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Mode distribution analysis; A New method for model-free analysis on quasi-elastic neutron scattering

緩和モード分布解析; 中性子準弾性散乱のモデルフリーな新しい解析法

菊地 龍弥; 中島 健次  ; 河村 聖子; 稲村 泰弘; 山室 修*; 古府 麻衣子*  ; 川北 至信; 鈴谷 賢太郎; 中村 充孝; 新井 正敏

Kikuchi, Tatsuya; Nakajima, Kenji; Kawamura, Seiko; Inamura, Yasuhiro; Yamamuro, Osamu*; Kofu, Maiko*; Kawakita, Yukinobu; Suzuya, Kentaro; Nakamura, Mitsutaka; Arai, Masatoshi

一般に中性子準弾性散乱の解析では、その緩和についての物理モデルが必要であり、その解析結果はモデル依存したものになってしまう。われわれは中性子準弾性散乱のモデルフリーな解析法として、緩和モード分布解析法を提案し開発を行ってきた。この解析法では、指数関数的緩和を基本単位とし、あらゆる緩和はその基本緩和の線形結合で表すことができるとする。この解析により計算される$$B$$($$Q$$,$$Gamma$$)は、新しい概念の関数で緩和時間(Lorentz関数の半値半幅)の強度分布を表す。この関数をわれわれは緩和モード分布関数と呼んでいる。この$$B$$($$Q$$,$$Gamma$$)からは、緩和の数・緩和時間、不均一性などを直接計算することが可能である。われわれの解析法は、この$$B$$($$Q$$,$$Gamma$$)を計算することが直接の目的になる。今回の発表では、この解析法の最初の適用例として室温の水の結果も報告する。準弾性散乱の測定には、J-PARCのAMATERAS分光器を用いた。解析の結果から、いままで報告のされていない水分子の運動を発見している。

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. In this context, we are trying to develop new model-free analysis method which we call as mode distribution analysis. In this method, we supposed that all modes can be described as combinations of the relaxations based on the exponential law. In the result of the analysis, we can obtain an intensity distribution for HWHM of Loretzian. This function can show the number of modes and distributions of the relaxation times in the modes and we call it as mode distribution function (MDF). In this new approach, we can obtain the MDF by using the maximum entropy method (MEM). We will also report a first application of our method to H$$_{2}$$O at RT. The measurement was carried out on AMATERAS spectrometer installed at J-PARC. In the result, we discover a motion of water molecule, which has not reported by earlier studies.

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