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Liquid-like thermal conduction in intercalated layered crystalline solids

Li, B.; Wang, H.*; 川北 至信; Zhang, Q.*; Feygenson, M.*; Yu, H. L.*; Wu, D.*; 尾原 幸治*; 菊地 龍弥*; 柴田 薫; et al.

Nature Materials, 17(3), p.226 - 230, 2018/03


As a generic property, all substances transfer heat through microscopic collisions of constituent particles. A solid conducts heat through both transverse and longitudinal acoustic phonons, but a liquid employs only longitudinal vibrations. As a result, a solid is usually thermally more conductive than a liquid. In canonical viewpoints, such a difference also serves as the dynamic signature distinguishing a solid from a liquid. Here, we report liquid-like thermal conduction observed in the crystalline AgCrSe$$_{2}$$. The transverse acoustic phonons are completely suppressed by the ultrafast dynamic disorder while the longitudinal acoustic phonons are strongly scattered but survive, and are thus responsible for the intrinsically ultralow thermal conductivity. This scenario is applicable to a wide variety of layered compounds with heavy intercalants in the van der Waals gaps, manifesting a broad implication on suppressing thermal conduction. These microscopic insights might reshape the fundamental understanding on thermal transport properties of matter and open up a general opportunity to optimize performances of thermoelectrics.


Comparison of heavy-ion transport simulations; Collision integral in a box

Zhang, Y.-X.*; Wang, Y,-J.*; Colonna, M.*; Danielewicz, P.*; 小野 章*; Tsang, M. B.*; Wolter, H.*; Xu, J.*; Chen, L.-W.*; Cozma, D.*; et al.

Physical Review C, 97(3), p.034625_1 - 034625_20, 2018/03


2017年4月に開催された国際会議Transport2017において、重イオン核反応モデルの国際的な比較が議論された。重イオン加速器の安全評価や宇宙飛行士の被ばく評価等で重要な役割を果たすため、世界中で重イオン核反応の様々な理論モデルが開発されている。本研究はモデル間の共通点と差異を明らかにし、各モデルの問題点を明らかにした。比較において、辺の長さが20fmの直方体に320個の中性子と320個の陽子をランダム配置し、それらが時間発展に伴って起こす散乱の回数や散乱時のエネルギーなどを計算する条件が設定された。また、結果以外にも、理論モデルを構成するアルゴリズムについても比較を行った。発表者は重イオン核反応モデルJQMD(JAERI Quantum Molecular Dynamics)を用いて計算を行い、世界で開発されている15の計算コードによる計算結果と比較した。コードアルゴリズムの比較では、JQMDは必ず陽子から 優先的に衝突確率を計算し、その後に中性子の衝突を計算するため、物理描像の妥当性が指摘された。一方、JQMDは他のモデルとほぼ同じ計算結果を出すことも判明した。衝突回数や運動量の計算値が平均から2倍以上乖離するモデルもある中で、JQMDは本計算条件で安定した性能を発揮することが確認された。


CIELO collaboration summary results; International evaluations of neutron reactions on uranium, plutonium, iron, oxygen and hydrogen

Chadwick, M. B.*; Capote, R.*; Trkov, A.*; Herman, M. W.*; Brown, D. A.*; Hale, G. M.*; Kahler, A. C.*; Talou, P.*; Plompen, A. J.*; Schillebeeckx, P.*; et al.

Nuclear Data Sheets, 148, p.189 - 213, 2018/02


CIELO国際協力では、原子力施設の臨界性に大きな影響を与える重要核種($$^{235}$$U, $$^{238}$$U, $$^{239}$$Pu, $$^{56}$$Fe, $$^{16}$$O, $$^{1}$$H)の中性子断面積データの精度を改善し、これまで矛盾していると考えられた点を解消することを目的として研究が行われた。多くの研究機関が参加したこのパイロットプロジェクトは、IAEAの支援も受けて、OECD/NEAの評価国際協力ワーキングパーティ(WPEC)のSubgroup 40として組織された。本CIELOプロジェクトは、新たな実験研究や理論研究を行う動機付けとなり、測定データを正確に反映し臨界性の積分テストに優れた新たな一連の評価済みライブラリとして結実した。本報告書は、これまでの研究成果と、本国際協力の次の段階の計画概要をまとめたものである。


Shell evolution beyond $$Z$$=28 and $$N$$=50; Spectroscopy of $$^{81,82,83,84}$$Zn

Shand, C. M.*; Podoly$'a$k, Zs.*; G$'o$rska, M.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Nowacki, F.*; Otsuka, T.*; Sieja, K.*; Tostevin, J. A.*; Tsunoda, T.*; et al.

Physics Letters B, 773, p.492 - 497, 2017/10


Low-lying states in neutron-rich $$^{81,82.83.84}$$Zn nuclei were measured for the first time via in-beam $$gamma$$-ray spectroscopy at RIKEN. These include the 4$$_1^+$$ to 2$$_1^+$$ in $$^{82}$$Zn and the 2$$_1^+$$ to 0$$_1^+$$ and 4$$_1^+$$ to 2$$_1^+$$ in $$^{84}$$Zn. The reduced E($$2^+$$) energies and increased E(4$$^+$$)/E(2$$^+$$) ratios at $$N$$=52,54 compared to $$^{80}$$Zn attest that the magicity is confined just on the neutron number $$N$$=50 only. The levels observed in $$^{84}$$Zn suggest the onset of deformation towards heavier Zn isotopes. The data were compared to state-of-the-art shell model calculations.


Shape evolution in neutron-rich krypton isotopes beyond N=60; First spectroscopy of $$^{98,100}$$Kr

Flavigny, F.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Delaroche, J.-P.*; Girod, M.*; Libert, J.*; Rodriguez, T. R.*; Authelet, G.*; Baba, H.*; Calvet, D.*; et al.

Physical Review Letters, 118(24), p.242501_1 - 242501_6, 2017/06


The first $$gamma$$-ray spectroscopy of very neutron rich $$^{98,100}$$Kr isotopes was carried out at the RIBF at RIKEN Nishina center. Excited states in these isotopes were populated via (p,2p) reactions using radioactive $$^{99,101}$$Rb beams accelerated to 220 MeV/nucleon. The new data show a significant increase in deformation beyond N=60, as well as competing configurations (shape-coexistence) at low energy. The data were compared with beyond-mean-field calculations which predict level energies in good agreement with observation, and suggest oblate-prolate shape coexistence.


Low-lying structure and shape evolution in neutron-rich Se isotopes

Chen, S.*; Doornenbal, P.*; Obertelli, A.*; Rodriguez, T. R.*; Authelet, G.*; Baba, H.*; Calvet, D.*; Ch$^a$teau, F.*; Corsi, A.*; Delbart, A.*; et al.

Physical Review C, 95(4), p.041302_1 - 041302_6, 2017/04


Neutron-rich isotopes of selenium, $$^{88,90,92,94}$$Se, where studied via in beam $$gamma$$-ray spectroscopy after nucleon removal reactions at RIBF in RIKEN. The low-energy excitations of these nuclei were investigated using $$gamma$$-$$gamma$$ coincidences, and the first and second excited 2$$^+$$ states were found at remarkably low energies. The analysis and comparison with self-consistent beyond-mean field calculations suggest that both shape coexistence and triaxiality are needed to describe these isotopes.


Are there signatures of harmonic oscillator shells far from stability?; First spectroscopy of $$^{110}$$Zr

Paul, N.*; Corsi, A.*; Obertelli, A.*; Doornenbal, P.*; Authelet, G.*; Baba, H.*; Bally, B.*; Bender, M.*; Calvet, D.*; Ch$^a$teau, F.*; et al.

Physical Review Letters, 118(3), p.032501_1 - 032501_7, 2017/01


The first measurement of $$gamma$$ rays emitted by the very neutron rich nuclei $$^{112}$$Mo (Z=42) and $$^{110}$$Zr (Z=40) was carried out at the RIBF facility at RIKEN. These data shine light on the postulated N=70 harmonic oscillator shell. If the spin-orbit splitting which gives rise to the N=82 shell gap is reduced in very neutron-rich nuclei, the harmonic oscillator gap at N=70 should open instead. However, both the measured energy of the first excited state $$^{112}$$Mo and $$^{110}$$Zr, respectively 235(7) keV and 185(11) keV, and their E(4$$^+$$)/E(2$$^+$$) ratio, indicate that these nuclei are good rotors, and exclude the shell stabilization scenario at Z=40 and N=70. These results were compared to state-of-the-art density functional theoretical calculations using Gogny and Skyrme effective interactions.


Colossal negative thermal expansion induced by magnetic phase competition on frustrated lattices in Laves phase compound (Hf,Ta)Fe$$_2$$

Li, B.; Luo, X. H.*; Wang, H.*; Ren, W. J.*; Yano, S.*; Wang, C.-W.*; Gardner, J. S.*; Liss, K.-D.*; Miao, P.*; Lee, S.-H.*; et al.

Physical Review B, 93(22), p.224405_1 - 224405_6, 2016/06


Competition between ferromagnetic and antiferromagnetic phases on frustrated lattices in hexagonal Laves phase compound Hf$$_{0.86}$$Ta$$_{0.14}$$Fe$$_2$$ is investigated by using neutron diffraction as a function of temperature and magnetic fields and density-functional-theory calculations. At 325 K, the compound orders into the 120$$^{circ}$$ frustrated antiferromagnetic state with well-reduced magnetic moment and an in-plane lattice contraction simultaneously sets in. With further cooling down, however, the accumulated distortion in turn destabilizes this susceptible frustrated structure. The frustration is completely relieved at 255 K when the first-order transition to the ferromagnetic state takes place, where a colossal negative volumetric thermal expansion, $$-123 times 10^{-6}$$/K, is obtained. Meanwhile, the antiferromagnetic state can be suppressed by few Tesla magnetic fields, which results in a colossal positive magnetostriction. Such delicate competition is attributed to the giant magnetic fluctuation inherent in the frustrated antiferromagnetic state. Therefore, the magnetoelastic instability is approached even under a small perturbation.


Carrier-mediated ferromagnetism in the magnetic topological insulator Cr-doped (Sb,Bi)$$_{2}$$Te$$_{3}$$

Ye, M.*; Li, W.*; Zhu, S.-Y.*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; Wang, J.*; Pan, H.*; Nurmamat, M.*; 角田 一樹*; Ji, F.*; et al.

Nature Communications, 6, p.8913_1 - 8913_7, 2015/11





A Possible breakthrough of power handling by plasma shaping in tokamak

菊池 満; Fasoli, A.*; 滝塚 知典*; Diamond, P. H.*; Medvedev, S.*; Wu, Y.*; Duan, X.*; 岸本 泰明*; 花田 和明*; Pueschel, M. J.*; et al.

Proceedings of 8th IAEA Technical Meeting on Steady State Operation of Magnetic Fusion Devices (CD-ROM), 20 Pages, 2015/05



Large reversible magnetocaloric effect in ferromagnetic semiconductor EuS

Li, D. X.*; 山村 朝雄*; 二森 茂樹*; 本間 佳哉*; 本多 史憲*; 芳賀 芳範; 青木 大*

Solid State Communications, 193, p.6 - 10, 2014/09


We present the large reversible magneto caloric effect of the ferromagnetic semiconductor EuS which shows a maximum magnetic entropy change of 37 J/K kg at 10.4 K, an adiabatic temperature change of 10.4 K and a relative cooling power of 782 J/kg at 18.5 K for a magnetic field change of 5 T. The present results indicate that EuS has excellent refrigeration performance at the temperatures near 20 K, and thus can be considered as the potential magnetic refrigerant material for liquefaction of hydrogen.


In-beam $$gamma$$ spectroscopy of the even-even nucleus $$^{190}$$Pt

Li, G. S.*; Liu, M. L.*; Zhou, X. H.*; Zhang, Y. H.*; Liu, Y. X.*; Zhang, N. T.*; Hua, W.*; Zheng, Y. D.*; Fang, Y. D.*; Guo, S.*; et al.

Physical Review C, 89(5), p.054303_1 - 054303_9, 2014/05


タンデム加速器で88MeVにまで加速された$$^{18}$$Oビームを用いて$$^{176}$$Yb($$^{18}$$O, 4$$n$$)反応を起こし、$$^{190}$$Ptの高スピン準位を調べた。その結果、$$nu$$ $$i^{-2}_{13/2}$$ $$nu$$ $$h^{-1}_{9/2}$$ $$nu$$ $$j^{-1}$$1(ここで$$nu j$$$$nu p_{3/2}$$もしくは$$nu f_{5/2}$$)配位による正パリティバンドを大幅に拡張するとともに新しく負パリティバンドを同定し、$$nu$$ $$i^{-3}_{13/2}$$ $$nu$$ $$j^{-1}$$配位を持つことを明らかにした。また、イラスト準位においてスピンの増加に伴い振動から回転へと構造変化を起こしている可能性について議論した。さらにバンド特性を明らかにするためにTotal Routhian surface計算を行った。


Multi-intruder structures in $$^{34}$$P

Bender, P. C.*; Tabor, S. L.*; Tripathi, V.*; Hoffman, C. R.*; Hamilton, L.*; Volya, A.*; Clark, R. M.*; Fallon, P.*; Macchiavelli, A. O.*; Paschalis, S.*; et al.

Physical Review C, 85(4), p.044305_1 - 044305_10, 2012/04


24MeVの$$^{18}$$Oビームと$$^{18}$$Oターゲットの反応で生じるプロトンと同時計数をとった$$gamma$$崩壊の解析によって$$^{34}$$Pの励起準位は大幅に拡張された。軽い荷電粒子はMicroballによって検出され、同時に放出される多重$$gamma$$線はGammasphereで検出された。多くの新しい$$gamma$$線遷移が同定され、励起準位が構築された。加えて、$$gamma$$線角度分布からスピンが特定され、パリティはドップラー幅拡がりの解析によって決定された寿命から推定された。観測されたほとんどの準位は0$$f$$$$_{7/2}$$か1$$p$$$$_{3/2}$$軌道に粒子を持つWBP-aとSDPF-NR相互作用を使ったシェルモデル計算によって理解された。2つの計算は約200keVの範囲でよく一致した。しかし、高エネルギー準位の2つはstretched $$pi$$$$f$$$$_{7/2}$$ $$otimes$$ $$nu$$$$f$$$$_{7/2}$$準位であるかもしれないが、計算はそれらのエネルギーを2から3MeVオーバーしている。さらに新しく観測された長寿命7919-keVは今のところ説明ができない。


Achievements on oxide and nitride ADS fuels within the European project; EUROTRANS

Delage, F.*; 荒井 康夫; Belin, R.*; Chen, X.*; D'Agata, E.*; Hania, R.*; Klaassen, F.*; Maschek, W.*; 大井川 宏之; Ottaviani, J. P.*; et al.

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/12



Evidence for spin-glass state in nonmagnetic atom disorder compound Pr$$_2$$AgIn$$_3$$

Li, D. X.*; 山村 朝雄*; 湯葢 邦夫*; 二森 茂樹*; 芳賀 芳範; 四竈 樹男*

Journal of Physics; Conference Series, 320, p.012041_1 - 012041_6, 2011/09


A systematic investigation of magnetic properties has been performed on intermetallic compound Pr$$_2$$AgIn$$_3$$, which crystallizes in a disordered hexagonal CaIn$$_2$$-type structure. The results provide clear evidence for the formation of spin-glass state in Pr$$_2$$AgIn$$_3$$ below a spin freezing temperature $$T$$$$_f$$ $$sim$$ 3.7 K accompanied with a short-range magnetic order. The spin-glass state in Pr$$_2$$AgIn$$_3$$ can be considered to originate from the continued site randomness of the non- magnetic elements, Ag and In, which introduce the random distribution of the RKKY interactions.


Event structure and double helicity asymmetry in jet production from polarized $$p + p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review D, 84(1), p.012006_1 - 012006_18, 2011/07


重心エネルギー200GeVでの縦偏極陽子陽子衝突からのジェット生成のイベント構造と二重非対称($$A_{LL}$$)について報告する。光子と荷電粒子がPHENIX実験で測定され、イベント構造がPHYTIAイベント生成コードの結果と比較された。再構成されたジェットの生成率は2次までの摂動QCDの計算で十分再現される。測定された$$A_{LL}$$は、一番低い横運動量で-0.0014$$pm$$0.0037、一番高い横運動量で-0.0181$$pm$$0.0282であった。この$$A_{LL}$$の結果を幾つかの$$Delta G(x)$$の分布を仮定した理論予想と比較する。


Identified charged hadron production in $$p + p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 and 62.4 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review C, 83(6), p.064903_1 - 064903_29, 2011/06


200GeVと62.4GeVでの陽子陽子の中心衝突からの$$pi, K, p$$の横運動量分布及び収量をRHICのPHENIX実験によって測定した。それぞれエネルギーでの逆スロープパラメーター、平均横運動量及び単位rapidityあたりの収量を求め、異なるエネルギーでの他の測定結果と比較する。また$$m_T$$$$x_T$$スケーリングのようなスケーリングについて示して陽子陽子衝突における粒子生成メカニズムについて議論する。さらに測定したスペクトルを二次の摂動QCDの計算と比較する。


Azimuthal correlations of electrons from heavy-flavor decay with hadrons in $$p+p$$ and Au+Au collisions at $$sqrt{s_{NN}}$$ = 200 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Aramaki, Y.*; et al.

Physical Review C, 83(4), p.044912_1 - 044912_16, 2011/04




Measurement of neutral mesons in $$p$$ + $$p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 GeV and scaling properties of hadron production

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review D, 83(5), p.052004_1 - 052004_26, 2011/03


RHIC-PHENIX実験で重心エネルギー200GeVの陽子陽子衝突からの$$K^0_s$$, $$omega$$, $$eta'$$$$phi$$中間子生成の微分断面積を測定した。これらハドロンの横運動量分布のスペクトルの形はたった二つのパラメーター、$$n, T$$、のTsallis分布関数でよく記述できる。これらのパラメーターはそれぞれ高い横運動量と低い横運動量の領域のスペクトルを決めている。これらの分布をフィットして得られた積分された不変断面積はこれまで測定されたデータ及び統計モデルの予言と一致している。


Magnetic anisotropy and spin-glass behavior in single crystalline U$$_2$$PdSi$$_3$$

Li, D. X.*; 木村 昭裕*; 芳賀 芳範; 二森 茂樹*; 四竈 樹男*

Journal of Physics; Condensed Matter, 23(7), p.076003_1 - 076003_7, 2011/02


We present the magnetic and transport properties of single crystalline U$$_2$$PdSi$$_3$$ measured with the magnetic field applied along two typical crystallographic directions. For both directions, a spin-glass state is confirmed to form at low temperature with the same spin freezing temperature 11.5 K, initial frequency shift 0.023 and activation energy 90.15 K in zero field. Strong anisotropy in magnetic and transport behavior is found to be a significant feature of U$$_2$$PdSi$$_3$$. The usual ferromagnetic-like anomaly in ac susceptibility and dc magnetization curves around 71 K is observed for $$H parallel c$$.

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