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中山 梓介; 岩本 修; 木村 敦
EPJ Web of Conferences, 294, p.07001_1 - 07001_6, 2024/04
溶融塩炉などの革新型原子炉の減速材として黒鉛の利用が考えられている。減速材による熱中性子の散乱は炉心設計に大きな影響を与える。革新型原子炉の開発に貢献するため、原子炉級黒鉛の熱中性子散乱則の評価を行った。格子振動に起因する非弾性散乱成分は、第一原理シミュレーションから求めたフォノン状態密度に基づいて評価した。シミュレーションは理想的な結晶黒鉛に対して行った。結晶構造に起因する干渉性弾性散乱成分は、J-PARC/MLF施設で実施された中性子透過実験および散乱実験に基づいて評価した。中性子透過実験との比較においては、空孔などの結晶よりも大きな構造に起因する中性子小角散乱の定量が重要であることがわかった。以上の方法に基づいて、原子炉級黒鉛の熱中性子散乱則データを評価した。
-MgAgSbLi, J.*; Li, X.*; Zhang, Y.*; Zhu, J.*; Zhao, E.*; 古府 麻衣子; 中島 健次; Avdeev, M.*; Liu, P.-F.*; Sui, J.*; et al.
Applied Physics Reviews (Internet), 11(1), p.011406_1 - 011406_8, 2024/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Physics, Applied)The desire for intrinsically low lattice thermal conductivity (
) in thermoelectrics motivates numerous efforts on understanding the microscopic mechanisms of heat transport in solids. Here, based on theoretical calculations, we demonstrate that -MgAgSb hosts low-energy localized phonon bands and avoided crossing of the rattler modes, which coincides with the inelastic neutron scattering result. Using the two-channel lattice dynamical approach, we find, besides the conventional contribution (
70% at 300 K) from particlelike phonons propagating, the coherence contribution dominated by the wavelike tunneling of phonons accounts for 30% of total at 300 K. By considering dual contributions, our calculated room-temperature of 0.64 Wm
K well agrees with the experimental value of 0.63 WmK. More importantly, our computations give a nonstandard 
dependence, perfectly explaining the abnormal temperature-trend of 
in experiment for -MgAgSb. By molecular dynamics simulation, we reveal that the structure simultaneously has soft crystalline sublattices with the metavalent bonding and fluctuating liquid-like sublattices with thermally induced large amplitude vibrations. These diverse forms of chemical bonding arouse mixed part-crystal part-liquid state, scatter strongly heat-carrying phonons, and finally produce extremely low . The fundamental research from this study will accelerate the design of ultralow- materials for energy-conversion applications.
篠原 佑也*; 岩下 拓哉*; 中西 真大*; Osti, N. C.*; 古府 麻衣子; 楡井 真実; Dmowski, W.*; 江上 毅*
Journal of Physical Chemistry B, 128(6), p.1544 - 1549, 2024/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.01(Chemistry, Physical)Improving the proton transport in polymer electrolytes impacts the performance of next-generation solid-state batteries. However, little is known about proton conductivity in nonaqueous systems due to the lack of an appropriate level of fundamental understanding. Here, we studied the proton transport in small molecules with dynamic hydrogen bonding, 1,2,3-triazole, as a model system of proton hopping in a nonaqueous environment using incoherent quasi-elastic neutron scattering. By using the jump-diffusion model, we identified the elementary jump-diffusion motion of protons at a much shorter length scale than those by nuclear magnetic resonance and impedance spectroscopy for the estimated long-range diffusion. In addition, a spatially restricted diffusive motion was observed, indicating that proton motion in 1,2,3-triazole is complex with various local correlated dynamics. These correlated dynamics will be important in elucidating the nature of the proton dynamics in nonaqueous systems.
古府 麻衣子; 河村 聖子; 村井 直樹; 石井 梨恵子*; 平井 大悟郎*; 有馬 寛*; 舟越 賢一*
Physical Review Research (Internet), 6(1), p.013006_1 - 013006_9, 2024/01
We revisited spin dynamics in archetypical classical spin glass systems, such as Cu
Mn
(
, 0.034, and 0.067) dilute alloys and iron aluminosilicate glass using a modern neutron scattering spectrometer with high neutron flux. The former is crystalline, and the latter is amorphous, where their spin glass state is well separated from magnetically ordered phases. Bose-scaled localized magnetic excitations were observed in both compounds below the spin-freezing temperature (
). The spectrum exhibits a maximum at low energy and a broad tail on the high-energy side. The excitation energy tends to be higher for the material with a higher . Above the , the spectrum considerably changes with temperature, thereby indicating the emergence of the magnetic relaxation process. The magnetic excitation in the spin glass state has much in common with the boson peak in structural glasses. We consider that the Bose-scaled broad excitation peak is an elementary excitation inherent in disordered systems.
稲村 泰弘
JAEA-Testing 2023-002, 80 Pages, 2023/12
JAEA-Testing-2023-002.pdf:2.43MB
空蝉とは、J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)において実施される中性子散乱実験にて得られたデータ処理に使用されるソフトウェア群の一つである。MLFの多くの装置(ビームライン)では、測定されたデータから条件に応じて抽出し、強度の規格化、装置機器依存の強度補正、単位変換などを行い、物理量へと変換し可視化する必要がある。空蝉はこの一連の処理を効率的に行うために開発されたソフトウェア群である。空蝉は主にデータの抽出機能(ヒストグラム化)や各種補正機能、それらを効率よく実行するためのグラフィカルインターフェースを持つソフトウェア、さらには処理されたデータを可視化するプロッタアプリケーションなどから構成されている。既にMLFの多数の装置において解析作業の要として動作している。本書は、MLFの中性子散乱装置を運用する装置担当者やユーザーが空蝉を利用したデータ処理を自分自身の計算機環境にて実施する際に、その環境構築やインストール作業を容易に実施できるよう、オペレーションシステムごとに具体的な手順を記述したマニュアルである。なお、WindowsやmacOSといった一般向けオペレーションシステムであれば、通常のアプリケーションを扱う程度の知識があれば本書を利用してインストールが可能である。
多田 健一
Proceedings of 12th International Conference on Nuclear Criticality Safety (ICNC2023) (Internet), 8 Pages, 2023/10
熱中性子散乱則データのエネルギー点数は、連続エネルギーモンテカルロ計算コードの断面ファイルのデータサイズに大きく影響する。エネルギー点数の最適化は、断面ファイルのデータサイズを削減するための効果的な手法の一つである。本研究では、エネルギー点数の最適化のため、熱中性子散乱断面積の線形化機能を開発し、核データ処理コードFRENDYに実装した。線形化手法として、共鳴再構成とドップラー広がりで使用される線形化手法を用いた。エネルギー点数の違いが中性子輸送計算に与える影響を推測するため、ZrHを減速材として用いた臨界実験ベンチマークを計算した。計算結果から、熱中性子断面積の線形化が中性子輸送計算の計算精度が改善することが分かった。
川口 真穂*; 柴 茂樹*; 岩橋 大希*; 大川 剛*; 郡司 智; 井澤 一彦; 須山 賢也
Proceedings of 12th International Conference on Nuclear Criticality Safety (ICNC2023) (Internet), 8 Pages, 2023/10
原子力規制委員会は、2014年から日本原子力研究開発機構(JAEA)と共同で、福島第一原子力発電所事故で発生した燃料デブリの臨界性を評価するための実験的アプローチに取り組んでいる。その一環として、擬似燃料デブリの特性を評価する臨界実験を実施するため、原子力機構は臨界実験装置STACY(STAtic experiment Critical facilitY)を改良した。予備解析として、提案した炉心配置パターンについて、主要な核データライブラリを用いて臨界特性を検証した。3次元連続エネルギーモンテカルロ中性子・光子輸送コードSERPENT-V2.2.0と最新のJENDL-5を用いた。その結果、STACY更新炉の炉心配置パターン全てにおいてJENDL-5による中性子増倍率は、他のライブラリを使用した結果と比較して大きく評価された。また、JENDL-5の
H散乱反応及び
U核分裂反応断面積の感度係数は他のライブラリとは異なっていた。これらのライブラリとの比較から、JENDL-5の更新されたS(, 
)は、STACY更新炉の臨界特性の評価結果に影響を与える可能性があることがわかった。
RhSi社本 真一; 山内 宏樹; 飯田 一樹*; 池内 和彦*; Hall, A. E.*; Chen, Y.-S.*; Lee, M. K.*; Balakrishnan, G.*; Chang, L.-J.*
Communications Physics (Internet), 6, p.248_1 - 248_6, 2023/09
被引用回数：1 パーセンタイル：0(Physics, Multidisciplinary)MnRhSi単結晶の中性子散乱測定により、局所スピン相関秩序がらせん構造を持つことがわかった。磁気クラスター形成の起源の可能性を、リフシッツ不変量とグリフィス相の観点から議論し、Co
ZnMn
の室温スキルミオン相とMnの非フェルミ液体挙動と比較した。
solution in the gigapascal pressure range山口 敏男*; 福山 菜美*; 吉田 亨次*; 片山 芳則*; 町田 真一*; 服部 高典
Liquids, 3(3), p.288 - 302, 2023/09
圧力0.1MPaから4GPa、温度300Kから500Kにおける2mol/kg MgCl水溶液の構造をX線と中性子散乱測定によって明らかにした。この散乱データを経験的ポテンシャル構造精密化(EPSR)モデリングにより解析し、圧力と温度の関数としてペア分布関数、配位数分布、角度分布、空間密度関数を導出した。Mg
は第3殻まで広がったリジッドな溶媒和殻を形成している。つまり、0GPaで約6個の水分子を含む6配位八面体の第1溶媒和殻は、ギガパスカルの圧力領域では、近接イオン対を形成し、約5個の水分子と1個のCl
となる。また、Clの溶媒和も、圧力によって大きく変わる。つまり、Clイオンまわりの水分子の配位数は、0.1MPa/300Kでの8から、4GPa/500Kでの10に増加する。また溶媒(水)も、0.1MPa/300Kでの四面体ネットワーク構造から、ギガパスカルの圧力領域では、密に詰まった構造へと変化する。このとき、中心水分子1個まわりの隣接酸素原子数は、0.1MPa/298Kでの4.6個から4GPa/500Kでの8.4個へと徐々に増加する。
SnSeRen, Q.*; Gupta, M. K.*; Jin, M.*; Ding, J.*; Wu, J.*; Chen, Z.*; Lin, S.*; Fabelo, O.*; Rodriguez-Velamazan, J. A.*; 古府 麻衣子; et al.
Nature Materials, 22, p.999 - 1006, 2023/05
被引用回数：21 パーセンタイル：99.22(Chemistry, Physical)Ultralow thermal conductivity and fast ionic diffusion endow superionic materials with excellent performance both as thermoelectric converters and as solid-state electrolytes. Yet the correlation and interdependence between these two features remain unclear owing to a limited understanding of their complex atomic dynamics. Here we investigate ionic diffusion and lattice dynamics in argyrodite AgSnSe using synchrotron X-ray and neutron scattering techniques along with machine-learned molecular dynamics. We identify a critical interplay of the vibrational dynamics of mobile Ag and a host framework that controls the overdamping of low-energy Ag-dominated phonons into a quasi-elastic response, enabling superionicity. Concomitantly, the persistence of long-wavelength transverse acoustic phonons across the superionic transition challenges a proposed 'liquid-like thermal conduction' picture. Rather, a striking thermal broadening of low-energy phonons, starting even below 50 K, reveals extreme phonon anharmonicity and weak bonding as underlying features of the potential energy surface responsible for the ultralow thermal conductivity (
0.5 WmK) and fast diffusion. Our results provide fundamental insights into the complex atomic dynamics in superionic materials for energy conversion and storage.
Micheau, C.; 上田 祐生; 阿久津 和宏*; Bourgeois, D.*; 元川 竜平
Solvent Extraction and Ion Exchange, 41(2), p.221 - 240, 2023/02
被引用回数：1 パーセンタイル：51.1(Chemistry, Multidisciplinary)Malonamide derivatives, which are among the most extensively investigated extractants in solvent extraction of lanthanoids, actinides, and platinum group metal ions, were deuterated by using Pd/C and Rh/C catalysts with a D
O/2-propanol mixture. This method enables to replace the hydrogen atoms by deuterium atoms in the malonamide chemical structure with a controllable deuteration rate. The maximum rate reaches 75 percent approximately, determined by nuclear magnetic resonance (NMR) and electrospray ionization mass spectrometry. In addition, it has been demonstrated that extraction behavior of the malonamide molecules remains unchanged after the deuteration procedure. Deuterated malonamides should be a powerful tool for fundamental researches on solvent extraction systems, in particular, for structural analysis of the organic phases. The large difference in the neutron scattering cross-section between hydrogen and deuterium leads to a large difference in neutron scattering length density of the malonamide derivatives before and after the deuteration reaction. Therefore, using deuterated malonamides in small-angle neutron scattering and neutron reflectivity studies could give access to the nanoscopic structure of the specific solute species in the bulk organic phase and at the liquid-liquid interface, respectively. This deuteration method could become a general one and be extended to a wide variety of extractant molecules. In this way this work contributes to the development of the fundamental researches in solvent extraction systems.
BaCo(PO
)Sheng, J.*; Wang, L.*; Candini, A.*; Jiang, W.*; Huang, L.*; Xi, B.*; Zhao, J.*; Ge, H.*; Zhao, N.*; Fu, Y.*; et al.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 119(51), p.e2211193119_1 - e2211193119_9, 2022/12
被引用回数：3 パーセンタイル：28(Multidisciplinary Sciences)Although considerable progress has been made in the theoretical understanding of the low-dimensional frustrated quantum magnets, experimental realizations of a well-established scaling analysis are still scarce. This is particularly true for the two-dimensional antiferromagnetic triangular lattices. Owing to the small exchange strength, the newly discovered compound NaBaCo(PO) provides a rare opportunity for clarifying the quantum criticality in an ideal triangular lattice with quantum spin S=1/2. In addition to the establishment of the complete phase diagrams, the spin Hamiltonian with a negligible interplane interaction has been determined through the spin wave dispersion in the polarized state, which is consistent with the observation of a two-dimensional quantum critical point with the Bose-Einstein condensation of diluted free bosons.
飯田 一樹*; 樹神 克明; 稲村 泰弘; 中村 充孝; Chang, L.-J.*; 社本 真一
Scientific Reports (Internet), 12, p.20663_1 - 20663_7, 2022/12
被引用回数：1 パーセンタイル：28(Multidisciplinary Sciences)イルメナイトFeTiO粉末サンプルのスピン励起を、飛行時間非弾性中性子散乱によって測定し、動的磁気ペア密度関数
を、動的磁気構造因子
からフーリエ変換によって初めて得ることに成功した。
目時 直人
波紋, 32(4), p.173 - 176, 2022/11
Nd化合物の核スピン分極と超微細分裂を中性子散乱によって研究した。核スピン偏極の寄与と磁気散乱の干渉による反強磁性ブラッグ強度の温度変化から、磁気モーメントを決定する方法について述べる。
山口 敏男*; 吉田 亨次*; 町田 真一*; 服部 高典
Journal of Molecular Liquids, 365, p.120181_1 - 120181_10, 2022/11
被引用回数：1 パーセンタイル：16.81(Chemistry, Physical)3mol/kg NaCl重水溶液を0.1MPa/298K, 1GPa/298K, 1GPa/523K, 4GPa/523Kの温度圧力条件において中性子散乱測定した。また、得られたデータにEmpirical potential structure refinement法を適用し、対相関関数,配位数分布,角度分布(配向相関),空間密度関数(3次元構造)を抽出した。それらの結果から、イオンの溶媒和と会合、溶媒水構造の圧力と温度依存性を議論した。
O左右田 稔*; 古府 麻衣子; 河村 聖子; 浅井 晋一郎*; 益田 隆嗣*; 吉沢 英樹*; 古川 はづき*
Journal of the Physical Society of Japan, 91(9), p.094707_1 - 094707_5, 2022/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Multidisciplinary)The magnetic diffuse and the quasi-elastic scatterings of YBaCoO on alternating kagome and triangular lattices have been studied through neutron scattering measurement. In the wide temperature region, the quasi-elastic scattering is observed, and forms the hexagon shape by connecting the magnetic superlattice points. The quasi-elastic scattering has the strongest intensity and the sharp profile around the magnetic transition temperature. From the temperature dependence of the quasi-elastic scattering, the existence of the Z vortex transition is expected in YBaCoO.
Chen, L.*; Mao, C.*; Chung, J.-H.*; Stone, M. B.*; Kolesnikov, A. I.*; Wang, X.*; 村井 直樹; Gao, B.*; Delaire, O.*; Dai, P.*
Nature Communications (Internet), 13, p.4037_1 - 4037_7, 2022/07
被引用回数：8 パーセンタイル：53.42(Multidisciplinary Sciences)Spin and lattice are two fundamental degrees of freedom in a solid, and their fluctuations about the equilibrium values in a magnetic ordered crystalline lattice form quasiparticles termed magnons (spin waves) and phonons (lattice waves), respectively. In most materials with strong spin-lattice coupling (SLC), the interaction of spin and lattice induces energy gaps in the spin wave dispersion at the nominal intersections of magnon and phonon modes. Here we use neutron scattering to show that in the two-dimensional (2D) van der Waals honeycomb lattice ferromagnetic CrGeTe, spin waves propagating within the 2D plane exhibit an anomalous dispersion, damping, and breakdown of quasiparticle conservation, while magnons along the c axis behave as expected for a local moment ferromagnet. These results indicate the presence of dynamical SLC arising from the zero-temperature quantum fluctuations in CrGeTe, suggesting that the observed in-plane spin waves are mixed spin and lattice quasiparticles fundamentally different from pure magnons and phonons.
-dependent collective relaxation dynamics of glass-forming liquid Ca
K
(NO)
investigated by wide-angle neutron spin-echoLuo, P.*; Zhai, Y.*; Falus, P.*; Garc
a Sakai, V.*; Hartl, M.*; 古府 麻衣子; 中島 健次; Faraone, A.*; Z, Y.*
Nature Communications (Internet), 13, p.2092_1 - 2092_9, 2022/04
被引用回数：3 パーセンタイル：58.88(Multidisciplinary Sciences)The relaxation behavior of glass formers exhibits spatial heterogeneity and dramatically changes upon cooling towards the glass transition. However, the underlying mechanisms of the dynamics at different microscopic length scales are not fully understood. We measured the -dependent coherent intermediate scattering function of a prototypical ionic glass former CaK(NO), in the highly viscous liquid state. In contrast to the structure modulated dynamics for 2.4 
, i.e., at and below the structure factor main peak, for 
2.4 , beyond the first minimum above the structure factor main peak, the stretching exponent exhibits no temperature dependence and concomitantly the relaxation time shows smaller deviations from Arrhenius behavior. This finding indicates a change in the dominant relaxation mechanisms around a characteristic length of 2.6 AA, below which the relaxation process exhibits a temperature independent distribution and more Arrhenius-like behavior.
-type PbSRathore, E.*; Juneja, R.*; Sarkar, D.*; Roychowdhury, S.*; 古府 麻衣子; 中島 健次; Singh, A. K.*; Biswas, K.*
Materials Today Energy (Internet), 24, p.100953_1 - 100953_9, 2022/03
被引用回数：14 パーセンタイル：85.62(Chemistry, Physical)We demonstrate a high thermoelectric figure of merit (zT) of 1.45 at 900 K for Ge doped (4-10 mol%) -type PbS, which is the one of the highest values among all -type PbS-based thermoelectric materials. This high performance is achieved by simultaneous (a) enhancement of covalency in chemical bonding which increases the electrical conductivity, and (b) reduction of lattice thermal conductivity to an ultra-low value of 0.56 W mK at 900 K by the introduction of nanometer-sized (5-10 nm) precipitates of PbGeS in PbS matrix which strongly scatter the heat-carrying phonons. The presence of low-lying transverse acoustic (TA) and longitudinal acoustic (LA) phonon modes at 48.24 cm and 91.83 cm, respectively are experimentally revealed from inelastic neutron scattering (INS) experiments. The softening of low-frequency modes at a higher temperature and ultra-short phonon lifetime (1-4.5 ps) further explain the ultra-low thermal conductivity.
元川 竜平; 金子 耕士; 大場 洋次郎; 永井 崇之; 岡本 芳浩; 小林 大志*; 熊田 高之; Heller, W. T.*
Journal of Non-Crystalline Solids, 578, p.121352_1 - 121352_7, 2022/02
被引用回数：3 パーセンタイル：22.84(Materials Science, Ceramics)We investigated the nanoscopic structure of borosilicate glasses as a host for high-level radioactive liquid waste (HLLW) in the presence of the additives NaO and CaO/ZnO with and without LiO. These additives have been practically used to lower the glass melting point, suppress the macroscopic phase separation, and increase the chemical durability of glasses. Small-angle neutron scattering was used to elucidate the effect of the additives on the nanoscopic structure along with macro- and atomic-scale observations obtained using neutron imaging and X-ray diffraction, respectively. The borosilicate glass formed a microphase-separated structure of SiO- and BO-rich domains approximately 100 nm in size in the absence of NaO, even in a structure homogeneous on a millimeter scale, and the domain spacing decreased with increasing NaO content rate. The CaO/ZnO additives induced inhomogeneities, such as void structures several nanometers in size, although the inhomogeneity was suppressed by the coaddition of LiO. These results provide insights into the performance of host glasses for HLLW vitrification; incorporating HLLW into glasses is likely to cause changes in the nanoscopic structure of host glasses similar to those revealed here.
