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論文

Optomagnonic Barnett effect

仲田 光樹; 高吉 慎太郎*

Physical Review B, 102(9), p.094417_1 - 094417_11, 2020/09

 被引用回数:0

いわゆる光学的Barnett効果[A. Rebei and J. Hohlfeld, Phys. Lett. A 372, 1915 (2008); J. Appl. Phys. 103, 07B118 (2008)], i.e., 円偏光レーザー誘起磁化成長[S. Takayoshi et al., Phys. Rev. B 90, 214413 (2014); S. Takayoshi et al., Phys. Rev. B 90, 085150 (2014)]をフェリ磁性絶縁体に応用し、THz領域におけるマグノン凝縮機構を微視的に解明した。これはBose統計に従うマグノンに特有の巨視的量子効果である。本研究が提供するTHzマグノン凝縮体を活用することで、従来の強磁性絶縁体中のものよりはるかに高速のスピン輸送「巨視的量子干渉効果によるJosephsonスピン流」を実現することができる。

論文

Direct measurement of fast ortho-para conversion of molecularly chemisorbed H$$_{2}$$ on Pd(210)

植田 寛和; 笹川 裕矢*; Ivanov, D.*; 大野 哲*; 小倉 正平*; 福谷 克之

Physical Review B, 102(12), p.121407_1 - 121407-5, 2020/09

Pd(210)表面に化学吸着したH$$_{2}$$のオルトーパラ転換を報告する。分子線,光刺激脱離,共鳴多光子イオン化法を用いて水素の回転状態変化を調べた。実験結果から、~2秒の転換時間で転換が起こることが明らかになった。実験結果と過去の理論計算結果を比較することで、2次の摂動による転換メカニズムを支持する。

論文

Unveiling spin-dependent unoccupied electronic states of Co$$_{2}$$MnGe (Ga) film via Ge (Ga) $$L_{2,3}$$ absorption spectroscopy

吉川 智己*; Antonov, V. N.*; 河野 嵩*; 鹿子木 将明*; 角田 一樹; 宮本 幸治*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 後藤 一希*; 桜庭 裕弥*; et al.

Physical Review B, 102(6), p.064428_1 - 064428_7, 2020/08

 被引用回数:0

X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) spectroscopy were applied at the Ge (Ga) $$L_{2,3}$$ edge to unravel the spin-resolved unoccupied electronic states of Co$$_{2}$$MnGe (Ga). Complicated spectral features were observed in both XAS and XMCD spectra. For their interpretation, we compared the experimental XAS and XMCD spectra with the calculated Ge (Ga) 4$$s$$ and 4$$d$$ orbital partial density of states. The comparison enabled a qualitative explanation of the XMCD spectra as the difference between the majority and minority-spin unoccupied density of states summed over the 4$$s$$ and 4$$d$$ orbitals. Our finding provides a new approach to uncover the spin-split partial density of states above the Fermi level.

論文

Enhancement of domain-wall mobility detected by NMR at the angular momentum compensation temperature

今井 正樹; 中堂 博之; 松尾 衛; 前川 禎通; 齊藤 英治

Physical Review B, 102(1), p.014407_1 - 014407_5, 2020/07

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

The angular momentum compensation temperature $$T_{rm A}$$ of ferrimagnets has attracted much attention because of high-speed magnetic dynamics near $$T_{rm A}$$. We show that NMR can be used to investigate domain wall dynamics near $$T_{rm A}$$ in ferrimagnets. We performed $$^{57}$$Fe-NMR measurements on the ferrimagnet Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ with $$T_{rm A}$$ = 245 K. In a multi-domain state, the NMR signal is enhanced by domain wall motion. We found that the NMR signal enhancement shows a maximum at $$T_{rm A}$$ in the multi-domain state. The NMR signal enhancement occurs due to increasing domain-wall mobility toward $$T_{rm A}$$. We develop the NMR signal enhancement model involves domain-wall mobility. Our study shows that NMR in multi-domain state is a powerful tool to determine $$T_{rm A}$$, even from a powder sample and it expands the possibility of searching for angular momentum-compensated materials.

論文

Self-learning hybrid Monte Carlo; A First-principles approach

永井 佑紀; 奥村 雅彦; 小林 恵太*; 志賀 基之

Physical Review B, 102(4), p.041124_1 - 041124_6, 2020/07

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

第一原理計算で得られたポテンシャルを再現するようなニューラルネットワーク(ANN)を構築して分子動力学を実行するのが機械学習分子動力学法である。ANNを構築する際の最適なトレーニングデータは、元々の第一原理分子動力学法で生成される原子配置とそのポテンシャルである。通常は、様々な原子配置とそのポテンシャルデータを大量に作成することで、目的の機械学習分子動力学法と同じようなポテンシャルを生成するANNを構築している。しかしながら、構築されたANNが元々の第一原理計算のポテンシャルを再現するという保証はない。さらに、4元素以上で構成されるような系の場合には、長時間の機械学習分子動力学法では計算が不安定になることがあり、機械学習分子動力学法の計算の精度や妥当性については常に慎重な議論が必要であった。本論文発表では、自己学習モンテカルロ法のアイディアを用いることで、得られた結果が統計的に厳密にオリジナルの第一原理計算分子動力学法の計算結果と等しい手法を開発したことを報告する。

論文

Two-parameter model for optimizing target beam distribution with an octupole magnet

明午 伸一郎; 大井 元貴; 藤森 寛*

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 23(6), p.062802_1 - 062802_24, 2020/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Nuclear)

加速器駆動の核変換システム(ADS)や核破砕中性子源に用いられる陽子加速器のビーム出力増強につれ、ビーム窓や標的の損傷は深刻な問題となり、損傷緩和のためにビーム電流密度の均一化が重要となる。密度均一化のため比較的よく用いられるラスター磁石には、故障時のビーム集束の重大な問題がある。一方、非線形光学を用いたビーム平坦化にははビーム拡大の問題があることが指摘され、これまで非線形効果導入の八極磁石におけるビームの角度の広がりを無視したフィラメント近似模型による検討が行われた。フィラメント近似模型では、非線形収斂作用を適切に評価できないため、本研究では一般化した非線形モデルの適用により非線形ビーム光学における収斂および発散作用を詳細に検討した。正規化した八極強度$$ K^{*}_8 $$と位相進行$$phi$$における$$cotphi$$の2つのパラメータ導入により、非線形効果を特定な条件によらず一般化できることを明確にした。ビームのピーク密度低減と損失最小化という拮抗する問題の解決には、$$K^{*}_8 sim $$ 1および$$ cotphisim$$ 3とすることにより解決できることが判明した。J-PARCの陽子ビーム輸送系(3NBT)に本検討結果を適用し、核破砕中性子源の水銀標的入口のビーム形状の比較検討した結果、モデル計算によるビーム分布は実験データとよい一致を示し、線形光学においてピーク電流密度を約50%にできることを示した。

論文

Evidence for magnon-phonon coupling in the topological magnet Cu$$_{3}$$TeO$$_{6}$$

Bao, S.*; Cai, Z.*; Si, W.*; Wang, W.*; Wang, X.*; Shangguan, Y.*; Ma, Z.*; Dong, Z.-Y.*; 梶本 亮一; 池内 和彦*; et al.

Physical Review B, 101(21), p.214419_1 - 214419_8, 2020/06

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

We perform thermodynamic and inelastic neutron scattering (INS) measurements to study the lattice dynamics (phonons) of a cubic collinear antiferromagnet Cu$$_{3}$$TeO$$_{6}$$ which hosts topological spin excitations (magnons). While the specific heat and thermal conductivity results show that the thermal transport is dominated by phonons, the deviation of the thermal conductivity from a pure phononic model indicates that there is a strong coupling between magnons and phonons. In the INS measurements, we find a mode in the excitation spectra at 4.5 K, which exhibits a slight downward dispersion around the Brillouin zone center. This mode disappears above the N$'{e}$el temperature and thus cannot be a phonon. Furthermore, the dispersion is distinct from that of a magnon. Instead, it can be explained by the magnon-polaron mode, collective excitations resulting from the hybridization between magnons and phonons. We consider the suppression of the thermal conductivity and emergence of the magnon-polaron mode to be evidence for magnon-phonon coupling in Cu$$_{3}$$TeO$$_{6}$$.

論文

$$q$$=0 long-range magnetic order in centennialite CaCu$$_{3}$$(OD)$$_{6}$$Cl$$_{2}$$ $$cdot$$ 0.6D$$_{2}$$O; A Spin-$$frac{1}{2}$$ perfect kagome antiferromagnet with $$J_{1}$$-$$J_{2}$$-$$J_{d}$$

飯田 一樹*; 吉田 紘行*; 中尾 朗子*; Jeschke, H. O.*; Iqbal, Y.*; 中島 健次; 河村 聖子; 宗像 孝司*; 稲村 泰弘; 村井 直樹; et al.

Physical Review B, 101(22), p.220408_1 - 220408_6, 2020/06

鉱物センテニアライトCaCu$$_{3}$$(OD)$$_{6}$$Cl$$_{2}$$ $$cdot$$ 0.6D$$_{2}$$Oの結晶構造と磁気構造をシンクロトロンX線回折と中性子回折測定に密度汎関数理論(DFT)と疑似フェルミオン汎関数繰り込み群(PFFRG)の計算を組み合わせることで調べた。CaCu$$_{3}$$(OD)$$_{6}$$Cl$$_{2}$$ $$cdot$$ 0.6D$$_{2}$$OではCu$$^{2+}$$イオンは反強磁性$$J_{1}$$と幾何学的に完全なカゴメネットワークを形成する。Cu$$^{2+}$$とCa$$^{2+}$$イオン間のサイト間無秩序は見つからなかった。CaCu$$_{3}$$(OD)$$_{6}$$Cl$$_{2}$$ $$cdot$$ 0.6D$$_{2}$$Oは$$T$$$$_{rm N}$$=7.2K以下で磁気秩序を示し、負のベクトルスピンキラリティーを持つ$$q$$=0の磁気構造が現れる。0.3Kでの秩序モーメントは0.58(2)$$mu$$Bに抑えられている。我々のDFT計算では、この系が量子臨界点の近くにあり、$$J_{1}$$-$$J_{2}$$-$$J_{d}$$カゴメ反強磁性体の優れた実現であることを示唆している。

論文

Magnetically induced electric polarization in Ba$$_{3}$$Fe$$_{2}$$O$$_{5}$$Cl$$_{2}$$ with tunable direction in three dimensions

阿部 伸行*; 塩澤 俊介*; 松浦 慧介*; 佐賀山 基*; 中尾 朗子*; 大原 高志; 徳永 祐介*; 有馬 孝尚*

Physical Review B, 101(18), p.180407_1 - 180407_5, 2020/05

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

The correlation between magnetism and electric polarization in a chiral insulating magnet Ba$$_{3}$$Fe$$_{2}$$O$$_{5}$$Cl$$_{2}$$ has been investigated. The temperature dependence of magnetic susceptibility shows an anomaly at 564 K, suggesting the onset of antiferromagnetic order of Fe$$^{3+}$$ moments. Electric polarization appears in a magnetic field below TN due to the spin-direction-dependent metal-ligand hybridization. The direction of the electric polarization can be controlled in three-dimensional space by changing the direction of an external magnetic field. This compound also shows an antiferromagnetic-to-weak-ferromagnetic transition accompanied by a structural phase transition at 140 K.

論文

Nuclear quantum effect for hydrogen adsorption on Pt(111)

Yan, L.*; 山本 良幸*; 志賀 基之; 杉野 修*

Physical Review B, 101(16), p.165414_1 - 165414_9, 2020/04

電気化学において関心の高い、白金(111)表面上の高被覆率水素に対して、第一原理経路積分分子動力学シミュレーションを行った。その結果、室温において、量子効果と多体効果がともに重要な役割を果たすことを見出した。完全被覆率の場合、水素原子は、その強い反発力のため、アトップサイトまたは面心立方サイトに存在する。これに対して、被覆率2/3の場合には、水素原子は非局在化して、面心立方サイトと最密六方サイトに共存する。この結果は、白金表面への水素の被覆率依存性に関する長年の論争を解決する手がかりとして、量子多体効果が大変重要であることを示している。

論文

Manipulation of saturation magnetization and perpendicular magnetic anisotropy in epitaxial Co$$_{x}$$Mn$$_{4-x}$$N films with ferrimagnetic compensation

伊藤 啓太*; 安富 陽子*; Zhu, S.*; Nurmamat, M.*; 田原 昌樹*; 都甲 薫*; 秋山 了太*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 小口 多美夫*; et al.

Physical Review B, 101(10), p.104401_1 - 104401_8, 2020/03

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

Spintronics devices utilizing a magnetic domain wall motion have attracted increasing attention, and ferrimagentic materials with almost compensated magnetic moments are highly required to realize the fast magnetic domain wall motion. Here, we report a key function for this purpose in anti-perovskite Co$$_{x}$$Mn$$_{4-x}$$N films. Perpendicular magnetization emerges for $$0.8 leq x$$, and the saturation magnetization reaches a minimum value at $$x = 0.8$$.

論文

Majorana corner flat bands in two-dimensional second-order topological superconductors

Kheirkhah, M.*; 永井 佑紀; Chen, C.*; Marsiglio, F.*

Physical Review B, 101(10), p.104502_1 - 104502_9, 2020/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:9.88(Materials Science, Multidisciplinary)

近年、高次トポロジカル物質と言われる、今までにない新しいタイプのトポロジカル物質が注目を集めている。特に、超伝導体と半導体を接合させた場合、高次トポロジカル超伝導状態が現れると期待され、そしてトポロジカル量子コンピューティングが可能な新しいマヨラナ状態が出現するということで盛んに研究が行われている。本研究では、この高次トポロジカル超伝導体に対して電場を印加した場合についての挙動を理論的に調べた。その結果、なだらかに変化をする電場を印加すると、マヨラナコーナーフラットバンドという新しい状態が出現することを理論的に明らかにした。これは、電場印加という外的要因による新しい量子状態の出現を意味している。

論文

Self-learning Monte Carlo method with Behler-Parrinello neural networks

永井 佑紀; 奥村 雅彦; 田中 章詞*

Physical Review B, 101(11), p.115111_1 - 115111_12, 2020/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:25.26(Materials Science, Multidisciplinary)

モンテカルロ法は原子力分野以外にも様々な分野で利用される極めて汎用的な手法である。近年、機械学習の手法を取り込むことで、高速なモンテカルロ法が開発されている。本稿では、銅酸化物高温超伝導体をはじめとする様々な物質のシミュレーションにおいて汎用的に用いられている連続時間量子モンテカルロ法に対して機械学習の手法を適用した結果を報告する。なお、上記課題の解決にあたり、モンテカルロ法でネックの一つとなる次の配置をどう決めるか、という問題に対して、ニューラルネットワークを用いた構築した有効模型を用いて自動的に決定するという手法を提案した。この手法の開発により、より高精度な超伝導体シミュレーションや、ウランなどの重い元素を含む第一原理計算の高速化が期待できる。

論文

Crystal structure and magnetism of MnO under pressure

Klotz, S.*; 小松 一生*; Polian, A.*; 町田 真一*; 佐野 亜沙美; Iti$'e$, J.-P.*; 服部 高典

Physical Review B, 101(6), p.064105_1 - 064105_6, 2020/02

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

マンガン酸化物(MnO)は、反強磁性モット絶縁体の典型物質である。今回、我々は、高圧下においてネール温度$$T_{N}$$を挟んだ温度域で磁気秩序と格子歪の相互作用を、X線および中性子回折により調べた。その結果、体積歪は圧力に対して鈍感であること、$$T_{N}$$$$T_{N}/dP$$=+4.5(5)K/GPaで上昇すること、格子歪$$alpha$$$$dalpha/dP$$=+0.018$$^{circ}$$/GPaで増大することがわかった。これらの結果は、$$J_{1}$$, $$J_{2}$$相互作用定数の原子間距離への影響を調べることや、また第一原理計算による理論予測と比較を可能にする。反強磁性相互作用に起因する散漫散乱は、$${approx}$$1.2$$T_{N}$$まで観測され、長距離秩序は、室温では42GPaで現れる。

論文

Nematic and time-reversal breaking superconductivities coexisting with quadrupole order in a $$Gamma_3$$ system

久保 勝規

Physical Review B, 101(6), p.064512_1 - 064512_10, 2020/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

We discuss superconductivity in a model on a cubic lattice for a $$Gamma_3$$ non-Kramers system. In previous studies, it is revealed that $$d$$-wave superconductivity with $$E_g$$ symmetry occurs in a wide parameter range in a $$Gamma_3$$ system. Such anisotropic superconductivity can break the cubic symmetry of the lattice. In a $$Gamma_3$$ system, the quadrupole degrees of freedom are active and the effect of the cubic symmetry breaking should be important. Here, we investigate the coexisting states of the $$d$$-wave superconductivity and quadrupole order by a mean-field theory. In particular, we discuss possible competition and cooperation between the superconductivity and quadrupole order depending on types of them. We find nematic superconductivity breaking the cubic symmetry and coexisting with quadrupole order. In the present model, we also find $$d+id$$ superconductivity, which breaks time-reversal symmetry but retains the cubic symmetry. We also discuss the effects of uniaxial stress on these superconducting states.

論文

Lattice dynamics in FeSe via inelastic X-ray scattering and first-principles calculations

村井 直樹; 福田 竜生; 中島 正道*; 河村 光晶*; 石川 大介*; 田島 節子*; Baron, A. Q. R.*

Physical Review B, 101(3), p.035126_1 - 035126_6, 2020/01

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

非弾性X線散乱を用いたFeSe超伝導体のフォノン研究について報告する。実験的に決定したフォノン分散と非磁性相の密度汎関数理論(DFT)とを比較を行うと、両所の間には顕著な不一致が見られた。FeSeは磁気秩序を示さないにもかかわらず、スピン偏極DFTを用いることによって初めて実験結果は再現される。この解析は、強いスピン揺らぎを内在した常時性状態における近似を与える。

論文

Magnetic structures and quadratic magnetoelectric effect in LiNiPO$$_{4}$$ beyond 30 T

Fogh, E.*; 木原 工*; Toft-Petersen, R.*; Bartkowiak, M.*; 鳴海 康雄*; Prokhnenko, O.*; 三宅 厚志*; 徳永 将史*; 及川 健一; S${o}$rensen, M. K.*; et al.

Physical Review B, 101(2), p.024403_1 - 024403_12, 2020/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:25.26(Materials Science, Multidisciplinary)

Neutron diffraction with static and pulsed magnetic fields is used to directly probe the magnetic structures in LiNiPO$$_{4}$$ up to 25 T and 42 T, respectively. By combining these results with magnetometry and electric polarization measurements under pulsed fields, the magnetic and magnetoelectric phases are investigated up to 56 T applied along the easy $$c$$ axis. In addition to the already known transitions at lower fields, three new ones are reported at 37.6, 39.4, and 54 T. Ordering vectors are identified with Q$$_{rm VI}$$ = (0, $$frac{1}{3}$$, 0) in the interval 37.6 - 39.4 T and Q$$_{rm VII}$$ = (0, 0, 0) in the interval 39.4 - 54 T. A quadratic magnetoelectric effect is discovered in the Q$$_{rm VII}$$= (0, 0, 0) phase and the field dependence of the induced electric polarization is described using a simple mean-field model. The observed magnetic structure and magnetoelectric tensor elements point to a change in the lattice symmetry in this phase. We speculate on the possible physical mechanism responsible for the magnetoelectric effect in LiNiPO$$_{4}$$.

論文

Development of a radio frequency quadrupole linac implemented with the equipartitioning beam dynamics scheme

近藤 恭弘; 森下 卓俊; Jameson, R. A.*

Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 22(12), p.120101_1 - 120101_8, 2019/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Nuclear)

RFQは現代の大電流リニアックの実現のための鍵となる加速器であるが、これまで多くのRFQが非常に保守的な設計思想で設計されてきた。我々は空間電荷の物理に基づいて、3MeV、50mAの負イオンRFQを開発した。大電流リニアックで広く用いられている等分配測をRFQ設計に実装し、ヴェーン長3mの3MeV RFQで、設計ビーム透過率99.1%、ビーム垂直方向エミッタンス0.24$$pi$$ mm mrad、ビーム方向エミッタンス0.11$$pi$$ MeV degを得た。このRFQを実際に製作し、ビーム運転を行い設計性能を実証した。この論文ではこの等分配RFQの設計の詳細とビーム運転結果を述べる。

論文

Experimental investigation of the suppressed superconducting gap and double-resonance mode in Ba$$_{1-x}$$K$$_{x}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$

出田 真一郎*; 村井 直樹; 中島 正道*; 梶本 亮一; 田中 清尚*

Physical Review B, 100(23), p.235135_1 - 235135_7, 2019/12

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

Ba$$_{1-x}$$K$$_{x}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$ has an exotic physical property where that the C$$_{2}$$-SDW phase suddenly changes to the C$$_{4}$$-magnetic phase and superconductivity is suppressed within a narrow composition range around x = 0.25. We have investigated the doping dependence of the electronic structure of Ba$$_{1-x}$$K$$_{x}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$ using angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) and found an anomaly in the superconducting (SC) gap structure only for x = 0.25 in both the hole and electron Fermi surfaces (FSs). We also propose that the mechanism of a newly observed double-resonance peak by inelastic neutron scattering is understandable by the SC gap obtained by ARPES. Our discovery reveals the important relationship between the C$$_{4}$$- magnetic phase and superconductivity, and provides an opportunity to survey the underlying relationship between the SC gap and resonance mode in the hole-doped iron-based superconductor.

論文

Disorder-induced exceptional and hybrid point rings in Weyl/Dirac semimetals

松下 太樹*; 永井 佑紀; 藤本 聡*

Physical Review B, 100(24), p.245205_1 - 245205_9, 2019/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:71.33(Materials Science, Multidisciplinary)

物質を特徴付ける新しい方法として、準粒子の寿命に起因した非エルミート有効準粒子ハミルトニアンを用いる方法がある。しかしながら、その非エルミート性に起因する現象がどの物質でどのように現れるかはあまり知られていない。本研究では、ワイル・ディラック半金属と呼ばれる物質群において、不純物や格子欠陥が存在する場合、準粒子スペクトルに非エルミート性が現れることを示した。通常、ハミルトニアンはエルミートであるが、準粒子の有効ハミルトニアンが非エルミートになることによって、例外点と呼ばれる非エルミート行列特有のトポロジカル構造が運動量空間に現れることがわかった。そして、この例外点は角度分解光電子分光などの実験によってフラットバンドとして観測できることを予言した。本研究により、物質の新しい側面をトポロジーによって見出すことができ、かつ不純物や欠陥が本質的な役割を示すことがわかった。

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