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Experimental evidence for the significance of optical phonons in thermal transport of tin monosulfide

Wu, P.*; 村井 直樹; Li, T.*; 梶本 亮一; 中村 充孝; 古府 麻衣子; 中島 健次; Xia, K.*; Peng, K.*; Zhang, Y.*; et al.

New Journal of Physics (Internet), 25(1), p.013032_1 - 013032_11, 2023/01

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

The understanding of the lattice dynamics is essential for engineering the thermal transport properties in quantum materials. Based on the canonical point of view, acoustic phonons are believed to be the principal thermal carriers in heat flow. Here, in this work, optical phonons are elucidated to play a pivotal role in determining the lattice thermal conductivity in thermoelectric material SnS by using the state-of-the-art inelastic neutron scattering technique combined with first-principles calculations. Additionally, in contrast to acoustic phonons, optical phonons are observed to exhibit pronounced softening and broadening with temperature. Our observations not only shed light on the significance of the optical phonons in thermal transport but also provide a vital clue to suppress the propagation of optical phonons to optimize the thermoelectric performance of SnS.


Measurement of neutron scattering cross section of nano-diamond with particle diameter of approximately 5 nm in energy range of 0.2 meV to 100 meV

勅使河原 誠; 土川 雄介*; 市川 豪*; 高田 慎一; 三島 賢二*; 原田 正英; 大井 元貴; 河村 幸彦*; 甲斐 哲也; 河村 聖子; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 929, p.113 - 120, 2019/06

 被引用回数:15 パーセンタイル:87.81(Instruments & Instrumentation)

ナノダイアモンドは、冷中性子以下のエネルギーにおける反射材として注目されている。ナノダイアモンドを用いた中性子源の高度化には、断面積データの整備が必要である。そのため、この論文では、中性子の透過率の測定から0.2meVから100meVの範囲で全断面積を測定した結果を報告する。測定した全断面積は、エネルギーが低くなるにつれて大きくなり、グラファイトと比較すると0.2meVで約2桁以上高くなることが分かった。その全断面積に占める非弾性散乱の寄与を調べるため、中性子のエネルギー1.2, 1.5, 1.9及び5.9meVで中性子非弾性散乱実験を行った。その結果、測定したエネルギーにおいて、全断面積に占める非弾性散乱の寄与がほぼ無視できることも分かった。さらに、中性子小角散乱実験の結果から、全断面積の高くなる要因として、前方方向、いわゆる小角方向への散乱の寄与が高いことが示された。


Localized 5$$f^2$$ states in UPd$$_5$$Al$$_2$$ and valence crossover in the Vicinity of Heavy-Fermion superconductivity

目時 直人; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 松田 雅昌*

Journal of the Physical Society of Japan, 87(11), p.114712_1 - 114712_9, 2018/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:30.28(Physics, Multidisciplinary)



$$f$$-electron states in PrPd$$_5$$Al$$_2$$

目時 直人; 山内 宏樹; 鈴木 博之*; 北澤 英明*; 萩原 雅人*; 益田 隆嗣*; Aczel, A. A.*; Chi, S.*; Hong, T.*; 松田 雅昌*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 87(9), p.094704_1 - 094704_8, 2018/09

 被引用回数:6 パーセンタイル:47.83(Physics, Multidisciplinary)



Neutron inelastic scattering study of the $$f$$-electron states in NdPd$$_5$$Al$$_2$$

目時 直人; 山内 宏樹; 鈴木 博之*; 北澤 英明*; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; 梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘

Journal of the Physical Society of Japan, 87(8), p.084708_1 - 084708_7, 2018/08

 被引用回数:6 パーセンタイル:47.83(Physics, Multidisciplinary)

$$f$$電子化合物NdPd$$_5$$Al$$_2$$の中性子散乱による研究を行った。0K, 35.4K, 88.3K, 101.5K, and 198.8Kの結晶場レベルを励起スペクトルから明らかにした。$$Gamma_6$$基底状態は主として$$J_z=pm9/2$$の軌道によって構成され、これが大きな負の$$B_{20}=-1.4$$Kと一軸異方性を生じる。結晶場から計算された磁気モーメント, 帯磁率, 磁化曲線, 比熱は実験をよく説明する。CePd$$_5$$Al$$_2$$やPrPd$$_5$$Al$$_2$$と共通した電荷分布の存在は同じ構造を持つアクチノイド化合物においても局在的な性質が重要で、UPd$$_5$$Al$$_2$$の局在5$$f$$電子状態やNpPd$$_5$$Al$$_2$$の重い電子系超伝導にその価数の不安定性が重要な役割をすることを示している。


Experimental investigation of the glass transition of polystyrene thin films in a broad frequency range

井上 倫太郎*; 金谷 利治*; 山田 武*; 柴田 薫; 深尾 浩次*

Physical Review E, 97(1), p.012501_1 - 012501_6, 2018/01

 被引用回数:9 パーセンタイル:64.35(Physics, Fluids & Plasmas)

本研究では、非弾性中性子散乱(INS),誘電緩和分光法(DRS),熱膨張分光法(TES)を用いたポリスチレン薄膜の$$alpha$$過程を調べた。DRSおよびTES測定は、フィルムの厚さとともにガラス転移温度($$T_{rm g}$$)の低下を示した。一方、INS測定ではTgの上昇が認められた。この矛盾を解明するために、我々は、DRSとTESによって測定された$$alpha$$過程のピーク周波数($$f_{rm m}$$)の温度依存性を調べた。実験では、測定周波数領域で膜厚が減少するにつれてピーク周波数($$f_{rm m}$$)が増加することが明らかになった。この測定結果は、膜厚に伴う観察されたTgの減少と一致する。INSとDRSまたTESとの間の$$alpha$$過程の説明の相違は、不透明な壁効果のために、膜厚および移動度の低下による見掛けの活性化エネルギーの低下に起因すると考えられる。


Polar rotor scattering as atomic-level origin of low mobility and thermal conductivity of perovskite CH$$_{3}$$NH$$_{3}$$PbI$$_{3}$$

Li, B.; 川北 至信; Liu, Y.*; Wang, M.*; 松浦 直人*; 柴田 薫; 河村 聖子; 山田 武*; Lin, S.*; 中島 健次; et al.

Nature Communications (Internet), 8, p.16086_1 - 16086_9, 2017/06

 被引用回数:79 パーセンタイル:92.08(Multidisciplinary Sciences)

Perovskite CH$$_{3}$$NH$$_{3}$$PbI$$_{3}$$ exhibits outstanding photovoltaic performances, but the understanding of the atomic motions remains inadequate even though they take a fundamental role in transport properties. Here, we present a complete atomic dynamic picture consisting of molecular jumping rotational modes and phonons, which is established by carrying out high-resolution time-of-flight quasi-elastic and inelastic neutron scattering measurements in a wide energy window ranging from 0.0036 to 54 meV on a large single crystal sample, respectively. The ultrafast orientational disorder of molecular dipoles, activated at approximately 165 K, acts as an additional scattering source for optical phonons as well as for charge carriers. It is revealed that acoustic phonons dominate the thermal transport, rather than optical phonons due to sub-picosecond lifetimes. These microscopic insights provide a solid standing point, on which perovskite solar cells can be understood more accurately and their performances are perhaps further optimized.


Impurity effects in the microscopic elastic properties of polycrystalline Mg-Zn-Y alloys with a synchronised long-period stacking ordered phase

細川 伸也*; 木村 耕治*; 山崎 倫昭*; 河村 能人*; 吉田 亨次*; 乾 雅祝*; 筒井 智嗣*; Baron, A. Q. R.*; 川北 至信; 伊藤 晋一*

Journal of Alloys and Compounds, 695, p.426 - 432, 2017/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:17.39(Chemistry, Physical)

Inelastic X-ray scattering (IXS) was performed on polycrystalline Mg$$_{97}$$Zn$$_1$$Y$$_2$$ and Mg$$_{85}$$Zn$$_6$$Y$$_9$$ alloys with synchronized long-period stacking ordered (LPSO) phase for investigating the impurity effects in the microscopic elastic properties. Inelastic neutron scattering (INS) was also carried out on the former alloy. LA modes were clearly observed in the IXS spectra of both the LPSO alloys, while TA modes can mainly be detected in the second Brillouin zone. Broader inelastic signals and larger quasielastic peaks are characteristic due to the phonon scattering by the Zn/Y impurities. Only the TA excitation energies increase by adding the impurities, which indicates a harder stiffness of the bond angles relating to the L1$$_2$$-type clusters in the LPSO alloys. New dispersion-less excitation modes are observed at about 10 meV by adding the Zn/Y impurities. By comparing with the INS data, the contributions of the impurities to these excitations are discussed using differences in the scattering cross-sections between neutrons and X-rays.


Inelastic neutron scattering study on low-energy excitations of the heavy-fermion superconductor PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$

桑原 慶太郎*; 岩佐 和晃*; 神木 正史*; 金子 耕士; 目時 直人; Raymond, S.*; M$'e$asson, M.-A.*; Flouquet, J.*; 菅原 仁*; 青木 勇二*; et al.

Physica B; Condensed Matter, 385-386(Part 1), p.82 - 84, 2006/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:18.09(Physics, Condensed Matter)



Direct observation of quadrupolar excitons in the heavy-fermion superconductor PrOs$$_4$$Sb$$_12$$

桑原 慶太郎*; 岩佐 和晃*; 神木 正史*; 金子 耕士; 目時 直人; Raymond, S.*; M$'e$asson, M.-A.*; Flouquet, J.*; 菅原 仁*; 青木 勇二*; et al.

Physical Review Letters, 95(10), p.107003_1 - 107003_4, 2005/09

 被引用回数:94 パーセンタイル:92.04(Physics, Multidisciplinary)



Program POD; A Computer code to calculate nuclear elastic scattering cross sections with the optical model and neutron inelastic scattering cross sections by the distorted-wave Born approximation

市原 晃; 国枝 賢; 千葉 敏; 岩本 修; 柴田 恵一; 中川 庸雄; 深堀 智生; 片倉 純一

JAERI-Data/Code 2005-004, 54 Pages, 2005/07




Magnetic excitations in the heavy-fermion superconductor PrOs$$_4$$Sb$$_{12}$$

Raymond, S.*; Flouquet, J.*; 桑原 慶太郎*; 岩佐 和晃*; 神木 正史*; 金子 耕士; 目時 直人; 菅原 仁*; 青木 勇二*; 佐藤 英行*

Physica B; Condensed Matter, 359-361, p.898 - 900, 2005/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:11.72(Physics, Condensed Matter)



Lattice dynamics of methane hydrate

山内 宏樹; 井川 直樹; 石井 慶信

Proceedings of 5th International Conference on Gas Hydrates (ICGH-5), Volume 5, p.1615 - 1618, 2005/06



The Design of the neutron total scattering spectrometer for hydrogenous materials at J-PARC-JSNS

鈴谷 賢太郎; 亀田 恭男*; 大友 季哉*; 吉田 亨次*; 伊藤 恵司*; 福永 俊晴*; 三沢 正勝*

Journal of Neutron Research, 13(1-3), p.123 - 128, 2005/03



CRYOPAD on the triple-axis spectrometer TAS-1 at JAERI

武田 全康; 中村 充孝; 加倉井 和久; Leli$`e$vre-Berna, E.*; Tasset, F.*; Regnault, L.-P.*

Physica B; Condensed Matter, 356(1-4), p.136 - 140, 2005/02

 被引用回数:17 パーセンタイル:57.6(Physics, Condensed Matter)

CRYOPAD(CRYOgenic Polarization Analysis Device)は、中性子のスピンが磁性体の内部で散乱される過程において受ける方向変化を3次元的に測定することができる先端的な偏極中性子実験手法である。従来の偏極中性子散乱法では、3次元的な変化をとらえることができないため、散乱された偏極中性子に含まれる磁気構造の情報の一部しか取り出すことができないのに比較して、磁気構造に関して得られる情報が飛躍的に増大する。われわれのグループでは、すでに実用化されている中性子弾性散乱実験用のCRYOPADを改良して、中性子非弾性散乱過程における中性子スピンの方向変化を測定できる第三世代のCRYOPADの開発をフランスのInstitute Laue-Lanvegin研究所及びCEA-Grenoble研究所と共同で進め実用化に成功した。


High-energy resolution inelastic neutron scattering experiment on magnetic fracton dispersion in near-percolating three-dimensional Heisenberg antiferromagnet, RbMn$$_{0,4}$$Mg$$_{0.6}$$F$$_{3}$$

伊藤 晋一*; 梶本 亮一; Adams, M. A.*

Journal of the Physical Society of Japan, 74(1), p.279 - 282, 2005/01

 被引用回数:3 パーセンタイル:26.8(Physics, Multidisciplinary)

パーコレーション濃度近傍の三次元ハイゼンベルク反強磁性体RbMn$$_{0.4}$$Mg$$_{0.6}$$F$$_{3}$$の低温($$T=1.5$$K)における磁気フラクトンを高エネルギー分解能($$Delta E=17.5mu$$eV)非弾性中性子散乱実験により研究した。フラクトンの分散は$$hbaromega=q^z$$($$q$$は波数)の分散関係に従うことがわかった。指数$$z$$は2.5と求まり、理論の予測通り三次元系のフラクタル次元 ($$D_f=2.48$$)と良い一致を示している。


Phonon anomaly on Na$$_x$$HfNCl superconductors with ${it T}$$$_c$$=22 K

社本 真一; 平井 淳郎*; 山中 昭司*; 阿曽 尚文*; 梶谷 剛*

Journal of Neutron Research, 12(4), p.295 - 300, 2004/12

T$$_c$$=22Kのx=0.27と0.38のNa$$_x$$HfNCl超伝導体について、中性子粉末非弾性散乱実験を行った。その結果、例えば前者の試料では、E=15, 29, 76と81meVで、温度に依存したフォノン異常が見つかった。そのなかで、Q=6$AA $^{-1}$$で、E=14.5meVのフォノン異常は両方の試料で再現され、T$$_c$$よりもずっと高い40Kから、その異常が始まることを見つけた。 そのフォノンは、ab-面内のE$$_u$$モードであり、おもに塩素とハフニウム原子が振動している。この振動は、バンド構造を変調するものである。キャリアの不均一性の観点から、フォノン異常を議論した。


中性子科学と高圧力; 非弾性散乱と圧力誘起相転移

藤井 保彦

高圧力の科学と技術, 14(2), p.113 - 118, 2004/05



Inelasticity effect on neutron scattering intensities of the null-H$$_{2}$$O

亀田 恭男*; 佐々木 基弥*; 臼杵 毅*; 大友 季哉*; 伊藤 恵司*; 鈴谷 賢太郎; 福永 俊晴*

Journal of Neutron Research, 11(3), p.153 - 163, 2003/09



High efficiency indirect geometory crystal analyzer TOF spectrometer; DYANA dedicated to biology, planning in JSNS

柴田 薫; 田村 格良; 曽山 和彦; 新井 正敏; Middendorf, H. D.*; 新村 信雄

Proceedings of ICANS-XVI, Volume 1, p.351 - 354, 2003/07

生体高分子,生体物質及び関連するソフトマターの動的構造を研究することを主たる目的として計画,設計されている生物用非弾性散乱装置DYANAの最適化デザインの検討結果について述べる。本装置は、日本原子力研究所東海研究所において建設が進められている大強度陽子加速器施設プロジェクトのなかの物質・生命科学実験施設パルス中性子源に設置することが提案されている。DYANA分光器は逆転配置型結晶解析分光器でカバーするエネルギー・運動量範囲はそれぞれ数$$mu$$eV$$sim$$数meV, 0.1$$AA ^{-1}$$$$sim$$$$AA ^{-1}$$になる。これらの分光器の仕様により、蛋白質分子の運動を解析が可能になることが期待される。

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