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J-PARCを活用した三次元中性子スピン偏極度解析による複合励起の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21H04448
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分14:プラズマ学およびその関連分野
研究機関東北大学

研究代表者

藤田 全基  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20303894)

研究分担者 猪野 隆  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, 講師 (10301722)
奥 隆之  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, リーダー (10301748)
金子 耕士  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 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (30370381)
河村 聖子  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, 研究副主幹 (70360518)
大河原 学  東北大学, 金属材料研究所, 技術一般職員 (10750713)
研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2022-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2021年度)
配分額 *注記
41,990千円 (直接経費: 32,300千円、間接経費: 9,690千円)
2021年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)
キーワード偏極中性子 / スピンダイナミクス / 超伝導 / スピントロニクス / 偏極中性子散乱 / 高温超伝導
研究開始時の研究の概要

本研究では、日本の中性子科学技術が誇る,高エネルギー中性子に対するスピン偏極技術と試料環境技術(温度・磁場・圧力・電場)を融合することで,物質内の詳細なスピン情報を取得可能な測定環境を構築する.この測定環境を活用して、高温超伝導体およびスピントロニクス基盤物質のスピンダイナミクスの全貌を明らかにする.スピンダイナミクスに注目して機能発現のメカニズムを解明することから,将来のエネルギー利用における課題解決に貢献する.

研究実績の概要

本研究では,スピン交換光ポンピング(SEOP)法を活用した中性子偏極デバイスを高エネルギー分光器に実装し,多重外場環境(温度・磁場・圧力・電場)と共存させることで物質内の動的スピン情報を詳細に取得する手法の実現を目指している。偏極中性子散乱法は,次世代の中性子科学を切り開く戦略要素として,世界中の中性子施設が高度化に注力している。そのため、本研究で行う中性子ビームのスピン偏極と測定対象である物質内電子のスピン偏極を個別制御する手法は、中性子科学での高い競争力となり得る。
今年度は研究がスタートしたところであるが、これまでの実績からコンパクト化したSEOPシステムをJ-PARC物質・生命科学実験施設の分光器に実装することができた。ただし、高偏極率の実現と偏極率保持には改善の余地があることがわかり、その必要要素の検討を進めた。関連して研究用原子炉JRR-3でも測定環境を構築するために整備を行った。一方、測定対象のひとつである銅酸化物高温超伝導体については、粉末試料、および、単結晶の作成を進めた。特に新しい対象として選定したT*構造物質の電子状態の解明のため、作成が困難であった希薄ホールドープ領域の試料合成に取り組み、フッ素置換することで目的とする試料を得ることができた。また、中性子散乱実験に先立ち、放射光X線散乱実験とミュオンスピン回転/緩和実験を行った結果、高圧酸素アニールを施すことでホール濃度が微量な領域でも超伝導が発現していることがわかり、超伝導と磁気秩序が競合することがわかった。これまでに多数の報告があるLa2-xSrxCuO4の磁気励起の素性解明には偏極中性子の利用が重要であるが、T*構造物質が非常に良い比較対象となり得ることが確認できた。今後、両系に対する多重外場環境下での偏極中性子散乱実験を行うことで、磁気相関の詳細と超伝導との関係が解明できると期待できる。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 4件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Paul Scherrer Institute(スイス)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] European Spallation Source(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Stanford University/SLAC National Accelerator Laboratory(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Pohang Accelerator Laboratory(韓国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Spin excitations coupled with lattice and charge dynamics in La2-xSrxCuO42022

    • 著者名/発表者名
      Ikeuchi K.、Wakimoto S.、Fujita M.、Fukuda T.、Kajimoto R.、Arai M.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 105 号: 1 ページ: 014508-014508

    • DOI

      10.1103/physrevb.105.014508

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Two-Dimensional Superconducting Fluctuations Associated with Charge-Density-Wave Stripes in La1.87Sr0.130.99Fe0.01O42021

    • 著者名/発表者名
      Huang H.、Lee S.-J.、Ikeda Y.、Taniguchi T.、Takahama M.、Kao C.-C.、Fujita M.、Lee J.-S.
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 126 号: 16 ページ: 167001-167001

    • DOI

      10.1103/physrevlett.126.167001

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Triplon current generation in solids2021

    • 著者名/発表者名
      Yao Chen, Masahiro Sato, Yifei Tang, Yuki Shiomi, Koichi Oyanagi, Takatsugu Masuda, Yusuke Nambu, Masaki Fujita, Eiji Saitoh
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 51991-7

    • DOI

      10.1038/s41467-021-25494-7

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Reduction Annealing Effects on the Crystal Structure of T′-type La1.8Eu0.2CuO4+α-δ2021

    • 著者名/発表者名
      Fujita Masaki、Taniguchi Takanori、Wang Tong、Torii Shuki、Kamiyama Takashi、Ohashi Koki、Kawamata Takayuki、Takamatsu Tomohisa、Adachi Tadashi、Kato Masatsune、Koike Yoji
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 90 号: 10 ページ: 105002-105002

    • DOI

      10.7566/jpsj.90.105002

    • NAID

      210000159344

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Distinct variation of electronic states due to annealing in T′-type La1.8Eu0.2CuO4 and Nd2CuO42021

    • 著者名/発表者名
      Asano Shun、Ishii Kenji、Matsumura Daiju、Tsuji Takuya、Kudo Kota、Taniguchi Takanori、Saito Shin、Sunohara Toshiki、Kawamata Takayuki、Koike Yoji、Fujita Masaki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 104 号: 21 ページ: 214504-214504

    • DOI

      10.1103/physrevb.104.214504

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 中性子・X線を用いたFeMn基恒弾性合金の構造解析および弾性率測定2022

    • 著者名/発表者名
      梅本好日古, 池田陽一, 大石一城, 河村幸彦, 廣井孝介, 藤田全基
    • 学会等名
      日本中間子科学会合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Ybを含む金属間化合物(Lu,Yb)Rh2Zn20による縮重度の大きな近藤効果の実証2022

    • 著者名/発表者名
      北澤崇文, 池田陽一, 松尾晶, 榊原俊郎, 南部雄亮, 金道浩一, 藤田全基
    • 学会等名
      日本中間子科学会合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 中性子弾性散乱を用いたフェリ磁性絶縁体Tb3Fe5O12におけるスピンダイナミクスの研究2022

    • 著者名/発表者名
      川本陽, 吉川貴史, 齊藤英治, 藤田全基, 加倉井和久, 南部雄亮
    • 学会等名
      日本中間子科学会合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 軟X線RIXS × INSで 明らかにするサイエンス2022

    • 著者名/発表者名
      藤田全基
    • 学会等名
      第35回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Magnetism in under-doped region of T*-type cuprate2021

    • 著者名/発表者名
      S. Asano, T. Taniguchi, M. Takahama, A. Koda, M. Fujita
    • 学会等名
      2020年度 J-PARC/MUSE 成果報告会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 東北大学中性子散乱装置群を活用した物性・材料研究2021

    • 著者名/発表者名
      藤田全基
    • 学会等名
      第2回東北大学材料科学ウェビナー2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 重い電子系金属YbCu4Niの極低温磁性と磁気冷凍性能の評価2021

    • 著者名/発表者名
      志村恭通, 渡邉寛大, 谷口貴紀, 大里耕太郎A, 山本理香子, 草ノ瀬優香, 梅尾和則, 藤田全基, 鬼丸孝博, 高畠敏郎
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Incommensurate magnetic structure in the two-dimensional triangular antiferromagnet FeGa2S42021

    • 著者名/発表者名
      唐一飛, 川本陽, 川又雅広, 中島健次, 藤田全基, 南部雄亮
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 圧力下単結晶中性子回折実験による重い電子系超伝導体CeNiGe3の研究2021

    • 著者名/発表者名
      橋本勇輝, 池田陽一, 北澤崇文, 宗像孝司, 鬼柳亮嗣, 大原高志, 藤田全基
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 重い電子系金属間化合物YbCu4Niを用いた1 K以下の磁気冷凍2021

    • 著者名/発表者名
      渡邉寛大, 志村恭通, 谷口貴紀, 大里耕太郎, 山本理香子, 草ノ瀬優香, 梅尾和則, 藤田全基, 鬼丸孝博, 高畠敏郎
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Yb希薄系(Lu,Yb)Rh2Zn20における近藤効果に起因した単サイトメタ磁性2021

    • 著者名/発表者名
      北澤崇文, 池田陽一, 松尾晶, 榊原俊郎, 南部雄亮, 金道浩一, 藤田全基
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 偏極ターゲットとしてのLaAlO3結晶の育成とその動的核偏極実験2021

    • 著者名/発表者名
      石崎貢平, 飯沼昌隆, 池田陽一, 伊東佑起, 岩田高広, 北口雅暁, 郡英輝, 清水裕彦, 藤田全基, 堀田大稀, 松下琢, 三浦大輔, 宮地義之, 與曽井優
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Annealing effect of T*-type cuprates Pr1.6Sr0.4CuO4 by using neutron powder diffraction measurements2021

    • 著者名/発表者名
      Tong Wang, Takanori Taniguchi, Masaki Fujita
    • 学会等名
      材料科学拠点シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetic structure of the new Dresselhaus magnet Sr2MnGe2S6O2021

    • 著者名/発表者名
      Xiaoqi Pang, Masahiro Kawamata, Masaki Fujita, Yusuke Nambu
    • 学会等名
      材料科学拠点シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Interplay between the Incommensurate Spin Correlations and Superconductivity in Mn-Substituted La1.90Sr0.10CuO42021

    • 著者名/発表者名
      Masaki Fujita
    • 学会等名
      The 34th International Symposium on Superconductivity (ISS2021)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高温超伝導体のエネルギー階層磁気励起2021

    • 著者名/発表者名
      藤田全基
    • 学会等名
      日本中性子科学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 重い電子系化合物YbCu4Niが示す量子臨界現象の研究2021

    • 著者名/発表者名
      大里耕太郎, 谷口貴紀, 池田陽一, 南部雄亮, 郷地順, 上床美也, D. P. Sari, 渡邊功雄, 幸田章宏, 藤田全基
    • 学会等名
      日本中性子科学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 鉄マンガン基恒弾性合金におけるフォノンの非線形異常とメゾスコピック構造の関係2021

    • 著者名/発表者名
      梅本好日古, 池田陽一, 大石一城, 河村幸彦, 廣井孝介, 藤田全基
    • 学会等名
      日本中性子科学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 東北大学中性子散乱分光器6G-TOPAN の2021 年2021

    • 著者名/発表者名
      池田陽一, 大河原学, 谷口貴紀, 南部雄亮, 岩佐和晃, 藤田全基
    • 学会等名
      日本中性子科学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考] http://qblab.imr.tohoku.ac.jp

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2022-12-28  

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