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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Production of highly spin-polarized RI beams based on the atomic beam resonance method

Research Project

Project/Area Number 18H03692
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

上野 秀樹  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (50281118)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山本 文子  芝浦工業大学, 公私立大学の部局等, 教授 (50398898)
佐藤 渉  金沢大学, 物質化学系, 教授 (90333319)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2023-03-31
Keywordsその他の量子ビーム / 原子核(実験) / 磁気共鳴 / 加速器 / 小型量子ビーム発生技術
Outline of Annual Research Achievements

本研究では高核スピン偏極RI ビームの実現と物質科学研究への応用に向け、適切な NMRプローブが存在しない酸素に着目した酸素プローブによるβ線検出型超高感度 NMR (β-NMR) 測定を通じた新たな物質科学研究の手法を開拓すると共に、RI ビーム用原子線共鳴装置のプロトタイプの開発を行うのが目標である。
2019年度は前者に関しては3つのビーム実験を行った。まずはQST放医研HIMAC加速器施設にて実験を行い、O-19を生成しTiO2中にビーム導入された酸素RIのスピン操作のパラメータ測定、結晶内の停止位置に関する基礎的な研究などを行うとともに、偏極O-21ビームを効率的に生成するための核反応パラメータを調査した。得られた基礎データを基に、次に大強度ビームが得られる理研RIPSにて実験を行い、O-21の核電気四重極モーメントを決定することができた。これにより目標とするCuOでの測定に着手することができるようになり、β-NMR実験に必須となるCuO内部でのスピン格子緩和時間(T1)の測定から研究を開始しはじめたところである。また、関連研究として行った二つの研究のうち、1つ目のS-39核のβ-γ核分光測定は解析結果もまとまり誌上発表を行った。二つ目のHIMACで実施中の核スピン整列RIビームを用いたNMR法の原理実証実験は、データ点が少ないながら初めて結果を出すことができた。加えて、物理のみならず核化学研究でも関連研究として成果が複数誌上発表された。RI原子線共鳴装置の開発ではオフラインでの開発が進められており、現在製作したイオントラップ部の動作試験を行っている最中である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

O-21のRIプローブ開発としては、HIMAC及びRIPSの実験を経て遂に核電気四重極モーメント測定に成功した。これでβ-NMR物性研究に向けて一歩前進した。またmmサイズの大型CuO単結晶の作製に成功した。共鳴曲線を観測するには至らなかったもののO-21を用いた最初のβ-NMR物性実験を実施することができた。RIプローブの特性を明らかにするSに関する関連研究でも論文発表を行い、関連核化学研究でも論文発表を行うことができた。RI原子線共鳴装置の開発では、専任の任期制研究者を雇用し、前年度整備した開発ベンチを用いてまずは取扱いが容易なRbを用い、イオントラップのシステム開発を行っている。一部当初予定に比べやや遅れが生じているものの、全体としては着実に開発が進められている。

Strategy for Future Research Activity

酸素核プローブ開発では電気四重極モーメント測定に関する解析を終え、論文発表を行う(当該研究は博士論文となる予定)。
O-21を用いたβ-NMR物性研究は、数年に一度しか実験機会がまわってこない理研RIPSよりも、計画的に実験を進められるHIMACで実施することが望ましく、効率的に核スピン偏極O-21ビームを生成する核反応パラメータ探索を行ったが、残念ながらそれは困難であることが判明した。これは大変残念な結論であった。今後はHIMACでは内容を限定し、O-19を使って必要な予備実験を進め、本格的な測定はRIPSで行うこととなる。RI原子線共鳴装置R&Dは、現在行っているイオントラップの開発を進め、順次レーザー冷却、Beを用いた共同冷却と原理実証に向けた開発を進める。

  • Research Products

    (31 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 8 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 5 results) Remarks (3 results)

  • [Int'l Joint Research] CEA/DAM/CNRS/IN2P3/CNRS/CRISMAT(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      CEA/DAM/CNRS/IN2P3/CNRS/CRISMAT
    • # of Other Institutions
      5
  • [Int'l Joint Research] Michigan State University/The Ohio State University/University of Maryland(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      Michigan State University/The Ohio State University/University of Maryland
    • # of Other Institutions
      1
  • [Int'l Joint Research] Kyungpook National University/Korea Advanced Inst. of Sci. Tech.(韓国)

    • Country Name
      KOREA (REP. OF KOREA)
    • Counterpart Institution
      Kyungpook National University/Korea Advanced Inst. of Sci. Tech.
  • [Int'l Joint Research] GSI(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      GSI
  • [Int'l Joint Research] Peking University(中国)

    • Country Name
      CHINA
    • Counterpart Institution
      Peking University
  • [Int'l Joint Research]

    • # of Other Countries
      4
  • [Journal Article] Different bound states of impurity hydrogen atoms in hydrothermally grown ZnO detected with nuclear reaction analysis2020

    • Author(s)
      H. Shimizu, M. Wilde, W. Sato
    • Journal Title

      Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms

      Volume: 467 Pages: 13~16

    • DOI

      10.1016/j.nimb.2020.01.026

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] g Factor of the Zr99 (7/2+) Isomer: Monopole Evolution in the Shape-Coexisting Region2020

    • Author(s)
      Boulay F. 他
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 124 Pages: 112501-1~6

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.124.112501

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Growth of polycrystalline Pr4Ni3O10 thin films for intermediate temperature solid oxide fuel cell cathode by radio frequency magnetron co-sputtering2020

    • Author(s)
      Laffez Patrick、Simon Quentin、Kikuchi Yuhei、Retoux Richard、Giovannelli Fabien、Yamamoto Ayako
    • Journal Title

      Thin Solid Films

      Volume: 693 Pages: 137705~137705

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2019.137705

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Negative Parity States in 39Cl Configured by Crossing Major Shell Orbits2019

    • Author(s)
      Tao Long-Chun 他
    • Journal Title

      Chinese Physics Letters

      Volume: 36 Pages: 062101~062101

    • DOI

      10.1088/0256-307X/36/6/062101

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 変形しながら殻進化─磁気モーメントで探るエキゾチック核の「中身」─2019

    • Author(s)
      市川雄一
    • Journal Title

      Isotope News

      Volume: 765 Pages: 26~29

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Diagonal nematicity in the pseudogap phase of HgBa2CuO4+δ2019

    • Author(s)
      Murayama H.、Sato Y.、Kurihara R.、Kasahara S.、Mizukami Y.、Kasahara Y.、Uchiyama H.、Yamamoto A.、Moon E.-G.、Cai J.、Freyermuth J.、Greven M.、Shibauchi T.、Matsuda Y.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 10 Pages: 3282-1~7

    • DOI

      10.1038/s41467-019-11200-1

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Characteristics of Cuprate Superconductors Against Pressure and Carrier Doping~ How Can We Find a New Superconductor with the Highest <i>T</i><sub>c</sub>? ~2019

    • Author(s)
      TAKESHITA Nao、YAMAMOTO Ayako、SASAKI Misaki
    • Journal Title

      The Review of High Pressure Science and Technology

      Volume: 29 Pages: 254~261

    • DOI

      10.4131/jshpreview.29.254

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dynamic motion and freezing of polaronic local structures in a colossal-magnetoresistive perovskite manganite La0.7Ca0.3MnO3 detected with radioactive nuclei2019

    • Author(s)
      Sato W.、Komatsuda S.、Shimizu H.、Moriichi R.、Abe S.、Watanabe S.、Komatsu S.、Terai T.、Kawata S.、Ohkubo Y.
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 100 Pages: 184111-1~7

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.100.184111

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 不純物核スピン緩和を利用したLa0.7Ca0.3MnO3中ポーラロンの状態観察2020

    • Author(s)
      佐藤渉, 小松田沙也加, 清水弘通, 盛一遼平, 阿部 聡, 渡辺祥太, 小松俊介, 寺井智之, 川田知, 大久保嘉高
    • Organizer
      KUR専門研究会「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究Ⅵ」
  • [Presentation] Nuclear-physics research based on RI spin orientation technique2019

    • Author(s)
      H. Ueno
    • Organizer
      XXXVI Mazurian Lakes Conference on Physics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Magnetic-moment measurement of exotic nuclei using spin-oriented RI beams at RIBF2019

    • Author(s)
      Y. Ichikawa
    • Organizer
      14th Asia-Pacific Physics Conference (APPC 2019)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] High-pressure synthesis of Hg containing complex oxides2019

    • Author(s)
      A. Yamamoto, M. Iida, N. Takeshita
    • Organizer
      Aalto Symposium on New Functional Materials
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Control of energy gap in semiconducting complex platinum oxides with extremely narrow-gap, A1-xPt3O6 (A = Cd and Hg, x = 0-0.2)2019

    • Author(s)
      A. Yamamoto, M. Iida, N. Takeshita
    • Organizer
      17th European Conference of Solid State Chemistry (17th ECSSC)
    • Invited
  • [Presentation] Pr4Ni3O10±d thin films for IT-SOFC cathode: a two-step synthetic route by magnetron co-sputtering2019

    • Author(s)
      Y. Kikuchi, Q. Simon, A. Yamamoto, P. Laffez
    • Organizer
      The 2019 Spring Meeting of the European Materials Research Society
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ナローギャップ半導性を有する複合白金酸化物の高圧合成と高圧下輸送特性2019

    • Author(s)
      山本文子, 飯田睦大, 竹下直
    • Organizer
      東京大学物性研究所短期研究会「高圧合成による新規材料開発と高圧下測定技術の集結」
    • Invited
  • [Presentation] KSbO3 型新規酸塩化物 Sr10Ir12O37Cl の合成, 結晶構造および物性2019

    • Author(s)
      菊地優平, 杉山和正, 山本文子
    • Organizer
      第 60 回高圧討論会
  • [Presentation] ナローギャップ半導体 MxPt3O6 (M = Cd, Hg, x = 0.8-1.0)の高圧合成および伝導特性2019

    • Author(s)
      飯田睦大, 竹下直, 山本文子
    • Organizer
      第 60 回高圧討論会
  • [Presentation] KSbO3 型立方晶 SrIrO3 の高圧合成2019

    • Author(s)
      菊地優平, 杉山和正, 山本文子
    • Organizer
      第 4 回固体化学フォーラム
  • [Presentation] ナローギャップ半導体 MxPt3O6 の高圧合成および伝導特性2019

    • Author(s)
      飯田睦大, 竹下直, 山本文子
    • Organizer
      第 4 回固体化学フォーラム
  • [Presentation] 3 種のSrIrO3 多形の合成、結構構造および物性2019

    • Author(s)
      菊地優平, 杉山和正, 山本文子
    • Organizer
      東京大学物性研究所短期研究会「高圧合成による新規材料開発と高圧下測定技術の集結」
  • [Presentation] ナローギャップ半導体 MxPt3O6 の高圧合成および伝導特性2019

    • Author(s)
      飯田睦大, 竹下直, 山本文子
    • Organizer
      東京大学物性研究所短期研究会「高圧合成による新規材料開発と高圧下測定技術の集結」
  • [Presentation] 四酸化三鉄中に不純物として導入されたインジウムおよびガリウムの原子ジャンプ過程2019

    • Author(s)
      佐藤渉, 藤沢照功, 竹中聡汰, 杉本友亮, 高田真宏, 小松田沙也加, 大久保嘉高
    • Organizer
      日本放射化学会第 63 回討論会(2019)
  • [Remarks] 主任研究員研究室 上野核分光研究室

    • URL

      https://www.riken.jp/research/labs/chief/nucl_spectro/index.html

  • [Remarks] 仁科加速器科学研究センター 核分光研究室

    • URL

      https://www.nishina.riken.jp/labo/nuclear_spectroscopy.html

  • [Remarks] ジルコニウム同位体は励起状態でも突然変形する

    • URL

      https://www.riken.jp/press/2020/20200317_2/index.html

URL: 

Published: 2021-01-27  

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