超低速ミュオン顕微鏡

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: 超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア
• 研究課題/領域番号: 23108002
• 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: 三宅 康博 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, 教授 (80209882)
• 研究分担者: PATRICK Strasser 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, 研究機関講師 (20342834) ; 石田 勝彦 独立行政法人理化学研究所, 岩崎先端中間子研究室, 副主任研究員 (70176189) ; 髭本 亘 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 研究主幹 (90291103)
• 研究期間 (年度): 2011-07-25 – 2016-03-31
• キーワード: ミュオン / 超低速ミュオン顕微鏡 / パルスレーザー / ライマンαレーザー / 共鳴イオン化法 / 表面界面 / 水素 / マイクロビーム

研究概要

本研究領域は、光科学と加速器科学の究極的な融合により、「超低速ミュオン顕微法」を確立させ、物質科学を飛躍的に発展させることを目的としている。実空間におけるスピン相関を広い時間スケールで微視的に観測することは、物質や生命のダイナミクスを知る上で欠かすことができない。超低速ミュオン顕微鏡は、表面から物質内部に至る任意の深さにおいて、これまでにない高い分解能で「スピン時空相関」を観測することができる。本班は、この基幹装置の開発・整備を行うことで、本領域の基盤を構築するとともに、マイクロ化したミュオンビームを生成することにより、物質科学の新たな展開を図ることを目標としている。本研究では、主として「ミュオンスピン回転緩和（μSR）法」と呼ばれる実験手法を用いる。μSR 法は素粒子ミュオンを用いた超高感度の局所内部磁場の観測手法である。加速器で生成された100％スピン偏極したミュオンをプローブとして試料に打ち込むため、あらゆる物質に適用可能であり、磁性研究をはじめとして極めて広い分野で用いられている。他の実験手法では観測困難なMHz領域の内部磁場の揺らぎの観測に威力を発揮し、広い時間窓で、実空間におけるスピンの動的・静的な状態を知ることができる本研究班は、超低速ミュオンによる研究を本格的に開始するため、１）熱ミュオニウム発生装置並びに超低速ミュオン顕微鏡光学系を設計・製作し、２）A04班が構築する100 μJ/パルス/cm2を超える大強度パルス状ライマンαレーザーシステムと組み合わせる。これにより、0.2 eVの超低速ミュオンを従来の10000倍以上、毎秒10(6)個発生させることができる。さらに、３）超低速ミュオンの再加速により最小で10μmφにまでビーム径を絞り込み、顕微機能を最大限に発揮した物質研究を行うことが可能となる。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

最適化に予想以上に時間を要したために、Mu発生チェンバー、タングステン加熱ヒーター、輸送用高圧電源、偏向電磁石電源の仕様決定、製作着手を遅らさざるを得なくなった。また、手法を変更したことに伴い、製作期間も当初予定よりも長くかかることとなったが、納期が少々遅れるだけで実質的な問題にはならなかった。

今後の研究の推進方策

２４年度１０月に装置が納入された。その後、所定の場所に設置を１月下旬から開始した。タングステン箔の不純物であるリシウム６、リシウム７を用いてのオプティックスの最適化を２５年度から行う。
超低速ミュオンの生成、取り出しは、放射線施設検査に合格してから行う。

研究成果

• [雑誌論文] Theories on quasi-one-dimensional molecular conductors (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshioka, Y. Otsuka, and H. Seo
  • 雑誌名: Crystals 巻: 2 ページ: 996-1016
  • DOI: 10.3390/cryst2030996
  • 査読あり
• [雑誌論文] Finite temperature neutral-ionic transition and lattice dimerization in charge-transfer complexes (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Otsuka, H. Seo, K. Yoshimi, and T. Kato
  • 雑誌名: QMCstudy, Physica B 巻: 407 ページ: 1793-1795
  • DOI: 10.1016/j.physb.2012.01.031
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin frustration, charge ordering, and enhanced antiferromagnetism inTMTTF2SbF6 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshimi, H. Seo, S. Ishibashi, and S. E. Brown
  • 雑誌名: Physica B 巻: 407 ページ: 1783-1786
  • DOI: 10.1016/j.physb.2012.01.029
  • 査読あり
• [学会発表] J-PARC/MLFにおけるスーパーオメガミュオンビームラインVIII (2013)
  • 著者名/発表者名: 池戸豊, 三宅康博，下村浩一郎，Patrick Strasser，河村成肇，西山樟生，牧村俊助，藤森寛，幸田章宏，小林庸男，中村惇平，長友傑，足立泰平，荻津透，槙田康博，吉田誠，佐々木憲一，岡村崇弘，大畠洋克，中本建志，岡田竜太郎，山本明，大久保隆治，髭本亘
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 20130326-20130329
• [学会発表] J-PARC MUSEにおける超低速ミュオンビームラインの建設２ (2013)
  • 著者名/発表者名: 長友傑, Patrick Strasser, 池戸豊, 牧村俊助, 中村惇平, 西山樟生, 河村成肇 , 下村浩一郎, 藤森寛, 小林庸男, 大久保隆治, 伊藤孝, 髭本亘, 門野良典, 鳥養映子, 三宅康博
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 20130326-20130329
• [学会発表] アルカリ金属を蒸着したタングステン表面からのミュオニウム放出実験2 (2013)
  • 著者名/発表者名: 鈴木卓爾, 神田聡太郎, 西村昇一郎, 南雲一章, 深尾祥紀, 長友傑, 池戸豊,上野一樹, 立花隆行, 中村惇平, 河村成肇, Patrick Strasser, 牧村俊助, 藤森寛, 三部勉, 下村浩一郎, 小嶋健児, 鈴木聡, 西山樟生, 齋藤直人, 長嶋泰之, 三宅康博
  • 学会等名: 日本物理学会第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 20130326-20130329
• [学会発表] Staus of Superomega muon beamline II (2013)
  • 著者名/発表者名: 池戸豊, 三宅康博，下村浩一郎，Patrick Strasser，河村成肇，西山樟生，牧村俊助，藤森寛，幸田章宏，小林庸男，中村惇平，長友傑，足立泰平，荻津透，槙田康博，吉田誠，佐々木憲一，岡村崇弘，大畠洋克，中本建志，岡田竜太郎，山本明，大久保隆治，髭本亘
  • 学会等名: 第5回 「Muon科学と加速器研究」研究会
  • 発表場所: KEK, Tsukuba
  • 年月日: 20130106-20130108
• [学会発表] Positron Separators in Superomega muon beamline at J-PARC (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Ikedo,Y. Miyake,K. Shimomura,P. Strasser,N. Kawamura,K. Nishiyama,S. Makimura,H. Fujimori,A. Koda, J. Nakamura, T. Nagatomo, Y. Kobayashi, T. Adachi, Y. Matsuda, T. Ogitsu, T. Nakamoto, K. Sasaki, H. Ohhata, A. Yamamoto, Y. Makida, M. Yoshida, T. Okamura, R. Ohkubo, W. Higemoto, T. U. Ito, K. Nakahara, K. Ishida
  • 学会等名: EMIS 2012
  • 発表場所: Kunibiki Messe, Matsue
  • 年月日: 20121202-20121207
• [学会発表] 超低速ミュオン顕微鏡計画の現状 (2012)
  • 著者名/発表者名: 三宅康博
  • 学会等名: 第6回物性科学領域横断研究会
  • 発表場所: 東京大学武田先端知ビル
  • 年月日: 20121127-20121128
• [学会発表] J-PARC/MLFにおけるスーパーオメガミュオンビームラインVII (2012)
  • 著者名/発表者名: 池戸豊, 三宅康博，下村浩一郎，Patrick Strasser，河村成肇，西山樟生，牧村俊助，藤森寛，幸田章宏，小林庸男，中村惇平，長友傑，足立泰平，荻津透，槙田康博，吉田誠，佐々木憲一，岡村崇弘，大畠洋克，中本建志，山本明，大久保隆治，髭本亘
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 20120918-20120921
• [学会発表] J-PARC MUSEにおける超低速ミュオンビームラインの建設 (2012)
  • 著者名/発表者名: 長友傑, Patrick Strasser, 池戸豊, 牧村俊助, 中村惇平, 西山樟生, 河村成肇 , 下村浩一郎, 藤森寛, 小林庸男, 大久保隆治, 伊藤孝, 髭本亘, 門野良典, 鳥養映子, 三宅康博
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 20120918-20120921
• [学会発表] アルカリ金属を蒸着したタングステン表面からのミュオニウム放出実験1 (2012)
  • 著者名/発表者名: 鈴木卓爾, 神田聡太, 南雲一章, 深尾祥紀, 長友傑, 池戸豊,立花隆行, 中村惇平, 河村成肇, Patrick Strasser, 牧村俊助, 藤森寛, 三部勉, 下村浩一郎, 小嶋健児, 鈴木聡, 西山樟生, 齊藤直人, 長嶋泰之, 三宅康博
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 20120918-20120921
• [学会発表] 超低速ミュオン顕微鏡A01 班の現状 (2012)
  • 著者名/発表者名: 三宅康博, ストラッサー・パトリック, 牧村俊助, 中村惇平, 長友傑, 池戸豊, 下村浩一郎, 西山樟生, 幸田章宏, 河村成肇, 小林庸男, 髭本亘, 伊藤孝, 小嶋健児, 門野良典, 石田勝彦, 鳥養映子
  • 学会等名: 超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア第2回領域会議
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20120830-20120901
• [学会発表] 超低速ミュオン線形加速器の開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 林崎規託，斎藤洸一，吉田光宏
  • 学会等名: 超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア第2回領域会議
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20120830-20120901
• [学会発表] 超低速ミュオンビームラインの製作 (2012)
  • 著者名/発表者名: 牧村俊助
  • 学会等名: 超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア第2回領域会議
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20120830-20120901
• [学会発表] J-PARC/MUSE Ultra-Slow Muon Beamline (2012)
  • 著者名/発表者名: P. Strasser
  • 学会等名: 超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア第2回領域会議
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20120830-20120901
• [学会発表] スーパーオメガミュオンビームラインの現状 (2012)
  • 著者名/発表者名: 池戸豊
  • 学会等名: 超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア第2回領域会議
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20120830-20120901
• [学会発表] 超低速ミュオン顕微鏡計画のためのレーザー輸送系の設計・製作の現状 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中村惇平
  • 学会等名: 超低速ミュオン顕微鏡が拓く物質・生命・素粒子科学のフロンティア第2回領域会議
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 20120830-20120901
• [学会発表] WG4 - J-Parc Muon Facility (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Ikedo,Y. Miyake,K. Shimomura,P. Strasser,N. Kawamura,K. Nishiyama,S. Makimura,H. Fujimori,A. Koda, J. Nakamura, T. Nagatomo, Y. Kobayashi, T. Adachi, Y. Matsuda, T. Ogitsu, T. Nakamoto, K. Sasaki, H. Ohhata, A. Yamamoto, Y. Makida, M. Yoshida, T. Okamura, R. Ohkubo, W. Higemoto, T. U. Ito, K. Nakahara, K. Ishida
  • 学会等名: NuFACT 2012
  • 発表場所: Jefferson Lab., USA
  • 年月日: 20120723-20120728
• [学会発表] J-PARC/MLFにおけるスーパーオメガミュオンビームラインの現状
  • 著者名/発表者名: 池戸豊, 三宅康博，下村浩一郎，Patrick Strasser，河村成肇，西山樟生，牧村俊助，藤森寛，幸田章宏，小林庸男，中村惇平，長友傑，足立泰平，荻津透，槙田康博，吉田誠，佐々木憲一，岡村崇弘，大畠洋克，中本建志，岡田竜太郎，山本明，大久保隆治，髭本亘
  • 学会等名: MLFシンポジウム
  • 発表場所: 日本科学未来館
• [学会発表] Ultra slow muon microscopy in the nanosciences at J-PARC MUSE
  • 著者名/発表者名: W.Higemoto
  • 学会等名: Nanoscience and Quantum Physics 2012" (nanoPHYS'12)
  • 発表場所: Tokyo
  • 招待講演
• [学会発表] Uライン スーパーオメガミュオンビームライン
  • 著者名/発表者名: 池戸豊, 三宅康博，下村浩一郎，Patrick Strasser，河村成肇，西山樟生，牧村俊助，藤森寛，幸田章宏，小林庸男，中村惇平，長友傑，足立泰平，荻津透，槙田康博，吉田誠，佐々木憲一，岡村崇弘，大畠洋克，中本建志，岡田竜太郎，山本明，大久保隆治，髭本亘
  • 学会等名: 物構研サイエンスフェスタ
  • 発表場所: つくば国際会議場エポカル
• [備考] 超低速ミュオン顕微鏡と極微μSR法創成
  • URL: http://slowmuon.kek.jp