遍歴電子スピン系動的階層構造の中性子散乱分光研究

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25287081
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 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: 平賀 晴弘 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, 特任准教授 (90323097)
• 研究分担者: 福田 竜生 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究員 (80354984) ; 堀金 和正 青山学院大学, 理工学部, 助教 (10406829) ; 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)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 遍歴電子磁性 / スピンダイナミクス / 中性子散乱

研究概要

平成２５年度は、次の四項目を遂行した。
１．結晶育成環境の整備：（1）高純度合金育成用アーク溶解炉の購入と設置、（2）代表者の異動に伴う実験装置の輸送と設置。（平賀）
２．Crの高エネルギー磁気非弾性散乱、実験と解析：（1）J-PARC/MLF大強度中性子実験施設内のBL12高分解能チョッパー型中性子分光器 HRC にて、反強磁性金属Crの磁気非弾性散乱を測定した（平賀、福田）。解析を進めた結果、ω～300 meV の高エネルギー領域まで磁気励起を観測することに成功した。磁気揺らぎモードを更に分解をすべく、現在解析を進めている。（2）J-PARC/MLF内のBL01大強度チョッパー型中性子分光器 四季 にて、鉄系超伝導体122系の磁気励起を100 meV以上まで観測することに成功した（堀金）。
３．偏極中性子非弾性散乱実験に向けた装置・デバイス開発：（1）偏極デバイス・3Heガスフィルターを備える新たなパルス中性子分光器建設に、分担者（横尾）が中心メンバーとして携わった。（2）偏極素子となるCu2MnAl単結晶の結晶性を、京大原子炉実験所（熊取）と米国オークリッジ研究所内のHFIR原子炉にて中性子回折にて確認した（平賀）。
４．次年度以降に実施予定の磁気非弾性散乱、及び、バンド計算の準備：強磁性金属の代表格であるFe、及び、反強磁性金属の可能性があるTiに対する中性子非弾性散乱実験に備え、それぞれの単結晶試料を購入した。また、バンド計算に着手するため、計算システムを購入した（平賀）。

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

１．パルス中性子による高エネルギー磁気励起の定量化については、当初計画していたCrに加え、鉄系超伝導体122系にも研究を展開できた。
２．研究用原子炉JRR-3の停止に伴い、定常偏極中性子による磁気励起モード解析を遂行できなかった。しかし、国内外の他の原子炉中性子を用いて、単結晶偏極素子の開発に着手することが出来た。また、J-PARC/MLF内へ新たに建設中のパルス中性子偏極度解析分光器の装置責任者として、分担者がその測定手法開発に貢献した。
３．当初計画通りに、代表者が小型アーク溶解炉を購入し代表者の異動先の実験室に設置した。しかし、実験室自体の環境整備（廃液処理方法や安全対策の構築）に時間が取られ、単結晶育成作業まで進むことが出来なかった。購入可能な結晶については物品費で購入し、次年度以降への研究に備えることはできた。

今後の研究の推進方策

１．J-PRAC/MLF施設のチッパー型中性子分光器を用い、パルス中性子による高エネルギー磁気励起の定量化を継続する。Crと鉄系超伝導体122系に加え、Fe・Ti・鉄系超伝導体1111系等にも実験対象を展開する。（平賀、福田、堀金）
２．中性子偏極子Cu2MnAlモノクロメータの実用化を目指す。原子炉中性子を用いて結晶性及びモノクロメータ性能を調査し、結晶育成の最適条件探索へ繋げる。JRR-3（JAEA）再稼働の目処が立たないため、KUR（京大原子炉）とHFIR（オークリッジ米国国立研究所）での実験を念頭に置く。また、J-PARC/MLF内でのパルス中性子偏極度解析分光器の建設に、分担者（横尾）が継続して装置責任者として携わる。
３．小型アーク溶解炉等を用い、金属磁性体の大型単結晶育成を試みる。対象は、金属強磁性体Niおよび金属超伝導体。（平賀、堀金）

次年度の研究費の使用計画

１．結晶育成用実験室の環境整備へ大幅に時間が取られ、実際の結晶育成作業に至らなかった。そのため、結晶育成用の消耗品購入が無く、次年度使用へと計画を変更した。
２．JRR-3の運転が無かったため、分担者（福田）の旅費使用が予定より小額だった。また、代表者（平賀）の海外実験用に国外旅費予算を申請していたが、申請課題が予備採択だったために実際には実験できず、その分の海外渡航旅費が未使用となった。
次年度使用に回した約８０万円を、次のように用いる。
１．国内旅費：研究打合せ、福田（SPring-8～東海）・堀金（青山学院～東海）、それぞれ年２回。小計１５万。　２．外国旅費：海外実験＠研究用原子炉ANSTO（オーストラリア）、平賀・横尾、それぞれ年１回。小計５０万。　３．消耗品：結晶育成用の原料薬品・高純度ガス。小計１５万。

研究成果

• [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 1-5
  • 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 and S. Choi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 82 ページ: SA036 1-6
  • DOI: 10.7566/JPSJS.82SA.SA036
  • 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 1-6
  • DOI: 10.7566/JPSJS.82SA.SA033
  • 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: Journal of Magnetism and Magnetic Materials 巻: 347 ページ: 33-38
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2013.07.019
  • 査読あり
• [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
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 20130925-20130928
• [学会発表] 鉄系超伝導体KFe2As2の磁気励起
  • 著者名/発表者名: 堀金和正，藤田慧，木方邦宏，李哲虎，梶本亮一，Ji Sungdae，稲村泰弘，新井正敏，秋光純
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] Local crystal structure of Mott-insulating iron oxychalcogenides La2O2Fe2OSe2
  • 著者名/発表者名: K. Horigane, K. Kawashima, S. Ji, M. Yoshikawa, D. Louca, J. Akimitsu
  • 学会等名: SCES2013
  • 発表場所: University of Tokyo
• [学会発表] Restoration of XAFS oscillation by Fe doping in magnetic metal Mn3Si
  • 著者名/発表者名: H. Hiraka and D. Matsumura
  • 学会等名: The 1st International Conference on Light and Particle Beams in Materials Science
  • 発表場所: Tsukuba
• [学会発表] Relationship between the Ir-dimer formation and electrical transport in CuIr2S3.8Se0.2
  • 著者名/発表者名: H. Hiraka and D. Matsumura
  • 学会等名: The 1st International Conference on Light and Particle Beams in Materials Science
  • 発表場所: Tsukuba