超低速ミュオン顕微鏡

2013 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)

3: やや遅れている

理由

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、偏向電磁石電源がすべてくみ上げられ、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も順調に進んでいた。しかしながら、J-PARCハドロン施設の放射線事故の為に、放射線施設検査を受ける事ができなくなり、すべてのビーム実験を中止している。

今後の研究の推進方策

J-PARCハドロン施設の放射線事故の為に、放射線施設検査を受ける事ができなくなり、すべてのビーム実験を中止せざるを得なかった。超低速ミュオンの取り出しの許可をうる為の、放射線施設検査は、平成26年3月に合格したが、レーザーシステムを用いたビーム調整等の諸条件、上流部の超伝導電磁石群の改修を考慮すると平成26年秋期ビームタイムからになりそうである。

研究成果

• [雑誌論文] Ultra Slow Muon Project at J-PARC MUSE (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyake Y. Ikedo K. Shimomura P. Strasser N. Takashi J. Nakamura S. Makimura N. Kawamura Hi. Fujimori A. Koda Y. Kobayashi K. Nishiyama R. Kadono W. Higemoto T. Ito T. Ogitsu Y. Makida K. Sasaki T. Adachi E. Torikai
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 2 ページ: 010101,1-6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.2.010101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of Ultra Slow Muon Beam Line at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Nagatomo, Y. Ikedo, P. Strasser, S. Makimura, J. Nakamura, K. Nishiyama, K. Shimomura, N. Kawamura, A. Koda, H. Fujimori, Y. Kobayashi, T.U. Ito, W. Higemoto, A.D. Pant, R. Kadono, E. Torikai and Y. Miyake
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 2 ページ: 010102,1-5
  • DOI: 10.7566/JPSCP.2.010102
  • 査読あり
• [雑誌論文] U-line at MLF/J-PARC for Ultra Slow Muon Microscopy (2014)
  • 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, A.Datt Pant, T.Ogitsu, T. Nakamoto, K.Sasaki, H.Ohhata, R.Okada, A.Yamamoto, Y.Makida, M.Yoshida, T.Okamura, R. Ohkubo, W.Higemoto, T. U. Ito, K.Nakahara, K.Ishida
  • 雑誌名: PS Conf. Proc. 巻: 2 ページ: 10103,1-4
  • DOI: 10.7566/JPSCP.2.010103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Manufacturing Method of Highly Pure Tungsten Foil for Thermal Muonium Generation (2014)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Makimura, Masa Onoi, Mikihiko Wakasugi, Takashi Nagatomo, Yutaka Ikedo, Patrick Strasser, Koichiro Shimomura, Jumpei Nakamura, Kusuo Nishiyama, Yasuhiro Miyake
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 2 ページ: 010104,1-6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.2.010104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transport of Coherent VUV Radiation to Muon U-line for Ultra Slow Muon Microscope (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Nakamura, Y. Oishi, N. Saito, K. Miyazaki, K. Yokoyama, K. Okamura, S. Makimura, Y. Miyake, T. Nagatomo, P. Strasser, Y. Ikedo, D. Tomono, K. Shimomura, S. Wada, N. Kawamura, A. Koda, K. Nishiyama
  • 雑誌名: JPS Conf. Proc. 巻: 2 ページ: 010108,1-7
  • DOI: 10.7566/JPSCP.2.010108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultra Slow Muon Microscopy by Laser Resonant Ionization at J-PARC, MUSE (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyake, Y.Ikedo, K.Shimomura, P.Strasser, N.Kawamura, K.Nishiyama, A.Koda, H.Fujimori, S.Makimura, J.Nakamura, T.Nagatomo, R.Kadono,E.Torikai, M.Iwasaki, S.Wada, N.Saito, K.Okamura, K.Yokoyama, T.Ito, W.Higemoto
  • 雑誌名: Hyperfine Interactions 巻: 216 ページ: 79-83
  • DOI: 10.1007/s10751-012-0759-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Positron separators in Superomega muon beamline at J-PARC (2013)
  • 著者名/発表者名: Ikedo.Y,Miyake.Y,Shimomura.K,Strasser.P,Kawamura.N,Nishiyama.K,Makimura.S,Fujimori.H,Koda.A,Nakamura.J,Nagatomo.T,Kobayashi.Y,Adachi.T,Pant. A. D,Ogitsu.T,Nakamoto. T, Sasaki. K,Ohata. H,Okada. R,Yamamoto.A, Makida. Y,Yoshida. M, Okamura. T,Okubo. R,Higemoto. W,Ito. T. U,Nakahara K and Ishida K
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 317,Part B ページ: 365-368
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2013.07.060
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cation Dependence of the Electronic States in Molecular Triangular Lattice System beta’-X[Pd(dmit)2]2: A First-principles study (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Tsumuraya, H. Seo, M. Tsuchiizu, R. Kato, and T. Miyazaki
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 82 ページ: 033709,1-4
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.033709
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic States of Single-Component Molecular Conductors [M(tmdt)2] (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Seo, S. Ishibashi, Y. Otsuka, H. Fukuyama, and K. Terakura
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 82 ページ: 054711,1-11
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.054711
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of Charge Ordering by the Zeeman Effect in One-dimensional Molecular Conductors (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshioka, H. Seo and Y. Otsuka
  • 雑誌名: J. Kor. Phys. Soc. 巻: 63 ページ: 383-386
  • DOI: 10.3938/jkps.63.383
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconducting curved transport solenoid with dipole coils for charge selection of the muon beam (2013)
  • 著者名/発表者名: Strasser.P, Ikedo.Y,Miyake.Y, Shimomura.K, Kawamura.N, Nishiyama, K. Makimura.S,Fujimori.H, Koda. A, Nakamura. J, Nagatomo.T, Adachi.T, Pant.A.D, Ogitsu.T, Makida.Y, Yoshida.M, Sasaki.K, Okamura.T, Ohhata.H, Nakamoto.T, Okada.R, Ohkubo.R, Yamamoto.A, Higemoto.W, Ito.T.U, Ishida.K, Nakahara.K
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 317, Part B ページ: 361-364
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2013.07.046
  • 査読あり
• [学会発表] J-PARC/MLF ミュオンビームラインUラインの現状 (2014)
  • 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69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] J-PARC・MUSE・超低速ミュオン顕微鏡計画におけるVUVコヒーレント光の輸送・診断状況2 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中村惇平，大石裕，斎藤徳人，宮崎洸治，岡村幸太郎，横山幸司，牧村俊助，三宅康博，長友傑，ストラッサー・パトリック，池戸豊，友野大，下村浩一郎，和田智之，河村成肇，幸田章宏，西山樟生
  • 学会等名: 日本物理学会69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
  • 年月日: 20140327-20140330
• [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IX (2013)
  • 著者名/発表者名: 池戸豊，三宅康博
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] J-PARC・MUSE・超低速ミュオン顕微鏡計画におけるVUVコヒーレント光の輸送・診断状況 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中村惇平，大石裕，斎藤徳人，宮崎洸治，横山幸司，岡村幸太郎，牧村俊助，三宅康博，長友傑，ストラッサー・パトリック，池戸豊，友野大，下村浩一郎，和田智之，河村成肇，幸田章宏，西山樟生
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] J-PARCにおける超低速ミュオン顕微鏡 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長友傑，池戸豊，ストラッサーパトリック，牧村俊助，中村惇平，西山樟生，河村成肇，下村浩一郎，髭本亘，伊藤孝，藤森寛，門野良典，鳥養映子，三宅康博
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] Status of Ultra Slow Muon Microscopy(A01) (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Miyake
  • 学会等名: The International Symposium on Science Explored by Ultra Slow Muon (USM2013)
  • 発表場所: 松江市くにびきメッセ
  • 年月日: 20130809-20130812
• [学会発表] Ultra Slow Muon Beam Line under Construction in J-PARC (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Nagatomo
  • 学会等名: The International Symposium on Science Explored by Ultra Slow Muon (USM2013)
  • 発表場所: 松江市くにびきメッセ
  • 年月日: 20130809-20130812
• [学会発表] Transmission Muon Microscopy Project (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.Nagatani
  • 学会等名: The International Symposium on Science Explored by Ultra Slow Muon (USM2013)
  • 発表場所: 松江市くにびきメッセ
  • 年月日: 20130809-20130812
• [備考] 超低速ミュオン顕微鏡と極微μSR法創成
  • URL: http://slowmuon.kek.jp