Ｊ－ＰＡＲＣの白色中性子線を用いた多波長原子分解能ホログラフィー法の確立

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24656004
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大山 研司 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 准教授 (60241569)
• 研究分担者: 林 好一 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20283632) ; 奥 隆之 独立行政法人日本原子力研究開発機構, J-PARCセンター, 研究主幹 (10301748) ; 前川 藤夫 独立行政法人日本原子力研究開発機構, その他部局等, 研究員 (30354723) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 局所構造 / ホログラフィー / 中性子 / J-PARC / ドープ系機能性材料 / 偏極中性子 / 3Heフィルター

研究実績の概要

原子分解能中性子ホログラフィーは、中性子実験としては唯一の核種選択的な局所構造解析技術であり、かつスピンや水素、ホウ素など機能性材料にとって重要な軽元素の研究にとって決定的な役割を果たすと期待されている。すでに日本でも中性子ホログラフィーは実現してはいるが、従来の技術では強度不足から単波長ホログラムしか測定できず、測定は可能であるものの再生像の精度が不十分であった。本研究ではこの点を克服するため大強度陽子加速器施設(J-PARC)を利用して、一度に多数の波長でのホログラムを測定し、鮮明な水素やホウ素の原子像をえる白色中性子ホログラフィーを世界で初めて実現することを目指した。H24-H25年度の検討と装置開発、解析ソフト開発をふまえ、H25年度、H26年度にJ-PARCのBL10で実験を行った。その結果、J-PARCの大強度白色ビームを用いることで、100個を超える多数ホログラムを一度に測定できることを立証した。かつ、実験後に必要な統計をみながらホログラムの数を調整することができることも示した。BL10での実験では、試料として代表的シンチレーション結晶であるEu1%ドープCaF2を用い、明瞭なCa像、Eu像、F像を三次元的に得ることに成功した。一方、同じ試料を用いてXAFS測定を行った結果、ドープされたEuが三価で存在していることを確認した。これは、電気的中性を維持するため、過剰フッ素がEu周りにあることを意味しており、実際、ホログラムから再生された原子像では、過剰フッ素が見いだされている。これらの結果は、白色中性子ホログラムが機能性材料での実際の局所構造研究に有効であることを証明しており、当初の本課題の目的は達成された。この結果は報告書執筆段階で論文にまとめているところである。

研究成果

• [雑誌論文] Neutron holography and diffuse scattering of palladium hydride (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Hayashi, K. Ohoyama, S. Orimo, H. Takahashi, and K. Shibata
  • 雑誌名: Phys. Rev.B 巻: 91 ページ: 024102-1-7
  • DOI: DOI: 10.1103/PhysRevB.91.024102
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Concepts of Neutron Polarisation Analysis Devices for a New Neutron Chopper Spectrometer, POLANO, in J-PARC (2014)
  • 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, M. Nanbu, H Hiraka, H. M. Shimizu, M. Takeda, M. Hino, K. Hayashi, U. Fliges and P. Hautle
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser 巻: 502 ページ: 012051-1-4
  • DOI: doi:10.1088/1742-6596/502/1/012051
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Construction of Polarized Inelastic Neutron Spectrometer in J-PARC (2014)
  • 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, S. Muto
  • 雑誌名: J. Phys.: Conf. Ser. 巻: 502 ページ: 012046-1-5
  • DOI: doi:10.1088/1742-6596/502/1/012046
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diffusion Path and Conduction Mechanism of Protons in Hydroxyapatite (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Yashima, N. Kubo, K. Omoto, H. Fujimori, K. Fujii, K. Ohoyama
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 118 ページ: 5180-5187
  • DOI: DOI: 10.1021/jp412771f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Local clusters in a distorted rocksalt GeTe crystal found by x-ray fluorescence holography (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Hosokawa, N. Happo, S. Senba, T. Ozaki, T. Matsushita, A. Koura, F. Shimojo, K. Hayashi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 83 ページ: 124602-1-8
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.124602
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Polarized-neutron-diffraction study of the microscopic magnetic structure in α''－Fe16N2 nanoparticles (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Hiraka, K. Ohoyama, Y. Ogata, T. Ogawa, R. Gallage, N. Kobayashi, M. Takahashi, B. Gillon, A. Gukasov, and K. Yamada
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 ページ: 134427(1)-(5).
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.90.134427
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Novel Magnetic Chiral Structures and Unusual Temperature Hysteresis in the Metallic Helimagnet MnP (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yamazaki, Y. Tabata, T. Waki, T. J Sato, M. Matsuura, K. Ohoyama, M. Yokoyama, H. Nakamura
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 83 ページ: 054711(1)-(8)
  • DOI: 10.7566/JPSJ.83.054711
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distorted and Undistorted Atomic Sites in a Ferromagnetic Semiconductor Ge0.6Mn0.4Te Film Determined by X-ray Fluorescence Holograph (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Happo, K. Hayashi, S. Senba, H. Sato, M. Suzuki, S. Hosokawa
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn 巻: 83 ページ: 123601-1-4
  • DOI: ttp://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.83.113601
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Applications of x-ray fluorescence holography to determine local lattice distortions in materials (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Hayashi, N. Happo, S. Hosokawa
  • 雑誌名: J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 巻: 195 ページ: 337-346
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2014.07.008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of 3He Neutron Spin Filter for the Application at an Intense Pulsed Neutron Source Facility”, (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Oku, H. Kira, H. Hayashida, K. Sakai, K. Hiroi, T. Shinohara, T. Ino, M. Ohkawara, K. Ohoyama, S. Takata, K. Oishi, H. Iwase, N. Miyata, K. Akutsu, Y. Sakaguchi, M. Takeda, J. Suzuki, K. Aizawa, M. Arai, K. Kakurai
  • 雑誌名: Hamon, 巻: 24 ページ: 250-257
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development and demonstration of in-situ SEOP 3He spin filter system for neutron spin analyzer on the SHARAKU polarized neutron reflectometer at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Hayashida, T. Oku, H. Kira, K. Sakai, M. Takeda, Y. Sakaguchi, T. Ino, T. Shinohara, K. Ohoyama, J. Suzuki, K. Kakurai, M. Mizusawa, N. Miyata, D. Yamazaki, R. Maruyama, K. Soyama, M. Arai
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series, 巻: 528 ページ: 012020-1-7
  • DOI: 10.1088/1742-6596/528/1/012020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 偏極中性子散乱装置POLANOでの磁場環境評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大山研司, 南部光江, 横尾哲也, 大河原学, 猪野隆, 伊藤晋一, 岩佐和晃, 奥隆之,吉良弘
  • 学会等名: 日本中性子科学会第１４回年会
  • 発表場所: 札幌市
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-12
• [学会発表] 原子分解能Ｘ線ホログラフィー (2014)
  • 著者名/発表者名: 林 好一
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第58回シンポジウム
  • 発表場所: 福岡市
  • 年月日: 2014-11-16 – 2014-11-17
  • 招待講演
• [学会発表] 蛍光X線・中性子線ホログラフィーが拓く新しい3次元イメージング (2014)
  • 著者名/発表者名: 林 好一
  • 学会等名: 日本結晶学会 シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-11-01 – 2014-11-03
  • 招待講演
• [学会発表] Polarisation Analysis Neutron Spectrometer, POLANO, at J-PARC - Concept and Magnetic Field Optimisation (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji OHOYAMA
  • 学会等名: Polarized Neutrons for Condensed Matter Investigations 2014
  • 発表場所: シドニー大学、オーストラリア
  • 年月日: 2014-09-16 – 2014-09-18
  • 招待講演
• [学会発表] Current status and perspectives in the development of an in-situ spin-exchange optical pumping 3He neutron spin filter at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Oku, H. Kira, H. Hayashida, K. Sakai, K. Hiroi, T. Shinohara, Y. Sakaguchi, T. Ino, K. Ohoyama, M. Nakamura, J. Suzuki, K. Aizawa, M. Arai, Y. Endoh, K. Kakurai
  • 学会等名: Polarised Neutrons for Condensed Matter Investigations (PNCMI) 2014
  • 発表場所: シドニー大学、オーストラリア
  • 年月日: 2014-09-16 – 2014-09-18
  • 招待講演
• [学会発表] Development of Compact Laser Optics for an In-Situ Spin-Exchange Optical Pumping 3He Neutron Spin Filter (2014)
  • 著者名/発表者名: Takayuki OKU, Hirotoshi HAYASHIDA, Hiroshi KIRA, Kenji SAKAI, Kosuke HIROI, Takenao SHINOHARA, Yoshifumi SAKAGUCHI, Takashi INO, Kenji OHOYAMA, Lieh-Jeng CHANG, Mitsutaka NAKAMURA, Jun-ichi SUZUKI, Kazuya AIZAWA, Masatoshi ARAI, Yasuo ENDOH, Kazuhisa KAKURAI
  • 学会等名: J-PARC Symposium 2014
  • 発表場所: つくば市
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [学会発表] Demonstration Study of Small-Angle Polarized Neutron Scattering Using Polarized 3He Neutron Spin Filter (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kira, Hirotoshi Hayashida, Hiroki Iwase, Kazuki Ohishi, Jun-ichi Suzuki, Takayuki Oku,, Kenji Sakai,, Kosuke Hiroi,, Shin-ichi Takata,, Takashi Ino,, Kenji Ohoyama, Manabu Ohkawara, Takenao Shinohara,, Kazuhisa Kakurai, Kazuya Aizawa, and Masatoshi Arai
  • 学会等名: J-PARC Symposium 2014
  • 発表場所: つくば市
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [学会発表] Development Status of the NMR System for the Polarized 3He Neutron Spin Filter (NSF) in the MLF at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Sakai, T. Oku, H. Hayashida, H. Kira, K. Hiroi, T. Ino, K. Ohoyama, M. Ohkawara, K. Kakurai, T. Shinohara, K. Oikawa, M. Harada, K. Aizawa, M. Arai, Y. Sakaguchi, and J. Suzuki
  • 学会等名: J-PARC Symposium 2014
  • 発表場所: つくば市
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-15