2018 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)
大河原 学 東北大学, 金属材料研究所, 技術一般職員 (10750713)
池田 陽一 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40581773)
南部 雄亮 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60579803)
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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 |
本研究の目的は、大強度陽子加速器施設に建設する中性子散乱装置POLANOを高度化し、偏極中性子を用いた100meVまでの非弾性中性子散乱実験を磁場下で行う中 性子スピンプリズム法を確立することである。昨年度、非偏極中性子ビームの取り出しに成功したPOLANOにおいて、引き続き、検出器補正、データの可視化、バックグラウンドの軽減対策など、様々な調整を進め、低次元磁性体CsVCl3の磁気励起や二ホウ化ジルコニウムの400meVにおよぶ水素振動モードの観測を行うことができた。これらの結果により、本研究が目的とする高エネルギー領域でのスピン・格子分離がPOLANOで可能であることを示せた。
一方、スピン交換光ポンピング法を用いる偏極3He中性子スピンフィルターの開発もさらに進めた。引き続き、本研究の協力体制の下、東北大学多元物質科学研究所ガラス工場の技術力を活かして、GE180ガラスの特殊セルを多数作成し、スピンフィルターの機能向上を行った。POLANO実装に必要なフィルター性能を達成することができた。
また、本研究の対象とする銅酸化物高温超伝導体のスピンダイナミクスに関しては、SNS(アメリカ)およびSPring-8で、ホールドープ型超伝導体La2-xSrxCuO4に対する中性子非弾性散乱実験、電子ドープ型超伝導体Nd2-xCexCuO4に対する共鳴X線非弾性散乱実験を行った。前者では希薄ドープ組成にもかかわらず100meVを超える非常に高いエネルギーで磁気励起に温度変化が生じることがわかった。また後者でも特定の波数の温度変化が大きいことがわかった。従って、電荷の自由度とカップルしたスピンダイナミクスが低ドープ、高エネルギーの特定の波数から生じることが明らかとなり、POLANOでの偏極実験の狙い所の一つがわかった。
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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
本研究の推進の三本柱は「分光器における測定環境の整備」、「偏極デバイスの開発」、「銅酸化物調で導体における混成揺らぎの測定」である。この三項目について、下記に挙げる進展があった。(1)昨年度、中性子ビームの受け入れに成功し、非偏極中性子による非弾性散乱実験が可能となったPOLANOにおいて、実際に磁気励起とフォノンの高エネルギー測定を行うことができた。低次元磁性体のスピンダイナミクスの観測も行えたことから、研究に必要な性能が得られることを確認した。(2)コンパクト化したスピンフィルターデバイスの実装のため、施設内の安全審査を進めた。オフラインでの安全確認は行えた。また平行して、偏極度向上のためにフィルター内ガスの混合比、フィルター内面の洗浄方法など、いくつかの検討を行った。この推進のために、高エネルギー加速器研究機構、東北大学金属材料研究所、および、東北大学多元物質科学研究所の連携を強めた。(3)研究対象とする ホールドープ型、電子ドープ型のそれぞれの銅酸化物超伝導体の磁気励起を観測することができた。観測したエネルギー領域、温度領域はこれまでに実験が行われなかったものであり、電荷とのカップリングを強く示唆するスピン相関の存在を明らかにした。さらには新しい研究対象として、T*構造銅酸化物（Eu1-2/xLa1-2/xSrxCuO4）の試料合成とその超伝導化を行い、磁気超伝導相図を完成することができた。今後、この物質も合わせて、214系と呼ばれる銅酸化物超伝導体の三種類の構造異性体を用いて、配位と物性の関係を調べることが可能になった。マルチダイナミクスの解明がさらに推し進められると期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も、これまでの研究を継続して、三本柱のそれぞれを推進する。これらを合わせることによって、最終的な目標を達成する。「測定環境の整備」については、非弾性散乱領域においてはまだ十分ではない、バックグラウンドの除去が課題である。十分なS/Nで測定を行うために、ひとつずつバックグラウンドを取り除いていく。また、導入に道筋が付いた超電導マグネットについても実装のための作業を進める。今年度はコミッショニング（装置整備）に時間を割いたため、銅酸化物に対する十分な測定時間がなかったが、非偏極非弾性散乱実験は定常的に行える状況になっているので、冷凍機の導入と安定運転のための整備を加速し、POLANOで磁気励起の調査を行う。T構造La2-xSrxCuO4、および、T'構造(PrLa)2-xCexCuO4に加えて、新しく合成に成功したT*構造銅酸化物Eu1-2/xLa1-2/xSrxCuO4の単結晶化（EuはPrに全置換する）にも取り組む。その単結晶に対する非弾性散乱実験から、214系に共通する磁気励起の特徴を抽出し、マルチダイナミクスの素性を明らかにしていく。その要となる偏極中性子散乱実験を行うため、「偏極デバイスの開発」としてSEOPスピンフィルターの高度化をさらに進める。このための組織連携した開発基盤の構築にも取り組む。
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[Presentation] 複合核共鳴を用いた時間反転対称性の破れの探索実験のための偏極核標的開発2019
Author(s)
飯沼昌隆, 清水裕彦, 池上弘樹, 池田陽一, 石崎貢平, 石黒亮輔, 石元茂, 猪野隆, 岩田高広, 上坂友洋, 大友季哉, 奥隆之, 神田浩樹, 北口雅暁, 郡英樹, 嶋達志, 高橋大輔, 高橋義朗, 藤田全基, 松下琢, 宮地義之, 與曽井優, 和田信雄, 他 NOPTREX collaboration
Organizer
日本物理学会2019年年次大会
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[Presentation] NOPTREX実験に向けた偏極標的結晶の作成2019
Author(s)
石崎貢平, 清水裕彦, 北口雅暁, 新實裕大, 飯沼昌隆, 藤田全基, 岩田高広, 宮地義之, 池田陽一, 松下琢, 他 NOPTREX collaboration
Organizer
日本物理学会2019年年次大会
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