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論文

Coherent magnetization rotation of a layered system observed by polarized neutron scattering under grazing incidence geometry

丸山 龍治; Bigault, T.*; Saerbeck, T.*; Honecker, D.*; 曽山 和彦; Courtois, P.*

Crystals, 9(8), p.383_1 - 383_13, 2019/08

中性子偏極スーパーミラーを偏極中性子散乱測定に用いる際には、試料の磁化や中性子ビームの偏極率への影響を小さく抑えるために、これを構成する多層膜が磁気的にソフトであることが重要である。これらの多層膜は交換結合長(数十nm)よりも小さい結晶粒から構成され、磁気特性はバルクとは異なり隣り合うスピン間での交換相互作用による結晶磁気異方性の平均化(ランダム異方性モデル)によって理解される。本研究では、多層膜の面内磁気構造の磁場依存性を斜入射偏極中性子散乱を用いて観察することにより、我々の系が本モデルに従うかどうかに関する検証を行った。実験によって得られた散乱データは歪曲波ボルン近似による散乱強度分布シミュレーションにより解析され、磁化の方向が揃った領域は0.5$$sim$$1.1$$mu$$m程度の範囲内で磁化の反転過程において大きく変化しないという結果が得られた、これは、磁化の過程がバルクで見られる磁壁の形成と移動ではなくコヒーレントな磁気モーメントの回転によることを意味する。今後は、このモデルの適応範囲等について研究を進め、多層膜の磁気特性を支配するメカニズムに関する理解を深めることが重要である。

論文

Effect of the interface roughness correlation on the reflectivity in a neutron multilayer mirror

丸山 龍治; 山崎 大; 曽山 和彦

JPS Conference Proceedings (Internet), 22, p.011011_1 - 011011_5, 2018/11

J-PARC MLFの中性子ビーム利用の高度化のため、高性能中性子スーパーミラーの開発を進めている。中性子源から試料位置まで中性子スーパーミラーガイドや集光スーパーミラー等による中性子ビーム輸送の高効率化には、スーパーミラーの反射率が高いことが重要である。これまで我々が進めてきた研究において、スーパーミラーの界面粗さの面内相関が小さく面間の相関が大きい多層膜により、集光系を構成する際に試料位置周辺でのバックグラウンドとなる散漫散乱が小さく抑えられることがわかった。本研究では、スーパーミラーを構成する多層膜界面の面内及び面間の相関が反射率に与える影響を歪曲波ボルン近似を用いた反射率シミュレーションにより調べた。その結果、異なる界面間で粗さの相関が大きい場合ブラッグ反射ピークにおいて反射率が減少することがわかり、多層膜からの反射率計算において界面粗さの面間の相関を考慮することの重要性が示された。

論文

斜入射偏極中性子散乱法の多層膜面内磁気構造解析への応用

丸山 龍治

四季, 40, P. 11, 2018/09

中性子偏極スーパーミラーは、熱及び冷中性子ビームを偏極するための光学素子であり、実機への応用上必要な外部磁場を小さく抑えること、すなわち偏極スーパーミラーを構成する磁気多層膜が磁気的にソフトであることが必要である。偏極スーパーミラーを構成する多層膜の磁気特性を理解するには、磁化の過程での面内磁気構造を観察することが重要であるので、これらの多層膜の面内磁気構造を偏極中性子非鏡面反射及び斜入射小角散乱により観察した。本稿では、主としてJ-PARC MLFの産業利用ユーザーを対象とし、上記手法とその実験結果、今後の展開について概説する。

論文

偏極中性子

平賀 晴弘*; 山口 泰男*; 丸山 龍治; 奥 隆之; 猪野 隆*

波紋, 28(3), p.144 - 149, 2018/08

サイエンスの様々な分野において偏極中性子散乱の果たす役割は益々増大しており、J-PARC MLFでの偏極中性子ビーム利用の高度化のため原子力機構等では偏極スーパーミラーや$$^3$$Heスピンフィルターの高性能化に関する研究開発を進めている。本稿では、当該分野に馴染みのないMLFユーザーや当該分野の初心者を対象とし、中性子ビーム偏極手法の基本的な原理や研究開発の現状について総説する。

論文

Development of high-polarization Fe/Ge neutron polarizing supermirror; Possibility of fine-tuning of scattering length density in ion beam sputtering

丸山 龍治; 山崎 大; 阿久津 和宏*; 花島 隆泰*; 宮田 登*; 青木 裕之; 武田 全康; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 888, p.70 - 78, 2018/04

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

イオンビームスパッタ法で成膜されたFe/Si及びFe/Ge多層膜に対して、X線及び偏極中性子反射率、走査型透過電子顕微鏡と組み合わされたエネルギー分散型X線分光分析等のプローブによって層構造や局所元素分析を行った。その結果、Fe/Ge多層膜のGe層に含まれたスパッタリングガスであるArが含まれることにより、Ge層の散乱長密度が減少し、(-)スピンの中性子に対するFeとGeの散乱長密度のコントラストがほぼ消失し偏極中性子反射において高偏極率となることがわかった。Ge層に含まれるArは、成膜時においてAeがGeターゲットで後方散乱することに起因することが知られており、偏極スーパーミラーの高偏極率化に必要な(-)スピン中性子に対する散乱長密度コントラストを微調整する新たな手法となる可能性を示すものである。この結果を基に、Niの5倍の全反射臨界角をもつFe/Ge偏極スーパーミラーを成膜し偏極反射率測定を行った結果、(+)スピン中性子の反射率が0.70以上、偏極率はビームラインの偏極性能が正しく補正されている領域においては0.985以上という高い偏極率を達成した。

論文

Materials and Life Science Experimental Facility at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 3; Neutron devices and computational and sample environments

坂佐井 馨; 佐藤 節夫*; 瀬谷 智洋*; 中村 龍也; 藤 健太郎; 山岸 秀志*; 曽山 和彦; 山崎 大; 丸山 龍治; 奥 隆之; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(2), p.10_1 - 10_35, 2017/09

J-PARC物質・生命科学実験施設では、中性子検出器、スーパーミラーや$$^{3}$$Heスピンフィルターなどの光学機器、及びチョッパー等の中性子デバイスが開発され、据え付けられている。また、計算環境として機器制御、データ取得、データ解析、及びデータベースの4つのコンポーネントが整備されている。また、物質・生命科学実験施設では実験に使用される様々な試料環境が利用可能である。本論文では、これらの現状について報告する。

論文

Accessible length scale of the in-plane structure in polarized neutron off-specular and grazing-incidence small-angle scattering measurements

丸山 龍治; Bigault, T.*; Wildes, A. R.*; Dewhurst, C. D.*; Saerbeck, T.*; Honecker, D.*; 山崎 大; 曽山 和彦; Courtois, P.*

Journal of Physics; Conference Series, 862(1), p.012017_1 - 012017_6, 2017/06

中性子偏極スーパーミラーを偏極中性子散乱測定に用いる際には、試料の磁化や中性子ビームの偏極率への影響を小さく抑えるために、これを構成する多層膜が磁気的にソフトであることが重要である。これらの多層膜は交換結合長(数十nm)よりもサイズの小さい結晶粒から構成され、磁気特性はバルクとは異なり隣り合うスピン間での交換相互作用による結晶磁気異方性の平均化(ランダム異方性モデル)によって理解される。本研究では、磁化の過程における多層膜の面内磁気構造を偏極中性子非鏡面反射及び斜入射小角散乱を用いて測定し、散乱データの歪曲波ボルン近似による散乱強度分布シミュレーションを行うことにより面内方向の長さスケールの異なる非鏡面反射と斜入射小角散乱で得られたデータの比較を行った。本発表では2つの散乱手法の特徴や適応可能な面内構造の長さスケールの範囲に関する議論を行う。

論文

Study of the in-plane magnetic structure of a layered system using polarized neutron scattering under grazing incidence geometry

丸山 龍治; Bigault, T.*; Wildes, A. R.*; Dewhurst, C. D.*; 曽山 和彦; Courtois, P.*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 819, p.37 - 53, 2016/05

 被引用回数:3 パーセンタイル:42.29(Instruments & Instrumentation)

中性子偏極スーパーミラーを偏極中性子散乱測定に用いる際には、試料の磁化や中性子ビームの偏極率への影響を小さく抑えるために、これを構成する多層膜が磁気的にソフトであることが重要である。これらの多層膜は交換結合長(数十nm)よりもサイズの小さい結晶粒から構成され、磁気特性はバルクとは異なり隣り合うスピン間での交換相互作用による結晶磁気異方性の平均化(ランダム異方性モデル)によって理解される。本研究では、磁化の過程における多層膜の面内磁気構造を斜入射偏極中性子散乱を用いて観察することにより、上記モデルが我々の対象とする系に適応可能であるかどうかに関する検証を行った。実験によって得られた散乱データは歪曲波ボルン近似による散乱強度分布シミュレーションにより解析され、面内方向で磁化の方向が揃った領域の大きさ(数百nm)が結晶粒サイズ($$leq 10$$nm)よりもずっと大きいという上記モデルに従う結果が得られた。今後は、このモデルの適応範囲や異なる系に対する適応可能性等について研究を進め、多層膜の磁気特性を支配するメカニズムに関する理解を深めることが重要である。

論文

Development of a compact vertical splitting system for the cold neutron beam at JRR-3

田村 格良; 丸山 龍治; 山崎 大; 中村 清; 山本 和喜; 相澤 一也; 曽山 和彦

Journal of Physics; Conference Series, 528, p.012012_1 - 012012_7, 2014/07

 パーセンタイル:100

中性子ビーム実験装置の効率的な利用をするために、新たに開発した小型分岐装置を使用してJRR-3のC2冷中性子ビームラインの中性子ビーム実験装置を再配置した。この小型分岐装置は2つの小型マルチチャンネルベンダーを有している。これらのベンダーは0.2mm厚さのシリコン基板の両面にコーティングされたNi/Tiスーパーミラーを使用している。2つのベンダーの曲率半径は938mmであり、20$$^{circ}$$に曲げるベンダーの長さは320mmである。原子力機構のイオンビームスパッタリング装置を使用して、ベンダーに使用するm=3のスーパーミラーをシリコン基板の両面に成膜した。20$$^{circ}$$に曲げるベンダーの出口に設置された中性子ガイド末端の中性子束を金箔の放射化法により測定した結果、1.58$$times$$10$$^{7}$$ n/cm$$^{2}$$/sであった。本研究は、高い反射率を有する両面上に成膜されたスーパーミラーが小型分岐装置に適していることを示した。

論文

Current status of a new polarized neutron reflectometer at the intense pulsed neutron source of the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of J-PARC

武田 全康; 山崎 大; 曽山 和彦; 丸山 龍治; 林田 洋寿; 朝岡 秀人; 山崎 竜也; 久保田 正人; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

Chinese Journal of Physics, 50(2), p.161 - 170, 2012/04

The construction of a new polarized neutron reflectometer is now in progress at the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). MLF has the world's brightest pulsed neutron and muon sources (JSNS and MUSE). The user program of MLF has been already started in 2008, and now nine neutron and two muon spectrometers are in operation. Installation of the new reflectometer was expected to be completed in March 2011. However, the construction was interrupted by the massive earthquake hitting northeast Japan, including Tokai-mura where J-PARC is located. We expect to restart the user program of the new polarized neutron reflectometer at the beginning of next year (2012).

論文

Effect of Si interlayers on the magnetic and mechanical properties of Fe/Ge neutron polarizing multilayer mirrors

丸山 龍治; 山崎 大; 岡安 悟; 武田 全康; 是津 信行*; 永野 幹典*; 山村 和也*; 林田 洋寿; 曽山 和彦

Journal of Applied Physics, 111(6), p.063904_1 - 063904_10, 2012/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:87.32(Physics, Applied)

Fe/Ge多層膜の界面に薄いSi層を積層させて得られるFe/Si/Ge/Si多層膜を中性子偏極スーパーミラーとして用いた際に、中性子の偏極性能を得るために必要な外部磁場が小さく抑えられることが知られている。このメカニズムを解明するために、中性子偏極反射率,磁化,膜応力測定等を行った。中性子偏極性能を得るために必要な外部磁場の大きさは膜応力の大きさに比例し、Fe/Si/Ge/Si多層膜では膜応力が著しく小さいという結果が得られ、中性子偏極スーパーミラーの成膜において膜応力を減少させることの重要性が示された。さらに、これらの多層膜に対してX線光電子分光測定を行った結果、Fe/Si/Ge/Si多層膜ではSiがGe層全体に分布していることがわかった。SiとGeとは比率によらず固溶体を形成することが知られており、これが膜応力の蓄積を妨げているのではないかと考えられる。

論文

Analysis of buried heterointerfacial hydrogen in highly lattice-mismatched epitaxy on silicon

山崎 竜也; 朝岡 秀人; 田口 富嗣; 山本 春也; 山崎 大; 丸山 龍治; 武田 全康; 社本 真一

Thin Solid Films, 520(8), p.3300 - 3303, 2012/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:92.94(Materials Science, Multidisciplinary)

Si基板との格子不整合の緩衝域として水素単原子バッファー層を挿入し、大きな格子不整合を克服した薄膜成長に成功した。このユニークな薄膜成長を可能にする界面の構造解析を目的とし、薄膜成長後の界面における水素層の存在を、中性子反射率測定と共鳴核反応分析法により捉えることができたので、それら複合解析の結果を発表する。

論文

AMATERAS; A Cold-neutron disk chopper spectrometer

中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥; 中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; 柴田 薫; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.B), p.SB028_1 - SB028_6, 2011/05

 被引用回数:57 パーセンタイル:7.99(Physics, Multidisciplinary)

アマテラスは、J-PARCの物質・生命科学実験施設に設置された冷中性子ディスクチョッパー型分光器であり、結合型水素モデレーターと新開発の高速ディスクチョッパーの組合せで、高分解能,高強度を両立させる最新鋭の中性子分光器である。今回の発表では、これまでの機器調整とユーザー利用の成果を踏まえ、アマテラスの現状と性能、そして、得られた成果の例を示す。

論文

Demonstration of magnetic field imaging in a permalloy film with neutron spin phase contrast imaging

林田 洋寿; 山崎 大; 海老沢 徹*; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 田崎 誠司*; 日野 正裕*; 松林 政仁

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 634(1, Suppl.), p.S90 - S93, 2011/04

 被引用回数:2 パーセンタイル:75.84(Instruments & Instrumentation)

中性子スピン干渉計では、入射中性子がスピンアップ及びスピンダウンの2つの固有状態に分波される。分波された状態で磁場中を通過すると2固有状態間に位相差が生じ、これはスピン干渉計の干渉縞の位相として観測される。2固有状態間の位相差は中性子が通過する領域の磁場積分値に比例し、これに応じて干渉縞の位相シフトが観測される。この性質及びスピン干渉計に2次元検出器を導入することで磁場の可視化が可能となる。そこでわれわれは厚さ0.1mmのパーマロイ薄膜を試料として、応力有り無しでのパーマロイ薄膜内における磁場変化の可視化を試みた。実験は日本原子力研究開発機構、3号炉内のC3-1-2-2, MINE2ポートで行われた。実験では薄膜を折り曲げることで応力を加え、折り曲げ角度45$$^{circ}$$, 180$$^{circ}$$、及び折り曲げ無しの3種類の試料を準備した。実験の結果、折り曲げた領域において、折り曲げ角度が大きくなるにつれ、飽和磁化の減衰及び漏れ磁場の増加を可視化することに成功した。

論文

A Beam divergence correction mirror for neutron resonance spin echo

丸山 龍治; 日野 正裕*; 林田 洋寿; 北口 雅暁*; 阿知波 紀郎*; 山崎 大; 海老沢 徹*; 曽山 和彦

Physica B; Condensed Matter, 404(17), p.2594 - 2599, 2009/09

 被引用回数:3 パーセンタイル:79.52(Physics, Condensed Matter)

中性子のビーム発散によるフライトパス長のばらつきを円筒面スーパーミラーにより補正することにより、中性子共鳴スピンエコー法の高エネルギー分解能化が実現される。この目的のために製作した円筒面スーパーミラーを用いてスピンエコー実験を行った結果、発散角によるフライトパス長のばらつきが補正されることを実証したので、その実験結果について報告する。

論文

Effect of interfacial roughness correlation on diffuse scattering intensity in a neutron supermirror

丸山 龍治; 山崎 大; 海老沢 徹*; 曽山 和彦

Journal of Applied Physics, 105(8), p.083527_1 - 083527_8, 2009/04

 被引用回数:14 パーセンタイル:42.64(Physics, Applied)

スーパーミラーを用いる中性子ビーム集光法は、反射における色収差がないのでJ-PARC等のパルス中性子源に適している。しかし、スーパーミラーからの反射ビームには入射角と反射角が等しくない散漫散乱成分が含まれる。NiC/Tiスーパーミラーからの散漫散乱強度はNi/Tiのそれよりも1桁以上小さく、集光素子への応用に適している。本研究では、Ni及びNiC膜の結晶構造とNi/Ti及びNiC/Ti多層膜の界面構造の解析を行い、スーパーミラーからの散漫散乱強度を抑えるには面内の相関長が小さく面間の相関長が大きい多層膜が有効であるという散漫散乱抑制のメカニズムを解明した。

論文

Development of high-reflectivity neutron supermirrors using an ion beam sputtering technique

丸山 龍治; 山崎 大; 海老沢 徹*; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 600(1), p.68 - 70, 2009/02

 被引用回数:23 パーセンタイル:11.6(Instruments & Instrumentation)

原子力機構では、J-PARCにおける大強度パルス中性子源等で用いられる中性子スーパーミラーガイド等の製造のために、0.2m$$^2$$(500mm$$phi$$)の成膜可能面積を持つイオンビームスパッタ装置を導入し、これを用いた高性能中性子スーパーミラーの開発を行っている。その結果、NiC/Ti多層膜の導入により、Niの3, 4, 6倍の臨界角を持つスーパーミラーで臨界角においてそれぞれ90, 80, 40%の高反射率が実現されたので、その開発方法及び実験結果について報告する。

論文

スーパーミラーからの散漫散乱メカニズムの解明

丸山 龍治

波紋, 19(1), p.9 - 13, 2009/01

曲面ミラーによって中性子ビームを集光する際には、スーパーミラーでの反射における散漫散乱が問題となるが、NiC/Tiスーパーミラーからの散漫散乱強度はNi/Tiのそれよりも1桁以上小さく、集光素子への応用に適している。本研究では、スーパーミラーからの散漫散乱強度が減少するメカニズムを明らかにすべく、Ni及びNiC膜の結晶構造とNi/Ti及びNiC/Ti多層膜の界面構造の解析を行った。その結果、面内の相関長が小さく面間の相関長が大きい多層膜によりスーパーミラーからの散漫散乱強度が抑えられることがわかったので、実験及び解析結果に関する発表を行う。

論文

Development of neutron supermirrors with large critical angle

丸山 龍治; 山崎 大; 海老澤 徹*; 日野 正裕*; 曽山 和彦

Thin Solid Films, 515(14), p.5704 - 5706, 2007/05

 被引用回数:34 パーセンタイル:18.04(Materials Science, Multidisciplinary)

中性子スーパーミラーの開発は、中性子散乱実験において利用可能な中性子強度を著しく向上させることができるので重要である。これまでに、高反射率化及び高臨界角化のための数多くの研究がなされてきた。われわれは、密度が高く結晶粒の小さい成膜を可能にするイオンビームスパッタ法を用いてスーパーミラー開発を行ってきた。イオンビームスパッタ法は上記のような利点を持つものの、成膜レート及び成膜可能面積が小さいという弱点を持つ。新しい核破砕型中性子源(J-PARC)において用いられるスーパーミラーを用いた光学デバイスの製造のため、直径500mmの成膜可能面積を持つ新しいイオンビームスパッタ装置が導入された。成膜可能面積全体に対する成膜レートはほぼ一様であることが確認されており、現在はこの装置を用いた高臨界角Ni/Tiスーパーミラーの開発が行われている。成膜されたスーパーミラーの反射率は、3$$Q_c$$で82%, $$4Q_c$$で66%, $$6.7Q_c$$で23%であった。

報告書

JRR-3における中性子反射率計の開発

山崎 大; 盛合 敦; 田村 格良; 丸山 龍治; 海老澤 徹*; 武田 全康; 曽山 和彦

JAEA-Technology 2007-030, 21 Pages, 2007/03

JAEA-Technology-2007-030.pdf:4.13MB

JRR-3において新しい中性子反射率計SUIRENの開発,建設を行い、平成18年度より施設共用を開始した。SUIRENは、波長3.8$AA $の単色中性子を利用した、試料垂直配置の反射率計である。測定対象としては、形態として固体試料のほか固液界面試料が、膜構造としてはソフトマテリアル薄膜,磁性人工格子,中性子ミラーなどをはじめ、多様な試料が考えられる。ビーム強度は、角度分散$$Deltatheta$$=0.08degにコリメートしたあと、試料位置で2.1$$times$$10$$^4$$$$sim$$2.6$$times$$10$$^4$$カウント/s/cm$$^2$$程度である。また、バックグラウンドは4.5$$times$$10$$^{-3}$$カウント/sであった。テスト測定の例として、3インチ$$phi$$のシリコン基板の反射率測定では、約27時間かけて10$$^{-6}$$までの反射率が測定できることを実証した。また、偏極反射率測定モードについても実用化に向け、すでにテスト測定をはじめている。本報告では、この中性子反射率計SUIRENの開発について概説する。

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