Development and application of hybrid anvil technique for single-crystal magnetic neutron diffraction

単結晶中性子磁気回折実験用ハイブリッドアンビル技術の開発と応用

長壁 豊隆  

Osakabe, Toyotaka

3GPa以上の高圧力下で単結晶中性子磁気回折を行うため、最近、MP35N合金で支持されたSiCアンビルとWCを組合せて対向アンビルとしたハイブリッドアンビル技術を開発した。この技術を用いて加圧テストした結果、3.8トンの荷重で、非常に安定して10GPaの圧力を発生させることができた。また、圧縮率が小さく、高圧力下で良い静水圧性を持つ圧力媒体を探索した。その結果、グリセリンが少なくとも7GPa程度までこの条件を満たし、単結晶回折実験に適していることを発見した。さらに、微小な試料を用いる高圧実験のために、多くの中性子スーパーミラーを備えた熱中性子集光デバイスを開発した。これらの技術要素を用いて、これまでにJRR-3において高圧力下単結晶中性子磁気回折実験を精力的に行ってきた。一例として、10.5GPaまでの高圧力下で行った充填スクッテルダイト化合物PrFePの実験について紹介する。

Recently, We have developed indispensable high-pressure techniques for single-crystal magnetic neutron diffraction experiments beyond 3 GPa. One is a hybrid-anvil device which has an opposed pair of a supported SiC anvil by MP35N alloy and a WC anvil with a small hollow on the culet. In a feasibility test, we could generate pressures of 10 GPa at a load of 3.8 tons with high stability. Another is a pressure-transmitting medium with low compressibility and good hydrostaticity under high-pressure. We found that glycerin meets the requirements at least up to 7 GPa. We also developed a thermal neutron focusing device with a lot of curved supermirrors for high-pressure experiments with tiny samples. Using the high-pressure techniques described above, we have so far intensively performed high-pressure single-crystal magnetic neutron diffraction experiments at JRR-3. As an example, we will present the results of the experiments on filled skutterudite PrFeP up to 10.5 GPa.