2020 Fiscal Year Research-status Report
Establishment of real-space dynamical analysis by inelastic neutron scattering experiment and its application to condensed matter physics
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19K12648
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
中村 充孝 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究主幹 (00370445)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 実空間ダイナミクス解析 / 中性子非弾性散乱実験 / ネットワークガラス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中性子非弾性散乱(INS)実験による実空間ダイナミクス解析手法の確立と物性研究への応用を本研究課題の主目的と定め、研究開発を進めてきた。
実空間動的構造因子G(r,E)は、INS実験で得られる動的構造因子S(Q,E)をフーリエ変換することによって導出が可能であるが、正しいG(r,E)を得るためにはできるだけ広い運動量-エネルギー(Q-E)空間をカバーしたS(Q,E)を取得することが必要である。しかしながら、無限に広いQ-E空間をカバーするS(Q,E)の取得は原理的に不可能であり、より高い入射エネルギーを用いた高分解能・高強度のINS実験が要求されるが、この実験はJ-PARCの大強度中性子ビームを以ってしても困難である。このような問題意識をもとに、INS実験で得られるS(Q,E)二次元データマップを一枚の画像と見立て、最大エントロピー法のアルゴリズムを利用して、十分に広いQ-E空間をカバーする仮想S(Q,E)から実空間ダイナミクス解析を実現させることを本研究課題で提案している。
2020年度は、中性子遮蔽材として用いられている炭化ホウ素セラミックスの極薄化に成功し、現時点では、0.3mm厚の極薄板を成形できるようになった。この技術を本研究計画の技術的課題の一つであった高分解能ビームコリメータに適用することで、中性子強度を大きく犠牲にすることなく、良好にコリメートされた中性子ビームを実験に利用できることが期待され、今後の計画遂行において大きなステップアップが果たされた。
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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
交付申請書（様式D-2-1）に記載した「研究実施計画」において、「高EiでのINS実験を高精度かつ高強度化するために、T0チョッパー高速化（25Hz→100Hz）と高分解能ビームコリメータの開発に取り組む予定である」としていたが、2019年度中に100Hz運転を達成したT0チョッパーは、現在、J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子非弾性散乱装置（BL01 4次元空間中性子探査装置）において安定的に稼働しており、すでに多くの外部ユーザーにも供されている。また、2020年度中には、0.3mm厚の炭化ホウ素セラミックス板を成形できる見込みが立ち、2020年度末までに高分解能ビームコリメータの試作品を製作した。
以上のことから、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度には、安定的なT0チョッパー高速回転運転が実現され、高分解能ビームコリメータ開発の肝であった炭化ホウ素セラミックスの極薄化にも目途を立てることができた。
今後は、解析プログラムの高度化や周辺デバイスの技術開発を継続して行うと共に、本研究の最終目標である非晶質材料の実空間ダイナミクス解析を行う。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症拡大の影響を受けて、国内外での研究会や学会の開催が中止となり、出張旅費に想定外の余剰が生じることとなった。
また、本研究課題で開発を進めている解析ソフトウェアは、将来的にJ-PARC物質・生命科学実験施設において外部ユーザーに広く利用してもらうことを想定して、より完成度の高いものを製作することとした。次年度使用額は、外注によるソフトウェア製作の費用に充当する。
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