一次元スピン系の動的構造因子における量子効果の検出

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 24540352
• 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: 伊藤 晋一 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 (00221771)
• 研究分担者: 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)
• キーワード: 中性子非弾性散乱 / パルス中性子 / 低次元磁性体 / 強相関電子系 / 分解能関数

研究概要

本研究は、一次元量子スピン系の動的構造因子をパルス中性子源に設置された中性子非弾性散乱装置で測定し、装置分解能を考慮して解析することにより、連続帯励起や量子相転移等の量子効果を検出するものである。J-PARC/MLFに設置された高分解能チョッパー分光器（HRC）のデータ解析系において、装置分解能の補正技術を開発し、これを用いてHRCで測定する一次元量子スピン系の動的構造因子を解析することにより、連続帯励起や量子相転移等の量子効果を検出するものである。中性子非弾性散乱実験は、エネルギー(1次元)と運動量（3次元）の4次元空間で動的構造因子を測定する実験方法であり、4次元空間における分解能関数の解析的表現はすでに知られている。昨年度までに、このすでに知られている解析表現をもとに分解能関数をコーディングし、その動作確認を行なった。今年度は、このコードを用いて、古典論的一次元反強磁性スピン波の動的構造因子（エネルギー幅をデルタ関数で表現）が分解能関数でたたみこまれた散乱強度の計算を行い、単結晶試料の一次元反強磁性体CsVCl3の磁気励起の測定データと比較することに成功した。その結果、実験データは、古典論的計算に比べて明らかに広いエネルギー幅を持つことがわかった。このネルギーの広がりは理論的に提唱されている、量子スピンが3/2の系での量子効果による連続帯励起とコンシステントであることがわかった。

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

4次元空間での分解能関数と動的構造因子の一例との畳み込みの計算と実際の測定データの比較ができるところまですすんだ。昨年度まで実施してきた、粉末試料を念頭に置いた2次元空間での分解能関数の実験的評価に基づく研究も進展し、国内外の学・国際会議での発表を行った。従って、研究はおおむね順調にすすんでいる。

今後の研究の推進方策

古典論的一次元スピン波の動的構造因子（エネルギー幅をデルタ関数で表現）が分解能関数でたたみこまれた散乱強度の計算と実際の測定データの比較を完成させるとともに、ランダム一次元系の中性子非弾性散乱実験データも同様に解析する。これらをとおして、研究のまとめを行う。

研究成果

• [雑誌論文] Observation of spin-wave dispersion in Nd-Fe-B magnets using neutron Brillouin scattering (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Ono, N. Inami, K. Saito, Y. Takeichi, M. Yano, T. Shoji, A. Manabe, A. Kato, Y. Kaneko, D. Kawana, T. Yokoo , and S. Itoh
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 115 ページ: 17A714 (3ページ)
  • DOI: 10.1063/1.4863380
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neutrons Brillouin Scattering with Pulsed Spallation Neutron Source - Spin-Wave Excitations from Ferromagnetic Powder Samples - (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh, Y. Endoh, T. Yokoo, D. Kawana, Y. Kaneko, Y. Tokura and M. Fujita
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: 043001 (4ページ)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.82.043001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic Excitations in Ferromagnetic Phase of MnP (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Yano, S. Itoh, T. Yokoo, S. Satoh, D. Kawana, Y. Kousaka, J. Akimitsu and Y. Endoh
  • 雑誌名: J. Magn. Magn. Mater. 巻: 347 ページ: 33 - 38
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2013.07.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous spin diffusion on the two-dimensional percolating network in Rb2Mn0.6Mg0.4F4 (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh
  • 雑誌名: J. Korean Phys. Soc. 巻: 63 ページ: 310 - 313
  • DOI: 10.3938/jkps.63.310
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous Spin Diffusion in Two-Dimensional Percolating Antiferromagnet (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: SA022 (3ページ)
  • DOI: 10.7566/JPSJS.82SA.SA022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Progress in High Resolution Chopper Spectrometer HRC (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh, T. Yokoo, D. Kawana, H. Yoshizawa, T. Masuda, M. Soda, T. J. Sato, S. Satoh, M. Sakaguchi and S. Muto
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: SA033 (6ページ)
  • DOI: 10.7566/JPSJS.82SA.SA033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Neutron Brillouin Scattering on High Resolution Chopper Spectrometer HRC (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh, T. Yokoo, D. Kawana and Y. Endoh
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: SA034 (6ページ)
  • DOI: 10.7566/JPSJS.82SA.SA034
  • 査読あり
• [雑誌論文] Newly Proposed Inelastic Neutron Spectrometer POLANO (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo, K. Ohoyama, S. Itoh, J. Suzuki, K. Iwasa, T. J. Sato, H. Kira, Y. Sakaguchi, T. Ino, T. Oku, K. Tomiyasu, M. Matsuura, H. Hiraka, M. Fujita, H. Kimura, T. Sato, J. Suzuki, M. Takeda, K. Kaneko, M. Hino and S. Muto
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: SA035 (5ページ)
  • DOI: 10.7566/JPSJS.82SA.SA035
  • 査読あり
• [雑誌論文] Basic Concepts of Polarisation Analysis of Neutron Chopper Spectrometer, POLANO, at J-PARC (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Ohoyama, T. Yokoo, S. Itoh, J. Suzuki, K. Iwasa, T.J. Sato, H. Kira, Y. Sakaguchi, T. Ino, T. Oku, K. Tomiyasu, M. Matsuura, H. Hiraka, M. Fujita, H. Kimura, T. Sato, J. Suzuki, H.M. Shimizu, T. Arima, M. Takeda, K. Kaneko, M. Hino, S. Muto, H. Nojiri, C.H. Lee, J.G. Park, S. Choi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: SA036 (6ページ)
  • DOI: 10.7566/JPSJS.82SA.SA036
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent Developments of Instruments in a Spallation Neutron Source at J-PARC and Those Prospects in the Future (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Arai, R. Kajimoto, M. Nakamura, Y. Inamura, K. Nakajima, K. Shibata, N. Takahashi, J. Suzuki, S. Takata, T. Yamada, S. Itoh
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: SA024 (14ページ)
  • DOI: 10.7566/JPSJS.82SA.SA024
  • 査読あり
• [学会発表] 偏極中性子散乱装置POLANOの建設状況 II (2014)
  • 著者名/発表者名: 横尾哲也、大山研司、伊藤晋一、岩佐和晃、金子直勝、大河原学、鈴木純一、室屋孝司、菅井征二、相澤一也
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス（平塚市）
  • 年月日: 20140327-20140330
• [学会発表] 金属強磁性体SrRuO3の磁気励起 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤晋一、遠藤康夫、横尾哲也、川名大地、金子良夫、十倉好紀
  • 学会等名: 第2回物構研サイエンスフェスタ・第5回MLFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 20140318-20140319
• [学会発表] 高分解能チョッパー分光器HRCの整備状況 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤晋一、横尾哲也、益田隆嗣、吉沢英樹、左右田稔、池田陽一、浅見俊夫、杉浦良介、川名大地、篠崎知子、井畑良明
  • 学会等名: 第2回物構研サイエンスフェスタ・第5回MLFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 20140318-20140319
• [学会発表] 偏極中性子散乱装置POLANOの建設状況 (2014)
  • 著者名/発表者名: 横尾哲也、大山研司、伊藤晋一、岩佐和晃、金子直勝、大河原学、 鈴木純一、室屋孝司、菅井征二、相澤一也
  • 学会等名: 第2回物構研サイエンスフェスタ・第5回MLFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 20140318-20140319
• [学会発表] 偏極中性子散乱装置 POLANO の偏極デバイス評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大山研司、横尾哲也、伊藤晋一、岩佐和晃、大河原学、南部光江、猪野隆、田崎誠司、奥隆之、吉良弘、武田全康、竹谷薫、石元茂
  • 学会等名: 第2回物構研サイエンスフェスタ・第5回MLFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 20140318-20140319
• [学会発表] スピン 3/2 反強磁性交替鎖物質 RCrGeO5(R = Y, Nd or 154Sm)の非弾性中性子散乱研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長谷正司、左右田稔、益田隆嗣、川名大地、横尾哲也、伊藤晋一、松尾晶、金道浩一、河野昌仙
  • 学会等名: 第2回物構研サイエンスフェスタ・第5回MLFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 20140318-20140319
• [学会発表] 重水ならび水和タンパク質の集団ダイナミクス (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉田亨次、山口敏男、川名大地、横尾哲也、伊藤晋一
  • 学会等名: 第2回物構研サイエンスフェスタ・第5回MLFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 20140318-20140319
• [学会発表] Polarized Neutron Spectrometer at J-PARC, POLANO (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo, K. Ohoyama, S. Itoh, K. Iwasa, N. Kaneko, J. Suzuki, M. Ohkawara, K. Aizawa, S. Tasaki, T. Ino, K. Taketani, S. Ishimoto, M. Takeda, T. Oku, H. Kira, S. Satoh, K. Hayashi, H. Kimura, T. J. Sato
  • 学会等名: 13th Japan-Korea meeting on Neutron Science
  • 発表場所: Lotte Resort Buyeo (Buyeo, Korea)
  • 年月日: 20140216-20140218
• [学会発表] 金属強磁性体SrRuO3の磁気励起 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤晋一、遠藤康夫、横尾哲也、川名大地、金子良夫、十倉好紀
  • 学会等名: 日本中性子科学会第13回年会
  • 発表場所: さわやかちば県民プラザ（柏市）
  • 年月日: 20131212-20131213
• [学会発表] 高分解能チョッパー分光器の整備状況 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤晋一、横尾哲也、益田隆嗣、吉沢英樹、左右田稔、池田陽一、浅見俊夫、杉浦良介、川名大地、篠崎知子、井畑良明
  • 学会等名: 日本中性子科学会第13回年会
  • 発表場所: さわやかちば県民プラザ（柏市）
  • 年月日: 20131212-20131213
• [学会発表] 偏極中性子散乱装置POLANOの概要と建設計画 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大山研司,横尾哲也,伊藤晋一,大河原学,金子直勝,鈴木純一,岩佐和晃,佐藤卓,猪野隆,田崎誠司,竹谷薫,石元茂,武田全康,奥隆之,吉良弘,林好一,平賀晴弘,藤田全基,富安啓輔,木村宏之,J.G. Park
  • 学会等名: 日本中性子科学会第13回年会
  • 発表場所: さわやかちば県民プラザ（柏市）
  • 年月日: 20131212-20131213
• [学会発表] 偏極中性子散乱装置 POLANO の建設状況 (2013)
  • 著者名/発表者名: 横尾哲也、大山研司、伊藤晋一、金子直勝、鈴木純一、菅井征二、室屋孝司、 大河原学、岩佐和晃
  • 学会等名: 日本中性子科学会第13回年会
  • 発表場所: さわやかちば県民プラザ（柏市）
  • 年月日: 20131212-20131213
• [学会発表] 偏極中性子散乱装置 POLANO の偏極装置 (2013)
  • 著者名/発表者名: 横尾哲也、大山研司、伊藤晋一、岩佐和晃、大河原学、奥隆之、猪野隆、吉良弘、 田崎誠司、武田全康、M. Kenzelmann、U. Fliges、竹谷薫、石元茂 、P. Hautle
  • 学会等名: 日本中性子科学会第13回年会
  • 発表場所: さわやかちば県民プラザ（柏市）
  • 年月日: 20131212-20131213
• [学会発表] 偏極中性子散乱装置POLANOのビーム輸送シミュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 大山研司、南部光江、横尾哲也、岩佐和晃、伊藤晋一、佐藤卓、大河原学
  • 学会等名: 日本中性子科学会第13回年会
  • 発表場所: さわやかちば県民プラザ（柏市）
  • 年月日: 20131212-20131213
• [学会発表] Pr1-xCexRu4P12 のリエントラントな多極子秩序と金属-非金属転移 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岩佐和晃、佐藤貴宏、斉藤耕太郎、中尾裕則、村上洋一、伊藤晋一、横尾哲也、川名大地
  • 学会等名: 日本中性子科学会第13回年会
  • 発表場所: さわやかちば県民プラザ（柏市）
  • 年月日: 20131212-20131213
• [学会発表] マルチフェロイクス物質 NdFe3(BO3)4 の中性子散乱 (2013)
  • 著者名/発表者名: 林田翔平、左右田稔、伊藤晋一、横尾哲也、大串研也、川名大地、益田隆嗣
  • 学会等名: 日本中性子科学会第13回年会
  • 発表場所: さわやかちば県民プラザ（柏市）
  • 年月日: 20131212-20131213
• [学会発表] 希釈磁性体のフラクタル構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤晋一
  • 学会等名: Workshop: CROSSroads of Users and J-PARC（第9回）「超伝導、磁性とフラストレーション」
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構（東海村）
  • 年月日: 20131203-20131205
• [学会発表] Spin-wave dispersion in Nd-Fe-B magnet (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Ono, N. Inami, K. Saito, Y. Takeichi, M. Yano, T. Shoji, A. Manabe, A. Kato, Y. Kaneko, D. Kawana, T. Yokoo , and S. Itoh
  • 学会等名: The 58th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Denver（アメリカ）
  • 年月日: 20131104-20131108
• [学会発表] SrRuO3の磁気励起 (2013)
  • 著者名/発表者名: 伊藤晋一，遠藤康夫，横尾哲也，川名大地，金子良夫，十倉好紀
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス（徳島市）
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] スピン3/2反強磁性交替鎖を持つRCrGeO5 (R = Y, Nd or 154Sm)の磁気励起 (2013)
  • 著者名/発表者名: 長谷正司，左右田稔，益田隆嗣，川名大地，横尾哲也，伊藤晋一，松尾晶，金道浩一
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス（徳島市）
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] マルチフェロイクス物質NdFe3(BO3)4の中性子散乱 (2013)
  • 著者名/発表者名: 林田翔平,左右田稔,伊藤晋一,横尾哲也,大串研也,川名大地,益田隆嗣
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス（徳島市）
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] 鉄系梯子型化合物BaFe2Se3の磁気励起 (2013)
  • 著者名/発表者名: 南部雄亮，羽合孝文，大串研也，Fei Du，横尾哲也，伊藤晋一，上田寛，吉澤英樹，佐藤卓
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス（徳島市）
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] 偏極散乱装置POLANOの建設状況 (2013)
  • 著者名/発表者名: 横尾哲也、大山研司、伊藤晋一、鈴木純一、佐藤卓、岩佐和晃、木村宏之、金子直勝、大河原学、南部雄亮
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス（徳島市）
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] Neutron Brillouin Scattering Experiments with Pulsed Neutrons on High Resolution Chopper Spectrometer, HRC (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh, T. Yokoo, D. Kawana, Y. Kaneko, Y. Tokura, M. Fujita, K. Yoshida, N. Inami, Y. Takeichi, K. Ono, and Y. Endoh
  • 学会等名: Light and Particle Beams in Materials Science 2013 (LPBMS2013)
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 20130829-20130831
• [学会発表] Dynamical properties of spins and holes in carrier doped quantum Haldane chain (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo, S. Itoh, D. Kawana, H. Yoshizawa, and J. Akimitsu
  • 学会等名: Light and Particle Beams in Materials Science 2013 (LPBMS2013)
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 20130829-20130831
• [学会発表] Spin Waves in Ferromagnetic Phase of MnP (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh, S. Yano, T. Yokoo, S. Satoh, D. Kawana, Y. Kousaka, J. Akimitsu, and Y. Endoh
  • 学会等名: Light and Particle Beams in Materials Science 2013 (LPBMS2013)
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 20130829-20130831
• [学会発表] Inelastic neutron scattering studies of spin-3/2 antiferromagnetic alternating chain substances RCrGeO5 (R = Y, Nd or 154Sm) (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Hase, M. Soda, T. Masuda, D. Kawana, T. Yokoo, and S. Itoh
  • 学会等名: Light and Particle Beams in Materials Science 2013 (LPBMS2013)
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 20130829-20130831
• [学会発表] Construction of Polarized Inelastic Neutron Spectrometer in J-PARC (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo, K. Ohoyama, S. Itoh, J. Suzuki, K. Iwasa, T. J. Sato, H. Kimura, N. Kaneko, M. Ohkawara
  • 学会等名: Light and Particle Beams in Materials Science 2013 (LPBMS2013)
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 20130829-20130831
• [学会発表] Concepts of Neutron Polarisation Analysis Devices for a New Neutron Chopper Spectrometer in J-PARC (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Ohoyama, T. Yokoo, S. Itoh, T. Ino, M. Ohkawara, T. Oku, S. Tasaki, K. Iwasa, T. J. Sato, S. Ishimoto, K. Taketani, H. Kira, Y. Sakaguch, H. Hiraka, H. M. Shimizu, M. Takeda, M. Hino, K. Hayashi, M. Kenzelmann, U. Fliges, P. Hautle
  • 学会等名: Light and Particle Beams in Materials Science 2013 (LPBMS2013)
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば市）
  • 年月日: 20130829-20130831
• [学会発表] Neutron Brillouin scattering on High Resolution Chopper Spectrometer, HRC (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Itoh, T. Yokoo, D. Kawana and Y. Endoh
  • 学会等名: International Conference on Neutron Scattering (ICNS2013)
  • 発表場所: Edinburgh International Conference Centre (Edinburgh, UK)
  • 年月日: 20130708-20130712
• [学会発表] Spin and Hole Dynamics in Carrier Doped Quantum Haldane Chain (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo, S. Itoh, D. Kawana, J. Akimitsu
  • 学会等名: International Conference on Neutron Scattering (ICNS2013)
  • 発表場所: Edinburgh International Conference Centre (Edinburgh, UK)
  • 年月日: 20130708-20130712
• [学会発表] Experimental confirmation of spin gap in spin-3/2 substances RCrGeO5 (R = Y, Nd or 154Sm) (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Hase, M. Soda, T. Masuda, D. Kawana, T. Yokoo and S. Itoh
  • 学会等名: International Conference on Neutron Scattering (ICNS2013)
  • 発表場所: Edinburgh International Conference Centre (Edinburgh, UK)
  • 年月日: 20130708-20130712
• [学会発表] Construction of Polarisation Analysis Neutron Chopper Spectrometer POLANO at J-PARC (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Ohoyama, T. Yokoo, S. Itoh, K. Iwasa, T. J. Sato, T. Ino, T. Oku
  • 学会等名: International Conference on Neutron Scattering (ICNS2013)
  • 発表場所: Edinburgh International Conference Centre (Edinburgh, UK)
  • 年月日: 20130708-20130712
• [学会発表] チョッパー開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 横尾哲也
  • 学会等名: POLANO研究会
  • 発表場所: 東北大学金属材料研究所（仙台市）
  • 年月日: 20130612-20130613