熱外中性子散乱を利用した電子励起への挑戦

• Project/Area Number: 23K20407
• Project/Area Number (Other): 20H04461 (2020-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2020-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 横尾 哲也 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (10391707)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 金子 直勝 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 技師 (10870222)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000); Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2021: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2020: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
• Keywords: 量子ビーム / 熱外中性子 / 電子励起

Outline of Research at the Start

継続課題のため、記入しない。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は以下の二つの目的としている。
1）固体物質中の電子エネルギーに迫る熱外中性子を積極利用し、中性子スピンと電子スピンとの相関による散乱断面積を観測することにより、これまでに成されなかった中性子による電子励起を捉える。熱外中性子など高エネルギー中性子発生に有利なパルス中性子を利用した「高エネルギー中性子による電子励起」の測定技術を確立する。
2）「高エネルギー中性子による電子励起」を用いて、物性を理解する上で大変重要な電子の運動を捉える。当該研究課題では特に強相関電子系におけるスピン-電荷分離に着目し、高温超伝導体や低次元磁性体で実現する朝永ラッティンジャー液体におけるスピノン-ホロンのバンド分散を捉える。
このように熱及び熱外高エネルギー中性子散乱を用いた実験をおこない、中性子散乱では初めてとなる電子励起の観測を試みるものである。令和5年度は、完成した抵抗率中性子モニターのアンプ調整を実施し、実際の中性子検出による波高分布の測定、ゲインの調整などをおこなった。あわせてモニターカウントをDAQに取り込むミドルウェアの整備をおこない、これまでおこなってきたモニターの開発と整備を完遂した。結晶育成については少々遅れがみられるものの順調に試料合成に成功しており、今後結晶の大型化と量産化を試みた上で結晶評価をおこない、中性子非弾性散乱実験へと移行する。基本的に中性子散乱実験の準備は整った状況である。中性子実験では熱外領域の中性子エネルギーを利用する。散乱断面積は大きく減少することが予想されるためなるべく多くの結晶をアセンブルする予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

上述したように、準備段階としてはほぼ達成し、後中性子非弾性散乱実験を実施する段階にほぼ到達しているため。

Strategy for Future Research Activity

今後は結晶の大型化と量産化に注力する。中性子散乱実験を行う場合、一般的にその強度は結晶の量に比例すると考えられる。予定している試料の中性子散乱断面積はさほど大きくないので極力良質かつ大量の結晶を用意する必要がある。同時に単結晶試料の評価と熱力学的諸量の物性測定をおこない、こちらも結晶の評価と諸物性の基礎的測定をおこなう。単結晶は大型のため、その結晶評価及び方位の測定には東大物性研究所、中性子科学研究施設が有する高エネルギーX線による評価を行う予定である。中性子散乱実験はJ-PARCの高分解能チョッパー分光器を用いるが、そこでのビームタイム申請は既に行った。