, water in a fast mode assigned to free diffusion restricted in a sphere, and water in a slow mode described by a jump diffusion model. Assuming that these three modes were independent, the number of water molecules in each mode was estimated. On discussing the structure and dynamics elucidated in the study, we finally conclude that the coupled model of the fast and slow modes is plausible for describing the diffusion of water confined in the thin Nafion film of the CL.

論文

Electrochemically driven specific alkaline metal cation adsorption on a graphene interface

保田 諭; 田村 和久; 加藤 優*; 朝岡 秀人; 八木 一三*

Journal of Physical Chemistry C, 125(40), p.22154 - 22162, 2021/10

電解質溶液中におけるグラフェン-カチオン界面の電気化学挙動に関する知見は、グラフェンをベースにした電気化学デバイスの開発やカーボン材料とカチオンとの基礎的電気化学界面を理解するうえで重要である。本研究では、電気化学表面X線回折法と電気化学ラマン散乱分光法といった電気化学分光技術を用い、グラフェン-カチオン界面における基礎的な電気化学的挙動に関する知見を得ることを行った。その結果、ある特定の電位において、カチオンがグラフェン表面に脱水和・水和反応に伴う吸脱着が起きることが明らかとなった。これらの結果は、カーボンをベースにした新しい応用材料の開発や、グラフェン-カチオン界面における基礎的電気化学挙動を理解するうえで重要な知見となった。

論文

Twisted skyrmion strings in a layered Heisenberg model with dipole-dipole interactions

横田 光史

Journal of the Physical Society of Japan, 90(10), p.104701_1 - 104701_5, 2021/10

Skyrmion strings in a layered Heisenberg model with dipole-dipole interactions are investigated by solving the Landau-Lifshitz equation numerically. Twisted skyrmion strings appear in some cases, for which the helicity of the skyrmion for the top surface is opposite to that for the bottom surface. The skyrmion near the middle layer is a N$'e$el skyrmion with inward spin directions for the twisted skyrmion strings.

論文

Electronic structure of the intermediate-valence compound EuNi$$_2$$P$$_2$$ studied by soft X-ray photoemission spectroscopy

川崎 郁斗; 小畠 雅明; 藤森 伸一; 竹田 幸治; 山上 浩志; 辺土 正人*; 仲間 隆男*; 大貫 惇睦*

Physical Review B, 104(16), p.165124_1 - 165124_8, 2021/10

 被引用回数:0

We carried out angle-resolved photoemission (ARPES) experiments using soft X rays to investigate the electronic structure of the intermediate valence compound EuNi$$_2$$P$$_2$$. Both the Eu$$^{2+}$$ and Eu$$^{3+}$$ components arising from the 4$$f^6$$ and 4$$f^5$$ final states were observed in the valence spectra, directly confirming an intermediate character of Eu ions. The three-dimensional band structure was studied by ARPES measurements, and we found that the ARPES spectra up to just below the Fermi level can well be explained by a calculation based on the density-functional theory for the non-4$$f$$ reference compound SrNi$$_2$$P$$_2$$. The heavy-fermion bands in EuNi$$_2$$P$$_2$$ are thus considered to be formed through the hybridization between the dispersive valence bands, which resemble those for SrNi$$_2$$P$$_2$$, and the Eu$$^{2+}$$ components located at the very vicinity of the Fermi level.

論文

Investigation of the ground-state spin inversion in the neutron-rich $$^{47,49}$$Cl isotopes

Linh, B. D.*; Corsi, A.*; Gillibert, A.*; Obertelli, A.*; Doornenbal, P.*; Barbieri, C.*; Chen, S.*; Chung, L. X.*; Duguet, T.*; G$'o$mez-Ramos, M.*; et al.

Physical Review C, 104(4), p.044331_1 - 044331_16, 2021/10

理化学研究所のRIビームファクトリーにて中性子過剰$$^{47,49}$$Clの励起状態を$$^{50}$$Arからのノックアウト反応によって生成し、脱励起ガンマ線からそのエネルギー準位を測定した。また、陽子ノックアウトの運動量分布から$$^{49}$$Clの基底状態が$$3/2^+$$であることがわかった。その結果を大規模殻模型計算およびいくつかの第一原理計算と比較した。$$^{47,49}$$Cl同位体の基底状態および第一励起状態は、計算で用いた相互作用に敏感であることがわかった。それは、陽子の一粒子エネルギーと四重極集団運動との複雑な結合によるためであると考えられる。

論文

Neutron capture cross sections of light neutron-rich nuclei relevant for $$r$$-process nucleosynthesis

Bhattacharyya, A.*; Datta, U.*; Rahaman, A.*; Chakraborty, S.*; Aumann, T.*; Beceiro-Novo, S.*; Boretzky, K.*; Caesar, C.*; Carlson, B. V.*; Catford, W. N.*; et al.

Physical Review C, 104(4), p.045801_1 - 045801_14, 2021/10

中性子過剰核に対する中性子捕獲断面積は、$$r$$過程元素合成を理解する上で直接必要なデータであるものの、中性子標的が存在しないことと中性子過剰核の半減期が短いため、その実験を行うことは困難である。その代替手段として、$$(n,gamma)$$反応の逆過程である$$(gamma,n)$$反応のデータから導出する方法が行われている。本論文では、中性子数20領域の中性子過剰核に対し、クーロン分解反応を用いて$$(gamma,n)$$反応の断面積を測定し、そこから$$(n,gamma)$$反応の断面積を得た。その結果、$$^{28,29}$$Naと$$^{34}$$Alに対する中性子捕獲断面積については、統計模型で予測された値よりも小さく、$$^{32}$$Mgに対しては大きな値となることがわかった。

論文

Tunneling Hamiltonian analysis of DC Josephson currents in a weakly-interacting Bose-Einstein condensate

内野 瞬

Physical Review Research (Internet), 3(4), p.043058_1 - 043058_13, 2021/10

冷却原子気体を用いたアトムトロニクス実験により、弱く相互作用するボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)の量子輸送現象を探索することが可能となっている。本研究では、ゼロ温度近傍でのBECの2端子輸送にフォーカスする。トンネルハミルトニアンとボゴリューボフ理論を用いることで、量子ポイントコンタクト系や接合系におけるDCジョセフソンカレントの表式を得ることができた。また、BECにおけるカレント-位相関係式は、アンドレーエフ束縛状態が存在しないため、従来型超伝導体とは異なる振る舞いを示すことがわかった。

論文

Nodal lines and boundary modes in topological Dirac semimetals with magnetism

荒木 康史; 渡邊 成*; 野村 健太郎*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(9), p.094702_1 - 094702_9, 2021/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Multidisciplinary)

磁性を持つ線ノード半金属はいくつかの化合物で理論的および実験的に確認されているが、一方で、その磁気秩序と電子の性質の間の関係性についての理解は進んでいない。本研究では磁性線ノード半金属のバルク及び境界面における電子の性質を理解することを目的として、トポロジカルディラック半金属(TDSM)に磁性を導入した系を数値的および解析的に取り扱う。TDSMはスピン縮退したディラック点のペアを持つ物質であり、$$mathrm{Cd_3 As_2}$$及び$$mathrm{Na_3 Bi}$$等が知られている。TDSMの格子模型で電子スピンに結合した磁化を導入してバンド構造を計算することにより、TDSMは磁化の向き及び結合定数に依存して、ワイル半金属または線ノード半金属のいずれかに転移することが示された。これによって得られた磁性線ノード半金属相の電子状態を計算することにより、境界面においては線ノードに対応したドラムヘッド型バンド構造を持つゼロモードが現れることが示された。この境界モードはバルクの整数$$(mathbb{Z})$$トポロジカル数により特徴づけられるものであり、磁壁に局在して現れることが見出された。

論文

Spin-flop phase in a honeycomb antiferromagnet Mn$$_{0.84}$$Mg$$_{0.16}$$TiO$$_{3}$$

社本 真一; 山内 宏樹; 池内 和彦*; Lee, M. K.*; Chang, L.-J.*; Garlea, V. O.*; Hwang, I. Y.*; Lee, K. H.*; Chung, J.-H.*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(9), p.093703_1 - 093703_4, 2021/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Multidisciplinary)

ハニカム格子反強磁性体Mn$$_{0.84}$$Mg$$_{0.16}$$TiO$$_{3}$$の5T磁場下でのスピンフロップ相の磁気構造を弾性散乱と非弾性散乱を相補的に用いることで、初めて提案した。

論文

Phase transition and chemical reactivity of 1H-tetrazole under high pressure up to 100 GPa

Gao, D.*; Tang, X.*; Wang, X.*; Yang, X.*; Zhang, P.*; Che, G.*; Han, J.*; 服部 高典; Wang, Y.*; Dong, X.*; et al.

Physical Chemistry Chemical Physics, 23(35), p.19503 - 19510, 2021/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Chemistry, Physical)

窒素に富む分子の圧力有機相転移や重合は、環境にやさしい高エネルギー密度材料の開発にとって非常に重要であるため、広く注目されている。本論文では、その場ラマン,IR,X線回折,中性子回折、および理論計算をもちい、100GPaまでの1H-テトラゾールの相転移挙動と化学反応の研究を紹介する。2.6GPa以上での相転移が確認され、その高圧構造は、以前に報告されたユニットセル内に2つの分子をもつものではなく、1つの分子をものであることが分かった。1H-テトラゾールは、おそらく窒素-窒素結合ではなく炭素-窒素結合により、100GPa以下で可逆的に重合する。私たちの研究は、1H-テトラゾールの高圧相の構造モデルを更新し、もっともらしい分子間結合の経路を初めて提示した。これにより、窒素に富む化合物の相転移と化学反応の理解が進み、新しい高エネルギー密度材料の設計に役立つと考えられる。

論文

Optomagnonic Josephson effect in antiferromagnets

仲田 光樹

Physical Review B, 104(10), p.104402_1 - 104402_12, 2021/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Materials Science, Multidisciplinary)

光学的マグノンBarnett効果を活用することにより、反強磁性絶縁体中のネール磁気秩序相をスピン偏極させることができる。このスピン偏極由来の高周波マグノンを凝縮させて接合系を構成すると、非平衡マグノン凝縮体に特有の巨視的量子干渉効果により、スピンJosephson効果が創発することを理論的に解明した。特に、従来の強磁性絶縁体や反強磁性絶縁体中のネール磁気秩序相のものと比較して、スピンJosephson効果の振動周期が桁違いに短くなることを明らかにした。この理論的提案を具現化することにより、超高速スピン輸送を実現させることができると期待できる。

論文

Low-dimensional antiferromagnetic fluctuations in the heavy-fermion paramagnetic ladder compound UTe$$_{2}$$

Knafo, W.*; Knebel, G.*; Steffens, P.*; 金子 耕士; Rosuel, A.*; Brison, J.-P.*; Flouquet, J.*; 青木 大*; Lapertot, G.*; Raymond, S.*

Physical Review B, 104(10), p.L100409_1 - L100409_6, 2021/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Materials Science, Multidisciplinary)

Inelastic-neutron-scattering measurements were performed on a single crystal of the heavy-fermion paramagnet UTe$$_{2}$$ above its superconducting temperature. We confirm the presence of antiferromagnetic fluctuations with the incommensurate wave-vector $${bf K}_{1}$$ = (0, 0.57, 0). A quasielastic signal is found, whose momentum-transfer dependence is compatible with fluctuations of magnetic moments $$mu$$ $$||$$ ${bf a}$, with a sine-wave modulation of wave-vector $${bf K}_{1}$$ and in-phase moments on the nearest U atoms. Low dimensionality of the magnetic fluctuations, consequence of the ladder structure, is indicated by weak correlations along the direction ${bf c}$. These results constitute constraints for models of magnetically-mediated superconductivity in UTe$$_{2}$$.

論文

Half-integer Shapiro steps in strong ferromagnetic Josephson junctions

Yao, Y.*; Cai, R.*; Yang, S.-H.*; Xing, W.*; Ma, Y.*; 森 道康; Ji, Y.*; 前川 禎通; Xie, X.-C.*; Han, W.*

Physical Review B, 104(10), p.104414_1 - 104414_6, 2021/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Materials Science, Multidisciplinary)

We report the experimental observation of half-integer Shapiro steps in the strong ferromagnetic Josephson junction (Nb-NiFe-Nb) by investigating the current-phase relation under radio-frequency microwave excitation. The half-integer Shapiro steps are robust in a wide temperature range from T = 4 to 7 K. The half-integer Shapiro steps could be attributed to co-existence of 0- and $$pi$$-states in the strong ferromagnetic NiFe Josephson junctions with the spatial variation of the NiFe thickness. This scenario is also supported by the high-resolution transmission electron microscopy characterization of the Nb/NiFe/Nb junction.

論文

Microscopic dynamics of lithium diffusion in single crystal of the solid-state electrolyte La$$_{2/3-x}$$Li$$_{3x}$$TiO$$_{3}$$ (x = 0.13) studied by quasielastic neutron scattering

松浦 直人*; 藤原 靖幸*; 森分 博紀*; 尾原 幸治*; 川北 至信

Physical Review B, 104(9), p.094305_1 - 094305_7, 2021/09

 被引用回数:0

Quasielastic neutron scattering (QENS) measurements combined with first principles based molecular dynamics calculations were conducted to study the dynamics of Li$$^{+}$$ ions in a solid-state electrolyte La$$_{2/3-x}$$Li$$_{3x}$$TiO$$_{3}$$ (LLTO) with $$x = 0.13$$. By using a large $$^{7}$$Li-enriched single crystal sample, a QENS signal was clearly observed along the three principal axes [110], [111], and [001] at a temperature ($$T$$) of 600 K. Wave vector dependence of the linewidth of the QENS signal along each direction was explained well using the Chudley-Elliot model for jumps between the A sites of the perovskite lattice through the bottleneck square, which was also supported by molecular dynamics calculations. The estimated self-diffusion coefficient of Li$$^{+}$$ ($$D_{rm Li}$$) in the ab plane was slightly larger than that along the c axis, suggesting quasi-isotropic diffusion, that is, the three-dimensional diffusion of Li$$^{+}$$ ions. The decrease in $$D_{rm Li}$$ with decreasing $$T$$ was reasonably explained by a thermal activation process with the activation energy determined from ionic-conductivity measurements. Furthermore, the estimated values of the self-diffusion coefficient are comparable to those in the sulfide-based Li$$^{+}$$ ion conductor, Li$$_{7}$$P$$_{3}$$S$$_{11}$$, with 10 times larger ionic conductivity, which clarifies how to understand the Li conduction mechanism in LLTO and Li$$_{7}$$P$$_{3}$$S$$_{11}$$ in a unified manner.

論文

Lifetime measurements of excited states in $$^{55}$$Cr

Kleis, H.*; Seidlitz, M.*; Blazhev, A.*; Kaya, L.*; Reiter, P.*; Arnswald, K.*; Dewald, A.*; Droste, M.*; Fransen, C.*; M$"o$ller, O.*; et al.

Physical Review C, 104(3), p.034310_1 - 034310_9, 2021/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.03(Physics, Nuclear)

ケルン大学のタンデム加速器にて、$$^{48}$$Ca($$^{11}$$B, $$p3n$$)$$^{55}$$Cr反応によって$$^{55}$$Crの励起状態を生成し、そこから脱励起する励起状態の寿命をドップラーシフト反跳距離法を用いて測定した。$$9/2^-_1$$状態から$$5/2^-_1$$状態へ脱励起する$$E2$$遷移の寿命が6.33(46)ps, $$5/2^-_1$$状態から$$3/2^-_1$$状態へ脱励起する$$M1$$励起の寿命が5.61(28)psであることが決定された。その値から$$B(E2)$$, $$B(M1)$$値を引き出し、これらが殻模型計算の値とよく一致することがわかった。小さな$$B(M1)$$値は、$$5/2^-_1$$状態と$$3/2^-_1$$状態が異なる回転バンドに属しているためであると解釈された。

論文

Heavy baryon spectrum with chiral multiplets of scalar and vector diquarks

Kim, Y.*; Liu, Y.-R.*; 岡 眞; 鈴木 渓

Physical Review D, 104(5), p.054012_1 - 054012_18, 2021/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Astronomy & Astrophysics)

本論文では、スカラー及びベクトルダイクォークのカイラル有効理論を線形シグマ模型に基づいて構成する。有効理論の主な適用として、チャームまたはボトムクォークを1個含むシングルヘビーバリオンの基底状態と励起状態を記述する。ヘビークォーク($$Q=c, b$$)とダイクォーク間の2体ポテンシャルを用いて、ヘビークォーク・ダイクォーク模型を構築し、$$Lambda_Q$$, $$Sigma_Q$$, $$Xi^{(')}_Q$$, $$Omega_Q$$バリオンの正パリティ及び負パリティ状態のスペクトルを求める。ここで、有効理論に含まれる質量や相互作用パラメータは、格子QCDから得られたダイクォーク質量やヘビーバリオンの実験値を用いて決定される。結果として、擬スカラーダイクォーク質量の逆ヒエラルキーに起因して$$Xi_Q$$(フレーバー$$bar{bf 3}$$)の負パリティ励起状態のスペクトルが、$$Lambda_Q$$とは異なる振る舞いを示すことを示す。一方で、$$Sigma_Q, Xi'_Q$$, $$Omega_Q$$(フレーバー$${bf 6}$$)のスペクトルは、$$Lambda_Q$$と同様である。さらに、我々のヘビークォーク・ダイクォーク模型による結果と実験値やクォーク模型による結果との比較を議論する。

論文

Probing the long-range structure of the $$T^{+}_{cc}$$ with the strong and electromagnetic decays

Meng, L.*; Wang, G.-J.*; Wang, B.*; Zhu, S.-L.*

Physical Review D, 104(5), p.L051502_1 - L051502_8, 2021/09

 被引用回数:0

最近発見された$$T^+_{cc}$$状態の長距離構造をその強い相互作用と電磁相互作用による崩壊の分岐の様子から推定することが可能であることを示した。その結果、$$T_{cc}$$の主成分は$$D^{*+}D^0$$であることがわかった。

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