大強度ミュオンビームによる基礎科学の研究

• 研究課題/領域番号: 06044041
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 共同研究
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 永嶺 謙忠 東京大学, 理学部, 教授 (50010947)
• 研究分担者: POUTISSOU J. トライアムフ研究所, 副所長 ; BREWER J.H. ブリティッシュコロンビア大学, 教授 ; 坂元 眞一 東京大学, 理学部, 助手 (50215646) ; 岩崎 雅彦 東京大学, 理学部, 助手 (60183745) ; 本河 光博 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30028188) ; 坂本 澄彦 東北大学, 医学部, 教授 (20014029) ; 山崎 泰規 東京大学, 教養学部, 教授 (30114903) ; 近藤 保 東京大学, 理学部, 教授 (10011610) ; 門野 良典 理化学研究所, 金属物理, 研究員 (10194870) ; 鳥養 映子 山梨大学, 工学部, 助教授 (20188832) ; 西田 信彦 東京工業大学, 理学部, 教授 (50126140) ; 西山 樟生 東京大学, 理学部, 助教授 (50164611) ; SAKAMOTO S. University of Totyo, Faculty of Science, Research Associate ; IWASAKI M. University of Totyo, Faculty of Science, Research Associate ; MOTOKAWA M. Tohoku University, Institute for Materials Research, Professor ; YAMAZAKI Y. University of Totyo, College of Art and Sciences, Professor ; KONDOW T. University of Totyo, Faculty of Science, Professor ; KADONO R. Institute of Physical and Chemistory Research, Metal Physics Laboratory, Researc ; NISHIDA N. Tokyo Institute of Tecnology, Faculty of Science, Professor
• 研究期間 (年度): 1994
• 研究課題ステータス: 完了 (1994年度)
• 配分額: 9,400千円 (直接経費: 9,400千円); 1994年度: 9,400千円 (直接経費: 9,400千円)
• キーワード: ミュオン / 中間子科学 / ミュエスアール / ミュオン原子 / ミュオン触媒核融合 / 高温超伝導体 / 酸化物磁性体 / ビーム冷却 / Oxide magnetic materials / Beam cooling

研究概要

本年度のトライアムフ研究所における大強度直流状ミュオンビームを用いる基礎科学研究において次の様な著しい成果が上がった。
1)LaSrCuO系の単結晶試料を用いた高温超伝導体に関する零磁場下の負ミュオンスピン縦緩和測定において、高温超伝導性の基本的性質を反映する信号をとらえる事に成功している。
具体的には、(μ^-O)状態に電子のついた常磁性状態の生成が確認され、その常磁性電子と超伝導電流との相互作用による(μ^-O)スピン緩和の温度依存性が、臨界点の上下で特徴的な変化が観測された。高温超伝導の電子輸送現象を微視的磁気プローブで調べるという全く新しい研究方法が確立した。
また、常磁性負ミュオン酸素状態がLa系高温超伝導物質において、どのような空間的配位をとるかについて、実験理論両面からのアプローチから重要な結論がひき出されつつある。トライアムフ研究所での常磁性(μ^-O)状の常磁性ナイトシフトの温度・角度依存性を再現する超微細相互作用定数のクラスター計算から、上記の常磁性(μ^-O)状態は頂点酸素に係わるものであることが判った。
2)酸化的磁性体の負ミュオンスピン回転による常磁性シフトの測定をMnOを中心にして系統的に行った。磁気転移点の直点で、空間的に配位が異なる2つの電子状態を持つことが明らかになった。酸化物磁性体の超交換相互作用の本質にせまる重要なデータを提供した。
3)負ミュオンによる原子分光においては、eVオーダーのエネルギーの負ミュオン重水素原子(μd)と固体重水素薄膜との反応断面積の測定が、薄膜の厚さの変化に応じた(μd)の減速過程の測定を通して行われた。その際に、減速中に起こる固体2重水素薄膜中のミュオン触媒核融合を起こさせ、発生する3MeVの陽子を検出することを、測定手段として用いた。結果は(μd)とdとの反応がdが固体D_2の分子状態であることの影響をうけていることが判った。
さらに、重水素薄膜中で、起こるミュオン触媒核融合によって生ずるkeVオーダーの超低速負ミュオンを発生し検出することを可能とした。このために、大立体角軸収束低エネルギー分光器と、炭素のストッパーを用いた高分解能X線検出器とを開発し、持ち込んだ。
これらの結果は原子分子物理の基本的な問題であると同時に、低速負ミュオン減の開発と言う応用面で重要な意義がある。特に素粒子物理で最近話題をよんでいる「ミュオンコライダー」の実現へむけた重要な開発への端緒となる。
4)東大中間子センターの高エネ研分室では、ミュエスアール実験を光励起した半導体について行うことに大きな成果が得られた。大強度陽子ビームのよってこれらの実験がどのように将来発展できるかを検討し、一部のテスト実験を実行した。
これらの成果は、東京大学理学部中間子科学研究センターグループが1987-1989年にわたって、カナダのトライアムフ研究所グループと協力して建設した、低エネルギー直流状負ミュオンでは世界最強である、ミュオンビーム発生用の超伝導ミュオンチャネルによってはじめて可能となったものである。特に、超伝導ソレノイドの後に2つの偏向電磁石を配して得られる低バックグラウンドのミュオンビームによって世界ではじめて、零磁場下の負ミュオンスピン緩和や低速ミュオン測定が可能になっている。
今回の国際学術研究の成果に関する国内での討議の場が持たれた。高温超伝導体の研究成果は、北大理学部の熊谷健一郎教授のグループの最近のLaBa系のμ^+SRの成果と関連があり、「超伝導と磁性との関連」に関する討論を持った。また酸化物磁性体の研究成果は、室蘭工大の村山茂幸助教授のグループの重い電子系でのμ^+SRの研究と関連があり、討議の場が計画された。
さらに、北大理学部を中心に、カナダで開発したオンラインデータ取得技術に関心が集まり、技術指導と今後の発展の展望の関する集いが計画された。

研究成果

• [文献書誌] R.Kadonoほか: "Muonium Centers in Crystalline Si and Ge under Illumination" Physical Review Letters. 73. 2724- (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] R.Kadonoほか: "Charge State and Diffusivity of Muonium in n-type GaAs" Physical Review. 50B. 1999- (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Nishiyamaほか: "Studies on Dynamics of Mu Reaction with NO_2 by Muon Spin Resonance and Relaxation Techniques" J.Chem,Phys.101. 2091- (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Nagamineほか: "Ultra-Slow Muon Facility for Advanced μSR Studies" Hyperfine Interactions. 87. 1083-1089 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] R.Kadonoほか: "Construction of RIKEN-RAL Muon Facility at ISIS and Advanced μSR" Hyperfine Interactions. 87. 1091-1098 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Kumagaiほか: "Observation if Magnetic Order of Cu-Moment around x=0.12 in La_<2-X>Ba_XCuO_4and La_<2-X>Sr_XCuO_4 by μ^+SR" Hyperfine Interactions. 86. 603-608 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 山崎敏光・中井浩二・永嶺謙忠: "中間子科学の展望(英文)" North-Holland, 843 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] R.Kadono et al.: "Muonium Centers in Crystalline Si and Ge ubder Illumination" Physical Review Letters. 73. 2724- (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] R.Kadono et al.: "Charge State and Diffusivity of Muonium in n-type GaAs" Physical Review. 50B. 1999- (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Nishiyama et al.: "Studies on Dynamics of Mu Reaction with NO_2 by Muon Spin Resonance and Relaxation Techniques" J.Chem, Phys.101. 2091- (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Nagamine et al.: "Ultra-Slow Muon Facility for Advanced mu SR Studies" Hyperfine Interactions. 87. 1083-1089 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] R.Kadono et al.: "Construction of RIKEN-RAL Muon Facility at ISIS and Advanced muSR" Hyperfine Interactions. 87. 1091-1098 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Kumagai et al.: "Observation if Magnetic Order of Cu-Moment around x=0.12 in La_<2-X>Ba_XCuO_4 and La_<2-X>Sr_XCuO_4 by mu^+SR" Hyperfine Interactions. 86. 603-608 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Yamazaki, K.Nakai and K.Nagamine: North-Holland. Perspective of MESON SCIENCE, 1-843 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より