| 研究課題/領域番号 |
16H02125
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
藤田 全基 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20303894)
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| 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)
横尾 哲也 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 (10391707)
南部 雄亮 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60579803)
池田 陽一 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40581773)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | スピン偏極 / 中性子散乱 / 高温超伝導 |
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| 研究実績の概要 |
J-PARC、物質・生命科学実験施設に建設中である偏極中性子散乱装置POLANOの整備を行った。POLANOとは直接配置型の中性子チョッパー分光器であり、中性子スピン偏極度解析を実現するための装置である。平成28年度は、第一期大型建設工事を終了し、ビーム受け入れのための調整を進めた。また、POLANO建設に伴う放射線申請を合格し、いよいよビームシャッターの開閉が認められ、大きな一歩を踏み出すことになった。また、偏極子として用いるSEOPの開発を進め、実用可能な性能を実現することができた。SEOP以外にも偏極実験を高エネルギー、高精度、高効率で行うための機器や環境の開発を行ってきた。その中でもガイド磁場ユニットおよび三次元ヘルムホルツコイルは中性子のスピン偏極を保持しながら偏極度解析を行うために必須のでデバイスで、今年度は本ユニットの磁場計算によりガイド磁場設計を行い、磁場接続の健全性を確認した。さらに熱量計算により分光器導入時への冷却システムの評価、および、一連のユニット機器についてオフベンチでの励磁試験を行うことができた。一方、偏極中性子実験の経験を積むため、フェリ磁性体Y3Fe5O12の低エネルギー磁気励起について、海外施設にて冷中性子三軸分光器を用いた測定を行った。その結果、これまでの報告とは異なり、磁気ブラッグ点から対称性の高い逆格子空間方向について強磁性的な相関が発達していることがわかった。また、スピンゼーベック効果の効率に直結する磁気ヘリシティについて、偏極中性子非弾性散乱による磁気カイラル項測定から決定した。磁気励起の音響モードと光学モードは理論予想に整合して反対のヘリシティを持つが、単一の音響モード内においてもヘリシティの反転があることが新たにわかった。これは単純なスピン波計算では再現できず、幾何学的な欠陥など新奇な機構が存在している可能性を示している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
研究推進の柱は「偏極デバイスの開発」、「分光器における測定環境の構築」、および、「混成揺らぎの測定」の三つである。今年度は、それぞれに対して、高エネルギー中性子に対するスピン偏極を可能にするSEOPの改良、J-PARC/MLFにおける中性子分光器POLANOの建設、フェリ磁性体Y3Fe5O12に対する偏極中性子実験を全て滞りなく進めることができ、論文にまとめられる成果を上げることができた。SEOPは分光器に搭載できる実機の開発と高効率化を行い、また、POLANO建設についてはビーム受け入れの直前にまでこぎ着けている。29年度の研究推進に充分な基盤が築けた。また、Y3Fe5O12の実験では、理論予想に整合して磁気励起の音響モードと光学モードが反対のヘリシティを持つが、単一の音響モード内においてもヘリシティの反転が起こるという新しい現象を発見することができた。学術的にもスピン波の新しい見方を提起する可能性があり、詳細な実験の準備はすでに進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
POLANOでの偏極ビーム実験が行える環境整備を最優先で進める。具体的には、開発したSEOP実機のPOLANO分光器への導入を進める。そのために必要となるインターロック機構や周辺装置を整備する。また、POLANOでは中性子ビームを受け入れ、弾性散乱からスタートして非弾性散乱測定が可能な環境を整える。これらの合わせることにより、無磁場偏極実験を可能にする。スピンと多電子自由度が絡み合った磁気励起については、銅酸化物高温超伝導体において、これまでの研究で狙うべきエネルギーと運動量位置が同定できている。理論研究とも協力して、その背後にある物理の理解を深め、偏極中性子を用いた実験の詳細について検討する。また、28年度に新しい結果が得られたYIGについても、POLANOのおける高エネルギーまでの偏極中性子散乱測定に向けた準備を行う。
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