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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.
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.
C; Inelastic neutron scattering study玉造 博夢; 村上 洋一*; 倉本 義夫*; 佐賀山 基*; 松浦 直人*; 川北 至信; 松石 聡*; 鷲尾 康仁*; 井下 猛*; 浜田 典昭*; et al.
Physical Review B, 102(22), p.224406_1 - 224406_5, 2020/12
被引用回数：8 パーセンタイル：49.08(Materials Science, Multidisciplinary)Magnetic excitations in layered electride YC have been found by inelastic neutron scattering. We have observed weak but clear magnetic scattering around the wave number 
, but no magnetic order down to the lowest temperature measured (7 K). The imaginary part of the dynamical susceptibility deduced is well described by the Lorentz function of energy 
for each momentum 
. The width 
of the Lorentzian is proportional to 
with 
at 
K. We have also found that with increasing the magnetic form factor decays faster than that of a 
electron in a single Y atom, which indicates a more extended magnetic moment in YC. These results provide experimental evidence that the itinerant magnetism in YC originates from the anionic electrons that reside in the interlayers. The Curie-Weiss-like behavior of the magnetic susceptibility reported in YC is ascribed to the mode coupling effects of spin fluctuations.
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：7.76(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.
Cにおけるアニオン電子由来磁性玉造 博夢; 村上 洋一*; 倉本 義夫*; 佐賀山 基*; 松浦 直人*; 川北 至信; 松石 聡*; 鷲尾 康仁*; 井下 猛*; 浜田 典昭*; et al.
no journal, ,
アニオンとして振る舞う電子を内包する結晶はエレクトライドと呼ばれる。2次元エレクトライドYCは、アニオン的な電子が[YC]
レイヤー間で擬2次元電子ガスとして振る舞う層状化合物である。YCはこのアニオン電子に由来すると考えられる特異な磁性を示しており、これまでに理論・実験の両面から探査 されてきた。第一原理計算によって、YCの電子状態はferromagnetic instabilityに近いことが指摘された。一方で、実験的にはpoly試料に対する帯磁率測定の結果、磁気秩序は2Kまで観測されず、Curie-Weiss則に従うような温度依存性が観測 されるものの、Weiss温度は反強磁性を示唆する負の値となり、またその大きさもサンプルごとに大きく異なっている。本研究では、poly試料を用いた中性子非弾性散乱実験を行った。その結果、磁気秩序は先行研究と同様に観測されなかった一方で、波数Q=0 
周りに微弱ながらも明瞭な磁気励起を観測した。各波数における複素帯磁率の虚部のエネルギー依存性はローレンツ関数で表され、その線幅のQ依存性からYCはnearly ferromagnetであることが判明した。これらの結果から、YCにおけるCurie-Weiss的な帯磁率の温度依存性は、守谷理論に代表されるようなスピン揺らぎのモー ド結合効果によるものと考えられる。また磁気形状因子のQ依存性は、Yの4d電子のそれよりも減衰が早く、実空間で磁化密度は非局在化していることが判明した。この結果は、YCの磁性はYの4d電子に由来するものではなく、[YC]レイヤー間に存在するアニオン電子スピンに由来することを示唆している。
梶本 亮一; 古府 麻衣子; 河村 聖子; 鈴木 雄大*; 中島 正道*; 村井 直樹
no journal, ,
鉄系超伝導体のスピンダイナミクスは超伝導発現機構に重要な役割を果たすと考えられているが、その複雑な電子構造のため、実験的に得られた中性子散乱スペクトルの理解は容易ではない。本研究では、密度汎関数理論(DFT)から得られた有効模型を用いた理論解析を組み合わせることで、過去に行われた鉄系超伝導体の中性子散乱実験では見過ごされていた特徴的なスペクトル構造を報告する。主な結果は以下の2点である。(1)スピン揺らぎの3次元的変調構造122型と呼ばれる鉄系超伝導体を対象に非弾性中性子散乱実験を行い、磁気散乱強度の3次元的変調構造を観測した。モデル計算を用いることで、磁気散乱強度の変調周期はフェルミ面の面外方向のゆがみに対応することを示す。(2)中性子散乱スペクトルに現れるマルチギャップ性超伝導状態における鉄系超伝導体の磁気散乱スペクトルには、レゾナンスモードと呼ばれるピーク構造が現れる。我々はまず、鉄系超伝導体のようなマルチギャップ系においては、サイズの異なる複数の超伝導ギャップの存在を反映した複数のレゾナンスモードが生じ得ることをモデル計算を用いて示す。次に、高精度の中性子散乱実験を行うことで、理論的に予測される複数のレゾナンスモードが実際に観測可能であることを示す。本研究で得られた理論と実験の一致は、鉄系超伝導体の複雑なマルチバンド構造に対するプローブとしての中性子分光実験の有用性を示唆するものである。
