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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

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

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

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

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

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

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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

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。

論文

Rabi-oscillation spectroscopy of the hyperfine structure of muonium atoms

西村 昇一郎*; 鳥居 寛之*; 深尾 祥紀*; 伊藤 孝; 岩崎 雅彦*; 神田 聡太郎*; 川越 清以*; Kawall, D.*; 河村 成肇*; 黒澤 宣之*; et al.

Physical Review A, 104(2), p.L020801_1 - L020801_6, 2021/08

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As a method to determine the resonance frequency, Rabi-oscillation spectroscopy has been developed. In contrast to conventional spectroscopy which draws the resonance curve, Rabi-oscillation spectroscopy fits the time evolution of the Rabi oscillation. By selecting the optimized frequency, it is shown that the precision is twice as good as conventional spectroscopy with a frequency sweep. Furthermore, the data under different conditions can be treated in a unified manner, allowing more efficient measurements for systems consisting of a limited number of short-lived particles produced by accelerators such as muons. We have developed a fitting function that takes into account the spatial distribution of muonium and the spatial distribution of the microwave intensity to apply this method to ground-state muonium hyperfine structure measurements at zero field. It was applied to the actual measurement data, and the resonance frequencies were determined under various conditions. The result of our analysis gives $$nu_{rm HFS}$$ = 4 463 301.61 $$pm$$ 0.71 kHz.

論文

Magnonic thermal transport using the quantum Boltzmann equation

仲田 光樹; 大沼 悠一*

Physical Review B, 104(6), p.064408_1 - 064408_8, 2021/08

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

従来のボルツマン方程式を量子場の理論の観点から拡張した量子ボルツマン方程式に基づき、マグノン熱輸送の量子力学的な性質を明らかにした。

論文

Higher fully charmed tetraquarks; Radial excitations and $$P$$-wave states

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

Physical Review D, 104(3), p.036016_1 - 036016_15, 2021/08

 被引用回数:0

チャームクォーク2個と反クォーク2個の束縛状態であるテトラクォークの動径励起状態と$$P$$波励起状態のスペクトルを、クォーク模型を用いて解析した。クォーク模型は標準的なカラークーロン力と線形閉じ込め力を持つもので、チャーモニウム状態でパラメータを決めた。ダイクォークの基底状態を用いて、カラーが$$bar 3_c 3_c$$$$6_c bar 6_c$$の状態を取り入れた計算の結果、$$6_c bar 6_c$$状態が低いエネルギーとなることがわかった。$$rho$$モードと$$lambda$$モードの励起状態を調べた結果、最近発見されたX(6900)に相当するエネルギー領域には$$0^{++}$$状態,$$2^{++}$$状態,$$1^{+-}$$状態、および$$2^{-+}$$$$P$$波状態が対応していることが明らかになった。また、エキゾチックな量子数を持つ$$0^{--}$$$$1^{-+}$$状態は主に$$P$$波の$$eta_c J/psi$$, $$J/psi J/psi$$にそれぞれ崩壊することがわかった。

論文

Role of higher-order effects in spin-misalignment small-angle neutron scattering of high-pressure torsion nickel

大場 洋次郎; Bersweiler, M.*; Titov, I.*; 足立 望*; 戸高 義一*; Gilbert, E. P.*; Steinke, N.-J.*; Metlov, K. L.*; Michels, A.*

Physical Review Materials (Internet), 5(8), p.084410_1 - 084410_9, 2021/08

 被引用回数:0

We found that nanosized spin misalignments in pure nickel processed via high-pressure torsion straining persist up to the magnetic field 4 T using small-angle neutron scattering (SANS). The spin-misalignment scattering patterns are elongated perpendicular to the applied magnetic field and different from the conventional micromagnetic SANS theory based on the second order contribution in spin misalignment amplitude. This means that the high-pressure torsion straining makes higher-order effects in the micromagnetic SANS cross sections observable. This results will fuel the further development of the micromagnetic SANS theory.

論文

Energy-dependent angular distribution of individual $$gamma$$ rays in the $$^{139}$$La($$n, gamma$$)$$^{140}$$La$$^{ast}$$ reaction

奥平 琢也*; 遠藤 駿典; 藤岡 宏之*; 広田 克也*; 石崎 貢平*; 木村 敦; 北口 雅暁*; 古賀 淳*; 新實 裕大*; 酒井 健二; et al.

Physical Review C, 104(1), p.014601_1 - 014601_6, 2021/07

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

Neutron energy-dependent angular distributions were observed for individual $$gamma$$ rays from the 0.74 eV $$p$$-wave resonance of $$^{139}$$La+$$n$$ to several lower excited states of $$^{140}$$La. The $$gamma$$-ray signals were analyzed in a two dimensional histogram of the $$gamma$$-ray energy, measured with distributed germanium detectors, and neutron energy, determined with the time-of-flight of pulsed neutrons, to identify the neutron energy dependence of the angular distribution for each individual $$gamma$$ rays. The angular distribution was also found for a photopeak accompanied with a faint $$p$$-wave resonance component in the neutron energy spectrum. Our results can be interpreted as interference between $$s$$- and $$p$$-wave amplitudes which may be used to study discrete symmetries of fundamental interactions.

論文

Quantum proton entanglement on a nanocrystalline silicon surface

松本 貴裕*; 杉本 秀彦*; 大原 高志; 徳光 昭夫*; 冨田 誠*; 池田 進*

Physical Review B, 103(24), p.245401_1 - 245401_9, 2021/06

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

We investigate the quantum entangled state of two protons terminating on a silicon surface. The entangled states were detected using the surface vibrational dynamics of nanocrystalline silicon with inelastic neutron scattering spectroscopy. The protons are identical, therefore the harmonic oscillator parity constrains the spin degrees of freedom, forming strongly entangled states for all the energy levels of surface vibrations. Compared to the proton entanglement previously observed in hydrogen molecules, this entanglement is characterized by an enormous energy difference of 113 meV between the spin singlet ground state and the spin triplet excited state. We theoretically demonstrate the cascade transition of terahertz entangled photon pairs utilizing proton entanglement.

論文

Pairing forces govern population of doubly magic $$^{54}$$Ca from direct reactions

Browne, F.*; Chen, S.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; 緒方 一介*; 宇都野 穣; 吉田 数貴; Achouri, N. L.*; 馬場 秀忠*; Calvet, D.*; et al.

Physical Review Letters, 126(25), p.252501_1 - 252501_7, 2021/06

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

理化学研究所RIビームファクトリーにて、中性子過剰核$$^{55}$$Scからの1陽子ノックアウト反応によって$$^{54}$$Caを生成し、そのエネルギー準位と反応断面積をガンマ線分光および不変質量分光によって得た。その結果を歪曲波インパルス近似による核反応計算と大規模殻模型による核構造計算を組み合わせた理論値と比較した。実験の準位と断面積は理論計算によってよく再現された。$$^{54}$$Caの正パリティ状態については、基底状態の生成断面積が励起状態のものに比べて圧倒的に大きいという結果が得られた。これは、$$^{55}$$Scでは中性子魔法数34が消滅し$$^{54}$$Caではその魔法数が存在するというこれまでの知見と一見矛盾するが、対相関による分光学的因子のコヒーレンスから理解することができる。

論文

Determination of localized surface phonons in nanocrystalline silicon by inelastic neutron scattering spectroscopy and its application to deuterium isotope enrichment

松本 貴裕*; 野又 郁実*; 大原 高志; 金光 義彦*

Physical Review Materials (Internet), 5(6), p.066003_1 - 066003_9, 2021/06

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

The hydrogen isotope deuterium has attracted special interest for the manufacture of silicon (Si) semiconductors as well as for the synthesis of isotopically labeled compounds. However, the efficient production of D or H deuteride in a controlled manner is challenging, and rational H isotope enrichment protocols are still lacking. Here, we demonstrate a highly efficient exchange reaction from H to D on the surface of nanocrystalline Si. Fourfold enrichment of D termination was successfully achieved by dipping n-Si into a dilute D solution. By determining the surface-localized vibrational modes for H-and D-terminated n-Si using inelastic neutron scattering spectroscopy, we found that the physical mechanism responsible for this enrichment originates from the difference in the zero-point oscillation energies and entropies of the surface-localized vibrations.

論文

Lattice-fermionic Casimir effect and topological insulators

石川 力*; 中山 勝政*; 鈴木 渓

Physical Review Research (Internet), 3(2), p.023201_1 - 023201_23, 2021/06

カシミール効果は、何らかの粒子のゼロ点エネルギーが2枚の平行平板の存在によって歪められることによって生じる物理現象である。格子上の自由度においては、エネルギーと運動量の分散関係はブリルアンゾーンの範囲で周期性を持つため、それに対応してカシミール効果も変化するはずである。本研究では、ナイーブ・フェルミオン,ウィルソン・フェルミオン,(メビウス・ドメインウォール・フェルミオン定式化に基づく)オーバーラップ・フェルミオンなどの格子フェルミオン系におけるカシミール効果の性質を理論的に調べた。特に、$$1+1$$, $$2+1$$, $$3+1$$次元において周期境界条件または反周期境界条件を持つ系について系統的な解析を行った。中でも、ナイーブ・フェルミオン,負質量を持つウィルソン・フェルミオン,domain-wall heightが大きい場合のオーバーラップ・フェルミオンなどの系において、奇数格子と偶数格子の間でカシミールエネルギーの大きさが振動する現象が見られた。この振動現象は、高運動量を持つ自由度(ダブラー)の存在に起因している。このような新奇なカシミール効果は、トポロジカル絶縁体のような物性系の実験や格子シミュレーションによって将来的に検証されることが期待される。

論文

Long-range spin transport on the surface of topological Dirac semimetal

荒木 康史; 三澤 貴宏*; 野村 健太郎*

Physical Review Research (Internet), 3(2), p.023219_1 - 023219_15, 2021/06

本論文では、トポロジカルディラック半金属(TDSM)表面のギャップレス状態を介した、長距離スピン伝送を理論面から提案する。次世代のスピントロニクス素子の構築のためには、散逸の少ないスピン流を実現することが必要である。主要なスピン流のキャリアは金属中の伝導電子や磁性絶縁体中のスピン波であるが、これらはジュール熱やギルバート緩和により伝播距離が制限される問題がある。本研究ではTDSM(Cd$$_3$$As$$_2$$, Na$$_3$$Bi等)のスピン・ヘリカルな表面状態が、乱れに対して頑強である性質を用いて、低散逸で長距離のスピン輸送を提案する。2つの磁性絶縁体とTDSMの接合系を考え、一方の磁性体の磁化ダイナミクスにより、TDSM表面を介して他方の磁性体に注入されるスピン流に注目する。表面における輸送理論と、格子模型による実時間発展シミュレーションを併用することにより、TDSM表面を流れるスピン流は準量子化された値をとり、その値は界面の微視的な結合の構造によらないことを示す。さらに、このスピン流は長距離においても乱れに対して強いことを示し、TDSMがスピントロニクス素子へ応用可能な表面状態をもつことを提案する。

論文

Barnett field, rotational Doppler effect, and Berry phase studied by nuclear quadrupole resonance with rotation

中堂 博之; 松尾 衛*; 前川 禎通*; 齊藤 英治

Physical Review B, 103(17), p.174308_1 - 174308_10, 2021/05

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

We report the observation of the Barnett field, rotational Doppler effect, and Berry phase using the rotating nuclear quadrupole resonance (NQR) methods. We have developed coil-spinning techniques that enable us to systematically study the effects of rotation in setups involving rotation of the signal detector, rotation of the sample, and simultaneous rotation of both the signal detector and sample. Applying these setups to NQR measurements, we observe NQR line splittings in which the spectral structures are clearly distinct among the setups. By analyzing these structures, we clarify the origin of the NQR line splittings and discuss the relationship between the rotational Doppler effect, Barnett field effect, and Berry phase in terms of the rotational degrees of freedom, such as the relative rotation and the sample rotation itself, and the observation frame of reference. We also provide clear evidence of the difference between the rotational Doppler effect and the Barnett field, and the equivalence of the Barnett field and the Berry phase.

論文

Absence of ferromagnetism in MnBi$$_2$$Te$$_4$$/Bi$$_2$$Te$$_3$$ down to 6 K

深澤 拓朗*; 日下 翔太郎*; 角田 一樹; 橋爪 瑞葵*; 一ノ倉 聖*; 竹田 幸治; 出田 真一郎*; 田中 清尚*; 清水 亮太*; 一杉 太郎*; et al.

Physical Review B, 103(20), p.205405_1 - 205405_6, 2021/05

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

We successfully fabricated a MnBi$$_2$$Te$$_4$$/Bi$$_2$$Te$$_3$$ heterostructure by incorporating Mn and Te inside the topmost quintuple layer of Bi$$_2$$Te$$_3$$, as unambiguously confirmed by LEED I-V scanning transmission electron microscopy measurements. The surface-state Dirac cone of the heterostructure showed little change compared to that of the pristine Bi$$_2$$Te$$_3$$ and X-ray magnetic circular dichroism measurements showed that the system was paramagnetic down to 5.6 K. These results are in contrast to the previous works on related materials that showed magnetic order around 10 K as well as theoretical predictions and suggests the intricacy of the magnetic properties of two-dimensional van der Waals magnets.

論文

Nuclear pasta structures and symmetry energy

Xia, C.-J.*; 丸山 敏毅; 安武 伸俊*; 巽 敏隆*; Zhang, Y.-X.*

Physical Review C, 103(5), p.055812_1 - 055812_13, 2021/05

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

In the framework of the relativistic mean field model with Thomas-Fermi approximation, we study the structures of low density nuclear matter in a three-dimensional geometry with reflection symmetry. The effect of finite cell size is treated carefully by searching for the optimum cell size. Typical pasta structures (droplet, rod, slab, tube, and bubble) arranged in various crystalline configurations are obtained for both fixed proton fractions and $$beta$$-equilibration. It is found that the properties of droplets/bubbles are similar in body-centered cubic (BCC) and face-centered cubic (FCC) lattices, where the FCC lattice generally becomes more stable than BCC lattice as density increases. For the rod/tube phases, the honeycomb lattice is always more stable than the simple one. By introducing an $$omega$$-$$rho$$ cross coupling term, we further examine the pasta structures with a smaller slope of symmetry energy $$L = 41$$ MeV, which predicts larger onset densities for core-crust transition and non spherical nuclei. Such a variation due to the reduction of $$L$$ is expected to have impacts on various properties in neutron stars, supernova dynamics, and binary neutron star mergers.

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