大型スポ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

1993 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, 助手 (60183836) ; 神山 崇 筑波大学, 物質工学系, 講師 (60194982) ; 加美山 隆 北海道大学, 工学部, 助手 (50233961) ; 山田 和芳 東北大学, 理学部, 助手 (70133923) ; 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) ; 鬼柳 善明 北海道大学, 工学部, 助教授 (80002202) ; 田島 圭介 慶應大学, 理工学部, 助教授 (70004439) ; 梶 慶輔 京都大学, 化学研究所, 教授 (00026072) ; 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, 助教授 (60156966) ; 入江 吉郎 高エネルギー物理学研究所, ブースター利用施設, 助教授 (00124173) ; 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 新潟大学, 理学部, 教授 (80005941) ; 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) ; 鈴木 謙爾 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (10005861) ; 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) ; 山口 敏男 福岡大学, 理学部, 助教授 (70158111) ; FINNEY J.L. ラザフォードアプルトン研究所, 研究主幹 ; 稲葉 章 大阪大学, 理学部, 講師 (30135652) ; 山室 修 大阪大学, 理学部, 助手 (20200777) ; 本河 光博 神戸大学, 理学部, 教授 (30028188) ; 新井 正敏 神戸大学, 理学部, 助教授 (30175955) ; 松尾 隆祐 大阪大学, 理学部, 助教授 (00028185)
• 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、昨年度から本格的な実験研究を開始した。本年度は、低次元磁性体の量子効果、高温超伝導体及びその関連物質の格子振動、水素結合物質の相転移機構の研究を中心にして共同研究を実施したが、以下のような重要な成果が次々に得られつつある。
一次元ハイゼンベルグ型反強磁性体のスピン動特性が磁性イオンのスピン値の増加に対して、量子論極限から古典論極限へどのようにクロスオーバーしていくか、の問題を解くため、CsVC1_3(S=3/2)の磁気励起の測定が行われた。得られたスピン波の線巾は古典論で予想される値より大きく、この増大は量子効果による揺らぎに起因していると考えられる。また、水素結合物質の相転移機構は現在未解明の研究課題であるが、KHCO_3及びKDPにおける水素結合に関与する水素原子の振動状態の波動関数を決める実験がなされた。水素原子の振動モードの運動量分布をもとにして、波動関数の自己相関関数を求ることに成功したが、これは、水素の波動関数に関する知見を直接求めることが出来たはじめての実験である。その他、高温超伝導体の高エネルギー領域での格子振動異常の観測、過冷却状態にある溶液の水和構造の決定、等多くの成果が上がった。

Research Products

• [Publications] T.Matsuo: "Denterium-induced phase transition in some ammonium and hydrogen-bonded acidic salts" Order and Disorder in Solids. 9. 6-10 (1993)
• [Publications] M.Kohgi: "Neutron magnetic scattering studies on rare earth compounds with highly correlated electrons" Jap.J.Appl.Phys.8. 244-253 (1993)
• [Publications] M.Calvo: "Collective excitations in amorphous Fe_<85>B_<15>" J.Non-Cryst.Solids. 156-158. 53 (1993)
• [Publications] W.I.F.David: "High resolution neutron powder diffraction:a case study of the structure of C_<60>" Proc.Roy.Soc.London. A442. 129 (1993)
• [Publications] J.A.Fernandez-Baca: "High-energy magnetic excitations in Mn_<90>Cu_<10>" J.App.Phys.73. 6548 (1993)
• [Publications] S.Itoh: "Spin dynamics along the chain direction in an S=3/2,quasi one-dimensional Heisenberg antiferromagnet CsVCl_3" J.Phys.:Condens.Matter. 5. 6767 (1993)
• [Publications] O.Yamamuro: "Phase transitions and structures of methylammonium compounds" Proc.5th Int.Symp.on Advanced Nuclear Eneregy Research. 2. 604-611 (1993)
• [Publications] K.Suzuki: "The medium-and short-range collective atomic motion in Pd-Si(Ge)amorphous alloys" J.Non-Cryst.Solids. 156-158. 58-62 (1993)
• [Publications] K.Nakajima: "Spin-wave excitations in two-dimensional antiferromagnet of stoichiometric La_2NiO_4" J.Phys.Soc.Jpn.62. 4438-4448 (1993)
• [Publications] 山口 敏男: "金属イオンの水和構造" 化学工業. 374 (1993)
• [Publications] M.Yamagami: "Pulsed neutron diffraction study on lithium(I)hydration in supercooled aqueous chloride solutions" J.Chem.Phys.100. 3132 (1994)
• [Publications] S.Takeda: "Quantum precession of HCl molecules in hydroquinon clathrate" Physica B. (発表予定).
• [Publications] M.A.Adams: "The effectiveness of low temperatures in reducing background from thermal diffuse scattering of pylorytic graphite filter" ICANS XII proceedings. (発表予定).
• [Publications] M.Arai: "Dynamical labelling method to extract partial structure factors" ICANS XII proceedings. (発表予定).
• [Publications] M.Arai: "Neutron scattering studies on a spin-Peierls material CuGeO_3" J.Phys.Soc.Jpn.(発表予定).
• [Publications] C.J.Carlile: "Less background,better contrast by cooling analyser crystals" Nucl.Instr.Methods. (発表予定).
• [Publications] T.Yamaguchi: "Li^+ and Cl^- hydration in aqueous solutions near the critical point" ISSP Report(Univ.Tokyo). (発表予定).
• [Publications] S.Itoh: "Spin dynamics in two-dimensional Heisenberg antiferromagnets-High energy neutron inelastic scattering from La_2CuO_4 and La_2NiO_4" J.Phys.Soc.Jpn.(発表予定).
• [Publications] S.Itoh: "Quantum spin dynamics of an S=3/2 Heisenberg antiferromagnetic chain-Inelastic pulsed neutron scatttering from CsVCl_3" J.Phys.Soc.Jpn.(発表予定).
• [Publications] K.Suzuki: "Current Topics in Amorphous Materials:Physics and Technology" Elesevier Science Pub., 7 (1993)