強力パルス中性子源を活用した超高圧物質科学の開拓

2011 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19GS0205
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鍵 裕之 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (70233666)
• 研究分担者: 奥地 拓生 岡山大学, 地球物質科学研究センター, 准教授 (40303599) ; 平井 寿子 愛媛大学, 地球深部ダイナミクス研究センター, 特任教授 (60218758) ; 近藤 忠 大阪大学, 大学院・理学研究科, 教授 (20252223) ; 長壁 豊隆 日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究主幹 (80354900) ; 佐々木 重雄 岐阜大学, 工学部・機能材料工学科, 准教授 (30196159)
• キーワード: 中性子 / 高圧 / 水素 / ダイヤモンド / 地球惑星

研究概要

本年度はJ-PARCに完成した高圧中性子ビームラインPLANETに、独自に設計した新規中性子集光ミラーを製作・導入し、小型高圧セルを用いた中性子回折実験を行うため基盤を完成させた。本研究プロジェクトで導入した12メートル級のスパーミラーガイド管、ならびに当該年度に導入した集光ミラーを併用することで、世界最高レベルの強度を誇るパルス中性子源において、高圧下中性子回折実験を行う環境が整ったことになる。また、PLANETビームラインで用いる中性子回折用小型セルも製作し、ナノ多結晶ダイヤモンドを用いて1mm^3程度の試料体積を維持しながら15GPaを超える圧力条件での実験が可能となった。
また、これまでParis-Edinburghプレスを用いて低温・高圧下での実験が行われてきたが、低温条件を実現するためにプレス全体を冷却する必要があったため、油圧による細かい圧力制御を行うことができなかった。我々はジルコニアを熱絶縁体として活用した新規対向形高圧発生装置を新たに開発し、高圧におかれたアンビル近傍のみ冷却することを実現させた。本装置を用いることにより、これまで不可能であった低温条件での圧力コントロールが可能となり、あわせて迅速な温度制御も行うことができるようになり、当初の目標を超えた低温条件での高圧下中性子回折実験を行うことができるようになった。
当該年度は、金属水酸化物、含水ケイ酸塩鉱物、メタンハイドレート、水素ハイドレート、種々の合金系などを研究対象として、高圧下での構造変化、物性変化を観測することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Structural changes of filled ice Ic hydrogen hydrate under low temperatures and high pressures from 5 to 50 GPa (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirai, H.
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 137 ページ: 074505
  • DOI: 10.1063/1.4746017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reaction of forsterite with hydrogen molecules at high pressure and temperature (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinozaki, A.
  • 雑誌名: Phys. Chem. Mineral. 巻: 39(2) ページ: 123-129
  • DOI: 10.1007/s00269-011-0467-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-induced suppression of the antiferromagnetic transition in YbNi3Al9 single crystal (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Hirayama
  • 雑誌名: Journal of Physics 巻: 391 ページ: 012020(1-4)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/391/1/012020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Block magnetism coupled with local distortion in the iron-based spin-ladder compound BaFe2Se3 (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Nambu
  • 雑誌名: Phys. Rev. 巻: B85 ページ: 064413(1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.85.064413
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-Induced Heavy Fermion Superconductivity in the Nonmagnetic Quadrupolar System PrTi2Al20 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Matsubayashi
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 109 ページ: 187004(1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.187004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure Effect on the Structural Transition and Suppression of the High-Spin State in the Triple-Layer T' -La4Ni3O8 (2012)
  • 著者名/発表者名: J. G. Cheng
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 108 ページ: 236403(1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.236403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neutron powder diffraction of small-volume samples at high pressure using compact opposed-anvil cells and focused beam (2012)
  • 著者名/発表者名: Okuchi, T
  • 雑誌名: J. Phys. Conf. Ser. 巻: 377 ページ: 012013
  • DOI: 10.1088/1742-6596/377/1/012013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Phase Diagram of YVO3 and TbVO3 under High Pressure (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Bizen
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 81 ページ: 024715 1-6
  • DOI: 10.1143/JPSJ.81.024715
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure Effects on Quadrupolar and Magnetic Ordering in HoB2C2 Observed by Single-Crystal Neutron Diffraction (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Yamauchi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 81 ページ: 034715 1-7
  • DOI: 10.1143/JPSJ.81.034715
  • 査読あり
• [雑誌論文] A design of backing seat and gasket assembly in diamond anvil cell for accurate single crystal x-ray diffraction to 5 GPa (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Komatsu
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 82 ページ: 105107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure responses of portlandite and H-D isotope effects on pressure-induced phase transitions (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Iizuka
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 38 ページ: 777-785
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of hydrogen sites of wadsleyite : A neutron diffraction study (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Sano-Furukawa
  • 雑誌名: Physics of the Earth and Planetary Interiors 巻: 189 ページ: 56-62
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Mg and Si ions on the symmetry of δ-AIOOH (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Komatsu
  • 雑誌名: Physics and Chemistry of Minerals 巻: 38 ページ: 727-733
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Pressure Single-Crystal Neutron Diffraction to 10 GPa by Angle-Dispersive Techniques (2011)
  • 著者名/発表者名: C. Bull
  • 雑誌名: Journal of Applied Crystallography 巻: 44 ページ: 831-838
  • 査読あり
• [雑誌論文] A revisit to high pressure transitions of pyridine : a new phase transition at 5 GPa and formation of a crystalline phase over 20 GPa (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Yasuzuka
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 40 ページ: 733-735
  • 査読あり
• [雑誌論文] Existence of a new high-pressure phase of CO2 hydrate and lattice expansion with cage-occupancy change of sl structure under lower temperature and high pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirai, H.
  • 雑誌名: Phys, Chem. Ice ページ: 209-214
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intermolecular interactions between hydrogen and water molecules in filled ice structures for deuterated hydrogen hydrate under high pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: Machida, S.
  • 雑誌名: Phys, Chem. Ice ページ: 111-116
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isotopic effect and amorphisation of deuterated hydrogen hydrate under high pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: Machida, S.
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 83(14) ページ: 144101
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.83.144101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superconducting Phase at 7.7K in the HgxReO3 Compound with a Hexagonal Bronze Structure (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Ohgushi
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 106 ページ: 017001(1-4)
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.017001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-induced changes in the magnetic and valence state of EuFe2As2 (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Matsubayashi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B. 巻: 84 ページ: 024502(1-6)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.84.024502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic and transport properties of CeT2Al10 (T = Fe, Ru, Os) under pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawamura
  • 雑誌名: J. Phys. : Conf. Series 巻: 273 ページ: 012038(1-5)
  • DOI: 10.1088/1742-6596/273/1/012038
  • 査読あり
• [雑誌論文] 355.中性子回析の基礎と応用(応用27) 低温中性子散乱実験用高圧発生装置 (2010)
  • 著者名/発表者名: 宗像孝司
  • 雑誌名: Radiosotopes 巻: 59 ページ: 751-762
  • 査読あり
• [学会発表] 価数揺動物質YbNi3Ga9における圧力誘起強磁性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 平山貴士
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(兵庫県)
  • 年月日: 2012-03-27
• [学会発表] 四極子秩序を示すPrTr2Al20(Tr=Ti, V)の温度・圧力相図 (2012)
  • 著者名/発表者名: 田中斗志貴
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(兵庫県)
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] 鉄系スピンラダーBaFe2Se3の磁性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(兵庫県)
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] RB2C2(R = Dy, Ho)における反強四極子秩序の圧力効果 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山内宏樹
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学(兵庫県)
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] Hydrogen dynamics in atomic scale at high pressure by insitu NMR and neutron diffraction : case study for brucite, Mg(OH)2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Okuchi, T.
  • 学会等名: Joint Symposium of Misasa-2012 and Geofluid-2
  • 発表場所: 岡山大学地球物質科学研究センター(鳥取県)
  • 年月日: 2012-03-20
• [学会発表] マグマ観察に向けた超高圧実験用中性子カメラの導入 (2012)
  • 著者名/発表者名: 有馬寛
  • 学会等名: 第3回MLFシンポジウム
  • 発表場所: いばらき量子ビーム研究センター(茨城県)
  • 年月日: 2012-01-19
• [学会発表] クリプトンハイドレートfilled ice相の超高圧ラマン散乱 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大野祥希
  • 学会等名: 第3回メタンハイドレート総合シンポジウム(CSMH-3)
  • 発表場所: 産業技術総合研究所(東京都)
  • 年月日: 20111130-20111201
• [学会発表] 高圧ブリュアン散乱測定による単結晶窒素ハイドレートsll相の弾性的性質の決定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 酒井宏紀
  • 学会等名: 第3回メタンハイドレート総合シンポジウム(CSMH-3)
  • 発表場所: 産業技術総合研究所(東京都)
  • 年月日: 20111130-20111201
• [学会発表] 高圧ラマン散乱分光によるプロパン-メタン,プロパン-窒素混合ガスハイドレートの構造安定性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田将司
  • 学会等名: 第3回メタンバイトレート総合シンポジウム(CSMH-3)
  • 発表場所: 産業技術総合研究所(東京都)
  • 年月日: 20111130-20111201
• [学会発表] 超高圧中性子回折装置PLANETの開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 有馬寛
  • 学会等名: 平成23年度日本結晶学会年会
  • 発表場所: 北海道大学(北海道)
  • 年月日: 20111124-20111125
• [学会発表] クリプトンバイトレートsO相の単結晶高圧ラマン散乱 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大野祥希
  • 学会等名: 第52回高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院大学(沖縄県)
  • 年月日: 20111109-20111111
• [学会発表] 窒素ハイドレートsll相の弾性的性質II (2011)
  • 著者名/発表者名: 酒井宏紀
  • 学会等名: 第52回高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院大学(沖縄県)
  • 年月日: 20111109-20111111
• [学会発表] プロパンを主体とした混合ガスハイドレートsll相の構造安定性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田将司
  • 学会等名: 第52回高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院大学(沖縄県)
  • 年月日: 20111109-20111111
• [学会発表] High-Pressure Raman Study on Filled Ice of Kr Hydrate (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohno
  • 学会等名: AIRAPT-23
  • 発表場所: Mumbai, India
  • 年月日: 20110925-20110930
• [学会発表] 高圧力下におけるガスハイドレートの弾性的性質 (2011)
  • 著者名/発表者名: 酒井宏紀
  • 学会等名: 平成23年度 低温科学研究所萌芽研究「氷の物理と化学研究の新展開2011」共同研究集会
  • 発表場所: 北海道大学低温科学研究所(北海道)
  • 年月日: 20110905-20110906
• [学会発表] プロパン-メタン,プロパン-窒素ハイドレートsll相の単結晶作製と構造安定性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 吉田将司
  • 学会等名: 平成23年度 低温科学研究所萌芽研究「氷の物理と化学研究の新展開2011」共同研究集会
  • 発表場所: 北海道大学低温科学研究所(北海道)
  • 年月日: 20110905-20110906
• [学会発表] Stabilities of filled ice II structure of hydrogen and helium hydrates at low temperatures and high pressures (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirai, H.
  • 学会等名: AGU Fall Meeting 2011
  • 発表場所: San Francisco, CA, USA
  • 年月日: 2011-12-08
• [学会発表] J-PARC/MLFにおける高圧力下微小試料のパルス中性子粉末回折実験 (2011)
  • 著者名/発表者名: 奥地拓生
  • 学会等名: 高速度イメージングとフォトニクスに関する総合シンポジウム
  • 発表場所: 熊本大学(熊本県)(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-02
• [学会発表] 広開口ダイヤモンドアンビルセルを用いたエタノール高圧相の精密構造解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小松一生
  • 学会等名: 日本結晶学会
  • 発表場所: 北海道大学(北海道)
  • 年月日: 2011-11-24
• [学会発表] Evaluation of zirconia anvils for use in neutron scattering experiments under pressure (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Komatsu
  • 学会等名: 1st Asia-Oceania Conference on Neutron Scattering
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県)
  • 年月日: 2011-11-23
• [学会発表] Devices Development for High Pressure Neutron Diffractometer PLANET at J-PARC (2011)
  • 著者名/発表者名: 有馬寛
  • 学会等名: 1st Asia-Oceania Conference on Meutron Scattering
  • 発表場所: エポカルつくば(茨城県)
  • 年月日: 2011-11-23
• [学会発表] High-Pressure Technique for Single-Crystal Magnetic Neutron Dffraction (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Osakabe
  • 学会等名: 1st Asia-Oceania Conference on Neutron Scattering (AOCNS)
  • 発表場所: エポカルつくば(茨城県)
  • 年月日: 2011-11-23
• [学会発表] High Pressure Study on Quadrupolar and Magnetic order in HoB2C2 by Means of Neutron Single-Crystal Diffraction (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Yamauchi
  • 学会等名: 1St Asia-Oceania Conference on Neutron Scattering(AOCNS)
  • 発表場所: エポカルつくば(茨城県)
  • 年月日: 2011-11-21
• [学会発表] 小型キュービックアンビル圧力発生装置の開発とエキシトニツク絶縁体Ta2NiSe5における圧力誘起超伝導 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松林和幸
  • 学会等名: 高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院大学(沖縄県)
  • 年月日: 2011-11-10
• [学会発表] 小型対向アンビルセルによる微小試料の高圧中性子粉末回折実験技術 (2011)
  • 著者名/発表者名: 奥地拓生
  • 学会等名: 第52回高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院(沖縄県)
  • 年月日: 2011-11-10
• [学会発表] J-PARC高圧中性子回折装置におけるビーム性能評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 有馬寛
  • 学会等名: 第52回高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院(沖縄県)
  • 年月日: 2011-11-10
• [学会発表] 広開口DACを用いた高精度単結晶X線回折実験 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小松一生
  • 学会等名: 第52回高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院(沖縄県)
  • 年月日: 2011-11-09
• [学会発表] Palm Cubic Anvilを用いた極限環境開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平山貴士
  • 学会等名: 高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院大学(沖縄県)
  • 年月日: 2011-11-09
• [学会発表] 四極子転移を示すPrTr2Al20(Tr=Ti,V)の圧力効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 田中斗志貴
  • 学会等名: 高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院大学(沖縄県)
  • 年月日: 2011-11-09
• [学会発表] f電子系の高圧力下における中性子散乱 (2011)
  • 著者名/発表者名: 阿曽尚文
  • 学会等名: 高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院大学(沖縄県)
  • 年月日: 2011-11-09
• [学会発表] CeSbの高圧力下単結晶中性子回折 (2011)
  • 著者名/発表者名: 長壁豊隆
  • 学会等名: 第52回高圧討論会
  • 発表場所: 沖縄キリスト教学院(沖縄県)
  • 年月日: 2011-11-09
• [学会発表] Neutron powder diffraction using compact anvil cell and focused beam at J-PARC (2011)
  • 著者名/発表者名: Okuchi, T.
  • 学会等名: 23^<rd> International Conference on High Pressure Science and Technology
  • 発表場所: Mumbai, INDIA
  • 年月日: 2011-09-30
• [学会発表] Effect of Pressure on the physical properties of EuFe2As2 (2011)
  • 著者名/発表者名: K Matsubayashi
  • 学会等名: International Conference on Hight Pressure Science and Technology
  • 発表場所: Mumbai, INDIA(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-26
• [学会発表] PrTr2Al20(Tr=Ti, V)における四極子転移の圧力依存性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 田中斗志貴
  • 学会等名: 日本物理学会 2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス(富山県)
  • 年月日: 2011-09-24
• [学会発表] YbNi3Al9の磁性と電気抵抗の圧力依存性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平山貴士
  • 学会等名: 日本物理学会 2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス(富山県)
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] YbNi3X9(X=Al, Ga)における高圧下物性測定 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平山貴士
  • 学会等名: 日本物理学会 2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス(富山県)
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] Pressure-Induced Suppression of the Antiferromagnetic Transition in YbNi3Al9 Single Crystal (2011)
  • 著者名/発表者名: T Hirayama
  • 学会等名: International Conference on Strongly Correlated Electron Systems (SCES2011)
  • 発表場所: Cambridge, UK
  • 年月日: 2011-08-30
• [学会発表] Phase changes of H2 and He hydrates under high pressure and low temperature (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirai, H.
  • 学会等名: IUCr2011
  • 発表場所: Madrid, Spain
  • 年月日: 2011-08-25
• [学会発表] マントル条件下におけるメタンの分子重合とolivineへの影響 (2011)
  • 著者名/発表者名: 篠崎彩子
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2011-05-27
• [学会発表] 光路長計算による吸収補正法のパリ-エジンバラセルへの適用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 小松一生
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場(千葉県)
  • 年月日: 2011-05-24
• [学会発表] 小型対向アンビルセルによる微小試料の高圧中性子粉末回折実験 (2011)
  • 著者名/発表者名: 奥地拓生
  • 学会等名: 地球惑星科学連合
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2011-05-24
• [学会発表] 高温高圧マグマ科学に向けた中性子カメラ実験 (2011)
  • 著者名/発表者名: 有馬寛
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2011-05-24
• [学会発表] 超高圧中性子回折装置PLANETの中性子導管の性能評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 有馬寛
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2011-05-24
• [学会発表] 下部マントル条件における過剰含水MORB中の含水相 (2011)
  • 著者名/発表者名: 石尾恵朋
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2011-05-23
• [学会発表] 上部マントルにおける水素とolivineの反応 (2011)
  • 著者名/発表者名: 篠崎彩子
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2011年大会
  • 発表場所: 幕張メッセ(千葉県)
  • 年月日: 2011-05-23