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論文

Acoustically driven magnon-phonon coupling in a layered antiferromagnet

Lyons, T. P.*; Puebla, J.*; 山本 慧; Deacon, R. S.*; Hwang, Y.*; 石橋 幸治*; 前川 禎通*; 大谷 義近*

Physical Review Letters, 131(19), p.196701_1 - 196701_6, 2023/11

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.196701

Harnessing the causal relationships between mechanical and magnetic properties of van der Waals materials presents a wealth of untapped opportunity for scientific and technological advancement, from precision sensing to novel memories. This can, however, only be exploited if the means exist to efficiently interface with the magnetoelastic interaction. Here, we demonstrate acoustically-driven spin-wave resonance in a crystalline antiferromagnet, chromium trichloride, via surface acoustic wave irradiation. The resulting magnon-phonon coupling is found to depend strongly on sample temperature and external magnetic field orientation, and displays a high sensitivity to extremely weak magnetic anisotropy fields in the few mT range. Our work demonstrates a natural pairing between power-efficient strain-wave technology and the excellent mechanical properties of van der Waals materials, representing a foothold towards widespread future adoption of dynamic magneto-acoustics.

論文

Impact of the ground-state 4${it f}$ symmetry for anisotropic ${it cf}$ hybridization in the heavy-fermion superconductor CeNi$$_{2}$$Ge$$_{2}$$

藤原 秀紀*; 中谷 泰博*; 荒谷 秀和*; 金井 惟奈*; 山神 光平*; 濱本 諭*; 木須 孝幸*; 山崎 篤志*; 東谷 篤志*; 今田 真*; et al.

Physical Review B, 108(16), p.165121_1 - 165121_10, 2023/10

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.165121

We report the ground-state symmetry of the Ce 4${it f}$ states in the heavy-fermion superconductor CeNi$$_{2}$$Ge$$_{2}$$, yielding anisotropic ${it cf}$ hybridization between the Ce 4${it f}$ states and conducting electrons. By analyzing linear dichroism in soft X-ray absorption and core-level hard X-ray photoemission spectra, the 4${it f}$ symmetry is determined as $$Sigma$$-type $$Gamma$$$$_{7}$$, promoting predominant hybridization with the conducting electrons originating from the Ge site. The band structures probed by soft X-ray angle-resolved photoemission indicates that the Ge 4${it p}$ components contribute to the band renormalization through the anisotropic hybridization effects, suggesting that the control of the electronic structures of Ge orbital gives an impact to achieve the exotic phenomena in CeNi$$_{2}$$Ge$$_{2}$$.

論文

Valley-selective phonon-magnon scattering in magnetoelastic superlattices

Liao, L.*; Puebla, J.*; 山本 慧; Kim, J.*; 前川 禎通*; Hwang, Y.*; Ba, Y.*; 大谷 義近*

Physical Review Letters, 131(17), p.176701_1 - 176701_6, 2023/10

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.176701

Phonons and magnons are engineered by periodic potential landscapes in phononic and magnonic crystals, and their combined studies may enable valley phonon transport tunable by the magnetic field. Through nonreciprocal surface acoustic wave transmission, we demonstrate valley-selective phonon-magnon scattering in magnetoelastic superlattices. The lattice symmetry and the out-of-plane magnetization component control the sign of nonreciprocity. The phonons in the valleys play a crucial role in generating nonreciprocal transmission by inducing helical strains that couple with the magnons. The transmission spectra show a nonreciprocity peak near a transmission gap, matching the phononic band structure. Our results open the way for manipulating valley phonon transport through periodically varying magnon-phonon coupling.

論文

Fingerprint of vortexlike flux closure in an isotropic Nd-Fe-B bulk magnet

Bersweiler, M.*; 大場 洋次郎; Sinaga, E. P.*; Peral, I.*; Titov, I.*; Adams, M. P.*; Rai, V.*; Metlov, K. L.*; Michels, A.*

Physical Review B, 108(9), p.094434_1 - 094434_7, 2023/09

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.094434

Magnetic nanostructure in an isotropic Nd-Fe-B bulk magnet was investigated using small-angle neutron scattering. The two-dimensional scattering patterns show the so-called spike anisotropy, which points the presence of a strong magnetodipolar interaction within the sample. The field-dependence of the scattering intensity is explained by a vortex-like flux closure structure. This suggests that magnetic vortices form pairs.

論文

Neutron capture cross section and capture $$gamma$$-ray spectrum of $$^{88}$$Sr in the stellar nucleosynthesis energy region

片渕 竜也*; 井頭 政之*; 鎌田 創*; 田近 道英*; 岩本 信之; 河野 俊彦*

Physical Review C, 108(3), p.034610_1 - 034610_12, 2023/09

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.108.034610

The neutron capture cross section and the capture $$gamma$$-ray spectrum of $$^{88}$$Sr were measured in the keV energy regions. Above 34 keV, the present data are larger than evaluated cross sections which are based on a set of resonance parameters measured in past experiments. To investigate the impact of the present results to the stellar nucleosynthesis, the Maxwellian averaged neutron capture cross section (MACS) was calculated using the present experimental results. The calculated MACS was about 10% smaller than the values widely used in stellar nucleosynthesis calculations and it is found that this difference arises from a problem in calculating the direct capture process in the previous study. In fact, the present and previous MACS become in good agreement when the contribution from the direct neutron capture process that has been theoretically calculated is removed from the previous MACS. This indicates that the previous work overestimated the contribution of the direct capture process. The present experimental capture $$gamma$$-ray spectrum shows that primary transition intensities to the low-lying states of $$^{89}$$Sr drastically changes with the neutron energy.

論文

Description of the inclusive $$(d,d'x)$$ reaction with the semiclassical distorted-wave model

中田 響*; 吉田 数貴; 緒方 一介*

Physical Review C, 108(3), p.034603_1 - 034603_8, 2023/09

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.108.034603

重陽子による包括的反応の記述は原子核反応の観点からも核データの観点からも重要である。陽子による反応については、これまで半古典歪曲波近似(SCDW)による記述が用いられ、成功を収めてきた。本研究で我々はSCDWを重陽子入射反応に拡張した。原子核ポテンシャルによる重陽子の屈折効果は局所半古典近似を用いることで取り入れた。本研究により、$$(d,d'x)$$反応の断面積データはいくつかの例外を除き、低移行エネルギー・前方散乱のデータをよく再現した。また、屈折効果を適切に取り入れることで角度分布が改善されることを示した。重陽子は強い歪曲効果を受けるため、この効果は陽子入射反応に比べて非常に大きいことが明らかとなった。

論文

Element-specific insight into ferromagnetic stability in UCoGe revealed by soft X-ray magnetic circular dichroism

竹田 幸治; Posp$'i$$v{s}$il, J.*; 山上 浩志; 山本 悦嗣; 芳賀 芳範

Physical Review B, 108(8), p.085129_1 - 085129_10, 2023/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.085129

We investigated the element-specific electronic states and magnetic properties of ferromagnetic superconductor UCoGe and Ru-substituted U(Co$$_{0.88}$$Ru$$_{0.12}$$)Ge using soft X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) experiments. YCoGe, a nonmagnetic compound without the 5$$f$$ electrons, was also examined as a reference material. The shapes of the XMCD spectra of UCoGe at the U $$N_mathrm{5}$$ and Ge $$L_mathrm{2,3}$$ edges are indistinguishably similar to those of U(Co$$_{0.88}$$Ru$$_{0.12}$$)Ge. On the other hand, the XMCD spectral shape at the Co $$L_mathrm{2}$$ edge is very peculiar and is changed by the existence of the U 5$$f$$ electrons and the Ru substitution. From the sum rule analysis for the XMCD spectra, it was found that the magnetic moments of the U 5$$f$$ and Co 3$$d$$ electrons in UCoGe and U(Co$$_{0.88}$$Ru$$_{0.12}$$)Ge are aligned in the same direction under the present experimental conditions; $$T$$ = 5.5 - 50 K and $$mu_mathrm{0}H$$ = 0 - 10 T. Furthermore, even in the case of YCoGe, the Co 3$$d$$ electrons have a large orbital magnetic moment, suggesting that the Co 3$$d$$ electrons in these compounds are in a low symmetric electronic environment originally. Through the $$T$$- and $$mu_mathrm{0}H$$-dependence of the XMCD intensity, it was revealed that the magnetic properties at the Co site are not simply induced by the magnetism at the U site and that the Co 3$$d$$ electrons play an important role in the stability of ferromagnetism.

論文

Observation of field-induced single-ion magnetic anisotropy in a multiorbital Kondo alloy (Lu,Yb)Rh$$_2$$Zn$$_{20}$$

北澤 崇文; 池田 陽一*; 榊原 俊郎*; 松尾 晶*; 清水 悠晴*; 徳永 陽; 芳賀 芳範; 金道 浩一*; 南部 雄亮*; 池内 和彦*; et al.

Physical Review B, 108(8), p.085105_1 - 085105_7, 2023/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.085105

We demonstrate field-induced single-ion magnetic anisotropy resulting from the multiorbital Kondo effect on diluted ytterbium alloy (Lu$$_{1-x}$$Yb$$_x$$)Rh$$_2$$Zn$$_{20}$$. Single-ion anisotropic metamagnetic behavior is revealed in low-temperature regions where the local Fermi-liquid state is formed. Specific heat, low-field magnetic susceptibility, and resistivity indicate reproduction of the ground-state properties by the SU($$N$$ = 8) Kondo model with a relatively large $$c$$-$$f$$ hybridization of $$T_{rm K}$$ = 60.9 K. Dynamical susceptibility measurements on YbRh$$_2$$Zn$$_{20}$$ support realizing multiorbital Kondo ground state in (Lu$$_{1-x}$$Yb$$_x$$)Rh$$_2$$Zn$$_{20}$$. The single-ion magnetic anisotropy becomes evident above $$sim$$5 T, which is lower than the isotropic Kondo crossover field of 22.7 T, verifying blurred low-lying crystal field states through the multiorbital Kondo effect.

論文

DC transport in a dissipative superconducting quantum point contact

Visuri, A.-M.*; Mohan, J.*; 内野 瞬; Huang, M.-Z.*; Esslinger, T.*; Giamarchi, T.*

Physical Review Research (Internet), 5(3), p.033095_1 - 033095_11, 2023/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevResearch.5.033095

粒子ロスのある量子ポイントコンタクト系のカレント・バイアス特性を研究する。Keldysh形式を採用し、チャンネルの透過率を変化させた場合のカレントを計算した。透過率の低い場合は、散逸により低バイアス領域でのカレントの増大、散逸に対する非単調性、輸送特性における新しい構造の出現が見られる。粒子ロスによる散逸の効果は、熱浴内の有限温度効果や非弾性散乱効果とは定性的に異なることがわかった。

論文

Comparison of Ichimura-Austern-Vincent and Glauber models for the deuteron-induced inclusive breakup reaction in light and medium-mass nuclei

Liu, H.*; 中山 梓介; Lei, J.*; Ren, Z.*

Physical Review C, 108(1), p.014617_1 - 014617_8, 2023/07

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.108.014617

軽核および中重核に対する$$(d, pX)$$と$$(d, nX)$$反応における重陽子の包括的分解反応を研究した。Ichimura, Austern, VincentによるモデルとGlauberによるモデルのそれぞれを用いて非弾性分解反応の二重微分断面積を計算し、様々な反応系で結果を比較した。その結果、重陽子の非弾性分解反応では、Glauber模型と量子力学的$$S$$行列を組み合わせることで、良好な結果が得られることがわかった。両モデルとも軽・中重核に対する実験値を良く再現するが、$$(d, pX)$$反応より$$(d, nX)$$反応の方がより高い再現性を示す。しかしながら、実験と理論計算の間にはまだ大きな食い違いがあり、さらなる調査や分析が必要である。本研究は、この分野における今後の研究の新たな可能性を開くものである。

論文

Measurement of the spatial polarization distribution of circularly polarized gamma rays produced by inverse Compton scattering

平 義隆*; 遠藤 駿典; 河村 しほり*; 南部 太郎*; 奥泉 舞桜*; 静間 俊行*; Omer, M.; Zen, H.*; 岡野 泰彬*; 北口 雅暁*

Physical Review A, 107(6), p.063503_1 - 063503_10, 2023/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.107.063503
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Optics)

偏光レーザーと電子による逆コンプトン散乱は偏光ガンマ線を生成する手法の一つであり、100%偏光のレーザーを用いることで100%の偏光ガンマ線を得ることができる。しかしながら、偏光具合はガンマ線の散乱角度に依存して変化する。本研究ではMeVのエネルギーのガンマ線の円偏光度を測定することが可能である磁化鉄を用いて、ガンマ線の円偏光度の空間分布を実験的に測定した。ガンマ線の磁化鉄の透過率の非対称性が確認され、中心軸付近において円偏光しているガンマ線が、散乱角度が大きくなると円偏光から直線偏光に変化することが確認された。

論文

One fixed point can hide another one; Nonperturbative behavior of the tetracritical fixed point of O($$N$$) models at large $$N$$

藪中 俊介; Delamotte, B.*

Physical Review Letters, 130(26), p.261602_1 - 261602_6, 2023/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.261602

We show that at $$N=infty$$ and below its upper critical dimension, $$d<d_{rm up}$$, the critical and tetracritical behaviors of the O$$(N)$$ models are associated with the same renormalization group fixed point (FP) potential. Only their derivatives make them different with the subtleties that taking their $$Ntoinfty$$ limit and deriving them do not commute and that two relevant eigenperturbations show singularities. This invalidates both the $$epsilon$$- and the $$1/N$$- expansions. We also show how the Bardeen-Moshe-Bander line of tetracritical FPs at $$N=infty$$ and $$d=d_{rm up}$$ can be understood from a finite-$$N$$ analysis.

論文

Dynamic interaction between dislocations and obstacles in BCC iron based on atomic potentials derived using neural networks

森 英喜*; 都留 智仁; 奥村 雅彦; 松中 大介*; 椎原 良典*; 板倉 充洋

Physical Review Materials (Internet), 7(6), p.063605_1 - 063605_8, 2023/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.7.063605

析出物などの障害物を導入して転位の動きを制御することは、金属の機械的強度を設計するための有力な方法である。転位コアのサイズは1nm以下とナノスケールであるため、転位と障害物の相互作用を調べるには、原子レベルのモデリングが必要である。しかし、従来の経験的ポテンシャルでは十分な精度が得られなかったため、転位と障害物の相互作用の原子レベルでの詳細が解明されていない。そこで、本研究では、人工ニューラルネットワーク(ANN)の枠組みを用い、第一原理計算の高精度を生かした原子ポテンシャルを構築した。構築したANNポテンシャルを用いて、BCC鉄における$$(a_0/2){110}$$刃状転位と障害物の動的相互作用を調査した。転位が空隙を横切ると、Bow-out転位では超平滑で対称的な半ループが観察された。らせん転位を除き、ANNを用いて予測されたすべての転位のパイエルス応力は100MPa以下であった。さらに重要なことは、剛体球と転位の相互作用において、オロワンループが形成されることを確認したことである。さらに、オロワンループが剛体球と転位の相互作用の中で、2つの小さなループに分解する現象を発見した。

論文

Demonstration of a kicker impedance reduction scheme with diode stack and resistors by operating the 3-GeV rapid cycling synchrotron of the Japan Proton Accelerator Research Complex

菖蒲田 義博; 原田 寛之; Saha, P. K.; 高柳 智弘; 田村 文彦; 富樫 智人; 渡辺 泰広; 山本 風海; 山本 昌亘

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 26(5), p.053501_1 - 053501_45, 2023/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevAccelBeams.26.053501
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.03(Physics, Nuclear)

大強度陽子加速器施設(J-PARC)の3GeVシンクロトロン(RCS)では、ビームを出射させるキッカー電磁石のインピーダンスがビームの不安定性を励起することが理論的に予測されてきた。しかしながら、物質・生命科学実験施設に供給されるビームは大きいエミッタンスを持つので、1MWの大強度ビームであっても適切なマシーンパラメタを選べば、ビームの不安定化を抑制することができる。一方で、メインリングに供給されるビームは、小さいエミッタンスを持つので、キッカーのインピーダンスの低減が必須である。そこで、ダイオードと抵抗器を用いたデバイスを使うキッカーインピーダンスを抑制する方式を提案し、その抑制効果を実証した。しかし、J-PARC RCSは25Hzの繰り返し周波数で連続動作させる必要があり、実用化のためには、耐熱性の高い特殊なダイオードを開発する必要があった。この課題を解決するため、本研究において連続運転に耐えうる抵抗付きダイオードを開発した。これにより小さいエミッタンスを持つ大強度のビームの不安定性も抑制できることを実証することができた。またシミュレーションにより、この方式で少なくとも5MWのビーム運転にも利用できることを明らかにした。

論文

Magnon dynamics in a Skyrmion-textured domain wall of antiferromagnets

Lee, S.*; 仲田 光樹; Tchernyshyov, O.*; Kim, S. K.*

Physical Review B, 107(18), p.184432_1 - 184432_12, 2023/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.184432
 被引用回数：1 パーセンタイル：86.97(Materials Science, Multidisciplinary)

超対称量子力学に基づき、反強磁性スカーミオン構造を有する磁壁中のマグノンのトポロジカル量子輸送物性を明らかにする。スカーミオン型の磁気構造を有する磁壁中を伝搬するマグノンは、一種のゲージ場として作用する有効磁場を獲得する。そこで、この有効磁場中でのマグノンの反射・屈折現象を超対称量子力学に基づいて解析し、その伝搬および束縛マグノン状態を明らかにする。そして、ラウダウアー公式を用いて、磁壁のカイラリティが増加するにつれてマグノンによる熱流が減少することを明らかにする。本研究はスピンホール効果を活用した熱流の制御方法を理論的に提案する。

論文

Quasielastic neutron scattering probing H$$^{-}$$ dynamics in the H$$^{-}$$ conductors LaH$$_{3-2x}$$O$$_{x}$$

玉造 博夢; 福井 慧賀*; 飯村 壮史*; 本田 孝志*; 多田 朋史*; 村上 洋一*; 山浦 淳一*; 倉本 義夫*; 佐賀山 基*; 山田 武*; et al.

Physical Review B, 107(18), p.184114_1 - 184114_8, 2023/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.107.184114
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)

Using an incoherent quasi-elastic neutron scattering (QENS) technique, we investigate H$$^{-}$$ dynamics in a series of oxyhydrides LaH$$_{3-2x}$$O$$_{x}$$ that exhibit characteristic high H$$^{-}$$ conductivity. In the end member LaH$$_{3}$$ ($$x$$ = 0), two kinds of H$$^{-}$$ dynamics are identified: the jump diffusion and the localized motion. The jump length in the jump diffusion mode increases with increasing $$T$$. The localized motion is identified as a jump between the two inequivalent sites. These dynamics are corroborated by our molecular dynamical simulations. Our QENS data suggest that similar H$$^{-}$$ dynamics occurs also in oxyhydrides LaH$$_{3-2x}$$O$$_{x}$$ ($$x$$ $$neq$$ 0), whose H$$^{-}$$ concentration dependence is consistent with the previous measurement of ionic conductivity. We also discuss the possibility that LaH$$_{3-2x}$$O$$_{x}$$ is an example of H$$^{-}$$ ion conductors governed by the concerted migration mechanism. The identified H$$^{-}$$ dynamics is a key to understanding the anomalous hydrogen concentration dependence of the diffusion coefficient in lanthanum hydrides, which has been a longstanding mystery in this compound.

論文

Nuclear many-body effects on particle emission following muon capture on $$^{28}$$Si and $$^{40}$$Ca

湊 太志; 内藤 智也*; 岩本 修

Physical Review C, 107(5), p.054314_1 - 054314_10, 2023/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.107.054314
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.03(Physics, Nuclear)

Muon captures on nuclei have provided us a plenty of knowledge of nuclear properties. Recently, this nature attracts attention again in electronics, because it is argued that charged particle emissions following muon capture on silicon triggers non-negligible soft errors in semiconductors. To investigate the particle emissions from nuclear physics point of view, we develop a new approach using a microscopic model of muon capture and an up-to-date particle emission models. We paid attention to the muon capture rates, the particle emission spectra, and the multiplicities that have a close interrelation with each other, and found that the nuclear many-body correlation including two-particle two-hole excitations is a key to explain them simultaneously.

論文

Angular distribution of $$gamma$$ rays from a neutron-induced $$p$$-wave resonance of $$^{132}$$Xe

奥平 琢也*; 谷 結以花*; 遠藤 駿典; Doskow, J.*; 藤岡 宏之*; 広田 克也*; 亀田 健斗*; 木村 敦; 北口 雅暁*; Luxnat, M.*; et al.

Physical Review C, 107(5), p.054602_1 - 054602_7, 2023/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.107.054602
 被引用回数：0 パーセンタイル：0.03(Physics, Nuclear)

$$s$$波共鳴と$$p$$波共鳴の混合に起因するParity violationの増幅が観測されている$$^{131}$$Xe+nにおける3.2eV共鳴からのガンマ線の中性子エネルギーに依存する角度分布を測定した。$$p$$波共鳴からのガンマ線の遷移を同定し、1807keVの終状態に遷移する7132keVガンマ線の角度分布を評価した。この角度分布は$$s$$波共鳴と$$p$$波共鳴の干渉による結果と考えられており、複合核におけるParity violationの増幅メカニズムの理解に役立つ。

論文

Effective polarization in proton-induced $$alpha$$ knockout reactions

枝川 知温*; 吉田 数貴; 茶園 亮樹*; 緒方 一介*

Physical Review C, 107(5), p.054603_1 - 054603_7, 2023/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevC.107.054603
 被引用回数：0 パーセンタイル：78.49(Physics, Nuclear)

陽子入射アルファノックアウト反応による残留核の有効偏極について、歪曲波インパルス近似に基づき研究した。ノックアウトされるアルファ粒子の原子核中での強い吸収効果によって、ノックアウト反応は強い反応領域依存性を持ち、したがってこの反応はアルファ粒子の軌道角運動量の第3成分に対する強い選択性を持つ。その結果、残留核のスピン偏極に対しても同様に強い選択性を持つことを示した。

論文

Field induced multiple superconducting phases in UTe$$_2$$ along hard magnetic axis

酒井 宏典; 常盤 欣文; Opletal, P.; 木俣 基*; 淡路 智*; 佐々木 孝彦*; 青木 大*; 神戸 振作; 徳永 陽; 芳賀 芳範

Physical Review Letters, 130(19), p.196002_1 - 196002_6, 2023/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.196002
 被引用回数：0 パーセンタイル：94.54(Physics, Multidisciplinary)

$$T_{rm c}$$=2.1Kのウラン2テルル化物単結晶における超伝導相図を磁気困難軸である結晶$$b$$軸方向に磁場をかけて調べた。電気抵抗と交流帯磁率を同時に測定した結果、低磁場超伝導(LFSC)相と高磁場超伝導(HFSC)相が、対照的な磁場-角度依存性をもつことがわかった。結晶の純良性が上がったことにより、LFSC相の上部臨界磁場は上昇したものの、HFSC相が現れる特徴磁場$$H^{ast}$$は、単結晶の純良性に関わらず、15Tと一定であることがわかった。また、$$H^{ast}$$近傍のLFSC相内に、弱い渦糸ピン留め力で特徴づけられる中間超伝導相を示唆する新たな相線の形跡を捉えた。

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