| Project/Area Number |
19H00655
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
林 好一 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20283632)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
奥 隆之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, リーダー (10301748)
松下 智裕 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (10373523)
木村 耕治 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20772875)
八方 直久 広島市立大学, 情報科学研究科, 准教授 (30285431)
大山 研司 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (60241569)
秋光 純 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 特任教授 (80013522)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥45,500,000 (Direct Cost: ¥35,000,000、Indirect Cost: ¥10,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2020: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
Fiscal Year 2019: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
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| Keywords | 中性子ホログラフィー / 局所構造 / 磁気構造 / 水素 / 軽金属 / 軽元素 / 磁気散乱 / ３D原子イメージング / 磁性材料 |
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| Outline of Research at the Start |
多波長中性子ホログラフィーは、ドーパントなどの特定元素周辺の三次元局所構造を正確に再生できる画期的な手法である。本手法は、中性子散乱を利用しているため、水素のなどの超軽元素や磁気構造をイメージングすることが原理的に可能である。本研究では、これらを実現するための技術高度化を行い、エネルギー材料や磁性物質に対して適用するとともに、三次元原子像から超軽元素ドーパントや不純物周辺の磁気構造などの振る舞いを観測する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来、磁気散乱中性子ホログラフィーの実験で用いていたFe0.08Co0.92単結晶について、その構造詳細を求めるために蛍光Ｘ線ホログラフィーの測定も行った。その結果、ドーパントであるFe周辺の原子像は鮮明であったが、Co周辺の原子像は弱く大きな格子歪みが想定された。また、試料を低温にした計測も行い、それらのデータを整理した内容が論文として掲載された。一方、磁気散乱中性子ホログラフィーの実験に関しては、より最適な形状のFe0.08Co0.92単結晶が必要であることが分かり、従来は東北大金研に依頼していた結晶育成を名工大にて行うことを始め、その試料を用いて実験を実施できた。ホログラム測定におけるγ線検出は、BGOシンチレーションカウンターを用いたため、統計精度的には十分なホログラムデータが得られた。測定されたアップとダウンスピンのホログラムから核散乱ホログラムと磁気散乱ホログラムを抽出し、原子像の再生を行った。核散乱による原子像は再生されているが、本来の位置からずれたり、また、磁気散乱による像の特徴が見えないなど、問題点が明らかとなった。
Pdに水素を吸蔵させた単結晶に対し、Pdからのγ線を観測することによって中性子ホログラムの観測を行った。従来のCeBr3検出器から三台のBGOシンチレーションカウンターに変更することにより、原子像の強度を増強することができた。一方、水素の原子像が十分に観測されていないという課題が残った。
最後に、BaTiO3単結晶の中性子ホログラムの解析を進めている。Tiと酸素の原子像を再生させることができ、詳細な解析からTiと酸素のシフトやそれに伴う自発分極に関する議論にまで発展させることができた。現在、これらの結果を論文に纏めている。軽元素である酸素を再生できない蛍光X線ホログラフィーと比較した、中性子ホログラフィーの優位性を示すことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Fe0.08Co0.92単結晶の局所構造について、蛍光X線ホログラフィーを用いた成果について論文として纏めることができた。また、現行の磁気散乱中性子ホログラフィーのシステムに関しては、試料と中性子偏極を保つためのガイド磁場の間にゼロ磁場ができることや、磁場を与えるための試料両脇の磁石が入射中性子線に当たることなどの問題点をまとめた論文を執筆している。さらに、BaTiO3単結晶の中性子ホログラフィーの実験については、目的の酸素原子のイメージングに成功し、現在、論文をまとめている。従って、一定の成果は上がっていると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
磁気散乱中性子ホログラフィーの現状と問題点を纏めた論文を完成させ出版することを目標とする。また、現行データに対して、バックグランド処理や再生に用いるホログラムの角度範囲など、最適な解析条件をトライアンドエラーによって求める。その上で、磁気モーメントの情報を抽出することに取り組み、その結果を論文として纏める。Fe0.08Co0.92単結晶を用いた実験を引き続き行うが、問題点となっていた磁場印加デバイスの磁石の位置を下流側に配置し、デバイスの材料を透磁率の高いパーマロイに変えるなど、いくつかの改善を行う。一方、磁場印加デバイスにコイルによる電磁石も同様に検討する。名工大において単結晶が作製できるようになったため、より最適な形状と方位のものを目指すとともに、γ線の発生効率の高いGdなどのドーパントを添加することにも取り組む。試料については、バルク単結晶のみをこれまで選択してきたが、自発磁化をもつ薄膜試料も検討する。ここでは、薄膜の構成元素がγ線の発生効率の高いものが必要であるため、希土類元素を含めたものにする必要がある。BaTiO3単結晶の分極に関する論文については解析をまとめ早急に投稿を行う。
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