大強度超低速ミュオン源による表面・ナノ結晶科学への応用

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16206005
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 三宅 康博 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 大強度陽子加速器計画推進部, 教授 (80209882)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 下村 浩一郎 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, 研究機関講師 (60242103) ; 松田 泰幸 理化学研究所, 岩崎先端中間子研究室, 先任研究員 (70321817) ; 牧村 俊介 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, 技師補 (10391715) ; 西山 樟生 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, 教授 (50164611)
• Keywords: ミュオン / 偏極 / スピン / 低速ミュオン / 物性 / 水素原子 / 表面 / レーザー

Research Abstract

最近、表面ミュオンビームから、超低速ミュオンを作り出すことに成功し、いよいよ本格的な表面物性への応用も視野に入れることが可能となってきた。本研究の目的は、超低速ミュオンの特徴を生かして、ナノ構造・表面界面の磁性原子スピンのダイナミクスを調べるスピントロニクスへの展開を目指した物性研究、半導体ナノクリスタルに於ける表面水素の役割を解明する研究、金属表面での触媒反応における水素状原子の役割を解明する表面・界面科学研究等の分野において、新しい展開を図る事である。
組み上げた超低速ミュオン用μ^+SR分光装置の性能試験を行った。超低速ミュオンの打ち込みエネルギーを1keVから18keVまで、変化させることで、打ち込み深さを調整する事ができる。SiOにアルミニウムを40nm蒸着させた試料を用意し、打ち込み深さによるアシンメトリの変化量を調べる実験を行った。この時、SiO_2中では、ミュオニウム成分が多いので、アシンメトリは小さいが、アルミニウムでは100%近くディアマグネティック成分が存在し、アシンメトリが大きい。実験では、打ち込み深さによってアシンメトリが変化し、エネルギーの低い場合にはアルミニウムに止まるが、高くなるとSiO_2に超低速ミュオンが止まることが実験的に確かめられた、この事はまさに超低速ミュオンによって表面の研究を展開することができることを明示している。超低速ミュオン用μ^+SR分光装置として、十分な機能を有する事が判明した。
特に本年度は、ペロブスカイト化合物のSrTiO_3(011)基盤上で成長させたNd_<0.5>Sr_<0.5>MnO_3で最近発見されたAnti-Phase Antiferroorbital Orderingの研究を行っている。予測通り、薄膜での強磁性転移等を明確に示す新しい結果が得られており、超低速ミュオンの薄膜磁性への本格的な展開が可能である事を実証した。

Research Products

• [Journal Article] Development of low-energy beam line at the RIKEN-RAL muon facility (2006)
  • Author(s): Y.Matsuda, P.Bakule, Y.Ikedo, K.Ishida, M.Iwasaki, S.Makimura, T.Matsuzaki, Y.Miyake, K.Nagamine, K.Shimomura, P.Strasser
  • Journal Title: RIKEN Accel. Prog. Rep. Pages: 39
• [Journal Article] Pulsed source of ulatra low-energy muons at RIKEN-RAL (2006)
  • Author(s): P.Bakule, Y.Matsuda, M.Iwasaki, Y.Miyake, K.Nagamine, Y.Ikedo, K.Shimomura, P.Strasser
  • Journal Title: Physica B 374-375 Pages: 456-459
• [Journal Article] Generation of low-energy muons with laser resonant ionization (2006)
  • Author(s): Y.Matsuda, P.Bakule, M.Iwasaki, T.Matsuzaki, Y.Miyake, Y.Ikedo, P.Strasser, K.Shimomura, S.Makimura, K.Nagamine
  • Journal Title: Nuclear Physics B155 Pages: 346-348
• [Journal Article] Status of J-PARC muon science facility at the year of 2005 (2006)
  • Author(s): Y.Miyake, K.Nishiyama, N.Kawamura, S.Makimura, P.Strasser, K.Shimomura, J.L.Beveridge, R.Kadono, K.Fukuchi, N.Sato, K.Ueno, W.Higemoto, K.Ishida, T.Matsuzaki, I.Watanabe, Y.Matsuda, M.Iwasaki, S.N.Nakamura, J.Doonbos, K.Nagamine
  • Journal Title: Physica B 374-375 Pages: 484-487
• [Journal Article] 物質生命科学実験施設 ミュオン科学研究施設 (2006)
  • Author(s): 三宅 康博
  • Journal Title: 原子核研究 50・4 Pages: 69-76