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

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07044100
• 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): 松尾 隆祐 大阪大学, 理学部, 教授 (00028185) ; 稲葉 章 大阪大学, 理学部, 助教授 (30135652) ; 梶 慶輔 京都大学, 化学研究所, 教授 (00026072) ; 金谷 利治 京都大学, 化学研究所, 助教授 (20152788) ; 新井 正敏 神戸大学, 理学部, 助教授 (30175955) ; 加倉井 和久 東京大学, 物性研究所, 助教授 (00204339) ; 伊藤 晋一 高エネルギー物理学研究所, ブースター利用施設, 助手 (00221771) ; 大友 季哉 高エネルギー物理学研究所, ブースター利用施設, 助手 (90270397) ; STEIGENBERGE ユー.イー ラザフォードアプルトン研究所, グループリーダー ; 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) ; 池田 進 高エネルギー物理学研究所, ブースター利用施設, 教授 (80132679) ; 三沢 正勝 新潟大学, 理学部, 教授 (80005941) ; 神山 崇 筑波大学, 物質工学, 講師 (60194982) ; 浅野 肇 筑波大学, 物質工学, 教授 (90005934) ; 柴田 薫 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (60183836) ; 本河 光博 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30028188) ; 山田 和芳 東北大学, 理学部, 助教授 (70133923) ; 神木 正史 東京都立大学, 理学部, 教授 (30004451) ; 遠藤 康夫 東北大学, 理学部, 教授 (00013483)
• Keywords: 中性子散乱 / パルス中性子 / チョッパー型分光器 / 磁気励起 / 高温超伝導 / 非晶体構造

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格的な実験研究を開始した。本年度は、乱れた系のダイナミクス、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た。
フラクタル構造をもつ系の動的性質がはじめて明らかにた。パーコレーション磁性体を用いた高エネルギー分解能実験により、フラクタル格子上を拡散する粒子の異常拡散現象がはじめて観測された。また、フラクタル格子固有の非線型励起であるフラクトンが、長波長領域でのスピン波にクロスオーバーしていくことがはじめて確認された。これらの研究によって、強く乱れた系における原子レベルでの運動の形態が明らかにされつつある。
また、酸化物高温超伝導の発現機構に関連した研究において、超伝導転移温度よりもはるかに高い温度で銅原子の縦緩和時間の異常が発見され、この異常とスピン一重項形成との関連が議論を集めている。このため、YBa2CuO6.6の局所構造の温度変化を測定した。これにより、CuO2面内のCuとOの距離が対応する温度で変化することが認められ、スピン一重項形成の可能性が強く示唆される結果を得た。詳細な研究は今後の課題である。
その他、スピンパイエルス系の磁気励起の観測等多くの成果が上がった。

Research Products

• [Publications] H.Ikeda: "Anomalous Spin Diffusion in a Two-Dimensional Percolating Ising Antiferromagnet" Phys.Rev.Lett.75. 4440-4443 (1995)
• [Publications] Y.Ohta: "Phase transitions of scandium triacetate" Physica B. 213&214. 402-404 (1995)
• [Publications] O.Yamamuro: "Critical phenomenon in a molecular-ionic crystal (CD_3ND_3)_2[SnCl_6]" Physica B. 213&214. 414-416 (1995)
• [Publications] O.Yamamuro: "A neutron-diffraction study of tetrahydrofuran and acetone clathrate hydrates" Physica B. 213&214. 405-407 (1995)
• [Publications] R.M.Ibberson: "Calorimetric,Dielectric,and Neutron Diffraction Studies on Phase Transitions in Ordinary and Deuterated Acetone Crystals" J.Phys.Chem.99. 14167-14173 (1995)
• [Publications] H.Ikeda: "Spin correlations in percolating networks with fractal geometry" Physica B. 213&214. 146-151 (1995)
• [Publications] T.Yamaguchi: "Structure and Dynamics of Supercooled and Glassy Aqueous Ionic Solutions" J.Mol.Lig.65/66. 91-98 (1995)
• [Publications] M.Arai: "Phonon anomaly of La_<1.85>Sr_<0.15>CuO_4 studied by neutron scattering" Physica B. 213&214. 75-77 (1995)
• [Publications] M.Fujita: "The lattice evolution of the spin-Peierls material CuGeO_3 studied by neutron scattering" Physica B. 213&214. 288-290 (1995)
• [Publications] A.C.Hannon: "A dynamic correlation function from inelastic neutron scattering data" Nucl.Instr.Methods. A354. 96-103 (1995)
• [Publications] M.Arai: "Dynamic correlation function studies of the medium-range order in materials" J.Non-Crys.Solids. 192&193. 230-237 (1995)
• [Publications] M.Arai: "Structural evolution of spin-Peierls material CuGeO_3 studied by neutron scattering" J.Mag.Mag.Mater.140-144. 1689-1690 (1995)
• [Publications] S.Itoh: "Quantum Spin Dynamics of an S = 3/2 Heisenberg Antiferromagnetic Chain : Inelastic Pulsed Neutron Scattering from CsVCl_3" Phys.Rev.Lett.74. 2375-2378 (1995)
• [Publications] S.Itoh: "Spin Dynamics in an Ising-Like Quantum Spin Chain with Nonmagnetic Impurities" J.Phys.Soc.Jpn.64. 927-933 (1995)
• [Publications] S.Itoh: "Inelastic pulsed-neutron scattering from CsVCl_3" Physica B. 213&214. 161-163 (1995)
• [Publications] A.Inaba: "Rotational tunneling and spin conversion in methane monolayers adsorbed on the surface of graphite" Physica B. 213&214. 643-645 (1995)
• [Publications] A.Inaba: "The librational ground state of monodeuterated methane adsorbed on graphite" J.Chem.Phys.103. 1627-1634 (1995)
• [Publications] R.Kanao: "Deuteron Self-Trapped State and the Strain-Mediated Structural Phase Transition in KDCO_3" J.Phys.Soc.Jpn.64. 2286-2289 (1995)
• [Publications] K.Yamada: "An Overall Energy Spectrum of Magnetic Fluctuations in the Superconducting La_<1.85>Sr_<0.15>CuO_4" J.Phys.Soc.Jpn.64. 2742-2745 (1995)
• [Publications] 池田 宏信: "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" 学術月報. 48. 610-615 (1995)
• [Publications] 池田 宏信: "フラクタル磁性体のダイナミクス" 日本物理学会誌. 51. 115-118 (1996)