遍歴電子スピン系動的階層構造の中性子散乱分光研究

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25287081
• 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: 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) ; 堀金 和正 青山学院大学, 理工学部, 助教 (10406829) ; 福田 竜生 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 (80354984)
• 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 / 単結晶育成

研究実績の概要

１．高エネルギー磁気非弾性散乱　（1）J-PARCのBL12にて、反強磁性金属Crの高エネルギー磁気非弾性散乱を追加測定した（平賀、福田）。平成25年度にBL14で観測していた磁気励起とフォノン散乱を解析し、「2nd International Symposium on Science at J-PARC」にて成果発表した。（2）平成25年度に観測していた鉄系超伝導体122系の磁気励起を解析し、「第６回MLFシンポジウム」でその成果を発表した（堀金）。(3) 高温超伝導も含めた金属磁性の磁気励起観測に関する研究会を、共同研究者の福田、堀金も含めた小グループで年4回開催した。
２．偏極中性子非弾性散乱実験の準備　（1）偏極パルス中性子分光器BL23の建設に分担者（横尾）が中心メンバーとして継続して携わった。（2）中性子偏極素子Cu2MnAl単結晶の結晶性を松田雅昌博士（オークリッジ研究所、米）と山口泰男名誉教授（東北大学）の協力を得て中性子回折で調べた。(3) 金属強磁性体(Sm,Sr)MnO3の偏極中性子実験の前段階として、研究用原子炉HANARO（韓国）の非偏極中性子を用いて試料の結晶性を調べた。(4) 金属強磁性体Fe16N2に対して行っていた偏極中性子粉末回折実験のデータを整理し、学術誌に論文発表した。
３．大型単結晶試料合成 (1) Fe0.8Ga0.2の大きな磁歪とスピンダイナミクス、フォノンとの関連を探るため、新たにFe1-xGax合金を研究対象に加えた。試料合成法に関する情報を収集し、単結晶育成を開始した。(2) 新たに金属強磁性体Fe3Siのスピンダイナミクスを調査するため、東北大学金属材料研究所・新素材共同研究開発センターと単結晶育成に関する議論を行い、平成27年度から共同利用研究を進める準備を行った。

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

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、論文作成に必要なデータをおおよそ取得することができた。
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モード解析並びに偏極子開発を遂行できなかったものの、国外施設の原子炉中性子を用いて単結晶偏極素子開発を継続し、平行して、以前に取得していた偏極中性子回折実験のデータを論文発表することができた。また、J-PARC/MLF内へ新たに建設中の偏極パルス中性子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継続して貢献した。
３．鉄を含む合金、化合物の単結晶育成に新たに取り組むことが出来た。

今後の研究の推進方策

１．パルス中性子で得た高エネルギー磁気励起データの論文作成を最優先とする。新たに育成した試料については、順次実験課題を申請し中性子非弾性散乱実験を行う。
２．単結晶偏極素子開発で得た結果を論文に纏める。J-PARC/MLFにおける偏極パルス中性子分光器中心メンバーとして、その建設を推進する。
３．金属磁性体における磁気励起の共通性を探るべく、より多くの磁性合金を研究対象とする。中性子非弾性散乱実験による磁気励起研究を見据え、大型単結晶育成を継続する。

次年度使用額が生じた理由

FZ炉を使った単結晶育成を計画していたが、シリコニット炉とアーク炉での合成が主となった。そのため、FZ炉に関する消耗品（FZ炉用石英管、ハロゲンランプ）の購入が無くなり、その分の消耗品費が未使用となった。

次年度使用額の使用計画

次年度使用に回した約７０万円を、次のように用いる。
国内旅費：研究打合せ、福田（SPring-8～東海）・堀金（岡山大～東海）、それぞれ年２回。小計２０万。外国旅費：海外実験＠研究用原子炉LLB（フランス）、平賀、年１回。小計２５万。消耗品：結晶育成用の原料薬品、高純度ガス、寒剤。小計２５万。

研究成果

• [雑誌論文] An Anti CuO2-type Metal Hydride Square Net Structure in Ln2M2As2Hx (Ln = La or Sm, M = Ti, V, Cr, or Mn) (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Mizoguchi, S.-W. Park, H. Hiraka, K. Ikeda, T. Otomo, and H. Hosono
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 54 ページ: 2932-2935
  • DOI: DOI: 10.1002/anie.201409023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarized Neutron Spectrometer for Inelastic Experiments at J-PARC: Status of POLANO Project (2015)
  • 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, K. Hayashi, H. Kimura, T. J. Sato
  • 雑誌名: EPJ Web of Conferences 巻: 83 ページ: 03018 (1-5)
  • DOI: 10.1051/epjconf/20158303018
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] X線，中性子，ミュオンを用いた鉄系超伝導体の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山浦淳一，松石聡，飯村壮史，細野秀雄，平石雅俊，小嶋健児，平賀晴弘，門野良典，村上洋一
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 57 ページ: 5-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarized-neutron-diffraction study of the microscopic magnetic structure in alpha”-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 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin and Hole Dynamics in Carrier-Doped Quantum Haldane Chain (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo, S. Itoh, S. Ibuka, H. Yoshizawa, J. Akimitsu
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 568 ページ: 042035 (1-4)
  • DOI: doi:10.1088/1742-6596/568/4/042035
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dynamical Properties of Spins and Holes in Carrier Doped Quantum Haldane Chain (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo, S. Itoh, D. Kawana, H. Yoshizawa and J. Akimitsu
  • 雑誌名: Journal of Physics Conf. Series 巻: 502 ページ: 012045 (1-4)
  • DOI: doi:10.1088/1742-6596/502/1/012045
  • 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, M. Nanbu, N. Kaneko, K. Iwasa, T.J. Sato, H. Kimura and M. Ohkawara
  • 雑誌名: Journal of Physics Conf. Series 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 / 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, M. Kenzelmann, U. Fliges and P. Hautle
  • 雑誌名: Journal of Physics Conf. Series 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
• [雑誌論文] Bipartite magnetic parent phases in the iron oxypnictide superconductor (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Hiraishi, S. Iimura, K. M. Kojima, J. Yamaura, H. Hiraka, K. Ikeda, P. Miao, Y. Ishikawa, S. Torii, M. Miyazaki, I. Yamauchi, A. Koda, K. Ishii, M. Yoshida, J. Mizuki, R. Kadono, R. Kumai, T. Kamiyama, T. Otomo, Y. Murakami, S. Matsuishi, and H. Hosono
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 10 ページ: 300-303
  • DOI: 10.1038/NPHYS2906
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen Ordering and New Polymorph of Layered Perovskite Oxyhydrides: Sr2VO4-xHx (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Bang, S. Matsuishi, H. Hiraka, F. Fujisaki, T. Otomo, S. Maki, J. Yamaura, R. Kumai, Y. Murakami, and H. Hosono
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 136 ページ: 7221-7224
  • DOI: 10.1021/ja502277r
  • 査読あり
• [雑誌論文] 鉄系超伝導体LaFeAsO1-xHxの水素高ドープ域における反強磁性相 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平賀晴弘，山浦淳一，飯村壮史，松石聡，村上洋一，細野秀雄
  • 雑誌名: 日本中性子科学会誌「波紋」 巻: 25 ページ: 262-266
  • 査読あり
• [学会発表] 鉄系超伝導体Ba1-xKxFe2As2の磁気励起 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀金 和正
  • 学会等名: 第6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: 2015-03-18 – 2015-03-18
  • 招待講演
• [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、伊藤晋一、金子直勝、大山研司、岩佐和晃、大河原学、菅井征二
  • 学会等名: 日本中性子科学会 第14回年会
  • 発表場所: かでる2.7（札幌市）
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-12
• [学会発表] Low Energy Magnetic Excitations and Phonons in Chromium (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Fukuda, H. Hiraka, K. Ikeuchi, Y. Inamura, T. Kikuchi, S. Ohira-Kawamura, and K. Nakajima
  • 学会等名: 2nd International Symposium on Science at J-PARC (J-PARC 2014)
  • 発表場所: Tsukuba International Congress Center (EPOCHAL TSUKUBA)
  • 年月日: 2014-07-14 – 2014-07-14
• [学会発表] Polarized neutron spectrometer for inelastic scattering experiments at J-PARC ~ Status of POLANO project ~ (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yokoo
  • 学会等名: QENS/WINS 2014
  • 発表場所: Autrans, France
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-16
  • 招待講演