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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 パーセンタイル:0(Materials Science, Multidisciplinary)

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

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

Revealing defect-induced spin disorder in nanocrystalline Ni

Bersweiler, M.*; Sinaga, E. P.*; Peral, I.*; 足立 望*; Bender, P.*; Steinke, N.-J.*; Gilbert, E. P.*; 戸高 義一*; Michels, A.*; 大場 洋次郎

Physical Review Materials (Internet), 5(4), p.044409_1 - 044409_7, 2021/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:69.4(Materials Science, Multidisciplinary)

Using small-angle neutron scattering (SANS), we found that the high-density of crystal defects induced via high-pressure torsion (HPT) straining cause a significant spin-misalignment scattering in pure Ni. The analysis of the correlation length of the spin misalignments provided that the spin misalignments surround the defect with the size of 11 nm in HPT-strained nickel.

論文

Single-crystal growth and magnetic phase diagram of the enantiopure crystal of NdPt$$_2$$B

佐藤 芳樹*; 本多 史憲*; Maurya, A.*; 清水 悠晴*; 仲村 愛*; 本間 佳哉*; Li, D.*; 芳賀 芳範; 青木 大*

Physical Review Materials (Internet), 5(3), p.034411_1 - 034411_9, 2021/03

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

Single-crystal growth and magnetic properties of NdPt$$_2$$B are reported on a enantiopure crystal. We observed multiple phase transitions at 9.5 and 11 K under zero magnetic field. Nontrivial magnetic phase diagram demonstrates the competitive interactions in this system.

論文

Structural, magnetic, transport, and thermoelectric properties of the pseudobrookite AlTi$$_{2}$$O$$_{5}$$-Ti$$_{3}$$O$$_{5}$$ system

高濱 隆成*; 石井 透依*; 犬童 代梧*; 有薗 実駿*; 寺倉 千恵子*; 十倉 好紀*; 竹下 直*; 野田 正亮*; 桑原 英樹*; 斎木 琢夫*; et al.

Physical Review Materials (Internet), 4(7), p.074401_1 - 074401_11, 2020/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:20.84(Materials Science, Multidisciplinary)

We investigated the structural, magnetic, transport, and high-temperature thermoelectric properties of single crystals of the pseudobrookite Al$$_{1-x}$$Ti$$_{2+x}$$O$$_{5}$$ for $$0 le x le 1$$ grown using a floating zone. We found a correlation of spin-singlet Ti$$^{3+}$$-Ti$$^{3+}$$ dimers coupled with the lattice even in the conductive $$alpha$$ and $$lambda$$ phases which develops with increasing $$x$$. This developing dimer correlation reduces the number of unpaired Ti$$^{3+}$$ ions, which makes the compound more conductive owing to the suppression of disorder for $$x$$ up to about 0.75. The dimer fluctuation causes a critical enhancement of the magnetic susceptibility at around 150 K in the $$lambda$$ phase near the boundary ($$x sim 0.9$$) between the $$lambda$$ and the $$beta$$ phases. Such a correlation of the spin-singlet Ti$$^{3+}$$-Ti$$^{3+}$$ dimers may produce a high Seebeck coefficient in the conductive $$alpha$$ and $$lambda$$ phases leading to a large thermoelectric power factor at high temperatures.

論文

Electronic structure of a (3$$times$$3)-ordered silicon layer on Al(111)

佐藤 祐輔*; 深谷 有喜; Cameau, M.*; Kundu, A. K.*; 志賀 大亮*; 湯川 龍*; 堀場 弘司*; Chen, C.-H.*; Huang, A.*; Jeng, H.-T.*; et al.

Physical Review Materials (Internet), 4(6), p.064005_1 - 064005_6, 2020/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:51.8(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究では、放射光角度分解光電子分光を用いて、Al(111)表面上の3$$times$$3周期を持つSi層の電子バンド構造を解明した。実験では、線形のエネルギー分散に起因する閉じたフェルミ面を観測した。ハニカム状のシリセンをモデル構造とした第一原理計算の結果、これは基板との混成状態を起源としたディラックコーン様の金属バンドと考えられる。Al(111)表面上のSi層は、基板との相互作用によりディラック電子を発現し、いわゆるXeneと呼ばれる2次元物質群のモデルシステムになりうることを示唆する。

論文

Magnetic-field and composition tuned antiferromagnetic instability in the quantum spin-liquid candidate NaYbO$$_2$$

Guo, J.*; Zhao, X.*; 河村 聖子; Ling, L.*; Wang, J.*; He, L.*; 中島 健次; Li, B.*; Zhang, Z.*

Physical Review Materials (Internet), 4(6), p.064410_1 - 064410_7, 2020/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:51.8(Materials Science, Multidisciplinary)

NaYbO$$_2$$ has been reported as a possible host for the quantum spin-liquid state. Here, the composition-dependent polycrystalline Na$$_{1-x}$$YbO$$_2$$ ($$x = 0$$, 0.03, and 0.07) has been investigated by combining high-field magnetizations and inelastic neutron scattering techniques. For the $$x = 0$$ sample, no signature of a magnetic order is observed down to 0.3 K. Inelastic neutron scattering measurement suggests a continuous low-energy excitation spectrum centered at momentum transfer $$(Q) sim 1.25$$~$AA$^{-1}$$ and extending up to energy transfer $$(E) sim 2.0$$~meV. In contrast, $$x = 0.03$$ and 0.07 samples exhibit magnetic transitions at 1.1 and 2.3 K, respectively. High-field magnetization measurements indicate similar behaviors for $$x = 0$$ and 0.03 samples including plateau-like features at the 1/3 saturated magnetization, which implies that the spin disorder in the $$x = 0$$ sample might be suppressed preceding the emergence of the up-up-down phase. This composition- and field-dependent study allows us to construct complete phase diagrams indicating that NaYbO$$_2$$ is a promising candidate for the quantum spin-liquid state in close proximity to the antiferromagnetic instability tuned by the application of magnetic fields as well as controlling the concentration of Na$$^+$$ ion vacancies.

論文

Probing the quantum phase transition in Mott insulator BaCoS$$_{2}$$ tuned by pressure and Ni substitution

Guguchia, Z.*; Frandsen, B. A.*; Santos-Cottin, D.*; 社本 真一; Gauzzi, A.*; 植村 泰朋*; 他12名*

Physical Review Materials (Internet), 3(4), p.045001_1 - 045001_9, 2019/04

 被引用回数:3 パーセンタイル:28.74(Materials Science, Multidisciplinary)

$$mu$$SRを用いて、BaCoS$$_{2}$$を圧力とNi置換でモット転移を調整し、量子相転移の様子を調べた。その結果、ゼロ温度で両方の量子相転移が一次転移であることがわかった。

論文

Cation distribution and magnetic properties in ultrathin (Ni$$_{1-x}$$Co$$_{x}$$)Fe$$_{2}$$O$$_{4}$$ (x=0-1) layers on Si(111) studied by soft X-ray magnetic circular dichroism

若林 勇希*; 野中 洋亮*; 竹田 幸治; 坂本 祥哉*; 池田 啓祐*; Chi, Z.*; 芝田 悟朗*; 田中 新*; 斎藤 祐児; 山上 浩志; et al.

Physical Review Materials (Internet), 2(10), p.104416_1 - 104416_12, 2018/10

 被引用回数:6 パーセンタイル:37.83(Materials Science, Multidisciplinary)

We study the electronic structure and magnetic properties of epitaxial (Ni$$_{1-x}$$Co$$_{x}$$)Fe$$_{2}$$O$$_{4}$$(111) layers with thicknesses $$d$$ = 1.7 - 5.2 nm grown on Al$$_{2}$$O$$_{3}$$(111)/Si(111) structures. We revealed the crystallographic (octahedral $$O_{h}$$ or tetrahedral $$T_{d}$$) sites and the valences of the Fe, Co, and Ni cations using experimental soft X-ray absorption spectroscopy and X-ray magnetic circular dichroism spectra and configuration-interaction cluster-model calculation.

論文

Vaporlike phase of amorphous SiO$$_{2}$$ is not a prerequisite for the core/shell ion tracks or ion shaping

雨倉 宏*; Kluth, P.*; Mota-Santiago, P.*; Sahlberg, I.*; Jantunen, V.*; Leino, A. A.*; Vazquez, H.*; Nordlund, K.*; Djurabekova, F.*; 大久保 成彰; et al.

Physical Review Materials (Internet), 2(9), p.096001_1 - 096001_10, 2018/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:37.83(Materials Science, Multidisciplinary)

高速重イオンを非晶質SiO$$_{2}$$に照射すると、核に低密度物質、その周りの殻に高密度物質が誘起され、核/殻状のイオントラック損傷が形成されることが知られている。この核/殻状のイオントラック損傷の形成を説明するモデルとして、核部分に超高温の蒸気相が形成されることを仮定するモデルが提唱され、有力なモデルとされている。しかし、本研究での分子動力学計算の結果、イオン照射に伴うエネルギー伝達密度が低い(3keV/nm以下)条件では蒸気相は実現されない結果になるにもかかわらず、一方でそのような実験条件でも核/殻状のイオントラック損傷が形成されることが今回の実験で明らかになった。以上の解析のみならず、様々な補足実験や計算の結果、従来重要とされてきた蒸気相の形成は、照射影響(核/殻状のイオントラック損傷の形成等)を起こすための必須条件ではないことが明らかになった。

論文

Preferred site occupation of 3$$d$$ atoms in Ni$$_{x}$$Fe$$_{4-x}$$N (${it x}$ = 1 and 3) films revealed by X-ray absorption spectroscopy and magnetic circular dichroism

高田 郁弥*; 伊藤 啓太*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 高梨 弘毅*; 木村 昭夫*; 末益 崇*

Physical Review Materials (Internet), 2(2), p.024407_1 - 024407_5, 2018/02

 被引用回数:10 パーセンタイル:51.54(Materials Science, Multidisciplinary)

X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray magnetic circular dichroism measurements were performed at the Ni and Fe $$L_{2,3}$$ absorption edges for Ni$$_{x}$$Fe$$_{4-x}$$N (${it x}$ = 1 and 3) epitaxial films. Shoulders at approximately 2 eV above the Ni $$L_{2,3}$$ main peaks in the XAS spectrum of Ni$$_{3}$$FeN were interpreted to originate from hybridization of orbitals between Ni 3$$d$$ at face-centered (II) sites and N 2$$p$$ at body-centered sites, while such features were missing in NiFe$$_{3}$$N film. Similar shoulders were observed at Fe $$L_{2,3}$$ edges in both films. Hence, Ni atoms preferentially occupied corner (I) sites, where the hybridization was weak because of the relatively long distance between Ni at I sites and N atoms. The relatively large magnetic moment deduced from sum-rule analysis of NiFe$$_{3}$$N also showed a good agreement with the presence of Ni atoms at I sites.

論文

Quantum twin spectra in nanocrystalline silicon

松本 貴裕*; 大原 高志; 杉本 秀彦*; Bennington, S. M.*; 池田 進*

Physical Review Materials (Internet), 1(5), p.051601_1 - 051601_6, 2017/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:11.46(Materials Science, Multidisciplinary)

We identified twin split scattering spectra in hydrogen-terminated nanocrystalline silicon by using inelastic neutron scattering spectroscopy. A standard theoretical analysis based on the localized wave function of hydrogen in not sufficient to explain this duality. We show that this duality originates from the cooperative motion of hydrogen and silicon.

論文

Origin of tension-compression asymmetry in ultrafine-grained fcc metals

都留 智仁

Physical Review Materials (Internet), 1(3), p.033604_1 - 033604_5, 2017/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:11.46(Materials Science, Multidisciplinary)

結晶粒が1ミクロン以下の超微細粒(UFG)金属では、通常の粗大粒材料にはない特異な力学特性が発現することが知られている。筆者はこれまで、UFG金属で見られるHall-Petch関係を越える強化機構やBauschinger効果のメカニズムを原子シミュレーションを用いて検討してきた。本論文では、Alなどの一部の金属で微細粒化によって生じる引張/圧縮異方性について着目し、転位論による理論的なメカニズムの解明と原子シミュレーションによる検証を行った。その結果、降伏応力の大きな微細粒材料では引張り応力が積層欠陥エネルギーを大きく低下させることによって転位の拡張を促し、引張/圧縮異方性は粒界からの転位生成が引張りによって促進されることにより生じることを明らかにした。

論文

Lattice softening in body-centered-cubic lithium-magnesium alloys

Winter, I. S.*; 都留 智仁; Chrzan, D. C.*

Physical Review Materials (Internet), 1(3), p.033606_1 - 033606_9, 2017/08

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

体心立方-六方晶遷移が生じる組成のリチウム-マグネシウム合金の格子軟化現象を第一原理計算によって検討した。我々の計算から、このような組成のリチウム-マグネシウム合金は体心立方相が安定となる限界の組成に近づくにつれて$$C_{11}-C_{12}$$の弾性係数の軟化を示すとともに、$$Gamma$$点と$$N$$点の音響フォノンの分岐を生じることがわかった。また、このような格子軟化は転位芯領域の増加を引き起こす。以上の性質は合金の延性向上をもたらすアプローチの一つになると考えられるとともに、ゴムメタルの機械特性を示す重要な特性であることを明らかにした。

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