質量勾配をもつ非一様系での偏在的原子振動モードであるグレードンの検証

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 24654080
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 岩佐 和晃 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (00275009)
• キーワード: フォノン / 質量勾配物質 / 中性子散乱 / X線回折

研究概要

本研究は、質量密度の勾配を持つ物質中に偏在する新しい格子振動状態として理論的に提唱された「グレードン」（J. J. Xiao, K. Yakubo and K. W. Yu: PRB 73 (2006) 054201, 224201）の中性子散乱による実験的検証に挑戦することを目的とする。Si-Ge 混晶系などが一方向に質量勾配が存在する物質と考えられる。反転対称性の破れにより格子振動の進行波異方性や偏在が期待できるグレードンを、物質内部まで到達してフォノン励起を観測できる中性子散乱によって検証する。さらに勾配磁気系におけるスピンダイナミクスでのグレードンの検証に発展させる。
Si を濃度傾斜させてドープした Ge 単結晶の提供を受け、本研究課題を本格開始する以前の試験研究を発展させる予定であった。しかし日本原子力研究開発機構の研究炉が震災以来再稼働せず、さらに平成25年にJ-PARCも稼働されず、計画した中性子散乱実験ができなかった。
そこで以下にあげる本課題に関連する結晶格子振動研究を実施した。カゴ状物質TbB6における非調和フォノンの放射光X線非弾性散乱による研究を実施し、一連の重希土類元素をホウ素カゴ中に含むRB6でのユニバーサルな動的格子不安定性を明らかにし、日本物理学会で成果発表した。またその動的性質に関連して、DyB6でこれまでに知られていなかった新たな長周期構造への相転移を発見し、強相関電子系国際会議SCES2013等で成果発表を行った。さらにR3Co4Sn13 (R = La, Ce)の純良単結晶を作成し、本研究で整備しているX線回折装置を用いて明瞭な構造相転移を見出した。またリエントラント金属－非金属転移を示すPr1-xCexRu4P12の構造変化と電子状態に関する共著論文を完成させた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

研究代表者が管理責任者となっている中性子散乱施設（JAEA研究炉JRR-3）の再稼働が遅れている上、平成25年5月から平成26年2月までJ-PARCの中性子散乱施設も停止した。このため計画していた実験が実施できていないため、進捗状況に若干の遅れがある。一方、SPring-8での高輝度放射光X線非弾性散乱によるカゴ状物質TbB6の異常フォノンや構造相転移の新たな知見を得ることに成功し、本研究課題に関連する成果を得つつある。平成26年2月にJ-PARCが稼働し始めたので、本研究課題の候補物質を検討して問題点の解消に努めている。

今後の研究の推進方策

J-PARCの加速器中性子源が平成26年2月に再稼働後、早速に中性子利用実験を再開し、上記のR3Co4Sn13 (R = La, Ce)のSn原子がつくるカゴ状格子に関連する構造相転移と強相関電子物性の研究を開始した。過去のこの物質に関する報告に比べて詳細な結晶構造相転移と電子物性の情報を得ることに成功しつつある。また再起動後のJ-PARCにおける実験環境を確認することができたので、本萌芽研究における課題の実験申請を準備する。

次年度の研究費の使用計画

中性子散乱施設の稼働停止により計画した実験が行えなかったので、旅費および実験準備費用の支出が少なく、次年度使用額が生じた。
平成26年2月以降、J-PARCでの中性子散乱実験が再開し、さらに平成26年度前半分として提案した実験課題が一部採択されたので、当地に滞在しての研究活動が可能となる。この費用に充当する計画である。

研究成果

• [雑誌論文] Neutron magnetic scattering study in manganite thin film system (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Nakao, H. Yamada, A. Sawa, K. Iwasa, J. Okamoto, T. Sudayama, Y. Yamasaki, Y. Murakami
  • 雑誌名: Solid State Communications 巻: 185 ページ: 18-20
  • DOI: 10.1016/j.ssc.2014.01.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emergence of reentrant metal-nonmetal transition in Pr0.85Ce0.15Ru4P12 and Pr(Ru0.95Rh0.05)4P12 (2014)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Saito, Claire Laulhe, Takahiro Sato, Lijie Hao, Jean-Michel Mignot, and Kazuaki Iwasa
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 89 ページ: 075131-1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.075131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of Single Crystal and Effects of Electron Doping in Filled Skutterudite Compound PrFe4P12 (2013)
  • 著者名/発表者名: Lijie Hao, Kazuaki Iwasa, Rongdeng Liu, Xiaobai Ma, Zhongxiao Liu, Shiliang Li, Ding Hu,Yuntao Liu, Dongfeng Chen
  • 雑誌名: Advanced Materials Research 巻: 807-809 ページ: 2793-2796
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.807-809.2793
  • 査読あり
• [雑誌論文] Newly Proposed Inelastic Neutron Spectrometer POLANO (2013)
  • 著者名/発表者名: Tetsuya Yokoo, Kenji Ohoyama, Shinichi Itoh, Junichi Suzuki, Kazuaki Iwasa, Taku J Sato, Hiroshi Kira, Yoshifumi Sakaguchi, Takashi Ino, Takayuki Oku, Keisuke Tomiyasu, Masato Matsuura, Haruhiro Hiraka, Masaki Fujita, Hiroyuki Kimura, Toyoto Sato, Junichi Suzuki, Masayasu Takeda, Koji Kaneko, Masahiro Hino, Suguru Muto
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. Supplement A 巻: 82 ページ: SA035-1-5
  • DOI: 10.1143/JPSJS.82SA.SA035
  • 査読あり
• [雑誌論文] Basic Concepts of Polarisation Analysis for 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. Supplement A 巻: 82 ページ: SA036-1-6
  • DOI: 10.1143/JPSJS.82SA.SA036
  • 査読あり
• [学会発表] Construction of Polarisation Analysis Neutron Chopper Spectrometer POLANO at J-PARC
  • 著者名/発表者名: Kenji Ohoyama, Tetsuya Yokoo, Sinichi Itoh, Kazuaki Iwasa, Taku J. Sato, Takashi Ino, Takayuki Oku
  • 学会等名: International Conference on Neutron Scattering ICNS2013
  • 発表場所: the Edinburgh International Conference Centre (Edinburgh, Scotland)
• [学会発表] New Structural Modulations of the Cage Lattice Systems GdB6 and DyB6
  • 著者名/発表者名: K. Iwasa, R. Igarashi, and M. Amano
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems SCES'13
  • 発表場所: Ito International Research Center, The University of Tokyo, Tokyo, Japan
• [学会発表] Neutron scattering study of the magnetic state in PrCu4Au
  • 著者名/発表者名: Ito International Research Center, The University of Tokyo, Tokyo, Japan
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems SCES'13
  • 発表場所: Ito International Research Center, The University of Tokyo, Tokyo, Japan
• [学会発表] Effects of Co substitution on the magnetic excitation in heavy fermion compound PrFe4P12
  • 著者名/発表者名: L. Hao, K. Iwasa, H. Kobayashi, K. Nakajima, S. Ohira-Kawamura, T. Kikuchi, Z. Liu, Y. Liu, D. Chen
  • 学会等名: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems SCES'13
  • 発表場所: The International Conference on Strongly Correlated Electron Systems SCES'13
• [学会発表] DyB6における超格子構造のX線散乱研究
  • 著者名/発表者名: 岩佐和晃， 天野光英， 中尾裕則， 村上洋一
  • 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
• [学会発表] 中性子回折による反強磁性金属Fe1+δSb 磁気相図の精密化
  • 著者名/発表者名: 崔純彰， 平賀晴弘， 大山研司， 山口泰男， 石垣徹， 星川晃範， 岩佐和晃， 山田和芳
  • 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
• [学会発表] 偏極散乱装置POLANOの建設状況
  • 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
• [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
  • 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: ちば県民プラザ（千葉県柏市柏の葉）
• [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
  • 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: ちば県民プラザ（千葉県柏市柏の葉）
• [学会発表] 偏極中性子散乱装置POLANOの概要と建設計画
  • 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: ちば県民プラザ（千葉県柏市柏の葉）
• [学会発表] 偏極中性子散乱装置POLANOの建設状況
  • 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: ちば県民プラザ（千葉県柏市柏の葉）
• [学会発表] 偏極中性子散乱装置POLANOの偏極装置
  • 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: ちば県民プラザ（千葉県柏市柏の葉）
• [学会発表] Pr1-xCexRu4P12におけるリエントラント金属-非金属転移の量子ビーム散乱による研究
  • 著者名/発表者名: 岩佐和晃、斉藤耕太郎、佐藤貴宏、中尾裕則、村上洋一、伊藤晋一、横尾哲也、川名大地、J.-M. Mignot
  • 学会等名: 物構研サイエンスフェスタ2013 第5回MLFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場（エポカルつくば）
• [学会発表] 偏極中性子散乱装置POLANOの建設状況
  • 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: 物構研サイエンスフェスタ2013 第5回MLFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場（エポカルつくば）
• [学会発表] 偏極中性子散乱装置POLANOでの偏極デバイス評価
  • 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: 物構研サイエンスフェスタ2013 第5回MLFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場（エポカルつくば）
• [学会発表] EuCoO3の希薄不純物置換効果
  • 著者名/発表者名: 富安啓輔， 奈良壮， 八木大， 岩佐和晃
  • 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(神奈川県平塚市）
• [学会発表] RB6 (R = Gd, Tb, Dy)の常磁性相における準安定超格子構造
  • 著者名/発表者名: 岩佐和晃， 五十嵐亮介， 天野光英， 伊賀文俊
  • 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(神奈川県平塚市）
• [学会発表] 偏極中性子散乱装置POLANOの建設状況 II
  • 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(神奈川県平塚市）
• [備考] 東北大学大学院 理学研究科 物理学専攻 物質構造物理研究室
  • URL: http://calaf.phys.tohoku.ac.jp/