大型スパレーションパルス中性子源を用いた中性子散乱による物質の動的構造研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04044160
• Research Institution: National Laboratory for High Energy Physics
• Principal Investigator: 池田 宏信 高エネルギー物理学研究所, ブースター利用施設, 教授 (90013523)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加倉井 和久 東京大学, 物性研究所, 助教授 (00204339) ; 辛 埴 東京大学, 物性研究所, 助教授 (00162785) ; 柴田 薫 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (60183836) ; 神山 崇 筑波大学, 物質工学系, 講師 (60194982) ; 稲葉 章 大阪大学, 理学部, 助教授 (30135652) ; 新村 信雄 東北大学, 理学部, 助手 (50004453) ; 山室 修 大阪大学, 理学部, 助手 (20200777) ; 山田 和芳 東北大学, 理学部, 助手 (70133923) ; J L Finney ラザフォードアプルトン研究所, 研究主幹 ; 鬼柳 善明 北海道大学, 工学部, 講師 (80002202) ; 加美山 隆 北海道大学, 理学部, 助手 (50233961) ; 田島 圭介 慶応大学, 理工学部, 助教授 (70004439) ; 梶 慶輔 京都大学, 化学研究所, 教授 (00026072) ; 増田 康博 高エネルギー物理学研究所, ブースター利用施設, 助手 (60150009) ; 古坂 道弘 高エネルギー物理学研究所, ブースター利用施設, 助手 (60156966) ; 新井 正敏 高エネルギー物理学研究所, ブースター利用施設, 助手 (30175955) ; 池田 進 高エネルギー物理学研究所, ブースター利用施設, 助教授 (80132679) ; 三沢 正勝 高エネルギー物理学研究所, ブースター利用施設, 助教授 (80005941) ; 松尾 隆祐 大阪大学, 理学部, 助教授 (00028185) ; 金谷 利治 京都大学, 化学研究所, 助教授 (20152788) ; 神木 正史 東北大学, 理学部, 助教授 (30004451) ; 浅野 肇 筑波大学, 物質工学系, 教授 (90005934) ; 遠藤 康夫 東北大学, 理学部, 教授 (00013483) ; 渡辺 昇 高エネルギー物理学研究所, ブースター利用施設, 教授 (40005286)
• Keywords: 中性子散乱 / チョッパー分光器 / 動的構造 / 高温超伝導体 / 非晶体 / 磁気励起 / パルス中性子

Research Abstract

本研究は「連合王国科学工学会議(SERC)及び日本高エネルギー物理学研究所(KEK)間のラザフォードアプルトン研究所(RAL)スポレーション中性子源(ISIS)を用いた中性子散乱研究に関する協定」(1986年12月締結)に基づく研究を実施することを目的としている。この協定に基づき,我々はわが国の予算により高性能チョッパー型分光器MARIをISISに設置(平成元年度)し,これまで原子炉中性子利用によっては達成できなかった新しい中性子散乱研究の開拓をめざして,本年度から本格的な実験研究を開始した。本年度の重点研究課題として高温超伝導体及びその関連物質の高エネルギー磁気励起,ランダム磁性体の素励起の研究,非晶体の動的構造研究等の推進を取り上げたが,以下のような重要な成果が次々に得られつつある。
高温超伝導体の基礎物質である2次元ハイゼンベルグ反強磁性体La_2CuO_4の高エネルギー磁気励起を300meVまで測定することに成功し,観測された量子効果と超伝導機構との関連が議論できる段階にいたっている。さらに,La_<1.85>Sr_<0.15>CuO_4の超伝導転移温度(36K)付近で酸素位置のシフトにともなう局所構造の異常が初めて見いだされ,超伝導機構解明のための重要な情報が相次いで提供されるつつある。また,1次元磁性体を伝播するソリトンがランダムな不純物によって散乱される素過程の観測が高エネルギー分解能実験によって初めて観測され,さらに,非晶体Pd_<79>,SiO_2ガラスの局所構造単位の力学的性質の解明を目指して,動的構造因子の観測による局所的構造の原子振動モードの同定が進んでいる。この他にも,グラファイト表面に吸着した単分子膜の振動現象の観測,水素結合物質内のトンネル励起の観測,原子の秩序度とスピン波励起との相関関係の解明,など多くの成果が上がった。

Research Products

• [Publications] M.Kohgi: "Neutron Magnetic Scattering Studies on Rare Earth Compounds with Highly Correlated Electrons" JJAP. シリーズ8. 244-253 (1993)
• [Publications] M.Arai: "Phonon Anomaly of YBa_2Cu_3O_7 Studied by Inelastic Neutron Scattering" Proc.Int.Conf.on Phonon Scattering,Cornell,NY. 印刷中. (1992)
• [Publications] S.Ikeda: "Hydrogen Wave Functions and the Potential" Phys.Rev.
• [Publications] S.Ikeda: "Quasi-Elastic Scattering in KDP" J.Phys.Soc.Jpn.
• [Publications] T.Matsuo: "Low Temperature Structures of Thiourea Carbon-Tetrachloride Clathrate Compound" J.Incl.Phenom.
• [Publications] T.Matsuo: "Calorimetric and Structural Properties of Thiourea Bromo-Trichloromethane" J.Incl.Phenom.
• [Publications] T.Matuso: "The Heat Capacity of Solid C_<60>" Solid State Comm.83. 711-715 (1992)
• [Publications] M.Arai: "New Pulsed Neutron Spectrometer MARI" Kotai-butsuri(in Japanese). 27. 41-50 (1992)
• [Publications] M.Arai: "Neutron Scattering Study of Quantum Excitations in a S=1/2 Heisemberg Antiferromagnetic Chain" J.Magn.Magn.Mater.104. 847 (1992)
• [Publications] M.Arai: "MARI-A New Spectrometer for Liquid and Amorphous Materials" Proc.International Conf.on “RecentDevelopment in Physics of Fluids",Eds.W.S.Howells and A.K.Soper,Adam Hilger. P.321 (1992)
• [Publications] M.Arai: "Neutron Scattering Law Measurements on Vitreous Silica" Proc.International Conf.on“The Physics of Non-Crystalline Solids",Eds.L.David,W.C.Lacourse and H.J.Stevens,Taylor and Francis,London. P.479 (1992)
• [Publications] M.Arai: "Anomaly of Phonon State of Superconducting YBa_2Cu_3O_7 Studied by Inelastic Nuetron Scattering" Phys.Rev.Lett.69. 359-362 (1992)
• [Publications] 渡辺 昇: "大型スポレーション中性子源による中性子散乱" 学術月報. 45. 1001-1006 (1992)
• [Publications] M.Arai: "Phonon Density of States on La_<1.85>Sr_<0.15>Cu_<1-x>ZnxO_4 (x=0,0.02) in Super and Non-Superconducting States" Physica B. 180&181. 432-434 (1992)
• [Publications] M.Arai: "High Resolution S(Q,E) Measurement on g-SiO_2" Physica B. 180&181. 779-781 (1992)
• [Publications] N.Watanabe: "Towards a High-Efficiency Pulsed Spallation Nuetron Source" Physica B. 180&181. 893-895 (1992)
• [Publications] K.Shibata: "Correlated Atomic Motions in Pd_<79>Si_<21> Alloy Glass Observed by Inelastic Pulsed Neutron Scattering" J.Non-Cryst.Solids. 150. 251-254 (1992)
• [Publications] O.Yamamuro: "Neutron Diffraction and Calorimetric Studies on Methylammonium Iodide" Acta Cryst.B48. 329-336 (1992)