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New approach of model-free analysis for quasi-elastic neutron scattering and applications for liquid water

中性子準弾性散乱のモデル非依存解析法の開発と液体水への適用

菊地 龍弥; 中島 健次  ; 河村 聖子; 稲村 泰弘; 山室 修*; 古府 麻衣子*  

Kikuchi, Tatsuya; Nakajima, Kenji; Kawamura, Seiko; Inamura, Yasuhiro; Yamamuro, Osamu*; Kofu, Maiko*

中性子準弾性散乱の解析はあらかじめ拡散モデルを仮定したうえで行う方法が一般的であった。われわれはモデルに依存しない準弾性散乱の新しい解析法として、最大エントロピー法を用いた非モデル依存の解析法の開発に成功した。その解析法により拡散現象を緩和時間に対する強度分布という形式で計算可能になった。この解析法を実際の結果に適用するために水(軽水及び重水)の準弾性散乱を測定した。それらの解析結果から、水分子の拡散運動には少なくとも3つのモードがあることがわかった。最も遅い運動及び最も速い運動はそれぞれ並進運動と回転運動である。これらは従来から考えられている運動であるが、今回の結果から回転運動は固定サイト間を回転する運動であることをはっきり示すことができた。加えて、今回の解析結果により中間的な速度を持つ運動の存在が明らかになった。

In generally so far, analysis of quasi-elastic neutron scattering spectra needs some mathematical models in its process, and hence the obtained result is a model dependent. Model-dependent analysis may lead misunderstandings caused by inappropriate initial models or may miss the unexpected phenomenon. Therefore, the alternative approach of analysis without any specific model is desired. In this context, we are trying to develop new method, which does not require any specific initial models. In this new approach, we can obtain new quantity, $$B(Q,Gamma)$$ by using maximum entropy method (MEM). Our new approach was applied on liquid water. Obtained $$B(Q,Gamma)$$ shows diffusion process in this system consist of three components: a slow motion, a fast motion and an intermediate motion between two. As it has been thought, the slow component is a translational motion and the fast component is a rotational motion. In contrast, the intermediate motion is discovered for the first time.

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