次世代中性子分光器による量子物質の準粒子構造研究

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H04441
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 益田 隆嗣 東京大学, 物性研究所, 准教授 (90313014)
• 研究期間 (年度): 2021-04-05 – 2026-03-31
• キーワード: 中性子散乱 / 準粒子 / 中性子分光器

研究実績の概要

物性物理学の大きな目標の一つは、物質のありのままの姿を原子レベルのミクロな眼で見ることである。静的な構造については、電子顕微鏡やコヒーレントX線回折の進歩により、ナノスケールの実空間観測が現実のものとなってきた一方で、動的な構造についてはまだ課題が多い。そこで本研究課題では、先進的な中性子分光器を製作し、量子物質の準粒子構造を広い波数空間において探査することにより、物質の動的構造の実空間観測に近づくことを目的としている。昨年度の計画は、研究用原子炉JRR-3のC1-1ビーム孔に設置されたInverse Rowland Image Spectrometer (IRIS)型分光器HODACAのコミッショニングを行い、性能向上を行うとともに、磁性研究のための実験を行うことであった。まず、偶発的な散乱によるバックグラウンドを抑えるために、第３コリメータと第４コリメータの間に、カドミウム製の補助コリメータを設置した。これにより、特に低角側のバックグラウンドが大幅に減少した。次に、データ解析ソフトウェアの開発を行った。これにより、測定データの円滑な解析が可能となった。さらに、量子磁性体、f電子系、トポロジカルマグノン系、キタエフ液体候補など様々な物質におけるスペクトル測定が行われた。世界で最初のIRIS型分光器HODACAが予定通り稼働したことは高く評価されるべきであり、今後、さらに多くの物質の測定が行われ、磁性・強相関電子系分野の進歩に貢献することが期待される。

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

研究用原子炉JRR-3のC1-1ビーム孔に設置されたHODACA分光器の性能が向上し、数多くの物質でスペクトル測定が行われたため。

今後の研究の推進方策

第３コリメータと第４コリメータの性能を向上させることにより、さらにバックグラウンドを低減し、高いS/N比を実現する。解析ソフトの改良を行い、さらにユーザーフレンドリーなものとする。数多くの磁性体の準粒子観測を行い、磁性・強相関電子系分野の進歩に貢献する。

備考

研究業績を含め、研究室紹介がなされているウェブページである。

研究成果

• [国際共同研究] ブルックヘブン国立研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ブルックヘブン国立研究所
• [雑誌論文] Field control of quasiparticle decay in a quantum antiferromagnet (2024)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Shunsuke、Kikuchi Hodaka、Asai Shinichiro、Wei Zijun、Winn Barry、Sala Gabriele、Itoh Shinichi、Masuda Takatsugu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 15 ページ: 125-1～7
  • DOI: 10.1038/s41467-023-44435-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Inelastic neutron scattering studies on the eight-spin zigzag-chain compound KCu4P3O12: Confirmation of the validity of a data-driven technique based on machine learning (2024)
  • 著者名/発表者名: Hase Masashi、Tamura Ryo、Hukushima Koji、Asai Shinichiro、Masuda Takatsugu、Itoh Shinichi、Donni Andreas
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 109 ページ: 094434-1～8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.109.094434
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Sample Environment of the HRC Spectrometer at J-PARC (2024)
  • 著者名/発表者名: Ueta Daichi、Itoh Shinichi、Masuda Takatsugu、Yokoo Tetsuya、Nakajima Taro、Asai Shinichiro、Saito Hiraku、Kawana Daichi、Sugiura Ryosuke、Asami Toshio、Yamauchi Sara、Torii Shuki、Ihata Yoshiaki、Tanino Hiroaki
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 41 ページ: 011008-1～5
  • DOI: 10.7566/JPSCP.41.011008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Dynamics in Equilateral Triangular Spin Tube Material CsCrF4 (2024)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi H.、Asai S.、Manaka H.、Hagihala M.、Itoh S.、Masuda T.
  • 雑誌名: Neutron News 巻: 35 ページ: 13～14
  • DOI: 10.1080/10448632.2024.2331396
• [雑誌論文] Q-dependent electron-phonon coupling induced phonon softening and non-conventional critical behavior in the CDW superconductor LaPt2Si2 (2023)
  • 著者名/発表者名: Nocerino E.、Stuhr U.、San Lorenzo I.、Mazza F.、Mazzone D.G.、Hellsvik J.、Hasegawa S.、Asai S.、Masuda T.、Itoh S.、Minelli A.、Hossain Z.、Thamizhavel A.、Lefmann K.、Sassa Y.、Mansson M.
  • 雑誌名: Journal of Science: Advanced Materials and Devices 巻: 8 ページ: 100621-1～10
  • DOI: 10.1016/j.jsamd.2023.100621
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic structure of the magnetoelectric material Ba2MnGe2O7 (2023)
  • 著者名/発表者名: Sazonov A.、Thoma H.、Dutta R.、Meven M.、Gukasov A.、Fittipaldi R.、Granata V.、Masuda T.、Nafradi B.、Hutanu V.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 108 ページ: 094412-1～8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.108.094412
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic Resonance in the Quasi-2D Square Lattice Easy-Plane Antiferromagnet Ba2MnGe2O7 (2023)
  • 著者名/発表者名: Glazkov V. N.、Krasnikova Yu. V.、Rodygina I. K.、Hemmida M.、Hirrle M.、Krug von Nidda H.-A.、Masuda T.
  • 雑誌名: Journal of Experimental and Theoretical Physics 巻: 137 ページ: 542～554
  • DOI: 10.1134/S1063776123100163
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Magnetic Excitations of the Spin-Chain Compound Tb3RuO7 (2023)
  • 著者名/発表者名: Hase Masashi、Donni Andreas、Pomjakushin Vladimir Yu.、Nawa Kazuhiro、Okuyama Daisuke、Sato Taku J.、Asai Shinichiro、Masuda Takatsugu
  • 雑誌名: JPS Conference Proceedings 巻: 38 ページ: 011129-1～5
  • DOI: 10.7566/JPSCP.38.011129
  • 査読あり
• [学会発表] Field Control of Quasiparticle Decay in a Quantum Antiferromagnet (2024)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Masuda
  • 学会等名: International Symposium on Quantum Electronics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 中性子散乱とホウ素 (2024)
  • 著者名/発表者名: 益田 隆嗣
  • 学会等名: 第１６回日本ホウ素・ホウ化物研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 三軸分光器を用いた中性子研究の潮流 (2024)
  • 著者名/発表者名: 益田 隆嗣
  • 学会等名: 京都大学複合原子力科学研究所 専門研究会 「次世代の中性子実験装置―新試験研究炉に向けての展望―」
  • 招待講演
• [学会発表] 非弾性中性子散乱の潮流 (2024)
  • 著者名/発表者名: 益田 隆嗣
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
  • 招待講演
• [学会発表] 反強磁性体Mn3Ta2O8における中性子非弾性散乱実験 (2024)
  • 著者名/発表者名: 菊地帆高, 長谷川舜介, 浅井晋一郎, 木村健太, 木村剛,伊藤晋一, 益田隆嗣
  • 学会等名: 量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] 高効率三軸分光器HODACAにおけるアップグレード (2024)
  • 著者名/発表者名: 菊地帆高, 浅井晋一郎, Igor Zaliznyak, Leland Harriger, 中島多朗, 佐藤卓, 益田隆嗣
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
• [学会発表] Spin dynamics in easy-plane triangular antiferromagnet CsFeCl3 in magnetic fields (2024)
  • 著者名/発表者名: Zijun Wei, 浅井晋一郎, 菊地帆高, 伊藤晋一, 益田隆嗣
  • 学会等名: International Symposium on Quantum Electronics
  • 国際学会
• [学会発表] Spin dynamics in easy-plane triangular antiferromagnet CsFeCl3 in magnetic fields (2024)
  • 著者名/発表者名: Zijun Wei, 浅井晋一郎, 菊地帆高, 伊藤晋一, 益田隆嗣
  • 学会等名: 量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] 励起子絶縁体候補物質Pr0.5Ca0.5CoO3の中性子散乱日本物理学会 (2024)
  • 著者名/発表者名: 浅井晋一郎, Songxue Chi, 益田隆嗣
  • 学会等名: 日本物理学会2024年春季大会
• [学会発表] Recent Activity of Neutron Scattering Research in JRR-3 (2023)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Masuda
  • 学会等名: 8th International Symposium of Quantum Beam Science (ISQBS2023)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Recent Activity of Neutron Scattering Research Using University-Owned Instruments in JRR-3 (2023)
  • 著者名/発表者名: Takatsugu Masuda
  • 学会等名: 4th asia-oceania conference on neutron scattering (AOCNS2023)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 反強磁性体Mn3Ta2O8における中性子非弾性散乱実験 (2023)
  • 著者名/発表者名: 菊地帆高, 長谷川舜介, 浅井晋一郎, 木村健太, 木村剛,伊藤晋一, 益田隆嗣
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] 高効率三軸分光器HODACAの開発と今後の展望 (2023)
  • 著者名/発表者名: 菊地帆高, 浅井晋一郎, Igor Zaliznyak, Leland Harriger, 中島多朗, 佐藤卓, 益田隆嗣
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会、構造物性インフォーマルミーティング
• [学会発表] Multiplex Triple-axis Spectrometer HODACA in JRR-3 (2023)
  • 著者名/発表者名: 菊地帆高, 浅井晋一郎, Igor Zaliznyak, Leland Harriger, 中島多朗, 佐藤卓, 益田隆嗣
  • 学会等名: 日本中性子科学会第23回年会（JSNS2023）
• [学会発表] Development of next generation triple axis spectrometer HODACA in JRR-3 (2023)
  • 著者名/発表者名: Hodaka Kikuchi, Shinichiro Asai, Igor Zaliznyak, Leland Harriger, Taro Nakajima, Taku J Sato, and Takatsugu Masuda
  • 学会等名: 8th International Symposium of Quantum Beam Science (ISQBS2023)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of next generation triple axis spectrometer HODACA in JRR 3 (2023)
  • 著者名/発表者名: Hodaka Kikuchi, Shinichiro Asai, Igor Zaliznyak, Leland Harriger, Taro Nakajima, Taku J Sato, and Takatsugu Masuda
  • 学会等名: 4th asia-oceania conference on neutron scattering (AOCNS2023)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Inelastic Neutron Scattering Study on Magnetite (2023)
  • 著者名/発表者名: Liu Zheyuan, 浅井晋一郎, 伊藤晋一, 益田隆嗣
  • 学会等名: 日本中性子科学会第23回年会（JSNS2023）
• [学会発表] Inelastic Neutron Scattering Study on Magnetite (2023)
  • 著者名/発表者名: Liu Zheyuan, 浅井晋一郎, 伊藤晋一, 益田隆嗣
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] Spin dynamics in easy-plane triangular antiferromagnet CsFeCl3 in magnetic fields (2023)
  • 著者名/発表者名: Zijun Wei, 浅井晋一郎, 菊地帆高, 伊藤晋一, 益田隆嗣
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] 擬一次元反強磁性体BaCu2Si2O7における磁気相転移と方向二色性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 諸見里真人, 木村健太, 益田隆嗣, 三宅岳志, 木村剛
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] Feを置換したBi-2201系銅酸化物の超過剰ドープ領域における反強磁性スピン秩序 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小宮山陽太, 池田陽一, 谷口貴紀, 松田雅昌, 益田隆嗣, 桑原英樹, 黒江晴彦, 川股隆行, 小池洋二, 渡邊功雄, 藤田全基, 足立匡
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] スピンダイマー形成化合物Ce5Si3の磁気励起 (2023)
  • 著者名/発表者名: 植田大地, 小林理気, 桑原慶太郎, 益田隆嗣, 伊藤晋一
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [学会発表] CPL-1に吸着した酸素分子の偏極中性子散乱研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 浅井晋一郎, 中島多朗, 松田雅昌, 北川進, 益田隆嗣
  • 学会等名: 日本中性子科学会第23回年会(JSNS2023)
• [学会発表] CPL-1に吸着した酸素分子の偏極中性子散乱 (2023)
  • 著者名/発表者名: 浅井晋一郎, 中島多朗, 松田雅昌, 北川進, 益田隆嗣
  • 学会等名: 日本物理学会第78回年次大会
• [備考] 益田研究室ホームページ
  • URL: https://masuda.issp.u-tokyo.ac.jp/