| 研究課題/領域番号 |
25287094
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 独立行政法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
社本 真一 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, 研究主席 (90235698)
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| 研究分担者 |
樹神 克明 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, 研究主幹 (10313115)
石角 元志 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター), 東海事業センター 利用研究促進部, 技師 (90513127)
梶本 亮一 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 J-PARCセンター, 研究副主幹 (30391254)
森 道康 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 先端基礎研究センター, リーダー (30396519)
前川 禎通 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 先端基礎研究センター, センター長 (60005973)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | スピン物性 / 強磁性体 / スピン波 |
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| 研究概要 |
これまでスピン流は、スピンホール効果、スピンゼーベック効果、スピン移行トルクなど、様々な新しい実験手法において観測されている。これらの手法は、電流とスピン流の相互変換、あるいはスピン流から磁気モーメントへの角運動量の移行を利用するものであり、スピン流自体の直接的かつ定量的な測定には至っていない。これまでの中性子散乱では、中性子強度が弱く、スピンの揺らぎの測定には大きな単結晶が必要であった。そのため、さらに強度の弱い非平衡状態のスピン波を初めとした素励起の流れは、まだ世界中のどこでも観測できていない。しかしJ-PARCではすでに300kWに出力を上げ、パルス強度としては世界最高の強度となったことから、スピン流のような課題を、一般に非平衡状態での素励起の流れとして捉えて取り組む意義が出てきた。
温度勾配という非平衡条件下では、主に熱を運ぶ素励起がスピン波であれば、そのスピン波の流れが結晶中に生じる。イットリウム鉄ガーネット（YIG）の場合には熱伝導は10K以下でスピン波成分が大きくなる。温度勾配があればスピン流を生成し、その流れによりスピン波の散乱強度S(Q,E)、正負のqに関して非等価になるかどうかを検証した。具体的には直径約6mmで長さ60mm以上のYIG単結晶をTSFZ法にて育成し、また冷凍機のコールドヘッドに取り付ける温度勾配ユニットを製作し、結晶の両端を温度制御した。J-PARCの四季(BL-01)においてEi=12.5 meV,E=3.5 meVで、磁気ブラッグ(202)において熱流を[111]方向へ流して実験を行った。このとき、[111]方向の２つのブランチの間隔は0.14A^-1であり、Q分解能は約0.05A^-1 であったことから、十分に２つのピークとして分離できた。現在までのところ、観測された強度差はエラーの範囲内であり、残念ながらまだ明確な結論は得られていない。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
当初から直径約6mmで長さ60mm以上のYIG単結晶をTSFZ法にて育成に成功しており、また冷凍機のコールドヘッドに取り付ける温度勾配ユニットも順調に製作し動作確認を行うことができた。結晶の両端の温度も、自然に5Kぐらい差がつくなど予想以上に温度勾配があったが、確認したところ無事に正しい温度を表示できていることがわかった。J-PARCの四季(BL-01)では一般課題への申請で実験を行っており、厳しい競争の中で採択されており、順調に実験を行うことができている。Ei=12.5 meV,E=3.5 meVで、磁気ブラッグ(202)において熱流を[111]方向へ流して実験を行っているが、その際のバックグラウンドは非常に低く、S/N比で25となった。予定通り２つのピークにきれいに分離した測定ができており、計画は順調である。しかし残念ながら現在までのところ、観測された強度差は小さくエラーの範囲内であり、明確な結論は得られていない。
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| 今後の研究の推進方策 |
スピン熱伝導度には強いエネルギー依存性がある可能性がわかってきた。まずはよりシグナルの見えやすい条件として、準弾性散乱を含め、より低いエネルギートランスファーので実験を、より高分解能の非弾性散乱装置AMATERASやDNAなどで試みたい。また当初の予定通り、新しい非平衡状態の中性子散乱実験として、イオン伝導体や温度勾配以外に超音波も対象として検討していきたい。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
実験結果を待ってクライオスタットの仕様を決めたかったが、実験結果が誤差範囲内でよくわからなかったことから仕様が決まらず注文が遅れてしまい、機構での入札時期を逸してしまった。そのために冷凍機のみを購入し、次年度にクライオスタットの注文を延期した。
温度勾配を付けられるクライオスタットの仕様を、早めに決めて注文する予定である。
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