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Development and applications of multiple wavelength neutron holography toward atomic imaging of light elements and magnetic structures

Research Project

Project/Area Number 19H00655
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

林 好一  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20283632)

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, 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, 応用理工学野, 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)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
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)
Keywords中性子ホログラフィー / 局所構造 / 磁気構造 / 水素 / 軽元素 / 軽金属 / 磁気散乱 / 3D原子イメージング / 磁性材料
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。

Outline of Annual Research Achievements

2024年度に実施予定だった磁気散乱中性子ホログラフィーの実験が、施設の線源不具合のため延期された。そのため、2023年度の実験データの解析をより詳細に行った。実験では、統計精度を上げることを目的に、アップとダウンに偏極した入射中性子線の測定をそれぞれ3回行った。その結果、観測された第一近接原子イメージのやや外側にサテライトイメージがダウンスピンの方のみ3回とも観測されることが分かり、確かに磁気構造が観測できることが分かった。また、この起源を調べるために、磁気構造に起因する電子構造、例えば、Co d軌道に存在する偏極している電子状態について、第一原理計算により結晶内での分布を求めた。この結果を用いて、より正確な磁気散乱中性子ホログラムの計算を行えるために、通常の核散乱中性子ホログラフィーとの差について議論を進めている。
今後も磁気散乱中性子ホログラフィーの研究を続ける予定でおり、ブリッジマン法を用いたFe0.08Co0.92大型単結晶の育成に取り組んでいる。また、磁場印加デバイスについては、ネオジム磁石が測定の邪魔にならないものを新たにデザインした。これによって、高角度範囲でホログラムの測定を行える。また、2024年度は、これまでの磁気散乱中性子ホログラフィーの装置開発に関する部分を論文として纏めて出版した。
BaTiO3単結晶の中性子ホログラフィーの実験からは、Tiと酸素の原子像を逆位相で再生させることができ、さらに自発分極に関する議論にまで発展させることができた。これらの結果は論文として、2024年度にJ. Phys. Soc. Jpnに公開された。この成果は本誌のEditor's Choiceにも選ばれ、本紙のHot Topicsとして紹介されている。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(6 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Comments on the Screening Results   Annual Research Report
  • Research Products

    (49 results)

All 2025 2024 2023 2022 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (24 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results,  Peer Reviewed: 24 results,  Open Access: 12 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 6 results) Remarks (1 results) Funded Workshop (1 results)

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    • Author(s)
      Kobayashi Yodai、Ohoyama Kenji、Uechi Shoichi、Kimura Koji、Happo Naohisa、Iga Fumitoshi、Hayashi Koichi
    • Journal Title

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology

      Volume: 23 Issue: 2 Pages: 92-96

    • DOI

      10.1380/ejssnt.2025-014

    • ISSN
      1348-0391
    • Year and Date
      2025-04-05
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    • Author(s)
      Kanno Tomoya、Ohoyama Kenji、Nakada Hajime、Fukui Yuto、Yamakawa Kota、Hoshi Shota、Takano Motoki、Kobayashi Yodai、Tomimatsu Yuka、Takahashi Shingo、Oku Takayuki、Okudaira Takuya、Kobayashi Ryuju、Takada Shusuke、Harada Masahide、Oikawa Kenichi、Inamura Yasuhiro、Shishido Toetsu、Sato Keisuke、Hayashi Kouichi
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment

      Volume: - Pages: 169349-169349

    • DOI

      10.1016/j.nima.2024.169349

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    • Author(s)
      Yamakawa Kota、Nakada Hajime、Kimura Koji、Oikawa Kenichi、Harada Masahide、Inamura Yasuhiro、Ohoyama Kenji、Hayashi Koichi
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 93 Issue: 10 Pages: 120439-120439

    • DOI

      10.7566/jpsj.93.104601

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    • Author(s)
      Kato Tatsuya、Kimura Koji、Hosokawa Shinya、Ando Shinji、Kashima Seishi、Hashimoto Yusuke、Happo Naohisa、Matsushita Tomohiro、Ishii Hirofumi、Hayashi Kouichi
    • Journal Title

      Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena

      Volume: 262 Pages: 147279-147279

    • DOI

      10.1016/j.elspec.2022.147279

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    • Author(s)
      Kouichi Hayashi, Maximilian Lederer, Yohei Fukumoto, Masashi Goto, Yuta Yamamoto, Naohisa Happo, Masahide Harada, Yasuhiro Inamura, Kenichi Oikawa, Kenji Ohoyama, and Peter Wellmann
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 120 Issue: 13 Pages: 132101-132101

    • DOI

      10.1063/5.0080895

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    • Author(s)
      大山研司, 林 好一
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      日本結晶学会誌

      Volume: 64 Pages: 178-181

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    • Author(s)
      大山研司, 林 好一
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      日本物理学会

      Volume: 77 Pages: 379-386

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    • Author(s)
      Kizaki H.、Hayashi K.、Lu Cong、Happo N.、Hosokawa S.、Hidaka S.、Hayashi S.、Suzuki M.、Uchitomi N.
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      Physical Review B

      Volume: 106 Issue: 6 Pages: 064434-9

    • DOI

      10.1103/physrevb.106.064434

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  • [Journal Article] Chemical-Pressure-Induced Point Defects Enable Low Thermal Conductivity for Mg2Sn and Mg2Si Single Crystals2021

    • Author(s)
      Saito Wataru、Hayashi Kei、Huang Zhicheng、Sugimoto Kazuya、Ohoyama Kenji、Happo Naohisa、Harada Masahide、Oikawa Kenichi、Inamura Yasuhiro、Hayashi Kouichi、Miyazaki Takamichi、Miyazaki Yuzuru
    • Journal Title

      ACS Applied Energy Materials

      Volume: 4 Issue: 5 Pages: 5123-5131

    • DOI

      10.1021/acsaem.1c00670

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    • Author(s)
      Ang Artoni Kevin R.、Marumi Riho、Sato-Tomita Ayana、Kimura Koji、Happo Naohisa、Akagi Kazuto、Sasaki Takahiko、Hayashi Kouichi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 103 Issue: 21 Pages: 214106-214106

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.214106

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    • Author(s)
      Kimura K.、Urushihara D.、Kondo R.、Yamamoto Y.、Ang A. K. R.、Asaka T.、Happo N.、Hagihara T.、Matsushita T.、Tajiri H.、Miyazaki H.、Ohara K.、Iwata M.、Hayashi K.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 104 Issue: 14 Pages: 144101-144101

    • DOI

      10.1103/physrevb.104.144101

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  • [Journal Article] X-ray Fluorescence Holography Measurement of Oxynitride Thin Film of CaTaO&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;N2021

    • Author(s)
      Yamamoto Yuta、Kimura Koji、Ang Artoni Kevin R.、Hirose Yasushi、Hayashi Kouichi
    • Journal Title

      e-Journal of Surface Science and Nanotechnology

      Volume: 19 Issue: 0 Pages: 99-103

    • DOI

      10.1380/ejssnt.2021.99

    • NAID

      130008104904

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    • Author(s)
      K. Kimura, K. Yamamoto, K. Hayashi, S. Tsutsui, N. Happo, S. Yamazoe, H. Miyazaki, S. Nakagami, J. R. Stellhorn, S. Hosokawa, T. Matsushita, H. Tajiri, A. K. R. Ang, Y. Nishino
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 101 Issue: 2 Pages: 024302-024302

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.024302

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    • Author(s)
      Fujiwara Tomoya、Sasahara Akira、Happo Naohisa、Kimura Koji、Hayashi Kouichi、Onishi Hiroshi
    • Journal Title

      Chemistry of Materials

      Volume: 32 Issue: 4 Pages: 1439-1447

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.9b04094

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  • [Journal Article] Valence-Selective Local Atomic Structures on an YbInCu4 Valence Transition Material by X-Ray Fluorescence Holography2020

    • Author(s)
      Hosokawa Shinya、Happo Naohisa、Hayashi Kouichi、Kimura Koji、Matsushita Tomohiro、Stellhorn Jens R?diger、Mizumaki Masaichiro、Suzuki Motohiro、Sato Hitoshi、Hiraoka Koichi
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 89 Issue: 3 Pages: 034603-034603

    • DOI

      10.7566/jpsj.89.034603

    • NAID

      210000158117

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      Hayashi Kei、Saito Wataru、Sugimoto Kazuya、Ohoyama Kenji、Hayashi Kouichi、Happo Naohisa、Harada Masahide、Oikawa Kenichi、Inamura Yasuhiro、Miyazaki Yuzuru
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 10 Issue: 3 Pages: 035115-035115

    • DOI

      10.1063/1.5143839

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    • Author(s)
      細川伸也, 八方直久,松下智裕, 林好一,
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      Volume: 62 Pages: 80-81

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      Hayashi Kouichi、Lu Cong、Ang Artoni Kevin R.、Ohwada Kenji、Xie Yujuan、Hu Wen、Matsushita Tomohiro、Happo Naohisa、Hosokawa Shinya、Bokov Alexei A.、Ye Zuo-Guang
    • Journal Title

      physica status solidi (b)

      Volume: 257 Issue: 11 Pages: 2000191-2000191

    • DOI

      10.1002/pssb.202000191

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      Stellhorn Jens Rdiger、Hosokawa Shinya、Happo Naohisa、Hayashi Kouichi、Matsushita Tomohiro、Kawaguchi Noriaki、Yanagida Takayuki
    • Journal Title

      physica status solidi (b)

      Volume: 257 Issue: 11 Pages: 2000310-2000310

    • DOI

      10.1002/pssb.202000310

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    • Author(s)
      Ang Artoni Kevin Roquero、Sato-Tomita Ayana、Shibayama Naoya、Umena Yasufumi、Happo Naohisa、Marumi Riho、Kimura Koji、Matsushita Tomohiro、AKAGI Kazuto、Sasaki Takahiko、Sasaki Yuji C.、Hayashi Kouichi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59 Issue: 1 Pages: 010505-010505

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab5d55

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    • Author(s)
      Matsushita Tomohiro、Muro Takayuki、Matsui Fumihiko、Happo Naohisa、Hayashi Kouichi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 59 Issue: 2 Pages: 020502-020502

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab4b3a

    • NAID

      210000157286

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    • Author(s)
      K. Kudo, S. Ioka, N. Happo, H. Ota, Y. Ebisu, K. Kimura, T. Hada, T. Kimura, H. Tajiri, S. Hosokawa, K. Hayashi, M. Nohara
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 88 Issue: 6 Pages: 063704-063704

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.063704

    • NAID

      40021915136

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      Hosokawa Shinya、Happo Naohisa、Matsushita Tomohiro、Stellhorn Jens R?diger、Kimura Koji、Hayashi Kouichi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 58 Issue: 12 Pages: 120601-120601

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab5258

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      210000157466

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    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 58 Issue: 12 Pages: 120602-120602

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab560b

    • NAID

      210000157551

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      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 白色中性子ホログラフィーを用いた金属中の水素観測への挑戦2022

    • Author(s)
      富松優花, 小林洋大, 菅野友哉, 高野元輝, 星翔太, 會澤幸希, 川上修汰, 原田正英, 及川健一, 稲村泰弘, 味戸沙耶, 秋山英二, 折茂慎一, 林好一, 大山研司
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 中性子ホログラフィーを用いたBaTiO3の分極評価の試み2022

    • Author(s)
      山川昂大, 福井悠斗, 菅野友哉, 高野元輝, 星翔太, 小林洋大, 富松優花, 木村耕治, 及川健一, 原田正英, 大山研司, 林好一
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 超秩序構造と原子分解能ホログラフィー2021

    • Author(s)
      林 好一
    • Organizer
      日本顕微鏡学会 第 64 回シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 超秩序構造を基盤とした新しい物性科学への展開2021

    • Author(s)
      林 好一
    • Organizer
      第15回 物性科学領域横断研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] SPring-8と超秩序構造科学2021

    • Author(s)
      林好一、小原真司、松下智裕
    • Organizer
      SPring-8シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 蛍光X線ホログラフィーによる 複合ペロブスカイト物質Pb(Fe1/2Nb1/2)O3 におけるBサイト元素選択局所構造解析2021

    • Author(s)
      木村耕治、近藤陸弥、漆原大典、浅香透、尾原幸治、山本裕太、A.K.R. Ang、 萩原丈皓、八方直久、田尻寛男、松下智裕、岩田真、林好一
    • Organizer
      第34回日本放射光学会年会 (オンライン開催)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ミルフィーユ構造Mg合金結晶粒の原子分解能ホログラフィー測定の試み2020

    • Author(s)
      木村 耕治, 江草 大佑, 宮崎 秀俊, Ang Artoni, 加島 聖士, 八方 直久, 松下 智裕, 阿部 英司, 林 好一
    • Organizer
      日本金属学会 2020年 秋期 第167回講演大会 (オンライン開催)
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Local structure analysis around boron in SiC using neutron holography2019

    • Author(s)
      Kouichi Hayashi, Masashi Goto, Kenji Ohoyama, Yohei Fukumoto, Naohisa Happo, Maximillian Lederer, Peter Wellmann
    • Organizer
      European Materials Research Society
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      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 放射光X線を用いたTaドープFe2VAlホイスラー型熱電材料のフォノン及び局所構造解析2019

    • Author(s)
      木村耕治, 山本健太, 林好一, 筒井智嗣, 山添誠司, 宮崎秀俊, 中神秀麻, J. R. Stellhorn, 細川伸也, 松下智裕, 田尻寛男, A. K. R. Ang, 西野洋一
    • Organizer
      第16回日本熱電学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] X-ray fluorescence holography of the Mn4CaO5 cluster of Photosystem II (PS II)2019

    • Author(s)
      A. K. R. Ang, Y. Umena, A. Sato-Tomita, N. Shibayama, N. Happo, T. Matsushita, Y. C. Sasaki, K. Kimura, K. Hayashi
    • Organizer
      4th International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Local Structure of In Doped Bi2Se3 Topological Insulator Studied by X ray Fluorescence Holography2019

    • Author(s)
      K. Kimura, K. Hayashi, Lada V. Yashina, N. Happo, T. Nishioka, Y. Yamamoto, Y. Ebisu, T. Ozaki, S. Hosokawa, T. Matsushita, H. Tajiri
    • Organizer
      Pan Pacific International Symposium on Chalcogenide Functional Materials
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] 構造物性科学研究室

    • URL

      http://structure.web.nitech.ac.jp/

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  • [Funded Workshop] 「超秩序構造科学」第2回国際ワークショップ2021

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      2021 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2025-12-26  

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