軌道角運動量を持つX線ビーム生成と物性研究利用への展開

• 研究課題/領域番号: 17K05130
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 量子ビーム科学
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 中尾 裕則 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 (70321536)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2019年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2017年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
• キーワード: 光渦 / 放射光 / 軌道角運動量 / 共鳴X線散乱 / コヒーレンス / 共鳴Ｘ線散乱

研究成果の概要

光の等位相面をらせん状に制御した「光渦」と呼ばれるＸ線ビームは、軌道角運動量を持つなど新たな光として注目されている。本研究では、複数の方法で軟X線領域での光渦ビームの生成を試みるとともに、生成した光渦ビームの強度・位相分布の観測に成功した。また、この光の位相の評価技術を発展させることで、磁性体中のトポロジカル欠陥構造の新たな観測方法となることを提案した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

「光渦」ビームは、光ピンセット、ナノ加工、量子情報分野での量子ビットへの利用など、様々な可能性を秘めている。本研究では、光渦ビームを複数の方法で生成を試み、その利用に向けた評価を進めた。この生成した光渦ビームの評価を通じて、磁性体中のトポロジカル欠陥構造の新たな観測法を見い出した。このように新たな光渦ビームの生成・利用の技術の進展により、当初考えもしなかった研究展開が、今後も期待される。

研究成果

• [雑誌論文] 共鳴X線散乱による軌道混成状態の観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中尾裕則、石井祐太、田端千紘、山﨑裕一
  • 雑誌名: 放射光 巻: 34 ページ: 55-63
  • NAID: 40022556904
  • 査読あり
• [雑誌論文] Soft-X-Ray Vortex Beam Detected by Inline Holography (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishii Yuta、Yamamoto Kohei、Yokoyama Yuichi、Mizumaki Masaichiro、Nakao Hironori、Arima Taka-hisa、Yamasaki Yuichi
  • 雑誌名: Physical Review Applied 巻: 14 号: 6 ページ: 064069-064069
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.14.064069
  • 査読あり
• [雑誌論文] Topological metastability supported by thermal fluctuation upon formation of chiral soliton lattice in CrNb3S6 (2020)
  • 著者名/発表者名: Honda T.、Yamasaki Y.、Nakao H.、Murakami Y.、Ogura T.、Kousaka Y.、Akimitsu J.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 18596-18596
  • DOI: 10.1038/s41598-020-74945-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct Observation of Modulation of p-f Hybridization in Unconventional Ordered Phase of PrRu4P12 (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakao Hironori、Iwasa Kazuaki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 号: 6 ページ: 063703-063703
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.063703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of Chiral Magnetic Soliton Lattice State in CrNb3S6 by Coherent Soft X-ray Diffraction Imaging (2020)
  • 著者名/発表者名: Tabata Chihiro、Yamasaki Yuichi、Yokoyama Yuichi、Takagi Rina、Honda Takashi、Kousaka Yusuke、Akimitsu Jun、Nakao Hironori
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 30
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011194
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Augmented Magnetic Octupole in Kagome 120-degree Antiferromagnets Detectable via X-ray Magnetic Circular Dichroism (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamasaki Yuichi、Nakao Hironori、Arima Taka-hisa
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 号: 8 ページ: 083703-083703
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.083703
  • NAID: 40022313016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resonant X-ray Diffraction Study of Antiferromagnetic Transition in GdNiC2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Shimomura Susumu、Hanasaki Noriaki、Nakao Hironori、Onodera Hideya
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 30
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011081
  • 査読あり
• [雑誌論文] Successive Phase Transitions in R3Ir4Sn13 (R: La and Ce) Investigated Using Neutron and X-ray Diffraction (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakazato Seiya、Iwasa Kazuaki、Hashimoto Daisuke、Shiozawa Mami、Kuwahara Keitaro、Nakao Hironori、Sagayama Hajime、Ishikado Motoyuki、Ohhara Takashi、Nakao Akiko、Munakata Koji、Kiyanagi Ryoji
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 30 ページ: 011128-011128
  • DOI: 10.7566/jpscp.30.011128
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Current-induced Giant Lattice Deformation in the Mott Insulator Ca2RuO4 (2020)
  • 著者名/発表者名: Okazaki Ryuji、Kobayashi Kensuke、Kumai Reiji、Nakao Hironori、Murakami Youichi、Nakamura Fumihiko、Taniguchi Hiroki、Terasaki Ichiro
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 号: 4 ページ: 044710-044710
  • DOI: 10.7566/jpsj.89.044710
  • NAID: 210000158121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Field Induced Triple-q Magnetic Order in Trillium Lattice Antiferromagnet EuPtSi Studied by Resonant X-ray Scattering (2019)
  • 著者名/発表者名: Tabata Chihiro、Matsumura Takeshi、Nakao Hironori、Michimura Shinji、Kakihana Masashi、Inami Toshiya、Kaneko Koji、Hedo Masato、Nakama Takao、Onuki Yoshichika
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 号: 9 ページ: 093704-093704
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.093704
  • NAID: 40022008716
  • 査読あり
• [雑誌論文] Skyrmion lattice with a giant topological Hall effect in a frustrated triangular-lattice magnet (2019)
  • 著者名/発表者名: Kurumaji Takashi、Nakajima Taro、Hirschberger Max、Kikkawa Akiko、Yamasaki Yuichi、Sagayama Hajime、Nakao Hironori、Taguchi Yasujiro、Arima Taka-hisa、Tokura Yoshinori
  • 雑誌名: Science 巻: 365 号: 6456 ページ: 914-918
  • DOI: 10.1126/science.aau0968
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Isotropic magnetoelectric effect in Tb1?xGdxMn2O5 studied by resonant x-ray scattering (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishii Y.、Murakoshi Y.、Sato N.、Noda Y.、Honda T.、Nakao H.、Murakami Y.、Kimura H.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 100 号: 10
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.104416
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Semimetallic State in La3Ir3O11 with the KSbO3 Structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Aoyama Takuya、Emi Kazutoshi、Tabata Chihiro、Nambu Yusuke、Nakao Hironori、Yamauchi Touru、Ohgushi Kenya
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 88 号: 9 ページ: 093706-093706
  • DOI: 10.7566/jpsj.88.093706
  • NAID: 40022008722
  • 査読あり
• [雑誌論文] Skyrmion phase and competing magnetic orders on a breathing kagom? lattice (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirschberger Max、Nakajima Taro、Gao Shang、Peng Licong、Kikkawa Akiko、Kurumaji Takashi、Kriener Markus、Yamasaki Yuichi、Sagayama Hajime、Nakao Hironori、Ohishi Kazuki、Kakurai Kazuhisa、Taguchi Yasujiro、Yu Xiuzhen、Arima Taka-hisa、Tokura Yoshinori
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 5831-5831
  • DOI: 10.1038/s41467-019-13675-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Attempt to generate x-ray beam carrying orbital angular momentum in photon factory (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakao Hironori、Yamasaki Yuichi、Mizumaki Masaichiro、Tabata Chihiro、Sakamaki Masako、Amemiya Kenta
  • 雑誌名: AIP Conf. Proc. 巻: 2054 ページ: 060035-060035
  • DOI: 10.1063/1.5084666
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic Ordering States in Strongly Correlated Electron System Studied by Resonant X-ray Scattering (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakao Hironori、Yamasaki Yuichi
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 25 ページ: 011020-011020
  • DOI: 10.7566/jpscp.25.011020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Element-specific soft x-ray spectroscopy, scattering, and imaging studies of the skyrmion-hosting compound Co8Zn8Mn4 (2019)
  • 著者名/発表者名: Ukleev V.、Yamasaki Y.、Morikawa D.、Karube K.、Shibata K.、Tokunaga Y.、Okamura Y.、Amemiya K.、Valvidares M.、Nakao H.、Taguchi Y.、Tokura Y.、Arima T.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 号: 14 ページ: 144408-144408
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.144408
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Charge disproportionation of Mn 3d and O 2p electronic states depending on strength of p?d hybridization in (LaMnO3)2(SrMnO3)2 superlattices (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakao Hironori、Tabata Chihiro、Murakami Youichi、Yamasaki Yuichi、Yamada Hiroyuki、Ishihara Sumio、Kawasaki Masashi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 24 ページ: 245146-245146
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.245146
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic ordering in multiferroic SmMn2O5 and GdMn2O5 studied by resonant soft x-ray scattering (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishii Y.、Horio S.、Yamamoto H.、Noda Y.、Nakao H.、Murakami Y.、Kimura H.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 号: 17 ページ: 174428-174428
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.174428
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resonant x-ray scattering study on electronic hybridization in unconventional ordered phase of PrRu4P12 (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakao Hironori、Tabata Chihiro、Iwasa Kazuaki
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 969 ページ: 012118-012118
  • DOI: 10.1088/1742-6596/969/1/012118
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thickness dependence and dimensionality effects on charge and magnetic orderings in La1/3Sr2/3FeO3 thin films (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Yamamoto, Y. Hirata, M. Horio, Y. Yokoyama, K. Takubo, M. Minohara, H. Kumigashira, Y. Yamasaki, H. Nakao, Y. Murakami, A. Fujimori, and H. Wadati
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 97 号: 7 ページ: 75134-75134
  • DOI: 10.1103/physrevb.97.075134
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherent Resonant Soft X-ray Scattering Study of Magnetic Textures in FeGe (2018)
  • 著者名/発表者名: V. Ukleev, Y. Yamasaki, D. Morikawa, N. Kanazawa, Y. Okamura, H. Nakao, Y. Tokura, and T. Arima
  • 雑誌名: Quantum Beam Sci. 巻: 2 号: 1 ページ: 3-3
  • DOI: 10.3390/qubs2010003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spin State of Co3+ in LaCo1-xRhxO3 Studied Using X-ray Absorption Spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Sudayama, H. Nakao, Y. Yamasaki, Y. Murakami, S. Asai, R. Okazaki, Y. Yasui, and I. Terasaki
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 86 号: 9 ページ: 94701-94701
  • DOI: 10.7566/jpsj.86.094701
  • NAID: 210000134503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Directional electric-field induced transformation from skyrmion lattice to distinct helices in multiferroic Cu2OSeO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Okamura, Y. Yamasaki, D. Morikawa, T. Honda, V. Ukleev, H. Nakao, Y. Murakami, K. Shibata, F. Kagawa, S. Seki, T. Arima, and Y. Tokura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.184411
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Emergence and magnetic-field variation of chiral-soliton lattice and skyrmion lattice in the strained helimagnet Cu2OSeO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Okamura, Y. Yamasaki, D. Morikawa, T. Honda, V. Ukleev, H. Nakao, Y. Murakami, K. Shibata, F. Kagawa, S. Seki, T. Arima, and Y. Tokura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 96 号: 17 ページ: 174417-174417
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.174417
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three superconducting phases with different categories of pairing in hole- and electron-doped LaFeAs1-xPxO (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Miyasaka, M. Uekubo, H. Tsuji, M. Nakajima, S. Tajima, T. Shiota, H. Mukuda, H. Sagayama, H. Nakao, R. Kumai, and Y. Murakami
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 95 号: 21
  • DOI: 10.1103/physrevb.95.214515
  • 査読あり
• [学会発表] In-line Holography を用いた軟 X 線光渦の観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石井祐太、若林裕助、山本航平、横山優一、水牧仁一郎、中尾裕則、有馬孝尚、山崎裕一
  • 学会等名: 第34回日本放射光学会年会 放射光科学合同シンポジウム JSR2021
• [学会発表] マルチスケール軟 X 線回折顕微鏡による磁気ドメインの観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中尾裕則、石井祐太、小塚裕介、山崎裕一
  • 学会等名: 2020年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] In-line Holographyによる軟X線渦波の観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石井祐太，若林裕助，山本航平，横山優一，水牧仁一朗，中尾裕則，有馬孝尚，山崎裕一
  • 学会等名: 日本物理学会 第76回年次大会
• [学会発表] マルチスケール軟X線顕微鏡の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石井祐太, 山崎裕一, 小塚裕介, 中尾裕則
  • 学会等名: 日本物理学会 第75回年次大会
• [学会発表] 放射光X線回折・散乱実験のための低温・磁場環境 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中尾裕則
  • 学会等名: 第23回 CROSSroads Workshop 「量子ビーム実験施設における試料環境」
  • 招待講演
• [学会発表] Augmented magnetic octupole of Mn3Sn investigated by x-ray magnetic circular dichroism (2020)
  • 著者名/発表者名: Hironori Nakao
  • 学会等名: J-Physics Annual Meeting FY2019
• [学会発表] マルチスケール軟 X 線回折顕微鏡を用いた磁気ドメイン観測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石井祐太、山崎裕一、小塚裕介、中尾裕則
  • 学会等名: 第33回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] Observation of Chiral Magnetic Soliton Lattice State in CrNb3S6 by Coherent Diffraction Imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: C. Tabata, Y. Yamasaki, Y. Yokoyama, R. Takagi, T. Honda, Y. Kousaka, J. Akimitsu and H. Nakao
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of Skyrmion and Chiral Soliton Lattice States by Coherent Soft X-ray Diffraction Imaging (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Nakao, C. Tabata, Y. Yamasaki
  • 学会等名: J-Physics 2019, International Conference
  • 国際学会
• [学会発表] PFにおけるコヒーレント軟X線回折イメージングの現状とその可能性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中尾裕則
  • 学会等名: PF研究会「XAFS・X線顕微鏡分光分析分野でのIMSS, PF戦略的利用に関する研究会」
  • 招待講演
• [学会発表] 拡張多極子系の放射光を用いた観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中尾裕則
  • 学会等名: 「拡張多極子研究の進展と展望」
• [学会発表] PrRu4P12の秩序相におけるp-f混成の変調構造の共鳴X線散乱による観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中尾裕則, 田端千紘, 岩佐和晃
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会
• [学会発表] Modulation of p-f hybridization in unconventional ordered phase of PrRu4P12 studied by resonant X-ray scattering (2019)
  • 著者名/発表者名: Hironori Nakao, Chihiro Tabata, Kazuaki Iwasa
  • 学会等名: カイラル磁性体EuPtSiの電子物性 ―研究の現状と今後の展開―、
• [学会発表] PrRu4P12の秩序相におけるp-f混成の変調構造の共鳴X線散乱による観測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中尾裕則, 田端千紘, 岩佐和晃
  • 学会等名: 2018年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] Generation of x-ray beam carrying orbital angular momentum in Photon Factory (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Nakao, Y. Yamasaki, M. Mizumaki, C. Tabata, M. Sakamaki, K. Amemiya
  • 学会等名: The 13th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation
  • 国際学会
• [学会発表] Topological spin textures probed by coherent resonant soft X-ray scattering (2017)
  • 著者名/発表者名: V. Ukleev, Y. Yamasaki, D. Morikawa, Y. Okamura, N. Kanazawa, K. Karube, Y. Tokunaga, H. Nakao, Y. Taguchi, T. Arima, Y. Tokura
  • 学会等名: IV International Workshop Dzyaloshinskii-Moriya Interaction and Exotic Spin Structures, Peterhof (Russia)
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic Structure Analysis of EuMn2O5 at qM = (1/2,0,1/3) Ferroelectric Phase based on Magnetic Space Group (2017)
  • 著者名/発表者名: Yukio Noda, Hiroyuki Kimura, Satoru Horio, J. Lin, Sei Fujiyama, Mamoru Fukunaga, Haruhiro Hiraka, Hironori Nakao, ChangHee Lee, ShinAe Kim, and Myungkook Moon
  • 学会等名: International Conference on Neutron Scattering 2017, Daejeon (Korea)
  • 国際学会
• [学会発表] Dirac fermion transport coupled with magnetic order in a layered antiferromagnet EuMnBi2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Hidetoshi MASUDA, Hideaki SAKAI, Masashi TOKUNAGA, Yuichi YAMASAKI, Atsushi MIYAKE, Junichi SHIOGAI, Shintaro NAKAMURA, Satoshi AWAJI, Atsushi TSUKAZAKI, Hironori NAKAO, Youichi MURAKAMI, Taka-hisa ARIMA, Yoshinori TOKURA, and Shintaro ISHIWATA
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems, PRAGUE(チェコ）
  • 国際学会
• [学会発表] Thickness dependence of charge and magnetic orderings in La1/3Sr2/3FeO3 thin films studied by hard and soft x-ray scattering (2017)
  • 著者名/発表者名: Kohei YAMAMOTO, Yasuyuki HIRATA, Masafumi HORIO, Yuichi YOKOYAMA, Kou TAKUBO, Makoto MINOHARA, Hiroshi KUMIGASHIRA, Yuichi YAMASAKI, Hironori NAKAO, Youichi MURAKAMI, Atsushi FUJIMORI, Hiroki WADATI
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems, PRAGUE(チェコ）
  • 国際学会
• [学会発表] Resonant x-ray scattering study on electronic hybridization in unconventional ordered phase of PrRu4P12 (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Nakao, C. Tabata, K. Iwasa
  • 学会等名: 28th International Conference on Low Temperature Physics, Gothenburg (Sweden)
  • 国際学会
• [学会発表] Resonant x-ray scattering study on hybridized orbital states in f-electron system (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Nakao, C. Tabata, K. Iwasa and H. Amitsuka
  • 学会等名: International Workshop on Multipole Physics and Related Phenomena, Hachimantai Royal Hotel (Iwate)
  • 国際学会
• [備考] 中尾グループ
  • URL: https://sites.google.com/view/kek-imss-pf-nakao/