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1
偏極中性子と核偏極水素によるナノ構造解析技術の開発
熊田 高之
電子スピンサイエンス, 15(Autumn), p.86 - 91, 2017/10
付加価値の高い機能性材料開発の現場では、物理・化学的性質が異なる複数の素材をナノレベルで混合させることで互いの短所を補い長所を引き出した複合材料の開発が繰り広げられている。その複合材料の開発においては、成分間の相互作用を決定づける絡み合い構造の最適化がカギとなる。スピンコントラスト法とよばれる偏極中性子と水素核偏極試料を用いた構造解析法は、複合材料開発の指針となる成分毎のナノ構造および空間配置の決定を実現するものである。
2
Local structure analysis of (Na$$_{0.5}$$K$$_{0.45}$$Li$$_{0.05}$$)NbO$$_3$$ synthesized by malic acid complex solution method
米田 安宏; 高田 愛梨*; 長井 遥*; 菊池 丈幸*; 森下 正夫*; 小舟 正文*
Japanese Journal of Applied Physics, 56(10S), p.10PB07_1 - 10PB07_7, 2017/10
錯体重合法を用いて作製した(Na$$_{0.5}$$K$$_{0.45}$$Li$$_{0.05}$$)NbO$$_3$$の単射晶相を放射光を用いて構造解析した。(Na$$_{0.5}$$K$$_{0.45}$$Li$$_{0.05}$$)NbO$$_3$$の平均構造は単射晶構造であるが、局所構造はKNbO$$_3$$と同じ菱面体晶構造モデルで再現することができた。この結果から平均構造の単射晶構造は菱面体晶がdisorderして変調されて観測されたと考えられる。
3
Magnetic properties of electron-doped LaCoO$$_3$$
富安 啓輔*; 佐藤 美嘉*; 小山 俊一*; 野島 勉*; 梶本 亮一; Ji, S.*; 岩佐 和晃*
Journal of the Physical Society of Japan, 86(9), p.094706_1 - 094706_6, 2017/09
We studied electron-doped LaCo$$_{1-y}$$Te$$^{6+}_{y}$$O$$_{3}$$ by magnetization measurements and neutron scattering. The effective Bohr magneton, estimated in the Curie-Weiss fitting around room temperature, is independent of $$y$$. This suggests that magnetic Co$$^{3+mathrm{(HS)}}$$, not nonmagnetic Co$$^{3+mathrm{(LS)}}$$, is mainly replaced by doped magnetic Co$$^{2+mathrm{(HS)}}$$. At the lowest temperatures, a Brillouin-function-like saturating behavior persists in the magnetization curves even in the high-$$y$$ samples, and neither clear magnetic reflection nor magnetic dispersion is observed by neutron scattering. These indicate that magnetic correlation is very weak in contrast to the well-known hole-doped LaCoO$$_3$$ accompanied with the transition to ferromagnetic metal. However, we also found that the low-$$y$$ samples exhibit nonnegligible enhancement in saturated magnetization by $$sim$$2 $$mu_B$$/doped-electron. All these characteristics are discussed in the light of activation and inactivation of spin-state blockade.
4
Work hardening, dislocation structure, and load partitioning in lath-martensite determined by ${it in situ}$ neutron diffraction line profile analysis
Harjo, S.; 川崎 卓郎; 友田 陽*; Gong, W.*; 相澤 一也; Tichy, G.*; Shi, Z.*; Ungar, T.*
Metallurgical and Materials Transactions A, 48(9), p.4080 - 4092, 2017/09
${it in situ}$ neutron diffraction during tensile deformation of lath martensite steel containing 0.22 mass% of carbon, is performed using TAKUMI of J-PARC. The diffraction peaks at plastically deformed states exhibit asymmetries as the reflection of redistributions of the stress and dislocation densities/arrangements in lath-packets where the dislocation glides are favorable (soft packet) and unfavorable (hard packet). The dislocation density is as high as 10$$^{15}$$ m$$^{-2}$$ at the as-quenched state, and then during tensile straining, the load and the dislocation density become different between the two lath-packets. The dislocation character and arrangement vary also in the hard packet, but hardly change in the soft packet. The hard packet plays an important role in the high work hardening in martensite, which could be understood by taking into account not only the increase of the dislocation density but also the change in dislocation arrangement.
5
Electronic structures of U$$X_3$$ ($$X$$=Al, Ga, and In) studied by photoelectron spectroscopy
藤森 伸一; 小畠 雅明; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; 藤森 淳; 山上 浩志; 芳賀 芳範; 山本 悦嗣; 大貫 惇睦*
Physical Review B, 96(11), p.115126_1 - 115126_10, 2017/09
The electronic structures of U$$X_3$$ ($$X$$=Al, Ga, and In) were studied by photoelectron spectroscopy to understand the the relationship between their electronic structure and magnetic properties. The band structures and Fermi surfaces of UAl$$_3$$ and UGa$$_3$$ were revealed experimentally by angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES), and they were compared with the result of band structure calculations. The topologies of the Fermi surfaces and the band structures of UAl$$_3$$ and UGa$$_3$$ were explained reasonably well by the calculation, although bands near the Fermi level ($$E_mathrm{F}$$) were renormalized owing to the finite electron correlation effect. The topologies of the Fermi surfaces of UAl$$_3$$ and UGa$$_3$$ are very similar to each other, except for some minor differences. Such minor differences in their Fermi surface or electron correlation effect might take an essential role in their magnetism.
6
Materials and Life Science Experimental Facility at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 1; Pulsed spallation neutron source
高田 弘; 羽賀 勝洋; 勅使河原 誠; 麻生 智一; 明午 伸一郎; 粉川 広行; 直江 崇; 涌井 隆; 大井 元貴; 原田 正英; et al.
Quantum Beam Science (Internet), 1(2), p.8_1 - 8_26, 2017/09
大強度陽子加速器施設(J-PARC)の物質・生命科学実験施設では、パルス核破砕中性子源から高強度かつ狭いバルス幅の中性子を供給し、多様な中性子科学研究の推進に役立てている。この核破砕中性子源の構成機器は、エネルギー3GeV、繰り返し25Hz、強度1MWという世界最高クラスの強度の陽子ビームで駆動されルことを前提に設計されており、水銀ターゲットと3種類の液体パラ水素モデレータがその中枢の機器である。目標とする1MWの陽子ビームによる運転に向けて、まだ途上段階にあるが、本報告では、この核破砕中性子源のターゲット・モデレータ・反射体システムの特色ある性能について解説する。
7
Quantum optimal control of the isotope-selective rovibrational excitation of diatomic molecules
黒崎 譲*; 横山 啓一
Chemical Physics, 493, p.183 - 193, 2017/08
塩化リチウム分子の同位体選択的振動回転励起の最適パルス波形を求めた。振動回転が基底準位にあるLiCl-35とLiCl-37の混合分子集団にレーザーパルスを照射し、LiCl-35($$nu$$=0, $$J$$=0)とLiCl-37($$nu$$=1, $$J$$=1)を生成する最適波形を最適制御理論により計算した。その結果、回転遷移だけを利用する方が効率よく選択励起を起こすことができることが示された。
8
Unusual plastic deformation behavior in lath martensitic steel containing high dislocation density
Harjo, S.; 川崎 卓郎; 友田 陽*; Gong, W.
Materials Science Forum, 905, p.46 - 51, 2017/08
To understand the strengthening mechanism of a metallic material with high dislocation density, the plastic deformation behavior of lath martensite was studied by means of in situ neutron diffraction measurements during tensile deformations using a 22SiMn2TiB steel and a Fe-18Ni alloy. The characteristics of dislocation were analyzed and were discussed with the relation of stress-strain curves. The dislocation densities induced by martensitic transformation during heat-treatment in both materials were found to be originally as high as 10$$^{15}$$ m$$^{-2}$$ order, and subsequently to increase slightly by the tensile deformation. The parameter M value which displays the dislocation arrangement dropped drastically at the beginning of plastic deformation in both materials, indicating that the random arrangement became more like a dipole arrangement.
9
Quantitative evaluation of texture and dislocations during annealing after hot deformation in austenitic steel using neutron diffraction
友田 陽*; 佐藤 成男*; Uchida, M.*; 徐 平光; Harjo, S.; Gong, W.; 川崎 卓郎
Materials Science Forum, 905, p.25 - 30, 2017/08
Microstructural change during hot compressive deformation at 700 $$^{circ}$$C followed by isothermal annealing for a Fe-32Ni austnitic alloy was monitored using ${it in situ}$ neutron diffraction. The evolution of deformation texture with 40% compression and its change to recrystallization texture during isothermal annealing were presented by inverse pole figures for the axial and radial directions. The change in dislocation density was tracked using the convolutional muli-profile whole profile fitting method. To obtain the fitting results with good statistics, at least 60 s time-slicing for the event-mode recorded data was needed. The average dislocation density in 60 s after hot compression was determined to be 2.8 $$times$$ 10$$^{14}$$ m$$^{-2}$$ that decreased with increasing of annealing time.
10
Structure of the magnetic excitations in the spin-1/2 triangular-lattice Heisenberg antiferromagnet Ba$$_{3}$$CoSb$$_{2}$$O$$_{9}$$
伊藤 沙也*; 栗田 伸之*; 田中 秀数*; 河村 聖子; 中島 健次; 伊藤 晋一*; 桑原 慶太郎*; 加倉井 和久*
Nature Communications, 8, p.235_1 - 235_6, 2017/08
 パーセンタイル:100(Multidisciplinary Sciences)
A spin-1/2 triangular-lattice Heisenberg antiferromagnet (TLHAF) is a prototypical frustrated quantum magnet, which exhibits remarkable quantum many-body effects that arise from the synergy between spin frustration and quantum fluctuation. The ground-state properties of a spin-1/2 TLHAF are theoretically well understood. However, magnetic excitations are less well understood and the theoretical consensus is limited. The experimental study of the magnetic excitations in spin-1/2 TLHAFs has also been limited. Here we show the whole picture of magnetic excitations in the spin-1/2 TLHAF Ba$$_{3}$$CoSb$$_{2}$$O$$_{9}$$ investigated by inelastic neutron scattering. Significantly different from the theory, the excitation spectra have a three-stage energy structure. The lowest first stage is composed of dispersion branches of single-magnon excitations. The second and third stages are dispersive continua accompanied by columnar continuum extending above 10 meV, which is six times larger than the exchange interaction J=1.67 meV. Our results indicate the necessity of a new theoretical framework.
11
1F事故による環境回復に伴う廃棄物の管理と除去土壌の減容・再生利用の取り組み,2; 再生利用を目指した粘土鉱物へのCs吸脱着機構解明
矢板 毅
日本原子力学会誌, 59(8), p.441 - 443, 2017/08
減容化に関する技術としては、これまで環境浄化などで用いられてきた処理法である分級、化学処理、熱処理などいくつかの方法論が考えられるが、それぞれに一長一短が有り、放射性Csの処理という視点で再度見直し、最適化する必要があると考えられる。本特集では、特に対象となる粘土鉱物への吸着機構について最新の知見について紹介すると共に、これらの情報を参考に開発を試みている除染および土壌の再生利用などについて解説する。
12
福島の環境回復に向けた取り組み,4; 汚染土壌の除染、減容化および再生利用を目指した物理処理及び新しい熱処理法開発への試み
矢板 毅; 本田 充紀; 下山 巖; 伊藤 健一*; 万福 裕蔵*; 辻 卓也; 松村 大樹
日本原子力学会誌, 59(8), p.483 - 487, 2017/08
福島第一原子力発電所事故後に伴う環境汚染に対して事故からの復興に向けて取り組んだ減容化除染と再生利用に関する研究の取り組みについて、日本原子力研究開発機構と国立環境研究所が取り組んできた吸着機構の基礎から物理的除染および減容化と熱処理に関する研究を紹介した内容である。一般的な物理処理、熱処理に関する紹介に加え、粘土鉱物へのセシウムの取り込みメカニズムや溶融処理のその場観察を放射光X線分光を利用した研究により詳細に解説している。
13
Observation of magnetoelastic effects in a quasi-one-dimensional spiral magnet
Wang, C.*; Daiwei, Y.*; Liu, X.*; Chen, R.*; Du, X.*; Hu, B.*; Wang, L.*; 飯田 一樹*; 蒲沢 和也*; 脇本 秀一; et al.
Physical Review B, 96(8), p.085111_1 - 085111_5, 2017/08
 パーセンタイル:100(Physics, Condensed Matter)
This paper presents a systematic study of spin and lattice dynamics in the quasi-one-dimensional spiral magnet CuBr$$_2$$, using Raman scattering in conjunction with infrared and neutron spectroscopy. Along with the development of spin correlations upon cooling, we observe a rich set of broad Raman bands at energies that correspond to phonon-dispersion energies near the one-dimensional magnetic wave vector. The low-energy bands further exhibit a distinct intensity maximum at the spiral magnetic ordering temperature.
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Vibrational states of atomic hydrogen in bulk and nanocrystalline palladium studied by neutron spectroscopy
古府 麻衣子; 橋本 直樹*; 秋葉 宙*; 小林 浩和*; 北川 宏*; 飯田 一樹*; 中村 充孝; 山室 修*
Physical Review B, 96(5), p.054304_1 - 054304_7, 2017/08
中性子分光法を用いて、バルク及びナノ結晶パラジウム中の水素原子の振動状態を、広いエネルギー領域($$0 le hbar omega le 300$$meV)について調べた。バルクのパラジウム水素化物では、水素の振動励起は量子調和振動子(QHO)で大まかに記述された。一方、直径8nmのナノ結晶パラジウム水素化物では、付加的な振動励起が80meV以上のエネルギー領域に観測された。この付加的な振動励起のエネルギーと強度はQHOでは説明できず、非調和性の強いトランペット型ポテンシャルにおける振動と記述された。この付加的な励起は、表面効果により安定化されたサブ表面(表面下2-3層)の正四面体サイトに配置された水素原子の振動だと考えられる。本研究は、金属ナノ粒子中の水素の振動を明瞭に検知した初めての実験的研究である。
15
Mitigation technologies for damage induced by pressure waves in high-power mercury spallation neutron sources, 4; Measurement of pressure wave response and microbubble effect on mitigation in mercury target at J-PARC
粉川 広行; 直江 崇; 二川 正敏; 羽賀 勝洋; 涌井 隆; 原田 正英; 高田 弘
Journal of Nuclear Science and Technology, 54(7), p.733 - 741, 2017/07
 パーセンタイル:100(Nuclear Science & Technology)
J-PARCの核破砕中性子源では、中性性ビームを生成するために水銀ターゲットシステムを運転している。水銀ターゲットでは、大強度のパルス陽子ビームが入射することによって水銀の急激な発熱により圧力波が発生する。圧力波によって、水銀を内包するターゲット容器に繰返し応力だけでなくキャビテーション損傷を引き起す。圧力波を低減することは、ターゲット容器の寿命を保つ上で非常に重要な課題である。我々は、微小気泡を水銀中に注入し、圧力波を低減する技術の開発を行っており、今回、微小気泡発生器を水銀ターゲット容器に実装し、圧力波により励起されるターゲット容器の変位速度をその場診断装置で測定し、陽子ビーム条件や微小気泡の効果を調査した。その結果、ターゲット容器の変位速度は微小気泡により減少し、変位速度のピーク値は、気泡の注入量が0.4%, 0.1%の場合、気泡を注入しない場合に比べて各々1/3, 2/3に低減することを明らかにした。
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Spin wave dispersion just above the magnetic order-order transition in the metallic antiferromagnet Mn$$_{3}$$Pt
井深 壮史*; 横尾 哲也*; 伊藤 晋一*; 蒲沢 和也*; 中村 充孝; 今井 基晴*
Journal of Physics; Conference Series, 868(1), p.012017_1 - 012017_6, 2017/07
非弾性中性子散乱実験を用いて秩序-秩序転移点直上における金属反強磁性体Mn$$_{3}$$Ptのスピン波を調べ、結晶主軸方向に沿ったスピン波の分散は400Kにおいて等方的であることを見出した。これらの実験結果は、温度上昇によるスティフネス定数の大幅な減少を示すものであり、Mn$$_{3}$$Ptが有する磁気モーメントの遍歴性を示唆するものである。
17
Room-temperature creep tests under constant load on a TRIP-aided multi-microstructure steel
土田 紀之*; Nagahisa, N.*; Harjo, S.
Materials Science and Engineering A, 700, p.631 - 636, 2017/07
This study investigated room-temperature creep tests using a low-carbon TRIP steel to clarify the TRIP effect on tensile deformation behavior under constant load. Nominal strain and strain rate increased with an increase in applied stress and those were almost stagnated at holding times of about $$3.0 times 10^4$$ s. The volume fractions of deformation-induced martensite ($$alpha'$$) at a given true strain obtained from constant load creep tests were larger than those from tensile tests. From the in situ neutron diffraction experiments during the constant load creep tests, the phase strain of the austenite ($$gamma$$) phase in the creep tests was found to be larger than that in the tensile tests at the same applied stress. This means that the phase strain or true stress of the $$gamma$$ phase in the TRIP steel was associated with the difference in the volume fraction of $$alpha'$$ between the creep and the tensile tests.
18
EBSD解析によるステンレス鋼の疲労損傷検出; EBSDパターンクオリティの適用性
黒田 雅利*; 釜谷 昌幸*; 山田 輝明*; 秋田 貢一
日本機械学会論文集(インターネット), 83(852), p.17-00072_1 - 17-00072_7, 2017/07
これまでに、電子後方散乱回折(EBSD)測定により得られる結晶方位データを解析することで得られる平均局所方位差(Averaged Local Misorientation, Mave)(Kamaya, 2009)とオーステナイト系ステンレス鋼の低サイクル疲労の損傷量との間に相関があることを報告している。ここでは、実用上の観点から、Maveと、市販ソフトウエアで得られるイメージクオリティ(Image Quality: IQ)とを比較することで、IQの疲労損傷評価に対する適用性について検討し、各パラメータの有用性と特徴を明らかにした。また、X線回折(X-Ray Diffraction: XRD)測定も実施し、得られたXRDデータとIQ値分布とを比較することで、疲労損傷の蓄積に伴うIQ値分布の変化はすべり変形によりもたらされたことを示した。
19
Chromaticity effects on head-tail instabilities for broadband impedance using two particle model, Vlasov analysis, and simulations
Chin, Y. H.*; Chao, A. W.*; Blaskiewicz, M. M.*; 菖蒲田 義博
Physical Review Accelerators and Beams (Internet), 20(7), p.071003_1 - 071003_18, 2017/07
ビームが、加速器の構造物を通過すると電磁場(ウェイク)が立ち、それがビームに影響を及ぼす。今回は、短時間でウェイクが減衰する単バンチビームの不安定性の理論とシミュレーションの考察を行った。理論的アプローチには、ビームを2粒子で単純化した2粒子モデルとVlasov方程式を使ったより精密なものが知られている。ウェイクとして、ビームの内部だけ一定値をとる台形波を仮定すると、どちらの理論的アプローチでも、不安定なビームの振幅増大率は、ウェイクの強度とビームの色収差を共に無次元化した量のみの関数で一般的に記述できること証明し、理解を進めた。さらに、粒子シミュレーションでも裏付けをした。ウェイクを台形波で近似するのは、大胆に思われるが、一般のウェイクでもバンチ内に限れば、ほぼ台形的な振る舞いをする。実際、より複雑なLEPのインピーダンスモデルを入力にビーム振幅の増大率をVlasov方程式を解いて求めると、この台形波をフーリエ変換して求めたインピーダンスを入力にして求めたビーム振幅の増大率とほぼ同じ振る舞いをすることが確認できた。
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Spin-orbital correlated dynamics in the spinel-type vanadium oxide MnV$$_{2}$$O$$_{4}$$
松浦 慧介*; 佐賀山 基*; 上原 周*; 新居 陽一*; 梶本 亮一; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; Ji, S.*; 阿部 伸行*; 有馬 孝尚*
Physical Review Letters, 119(1), p.017201_1 - 017201_6, 2017/07
 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)
We investigate the magnetic dynamics in the spinel-type vanadium oxide MnV$$_2$$O$$_4$$. Inelastic neutron scattering around 10 meV and a Heisenberg model analysis have revealed that V$$^{3+}$$ spin-wave modes exist at a lower-energy region than previously reported. The scattering around 20 meV cannot be reproduced with the spin-wave analysis. We propose that this scattering could originate from the spin-orbital coupled excitation. This scattering is most likely attributable to V$$^{3+}$$ spin-wave modes, entangled with the orbital hybridization between $$t_{2g}$$ orbitals.