| 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)
池田 陽一 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40581773)
南部 雄亮 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60579803)
大河原 学 東北大学, 金属材料研究所, 技術一般職員 (10750713)
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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 |
本研究の目的は、大強度陽子加速器施設に建設する中性子散乱装置POLANOを高度化し、偏極中性子を用いた100meVまでの非弾性中性子散乱実験を磁場下で行う中性子スピンプリズム法を確立することである。本年度は、POLANOにおいて非偏極中性子ビームの取り出しに成功し、チョッパーの導入、検出器補正、データの可視化、バックグラウンドの軽減対策など、様々な調整を進めた。その結果、広いエネルギー運動量空間に焼き直した中性子散乱シグナルを取得することに成功した。一方、スピン交換光ポンピング法を用いる偏極3He中性子スピンフィルターの開発も進め、POLANOに導入可能なコンパクトなデバイスにまとめることができた。この進展には、東北大学多元物質科学研究所のガラス工場で、GE180ガラスによるセルを多数作成でき、セル内のHeガス圧やルビジウム添加量を検討できたことが背景としてあった。また、本研究の対象とする銅酸化物高温超伝導体のスピンダイナミクスに関しては、SPring-8および台湾放射光施設で、ホールドープ型超伝導体La2-xSrxCuO4と電子ドープ型超伝導体Nd2-xCexCuO4に対する共鳴X線非弾性散乱実験を行った。磁気励起スペクトルをドーピング量と温度を変えて詳細に測定した結果、ホールドープ型超伝導体では高エネルギー領域のスペクトルに温度変化を見いだした。擬ギャップ温度を超えた温度での変化であり、電荷の遍歴性とスピン相関の関係性を示唆する結果である。さらに電子ドープ型銅酸化物では超伝導の発現に必要な還元アニール効果についても調べた。その結果、抜き取る酸素量が少ない場合には、試料内に電子のみが生成されるが、酸素を多く抜き取った場合には、電子に加えてホールも生成されることを示す結果を得た。この結果は、銅酸化物の超伝導は共通してホールキャリアが駆動することを示唆している。
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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
本研究の推進の三本柱は「分光器における測定環境の整備」、「偏極デバイスの開発」、「銅酸化物調で導体における混成揺らぎの測定」である。今年度は、これら項目について、下記に挙げる進展があった。(1)POLANOでの中性子ビームの受け入れを達成し、コミッショニングを開始することができた。このコミッショニングは着実に進め、非偏極中性子による非弾性散乱実験が可能な整備を整えることができた。(2)並行して、偏極実験のための機器開発も精力的に行い、コイル除熱のための熱量計算を基にしたフランジの製作、磁場接続のための磁場環境ユニットおよびその制御、インターロックを整備できた。さらに、(3)研究対象とする銅酸化物のスピン相関に関する知見を深めることができ、偏極中性子を用いた非弾性散乱実験の足がかりを築くことができた。三要素とも順調に結果を残せている。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究の三本柱をさらに強力に推進する。「測定環境の整備」については非弾性散乱を十分なS/Nで行うためにバックグラウンド対策をさらに進める。また超電導マグネットの導入も検討を進める。すでに非偏極非弾性散乱実験が行える状況になっているので、銅酸化物高温超伝導体の磁気励起の実測（「混成揺らぎの測定」）を次年度には行う。これにより偏極中性子散乱を検討するための予備データを取得し、理論の連携研究者との議論を通じて狙うべきS(Q,w)を明らかにする。同時に「偏極デバイスの開発」として、スピンフィルターをPOLANOに実装した上で高エネルギー中性子に対する偏極率の高効率化を図る。その上で、できるだけ早急に予備的な偏極中性子を取り出せるようにし、銅酸化物の磁気励起についても偏極中性子を用いた測定を実現する。
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