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論文

Hydration structures of barium ions; ${it Ab initio}$ molecular dynamics simulations using the SCAN meta-GGA density functional and EXAFS spectroscopy studies

山口 瑛子; 小林 恵太; 高橋 嘉夫*; 町田 昌彦; 奥村 雅彦

Chemical Physics Letters, 780, p.138945_1 - 138945_5, 2021/10

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

ラジウム(Ra)はウランやトリウムの放射壊変により生成する放射性元素であり、放射性廃棄物の処理や旧ウラン鉱山周辺の環境問題の解決において重要な元素であるが、安定同位体が存在しないといった取り扱いの難しさから、水和構造などの基本的な物理化学的性質さえも不明な点が多い。本研究では、周期律表上でRaより一周期小さいがRaと同族であり、イオンの価数や大きさが類似していることから、アナログ元素としてよく用いられるバリウムに着目し、その水和構造を第一原理分子動力学法のシミュレーションにより解明した。これまで研究が行われていない大きな系について、より水の計算に適している新しい汎関数を用いて第一原理計算を行うことでより高精度のシミュレーションを行い、X線吸収微細構造法の観測も行うことでシミュレーション結果の妥当性を確かめた。

論文

Martensitic transformation in CrCoNi medium-entropy alloy at cryogenic temperature

Naeem, M.*; Zhou, H.*; He, H.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Lan, S.*; Wu, Z.*; Zhu, Y.*; Wang, X.-L.*

Applied Physics Letters, 119(13), p.131901_1 - 131901_7, 2021/09

We investigated the in situ deformation behavior of the CrCoNi medium-entropy alloy at a cryogenic temperature of 140 K and compared it with deformation at room temperature. The sample exhibited higher strength and larger ductility at the cryogenic temperature. The CrCoNi alloy remained single-phase face-centered cubic at room temperature, while deformation at 140 K resulted in a martensitic transformation to the hexagonal close-packed structure. The phase transformation, an additional deformation mechanism to stacking faults, twinning, and dis- location slip, resulted in a higher work hardening at cryogenic temperature. The study addresses the structure metastability in the CrCoNi alloy, which led to the formation of epsilon-martensite from the intrinsic stacking faults.

論文

Understanding water-mediated DNA damage production by molecular dynamics calculation of solvent accessibility

米谷 佳晃*; 中川 洋

Chemical Physics Letters, 749, p.137441_1 - 137441_5, 2020/06

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

DNAのMDシミュレーションによりDNAの主鎖の水素原子の溶媒露出状態を計算した。計算された溶媒露出状態は、これまでの実験的研究で報告されているOHラジカルとの反応性と良い相関がみられた。これは、放射線に対する異なるDNAの反応性が、主にそれぞれの水素原子の溶媒露出状態の違いが原因であることを示している。過去に計算された溶媒露出表面積の計算と比較すると、今回の計算はわずかに良い結果をもたらしている。これは、静電相互作用とDNAの構造揺らぎのようなより現実の分子状態を反映した解析が重要であることを示唆する。

論文

Electric field effect on the magnetic domain wall creep velocity in Pt/Co/Pd structures with different Co thicknesses

小山 知弘*; 家田 淳一; 千葉 大地*

Applied Physics Letters, 116(9), p.092405_1 - 092405_5, 2020/03

AA2019-0550.pdf:0.91MB

 被引用回数:1 パーセンタイル:0(Physics, Applied)

The electric field (EF) modulation of magnetic domain wall (DW) creep velocity $$v$$ in Pt/Co/Pd structure with perpendicular magnetic anisotropy (MA) has been studied. The structures with different Co thickness $$t_mathrm{Co}$$ up to $$sim 1$$ nm are investigated. In all samples, applying a gate voltage induces a clear change in $$v$$. Thicker samples provide a higher $$v$$ modulation efficiency, and the $$v$$ modulation magnitude of more than a factor of 100 times is observed in the thickest $$t_mathrm{Co}$$ of 0.98 nm. The parameter characterizing the creep motion is significantly affected by the EF, resulting in the modulation of $$v$$. Unlike the $$v$$ case, the MA modulation efficiency decreases with increasing $$t_mathrm{Co}$$. The present results are discussed based on the EF-induced change in the interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction (iDMI), which has been recently demonstrated in the same structure, and $$t_mathrm{Co}$$ dependence of the DW energy. The $$t_mathrm{Co}$$ dependence of the $$v$$ modulation suggests that the EF effect on the iDMI is more important than the MA.

論文

Polaronic nature of a muonium-related paramagnetic center in SrTiO$$_3$$

伊藤 孝; 髭本 亘; 幸田 章宏*; 下村 浩一郎*

Applied Physics Letters, 115(19), p.192103_1 - 192103_4, 2019/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:43.29(Physics, Applied)

The hyperfine features and thermal stability of a muonium (Mu)-related paramagnetic center were investigated in the SrTiO$$_3$$ perovskite titanate via muon spin rotation spectroscopy. The hyperfine coupling tensor of the paramagnetic center was found to have prominent dipolar characteristics, indicating that the electron spin density is dominantly distributed on a Ti site to form a small polaron near an ionized Mu$$^+$$ donor. Based on a hydrogen-Mu analogy, interstitial hydrogen is also expected to form such a polaronic center in the dilute doping limit. The small activation energy of 30(3) meV found for the thermal dissociation of the Mu$$^+$$-polaron complex suggests that the strain energy required to distort the lattice is comparable to the electronic energy gained by localizing the electron.

論文

Quantum chemical calculations for the norbadione A complexes with Cs$$^+$$, K$$^+$$, and Na$$^+$$ in gas and aqueous phases

数納 広哉; 町田 昌彦

Chemical Physics Letters, 730, p.26 - 31, 2019/09

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

Cs$$^+$$を蓄積することで知られるキノコ中の色素分子であるノルバジオンA(NBA)のCs$$^+$$およびK$$^+$$, Na$$^+$$錯体に関する量子化学計算を行った。Otaらによる2段階数値計算手法を用いて水溶液中でのアルカリ金属カチオン錯体化選択性を調べた。この手法を中性および2重, 4重脱プロトンNBAに適用することにより、Cs$$^+$$選択性は高pHで、2重脱プロトンNBAが支配的となる場合にのみ現れることを確認し、これが実験結果と一致していることがわかった。これは当計算手法を用いた生体分子への最初の応用例であり、その選択性は特異性を示している。

論文

Angular momentum compensation manipulation to room temperature of the ferrimagnet Ho$$_{3-x}$$Dy$$_{x}$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ detected by the Barnett effect

今井 正樹; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 大沼 悠一*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 114(16), p.162402_1 - 162402_4, 2019/04

 被引用回数:11 パーセンタイル:77.53(Physics, Applied)

We demonstrate that the angular momentum compensation temperature $$T_{rm A}$$, at which the net angular momentum in the sample disappears, can be controlled in Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ by partially substituting Dy for Ho. The $$T_{rm A}$$ can be detected using the Barnett effect, by which mechanical rotation magnetizes an object due to spin-rotation coupling. We found that $$T_{rm A}$$ increases with the Dy content and clarified that the $$T_{rm A}$$ of Ho$$_{1.5}$$Dy$$_{1.5}$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ coincides with room temperature. The Barnett effect enables us to explore materials applicable to magnetic devices utilizing the angular momentum compensation only by rotating the powder sample at room temperature.

論文

Magnetomechanical sensing based on delta-E effect in Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ micro bridge

有沢 洋希*; 大門 俊介*; 追川 康之*; Seo, Y.-J.*; 針井 一哉; 大柳 洸一*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 114(12), p.122402_1 - 122402_5, 2019/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:22.92(Physics, Applied)

We have investigated magnetic field effects on mechanical vibration of a magnetic microbridge made of ferrimagnetic insulator Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ at room temperature. The mechanical resonance frequency of the bridge exhibits a steep change at the saturation magnetic field of the microbridge. The steep change was shown to originate from magnetoelastic coupling combined with shape magnetic anisotropy. The competition between shape magnetic anisotropy and the external magnetic field can drive a delta-E effect, the modulation of Young modulus via the magnetoelastic coupling, in a narrow field range, which results in the observed steep change in the mechanical property.

論文

Observation of gyromagnetic reversal

今井 正樹; 緒方 裕大*; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛*; 大沼 悠一*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 113(5), p.052402_1 - 052402_3, 2018/07

 被引用回数:12 パーセンタイル:69.15(Physics, Applied)

We report direct observation of gyromagnetic reversal, which is the sign change of gyromagnetic ratio in a ferrimagnet Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$, by using the Barnett effect measurement technique at low temperatures. The Barnett effect is a phenomenon in which magnetization is induced by mechanical rotation through the coupling between rotation and total angular momentum $$J$$ of electrons. The magnetization of Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ induced by mechanical rotation disappears at 135 K and 240 K. The temperatures correspond to the magnetization compensation temperature $$T_{rm M}$$ and the angular momentum compensation temperature $$T_{rm A}$$, respectively. Between $$T_{rm M}$$ and $$T_{rm A}$$, the magnetization flips over to be parallel against the angular momentum due to the sign change of gyromagnetic ratio. This study provides an unprecedented technique to explore the gyromagnetic properties.

論文

Nanoscale spatial analysis of clay minerals containing cesium by synchrotron radiation photoemission electron microscopy

吉越 章隆; 塩飽 秀啓; 小林 徹; 下山 巖; 松村 大樹; 辻 卓也; 西畑 保雄; 小暮 敏博*; 大河内 拓雄*; 保井 晃*; et al.

Applied Physics Letters, 112(2), p.021603_1 - 021603_5, 2018/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:16.24(Physics, Applied)

放射光光電子顕微鏡(SR-PEEM)を人工的にCs吸着したミクロンサイズの風化黒雲母微粒子のピンポイント分析に適用した。絶縁物にもかかわらず、チャージアップの影響無しに構成元素(Si, Al, Cs, Mg, Fe)の空間分布を観察できた。Csが粒子全体に分布することが分かった。Cs M$$_{4,5}$$吸収端近傍のピンポイントX線吸収分光(XAS)から、1価の陽イオン状態(Cs$$^{+}$$)であることがわかった。さらに、Fe L$$_{2,3}$$吸収端の測定から、Feの価数状態を決定した。我々の結果は、サンプルの伝導性に左右されること無く、SR-PEEMがさまざまな環境試料に対するピンポイント化学分析法として利用可能であることを示すものである。

論文

Effect of rattling motion without cage structure on lattice thermal conductivity in LaOBiS$$_{2-x}$$Se$$_x$$

Lee, C. H.*; 西田 篤弘*; 長谷川 巧*; 西当 弘隆*; 國岡 春乃*; 河村 聖子; 中村 充孝; 中島 健次; 水口 佳一*

Applied Physics Letters, 112(2), p.023903_1 - 023903_4, 2018/01

 被引用回数:20 パーセンタイル:82.58(Physics, Applied)

LaOBiS$$_{2-x}$$Se$$_x$$の低エネルギーフォノンを中性子非弾性散乱によって調べた。主にBi原子の振動に関連すると思われる分散のないフラットなフォノンが、比較的低いエネルギー$$E = 6 sim 6.7$$meVに観測された。このフォノンは、S原子よりも原子質量の大きいSeをドープし格子が膨張することによってソフト化する。同時に、Seドープにより格子熱伝導率が減少する。これらの結果は、LaOBiS$$_{2-x}$$Se$$_x$$が籠状構造を持たないにもかかわらず、Bi原子のラットリングが籠状化合物のラットリングのようにフォノンを散乱しうるということを示唆しており、それが熱電特性を向上させるのに寄与していると考えられる。

論文

Photo-oxidative doping in $$pi$$-conjugated zig-zag chain of carbon atoms with sulfur-functional group

池浦 広美*; 関口 哲弘

Applied Physics Letters, 111(23), p.231605_1 - 231605_4, 2017/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Applied)

-SCH$$_{3}$$側鎖をもつトランス-ポリアセチレン(PA)骨格の光酸化ドーピング過程を研究した。本分子系はジグザグ状のグラフェン-ナノリボン末端のヘテロ置換による材料機能化に関連している。硫黄K殻X線吸収端近傍構造(XANES)分光法を用い、S-CH$$_{3}$$と大気O$$_{2}$$との反応によりPA骨格に結合したS(O)CH$$_{3}$$や-SO$$_{3}$$$$^{-}$$など酸化生成物が選択的に生じることを示した。硫黄の酸化状態とXANESピーク位置との相関から、CH$$_{3}$$S$$^{delta+}$$ -PA$$^{delta-}$$の部分電荷分布を評価した。陽電荷的な硫黄原子は高い電気陰性度の酸素原子をより引き付け、更なる光酸化を促進すると期待できる。SO$$_{3}$$$$^{-}$$側鎖が生成していることから、明らかにPA骨格へのホールドーピングが起こっている。本結果はUV光照射を用いた原子レベルにおけるドーピング制御や空間選択ドーピングといった創製戦略を提供する。

論文

Design and control of interface reaction between Al-based dielectrics and AlGaN Layer in AlGaN/GaN metal-oxide-semiconductor structures

渡邉 健太*; 野崎 幹人*; 山田 高寛*; 中澤 敏志*; 按田 義治*; 石田 昌宏*; 上田 哲三*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; et al.

Applied Physics Letters, 111(4), p.042102_1 - 042102_5, 2017/07

 被引用回数:14 パーセンタイル:68.57(Physics, Applied)

GaNは絶縁破壊電界などSiC以上の優れた物性値を有するため、パワーデバイスへの応用が期待されている。また、AlGaN/GaN HFETは優れた高周波特性を示すが、ゲートリーク電流低減のためにMOSゲート構造の実現が望まれている。本研究では、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$及びAlONについて成膜時の基板温度を室温から300度の範囲で変化させ、放射光光電子分光法によるMOS界面構造評価及び、MOSキャパシタによる電気特性評価を行った。その結果、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$を300度で成膜した場合、成膜中にAlGaN表面の酸化及び後熱処理によるGa拡散が見られ、界面特性が劣化することがわかった。それに対しAlONは成膜温度に関わらず界面反応のほとんどない良好な熱的安定性を示し、また界面特性にも優れることがわかった。

論文

Fabrication and magnetic control of Y$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ cantilevers

Seo, Y.-J.*; 針井 一哉; 高橋 遼*; 中堂 博之; 大柳 洸一*; Qiu, Z.*; 小野 崇人*; 塩見 雄毅*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 110(13), p.132409_1 - 132409_4, 2017/03

 被引用回数:12 パーセンタイル:63.51(Physics, Applied)

フェリ磁性体であるY$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$を用いたサブミクロンカンチレバーを収束イオンビーム法によって作成し、その振動特性を磁場によって制御した。カンチレバーは縦横2つの振動モードを示し、それぞれのモードは外部磁場の印加によって共鳴周波数が減少、増大した。この結果は磁気力の磁場変化を取り扱った数値シミュレーションでよく再現された。周波数変化は数%に及ぶことから、磁場による高効率な振動制御が行われたと結論できる。

論文

Gyroscopic $$g$$ factor of rare earth metals

緒方 裕大; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 前川 禎通; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 110(7), p.072409_1 - 072409_4, 2017/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:60.64(Physics, Applied)

We develop the $$in$$ $$situ$$ magnetization measurement apparatus for observing the Barnett effect consisting of a fluxgate sensor, high speed rotor with frequencies of up to 1.5 kHz, and magnetic shield at room temperature. The effective magnetic field (Barnett field) in a sample arising from rotation magnetizes the sample and is proportional to the rotational frequency. The gyroscopic $$g$$ factor, $$g'$$, of rare earth metals, in particular, Gd, Tb and Dy were estimated to be 2.00$$pm$$0.08, 1.53$$pm$$0.17, and 1.15$$pm$$0.32, respectively, from the slopes of the rotation dependence of the Barnett field. This study provides a technique to determine the $$g'$$ factor even in samples where the spectroscopic method may not be available.

論文

Gamma radiation resistance of spin Seebeck devices

Yagmur, A.*; 内田 健一*; 井原 和紀*; 井岡 郁夫; 吉川 貴史*; 小野 円佳*; 遠藤 純一*; 柏木 王明*; 中島 哲也*; 桐原 明宏*; et al.

Applied Physics Letters, 109(24), p.243902_1 - 243902_4, 2016/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:12.91(Physics, Applied)

スピンゼーベック効果(SSE)に基づく熱電素子の$$gamma$$線抵抗性を調べるため、約3$$times$$10$$^{5}$$Gyの$$gamma$$線照射試験を実施した。SSE素子には、Pt/Ni$$_{0.2}$$Zn$$_{0.3}$$Fe$$_{2.5}$$O$$_{4}$$/GlassとPt/Bi$$_{0.1}$$Y$$_{2.9}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$/Gd$$_{3}$$Ga$$_{5}$$O$$_{12}$$を用いた。SSE素子の熱電特性,磁気特性、構造は、$$gamma$$線照射により影響されないことを確認した。この結果は、SSE素子が厳しい照射環境でさえ熱電素子として適用可能なことを示した。

論文

Spin-current-driven thermoelectric generation based on interfacial spin-orbit coupling

Yagmur, A.*; 軽部 修太郎*; 内田 健一*; 近藤 浩太*; 井口 亮*; 吉川 貴史*; 大谷 義近*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 108(24), p.242409_1 - 242409_4, 2016/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:31.74(Physics, Applied)

The longitudinal spin Seebeck effect (SSE) in Bi $$_{2}$$O$$_{3}$$/Cu/yttrium-iron-garnet (YIG) devices has been investigated. When an out-of-plane temperature gradient is applied to the Bi$$_{2}$$O$$_{3}$$/Cu/YIG device, a spin current is generated across the Cu/YIG interface via the SSE and then converted into electric voltage due to the spin$-orbit coupling at the Bi$_{2}$$O$$_{3}$$/Cu interface. The sign of the SSE voltage in the Bi$$_{2}$$O$$_{3}$$/Cu/YIG devices is opposite to that induced by the conventional inverse spin Hall effect in Pt/YIG devices. The SSE voltage in the Bi$$_{2}$$O$$_{3}$$/Cu/YIG devices disappears in the absence of the Bi$$_{2}$$O$$_{3}$$layer and its thermoelectric conversion efficiency is independent of the Cu thickness, indicating the important role of the Bi$$_{2}$$O$$_{3}$$/Cu interface. This result demonstrates that not only the bulk inverse spin Hall effect but also the spin-orbit coupling near the interface can be used for SSE-based thermoelectric generation.

論文

A Screened automated structural search with semiempirical methods

太田 幸宏; Ruiz-Barragan, S.*; 町田 昌彦; 志賀 基之

Chemical Physics Letters, 648, p.119 - 123, 2016/03

 被引用回数:3 パーセンタイル:14.34(Chemistry, Physical)

自動化学反応経路探索のソフトウエアGRRMと半経験的分子軌道計算法ソフトウエアMOPACのインターフェースツールの開発に成功した。このツールを使ってセルロースに対するイオンの吸着についてのテストを実施した所、計算効率は密度汎関数理論を用いたときより遥かに高速となり、複雑かつ巨大な分子に対する構造や反応経路の探索においては、極めて有効なツールとなることが分かった。

論文

On the hierarchical parallelization of ${{it ab initio}}$ simulations

Ruiz-Barragan, S.*; 石村 和也*; 志賀 基之

Chemical Physics Letters, 646, p.130 - 135, 2016/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:54.63(Chemistry, Physical)

第一原理シミュレーションを階層的に並列化した新しい計算コードPIMD-SMASHを開発した。これによって、数十分子程度の水クラスター系について、経路積分分子動力学シミュレーションを効率的に実施できることを示した。また、開発されたコードを利用して、第一原理ストリング法によりシクロペンタジエンとブテノールのディールス・アルダー反応を調べた。その結果、水の水素結合によって反応のエネルギー障壁が下がることが見出され、この反応が水溶液中で加速するメカニズムを説明した。

論文

Dynamics of spallation during femtosecond laser ablation studied by time-resolved reflectivity with double pump pulses

熊田 高之; 乙部 智仁; 錦野 将元; 長谷川 登; 林 照剛*

Applied Physics Letters, 108(1), p.011102_1 - 011102_4, 2016/01

AA2015-0725.pdf:1.07MB

 被引用回数:11 パーセンタイル:56.66(Physics, Applied)

ダブルパルスを用いた時間分解反射率測定法により、フェムト秒レーザーアブレーションにおける非熱効果によって膜状に試料が剥離するダイナミクスを調べた。アブレーション閾値以上のポンプ光照射後、剥離膜と母体試料表面におけるプローブ光反射波の干渉による振動が現れる。その振幅は、第1ポンプ光の直後に第2ポンプ光を照射すると増大するが、両光の時間間隔とともに減少し、20ps以上では消滅した。この結果は、第1ポンプ光直後の第2光が膜剥離前の母体試料表面を励起するのに対して、20ps以上離れた第2光は既に剥離した膜を励起したものと考えられる。剥離膜は試料母体との機械的接触を持たないために、膜に付与されたエネルギーは試料母体に散逸することなく、膜表面から激しい蒸発を促し、膜自体を破壊したのであろう。本結果から決定される膜剥離時間は10ps程度と決定され、この値は膜厚と音速によって決定される構造緩和時間20psと実験結果と近い値となることが見出された。

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