2016 Fiscal Year Annual Research Report
中性子スピンプリズム法の確立と超伝導体の電子多自由度マルチダイナミクスの研究
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16H02125
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
藤田 全基 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20303894)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
猪野 隆 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, 講師 (10301722)
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, 准教授 (10391707)
南部 雄亮 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60579803)
池田 陽一 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40581773)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | スピン偏極 / 中性子散乱 / 高温超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
J-PARC、物質・生命科学実験施設に建設中である偏極中性子散乱装置POLANOの整備を行った。POLANOとは直接配置型の中性子チョッパー分光器であり、中性子スピン偏極度解析を実現するための装置である。平成28年度は、第一期大型建設工事を終了し、ビーム受け入れのための調整を進めた。また、POLANO建設に伴う放射線申請を合格し、いよいよビームシャッターの開閉が認められ、大きな一歩を踏み出すことになった。また、偏極子として用いるSEOPの開発を進め、実用可能な性能を実現することができた。SEOP以外にも偏極実験を高エネルギー、高精度、高効率で行うための機器や環境の開発を行ってきた。その中でもガイド磁場ユニットおよび三次元ヘルムホルツコイルは中性子のスピン偏極を保持しながら偏極度解析を行うために必須のでデバイスで、今年度は本ユニットの磁場計算によりガイド磁場設計を行い、磁場接続の健全性を確認した。さらに熱量計算により分光器導入時への冷却システムの評価、および、一連のユニット機器についてオフベンチでの励磁試験を行うことができた。一方、偏極中性子実験の経験を積むため、フェリ磁性体Y3Fe5O12の低エネルギー磁気励起について、海外施設にて冷中性子三軸分光器を用いた測定を行った。その結果、これまでの報告とは異なり、磁気ブラッグ点から対称性の高い逆格子空間方向について強磁性的な相関が発達していることがわかった。また、スピンゼーベック効果の効率に直結する磁気ヘリシティについて、偏極中性子非弾性散乱による磁気カイラル項測定から決定した。磁気励起の音響モードと光学モードは理論予想に整合して反対のヘリシティを持つが、単一の音響モード内においてもヘリシティの反転があることが新たにわかった。これは単純なスピン波計算では再現できず、幾何学的な欠陥など新奇な機構が存在している可能性を示している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究推進の柱は「偏極デバイスの開発」、「分光器における測定環境の構築」、および、「混成揺らぎの測定」の三つである。今年度は、それぞれに対して、高エネルギー中性子に対するスピン偏極を可能にするSEOPの改良、J-PARC/MLFにおける中性子分光器POLANOの建設、フェリ磁性体Y3Fe5O12に対する偏極中性子実験を全て滞りなく進めることができ、論文にまとめられる成果を上げることができた。SEOPは分光器に搭載できる実機の開発と高効率化を行い、また、POLANO建設についてはビーム受け入れの直前にまでこぎ着けている。29年度の研究推進に充分な基盤が築けた。また、Y3Fe5O12の実験では、理論予想に整合して磁気励起の音響モードと光学モードが反対のヘリシティを持つが、単一の音響モード内においてもヘリシティの反転が起こるという新しい現象を発見することができた。学術的にもスピン波の新しい見方を提起する可能性があり、詳細な実験の準備はすでに進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
POLANOでの偏極ビーム実験が行える環境整備を最優先で進める。具体的には、開発したSEOP実機のPOLANO分光器への導入を進める。そのために必要となるインターロック機構や周辺装置を整備する。また、POLANOでは中性子ビームを受け入れ、弾性散乱からスタートして非弾性散乱測定が可能な環境を整える。これらの合わせることにより、無磁場偏極実験を可能にする。スピンと多電子自由度が絡み合った磁気励起については、銅酸化物高温超伝導体において、これまでの研究で狙うべきエネルギーと運動量位置が同定できている。理論研究とも協力して、その背後にある物理の理解を深め、偏極中性子を用いた実験の詳細について検討する。また、28年度に新しい結果が得られたYIGについても、POLANOのおける高エネルギーまでの偏極中性子散乱測定に向けた準備を行う。
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[Presentation] Imminent launch of POLANO2017
Author(s)
Tetsuya Yokoo, Shinichi Itoh, Masaki Fujita, Yoichi Ikeda, Naokatsu Kaneko, Manabu Ohkawara
Organizer
The 22nd meeting of the International Collaboration on Advanced Neutron Sources
Place of Presentation
Oxford, England
Year and Date
2017-03-27 – 2017-03-31
Int'l Joint Research
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[Presentation] 偏極中性子散乱装置POLANOの建設状況 III2017
Author(s)
横尾 哲也, 伊藤 晋一, 藤田 全基, 池田 陽一, 金子 直勝, 大河原 学, 猪野 隆, 坂口 将尊, 菅井 征二, 南部 雄亮, 大山 研司, 羽合 孝文
Organizer
日本物理学会 第72回年次大会
Place of Presentation
大阪大学 豊中キャンパス（豊中市）
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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[Presentation] 梯子型鉄系化合物 BaFe2Se3の単結晶に対する非弾性中性子散乱2017
Author(s)
羽合 孝文, 南部 雄亮, 大串 研也, Barry Winn, V. Ovidiu Garlea, Melissa Graves-Brook, Igor Zaliznyak, 伊藤 晋一, 横尾 哲也, 佐藤 卓
Organizer
日本物理学会 第72回年次大会
Place of Presentation
大阪大学 豊中キャンパス（豊中市）
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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[Presentation] 三角格子反強磁性体NiGa2S4の偏極中性子弾性散乱2017
Author(s)
南部 雄亮, Yiming Qiu, Thomas R. Gentile, Wangchun Chen, Shannon Watson, Collin Broholm
Organizer
日本物理学会 第72回年次大会
Place of Presentation
大阪大学 豊中キャンパス（豊中市）
Year and Date
2017-03-17 – 2017-03-20
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[Presentation] 絶縁体スピントロニクス基盤物質Y3Fe5O12 の磁気励起2017
Author(s)
沖野 友貴, 南部 雄亮, 加倉井 和久, John M. Tranquada, Barry Winn, Melissa Graves-Brook, 矢野 真一郎, Jason Gardner, 吉川 貴史, 塩見 雄毅, 齊藤 英治, 藤田 全基
Organizer
2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
Place of Presentation
つくば国際会議場（つくば市）
Year and Date
2017-03-14 – 2017-03-15
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[Presentation] 偏極中性子散乱装置POLANOにおけるSEOP型3He核偏極中性子フィルターの開発(2)2017
Author(s)
大河原 学, 猪野 隆, 池田 陽一, 横尾 哲也, 藤田 全基, 伊藤 晋一, 吉良 弘, 林田 洋寿, 加倉井 和久, 奥 隆之, 酒井 健二, 大山 研司
Organizer
2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
Place of Presentation
つくば国際会議場（つくば市）
Year and Date
2017-03-14 – 2017-03-15
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[Presentation] 絶縁体スピントロニクス物質Y3Fe5O12の磁気励起2016
Author(s)
沖野 友貴, 南部 雄亮, 加倉井 和久, John M. Tranquada, Barry Winn, Melissa Graves-Brook, 吉川 貴史, 塩見 雄毅, 齊藤 英治, 藤田 全基
Organizer
日本物理学会 2016年秋季大会
Place of Presentation
金沢大学 角間キャンパス（金沢市）
Year and Date
2016-09-13 – 2016-09-16
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[Presentation] Magnetism of the triangular antiferromagnet NiGa2S4 and introduction of POLANO2016
Author(s)
Y. Nambu, Y. Qiu, T.R. Gentile, W. Chen, S. Watson, C. Broholm, T. Yokoo, M. Fujita, S. Itoh, T. Ino, M. Ohkawara
Organizer
Polarised Neutrons for Condensed Matter Investigations
Place of Presentation
Kardinal-Dopfner Haus, Freising, Germany
Year and Date
2016-07-06 – 2016-07-06
Int'l Joint Research / Invited
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