Ｊ－ＰＡＲＣの白色中性子線を用いた多波長原子分解能ホログラフィー法の確立

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24656004
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 大山 研司 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 准教授 (60241569)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 好一 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20283632) ; 奥 隆之 独立行政法人日本原子力研究開発機構, J-PARCセンター, 研究主幹 (10301748) ; 前川 藤夫 独立行政法人日本原子力研究開発機構, その他部局等, 研究員 (30354723) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 局所構造 / ホログラフィー / 中性子 / J-PARC / ドープ系機能性材料 / 偏極中性子 / 3Heフィルター

Outline of Annual Research Achievements

原子分解能中性子ホログラフィーは、中性子実験としては唯一の核種選択的な局所構造解析技術であり、かつスピンや水素、ホウ素など機能性材料にとって重要な軽元素の研究にとって決定的な役割を果たすと期待されている。すでに日本でも中性子ホログラフィーは実現してはいるが、従来の技術では強度不足から単波長ホログラムしか測定できず、測定は可能であるものの再生像の精度が不十分であった。本研究ではこの点を克服するため大強度陽子加速器施設(J-PARC)を利用して、一度に多数の波長でのホログラムを測定し、鮮明な水素やホウ素の原子像をえる白色中性子ホログラフィーを世界で初めて実現することを目指した。H24-H25年度の検討と装置開発、解析ソフト開発をふまえ、H25年度、H26年度にJ-PARCのBL10で実験を行った。その結果、J-PARCの大強度白色ビームを用いることで、100個を超える多数ホログラムを一度に測定できることを立証した。かつ、実験後に必要な統計をみながらホログラムの数を調整することができることも示した。BL10での実験では、試料として代表的シンチレーション結晶であるEu1%ドープCaF2を用い、明瞭なCa像、Eu像、F像を三次元的に得ることに成功した。一方、同じ試料を用いてXAFS測定を行った結果、ドープされたEuが三価で存在していることを確認した。これは、電気的中性を維持するため、過剰フッ素がEu周りにあることを意味しており、実際、ホログラムから再生された原子像では、過剰フッ素が見いだされている。これらの結果は、白色中性子ホログラムが機能性材料での実際の局所構造研究に有効であることを証明しており、当初の本課題の目的は達成された。この結果は報告書執筆段階で論文にまとめているところである。

Research Products

• [Journal Article] Neutron holography and diffuse scattering of palladium hydride (2015)
  • Author(s): K. Hayashi, K. Ohoyama, S. Orimo, H. Takahashi, and K. Shibata
  • Journal Title: Phys. Rev.B Volume: 91 Pages: 024102-1-7
  • DOI: DOI: 10.1103/PhysRevB.91.024102
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Concepts of Neutron Polarisation Analysis Devices for a New Neutron Chopper Spectrometer, POLANO, in J-PARC (2014)
  • Author(s): K. Ohoyama, T. Yokoo, S. Itoh, T. Ino, M. Ohkawara, T. Oku, S. Tasaki, K. Iwasa, T. J. Sato, S Ishimoto, K. Taketani, H. Kira, Y. Sakaguch, M. Nanbu, H Hiraka, H. M. Shimizu, M. Takeda, M. Hino, K. Hayashi, U. Fliges and P. Hautle
  • Journal Title: J. Phys.: Conf. Ser Volume: 502 Pages: 012051-1-4
  • DOI: doi:10.1088/1742-6596/502/1/012051
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Construction of Polarized Inelastic Neutron Spectrometer in J-PARC (2014)
  • Author(s): T. Yokoo, K. Ohoyama , S. Itoh, J. Suzuki, K. Iwasa,T. J. Sato, H. Kira,Y. Sakaguchi , T. Ino,T. Oku, K.Tomiyasu, M. Matsuura, H. Hiraka, M. Fujita, H. Kimura, T. Sato, J. Suzuki ,M. Takeda, K. Kaneko, M. Hino, S. Muto
  • Journal Title: J. Phys.: Conf. Ser. Volume: 502 Pages: 012046-1-5
  • DOI: doi:10.1088/1742-6596/502/1/012046
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Diffusion Path and Conduction Mechanism of Protons in Hydroxyapatite (2014)
  • Author(s): M. Yashima, N. Kubo, K. Omoto, H. Fujimori, K. Fujii, K. Ohoyama
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 118 Pages: 5180-5187
  • DOI: DOI: 10.1021/jp412771f
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Local clusters in a distorted rocksalt GeTe crystal found by x-ray fluorescence holography (2014)
  • Author(s): S. Hosokawa, N. Happo, S. Senba, T. Ozaki, T. Matsushita, A. Koura, F. Shimojo, K. Hayashi
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn Volume: 83 Pages: 124602-1-8
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.124602
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Polarized-neutron-diffraction study of the microscopic magnetic structure in α''－Fe16N2 nanoparticles (2014)
  • Author(s): H. Hiraka, K. Ohoyama, Y. Ogata, T. Ogawa, R. Gallage, N. Kobayashi, M. Takahashi, B. Gillon, A. Gukasov, and K. Yamada
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 90 Pages: 134427(1)-(5).
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.134427
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Novel Magnetic Chiral Structures and Unusual Temperature Hysteresis in the Metallic Helimagnet MnP (2014)
  • Author(s): T. Yamazaki, Y. Tabata, T. Waki, T. J Sato, M. Matsuura, K. Ohoyama, M. Yokoyama, H. Nakamura
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn Volume: 83 Pages: 054711(1)-(8)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.054711
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Distorted and Undistorted Atomic Sites in a Ferromagnetic Semiconductor Ge0.6Mn0.4Te Film Determined by X-ray Fluorescence Holograph (2014)
  • Author(s): N. Happo, K. Hayashi, S. Senba, H. Sato, M. Suzuki, S. Hosokawa
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn Volume: 83 Pages: 123601-1-4
  • DOI: ttp://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.83.113601
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Applications of x-ray fluorescence holography to determine local lattice distortions in materials (2014)
  • Author(s): K. Hayashi, N. Happo, S. Hosokawa
  • Journal Title: J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. Volume: 195 Pages: 337-346
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2014.07.008
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of 3He Neutron Spin Filter for the Application at an Intense Pulsed Neutron Source Facility”, (2014)
  • Author(s): T. Oku, H. Kira, H. Hayashida, K. Sakai, K. Hiroi, T. Shinohara, T. Ino, M. Ohkawara, K. Ohoyama, S. Takata, K. Oishi, H. Iwase, N. Miyata, K. Akutsu, Y. Sakaguchi, M. Takeda, J. Suzuki, K. Aizawa, M. Arai, K. Kakurai
  • Journal Title: Hamon, Volume: 24 Pages: 250-257
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development and demonstration of in-situ SEOP 3He spin filter system for neutron spin analyzer on the SHARAKU polarized neutron reflectometer at J-PARC (2014)
  • Author(s): H. Hayashida, T. Oku, H. Kira, K. Sakai, M. Takeda, Y. Sakaguchi, T. Ino, T. Shinohara, K. Ohoyama, J. Suzuki, K. Kakurai, M. Mizusawa, N. Miyata, D. Yamazaki, R. Maruyama, K. Soyama, M. Arai
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series, Volume: 528 Pages: 012020-1-7
  • DOI: 10.1088/1742-6596/528/1/012020
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 偏極中性子散乱装置POLANOでの磁場環境評価 (2014)
  • Author(s): 大山研司, 南部光江, 横尾哲也, 大河原学, 猪野隆, 伊藤晋一, 岩佐和晃, 奥隆之,吉良弘
  • Organizer: 日本中性子科学会第１４回年会
  • Place of Presentation: 札幌市
  • Year and Date: 2014-12-11 – 2014-12-12
• [Presentation] 原子分解能Ｘ線ホログラフィー (2014)
  • Author(s): 林 好一
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第58回シンポジウム
  • Place of Presentation: 福岡市
  • Year and Date: 2014-11-16 – 2014-11-17
  • Invited
• [Presentation] 蛍光X線・中性子線ホログラフィーが拓く新しい3次元イメージング (2014)
  • Author(s): 林 好一
  • Organizer: 日本結晶学会 シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2014-11-01 – 2014-11-03
  • Invited
• [Presentation] Polarisation Analysis Neutron Spectrometer, POLANO, at J-PARC - Concept and Magnetic Field Optimisation (2014)
  • Author(s): Kenji OHOYAMA
  • Organizer: Polarized Neutrons for Condensed Matter Investigations 2014
  • Place of Presentation: シドニー大学、オーストラリア
  • Year and Date: 2014-09-16 – 2014-09-18
  • Invited
• [Presentation] Current status and perspectives in the development of an in-situ spin-exchange optical pumping 3He neutron spin filter at J-PARC (2014)
  • Author(s): T. Oku, H. Kira, H. Hayashida, K. Sakai, K. Hiroi, T. Shinohara, Y. Sakaguchi, T. Ino, K. Ohoyama, M. Nakamura, J. Suzuki, K. Aizawa, M. Arai, Y. Endoh, K. Kakurai
  • Organizer: Polarised Neutrons for Condensed Matter Investigations (PNCMI) 2014
  • Place of Presentation: シドニー大学、オーストラリア
  • Year and Date: 2014-09-16 – 2014-09-18
  • Invited
• [Presentation] Development of Compact Laser Optics for an In-Situ Spin-Exchange Optical Pumping 3He Neutron Spin Filter (2014)
  • Author(s): Takayuki OKU, Hirotoshi HAYASHIDA, Hiroshi KIRA, Kenji SAKAI, Kosuke HIROI, Takenao SHINOHARA, Yoshifumi SAKAGUCHI, Takashi INO, Kenji OHOYAMA, Lieh-Jeng CHANG, Mitsutaka NAKAMURA, Jun-ichi SUZUKI, Kazuya AIZAWA, Masatoshi ARAI, Yasuo ENDOH, Kazuhisa KAKURAI
  • Organizer: J-PARC Symposium 2014
  • Place of Presentation: つくば市
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [Presentation] Demonstration Study of Small-Angle Polarized Neutron Scattering Using Polarized 3He Neutron Spin Filter (2014)
  • Author(s): Hiroshi Kira, Hirotoshi Hayashida, Hiroki Iwase, Kazuki Ohishi, Jun-ichi Suzuki, Takayuki Oku,, Kenji Sakai,, Kosuke Hiroi,, Shin-ichi Takata,, Takashi Ino,, Kenji Ohoyama, Manabu Ohkawara, Takenao Shinohara,, Kazuhisa Kakurai, Kazuya Aizawa, and Masatoshi Arai
  • Organizer: J-PARC Symposium 2014
  • Place of Presentation: つくば市
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [Presentation] Development Status of the NMR System for the Polarized 3He Neutron Spin Filter (NSF) in the MLF at J-PARC (2014)
  • Author(s): K. Sakai, T. Oku, H. Hayashida, H. Kira, K. Hiroi, T. Ino, K. Ohoyama, M. Ohkawara, K. Kakurai, T. Shinohara, K. Oikawa, M. Harada, K. Aizawa, M. Arai, Y. Sakaguchi, and J. Suzuki
  • Organizer: J-PARC Symposium 2014
  • Place of Presentation: つくば市
  • Year and Date: 2014-07-12 – 2014-07-15