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論文

Enhancement of domain-wall mobility detected by NMR at the angular momentum compensation temperature

今井 正樹; 中堂 博之; 松尾 衛; 前川 禎通; 齊藤 英治

Physical Review B, 102(1), p.014407_1 - 014407_5, 2020/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

The angular momentum compensation temperature $$T_{rm A}$$ of ferrimagnets has attracted much attention because of high-speed magnetic dynamics near $$T_{rm A}$$. We show that NMR can be used to investigate domain wall dynamics near $$T_{rm A}$$ in ferrimagnets. We performed $$^{57}$$Fe-NMR measurements on the ferrimagnet Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ with $$T_{rm A}$$ = 245 K. In a multi-domain state, the NMR signal is enhanced by domain wall motion. We found that the NMR signal enhancement shows a maximum at $$T_{rm A}$$ in the multi-domain state. The NMR signal enhancement occurs due to increasing domain-wall mobility toward $$T_{rm A}$$. We develop the NMR signal enhancement model involves domain-wall mobility. Our study shows that NMR in multi-domain state is a powerful tool to determine $$T_{rm A}$$, even from a powder sample and it expands the possibility of searching for angular momentum-compensated materials.

論文

Nature of structural instabilities in superconducting Sr$$_3$$Ir$$_4$$Sn$$_{13}$$

金子 耕士; Cheung, Y. W.*; Hu, Y.*; 今井 正樹*; 谷奥 泰明*; 金川 響*; 村川 譲一*; 森山 広大*; Zhang, W.*; Lai, K. T.*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 30, p.011032_1 - 011032_6, 2020/03

A quantum critical point appears as a second-order phase transition which takes place at zero temperature. In contrast to heavy-fermion systems in which magnetism often plays a vital role, recent studies revealed that structural instabilities can drive a system to a quantum critical point as well. In quasi-skutterudite (Ca,Sr)$$_3T_4$$Sn$$_{13}$$ ($$T$$=Rh, Ir), Sr$$_3$$Ir$$_4$$Sn$$_{13}$$ exhibits superconductivity around $$T_{rm sc}$$$${sim}$$5 K and a structural transition at $$T^*{simeq}$$147 K. Applying physical or chemical pressure on Sr$$_3$$Ir$$_4$$Sn$$_{13}$$ suppresses $$T^*$$ rapidly, and a quasi-linear $$T$$ dependence of electrical resistivity, signature of non-Fermi liquid behavior, was observed where $$T^*$$ extrapolates to 0 K. The isomorphs (Ca$$_x$$Sr$$_{1-x}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$ exhibits similar behavior, where the criticality can be reached by $$x{sim}$$0.9 without external pressure. Neutron scattering experiments in Sr$$_3$$Ir$$_4$$Sn$$_{13}$$ evidences the second order nature of the structural transition at $$T^*$$ by the observation of a continuous evolution of superlattice peak below $$T^*$$ and a gradual increase of critical scattering upon approaching to $$T^*$$ by cooling. Increase of $$x$$ in (Ca$$_x$$Sr$$_{1-x}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$ toward the quantum critical point leads to the systematic variation of the critical exponents of the order parameter. In addition, this substitution induces the phonon softening around the M point towards zero energy revealed by inelastic X-ray scattering experiment. We will present systematic variations in both elastic and inelastic channels upon approaching to the quantum critical point.

論文

Angular momentum compensation manipulation to room temperature of the ferrimagnet Ho$$_{3-x}$$Dy$$_{x}$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ detected by the Barnett effect

今井 正樹; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 大沼 悠一*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 114(16), p.162402_1 - 162402_4, 2019/04

 被引用回数:6 パーセンタイル:17.09(Physics, Applied)

We demonstrate that the angular momentum compensation temperature $$T_{rm A}$$, at which the net angular momentum in the sample disappears, can be controlled in Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ by partially substituting Dy for Ho. The $$T_{rm A}$$ can be detected using the Barnett effect, by which mechanical rotation magnetizes an object due to spin-rotation coupling. We found that $$T_{rm A}$$ increases with the Dy content and clarified that the $$T_{rm A}$$ of Ho$$_{1.5}$$Dy$$_{1.5}$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ coincides with room temperature. The Barnett effect enables us to explore materials applicable to magnetic devices utilizing the angular momentum compensation only by rotating the powder sample at room temperature.

論文

Evidence of a structural quantum critical point in (Ca$$_x$$Sr$$_{1-x}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$ from a lattice dynamics study

Cheung, Y. W.*; Hu, Y. J.*; 今井 正樹*; 谷奥 泰明*; 金川 響*; 村川 譲一*; 森山 広大*; Zhang, W.*; Lai, K. T.*; 吉村 一良*; et al.

Physical Review B, 98(16), p.161103_1 - 161103_5, 2018/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:52.2(Materials Science, Multidisciplinary)

Approaching a quantum critical point has been an effective route to stabilize superconductivity. While the role of magnetic QCPs has been extensively discussed, similar exploration of a structural QCP is scarce. Using inelastic X-ray scattering, we examine the phonon spectrum of the nonmagnetic quasi-skutterudite (Ca$$_x$$Sr$$_{1-x}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$, which represents a precious system to explore the interplay between structural instabilities and superconductivity by tuning the Ca concentration x. We unambiguously detect the softening of phonon modes around the M point on cooling towards the structural transition. Intriguingly, at x = 0:85, the soft mode energy squared at the M point extrapolates to zero at -5.7 K, providing the first compelling microscopic evidence of a structural QCP in (Ca$$_x$$Sr$$_{1-x}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$. The enhanced phonon density-of-states at low energy provides the essential ingredient for realizing strong-coupling superconductivity near the structural QCP.

論文

Observation of gyromagnetic reversal

今井 正樹; 緒方 裕大*; 中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛*; 大沼 悠一*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 113(5), p.052402_1 - 052402_3, 2018/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:33.3(Physics, Applied)

We report direct observation of gyromagnetic reversal, which is the sign change of gyromagnetic ratio in a ferrimagnet Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$, by using the Barnett effect measurement technique at low temperatures. The Barnett effect is a phenomenon in which magnetization is induced by mechanical rotation through the coupling between rotation and total angular momentum $$J$$ of electrons. The magnetization of Ho$$_3$$Fe$$_5$$O$$_{12}$$ induced by mechanical rotation disappears at 135 K and 240 K. The temperatures correspond to the magnetization compensation temperature $$T_{rm M}$$ and the angular momentum compensation temperature $$T_{rm A}$$, respectively. Between $$T_{rm M}$$ and $$T_{rm A}$$, the magnetization flips over to be parallel against the angular momentum due to the sign change of gyromagnetic ratio. This study provides an unprecedented technique to explore the gyromagnetic properties.

論文

Second-order structural transition in (Ca$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$

Cheung, Y. W.*; Hu, Y. J.*; Goh, S. K.*; 金子 耕士; 筒井 智嗣; Logg, P. W.*; Grosche, F. M.*; 金川 響*; 谷奥 泰明*; 今井 正樹*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 807(3), p.032002_1 - 032002_4, 2017/04

BB2016-0329.pdf:0.86MB

 被引用回数:3 パーセンタイル:13.48

(Ca$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$ is a member of the substitution series (Ca$$_{x}$$Sr$$_{1-x}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$ which has recently been argued to feature a structural quantum critical point at $$x_c$$ = 0.9. In the stoichiometric compound Sr$$_{3}$$Rh$$_{4}$$Sn$$_{13}$$, the structural transition at $$T^*$$ $$approx$$ 138 K has been shown to be a second-order phase transition. Moving towards xc, we examine the character of the structural transition in (Ca$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$ (i.e. $$x$$ = 0.5, $$T^*$$ $$approx$$ 55 K) using electrical resistivity, heat capacity and X-ray scattering. The absence of the thermal hysteresis in specific heat around $$T^*$$, and the continuous evolution of the superlattice reflection detected by X-ray diffraction are consistent with the scenario that the structural transition associated with a modulation vector $$q$$ = (0.5, 0.5, 0) in (Ca$$_{0.5}$$Sr$$_{0.5}$$)$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$ remains second-order on approaching the quantum critical point.

論文

NMR investigation of spin fluctuations in the itinerant-electron magnetic compound $${rm Sr}_{1-x}{rm Ca}_x{rm Co}_2{rm P}_2$$

今井 正樹; 道岡 千城*; 植田 浩明*; 吉村 一良*

Physical Review B, 95(5), p.054417_1 - 054414_7, 2017/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:88.91(Materials Science, Multidisciplinary)

$$^{31}$$P NMR測定を行い主に常磁性相$${rm Sr}_{1-x}{rm Ca}_x{rm Co}_2{rm P}_2$$ (0$$<x<$$0.5)の遍歴電子のメタ磁性転移とその磁気秩序相(0.7$$times$$1)を明らかにし、また周波数空間におけるスペクトル幅に対応するスピンゆらぎパラメータT0を見積もった。SrCo$$_{2}$$P$$_{2}$$は、層間P-P結合がない擬二次元的な潰れていない正方晶(ucT)格子であるが、CaCo$$_{2}$$P$$_{2}$$はP-P結合をあり3次元の的な潰れた正方晶(cT)格子の物質である。$$T_{0}$$の面内成分は、SrCo$$_{2}$$P$$_{2}$$の面外成分よりもはるかに大きい。$$x$$が0から0.5に増加すると、$$T_{0}$$の面内成分は、メタ磁性遷移場に比例して減少する。反強磁性cT相(0.7$$times$$1)では、常磁性ucT相(0$$times$$0.5)における挙動とは異なり、$$T_{0}$$は一定であり、スピン変動は等方性を示す。これらの結果は、擬二次元的結晶構造に起因する面内スピン変動がこの系の磁気転移に重要な役割を果たすことを示している。

論文

Second-order structural transition in the superconductor La$$_3$$Co$$_4$$Sn$$_{13}$$

Cheung, Y. W.*; Zhang, J. Z.*; Zhu, J. Y.*; Yu, W. C.*; Hu, Y. J.*; Wang, D. G.*; 大友 優香*; 岩佐 和晃*; 金子 耕士; 今井 正樹*; et al.

Physical Review B, 93(24), p.241112_1 - 241112_5, 2016/06

AA2016-0058.pdf:0.95MB

 被引用回数:12 パーセンタイル:32.92(Materials Science, Multidisciplinary)

The quasi-skutterudite superconductor La$$_3$$Co$$_4$$Sn$$_{13}$$ undergoes a phase transition at $$T^{*}$$ = 152 K. By measuring the temperature dependence of heat capacity, electrical resistivity, and the superlattice reflection intensity using X-ray, we explore the character of the phase transition at $$T^{*}$$. Our lattice dynamic calculations found imaginary phonon frequencies around the $$M$$ point, when the high temperature structure is used in the calculations, indicating that the structure is unstable at the zero temperature limit. The combined experimental and computational results establish that $$T^{*}$$ is associated with a second-order structural transition with $$q$$ = (0.5, 0.5, 0) (or the $$M$$ point). Further electronic band structure calculations reveal Fermi surface sheets with low-curvature segments, which allow us to draw qualitative comparison with both Sr$$_3$$Ir$$_4$$Sn$$_{13}$$ and Sr$$_3$$Rh$$_4$$Sn$$_{13}$$ in which similar physics has been discussed recently.

論文

Suppression of fast electron leakage from large openings in a plasma neutralizer for N-NB systems

柏木 美恵子; 花田 磨砂也; 山名 貴志*; 井上 多加志; 今井 剛*; 谷口 正樹; 渡邊 和弘

Fusion Engineering and Design, 81(23-24), p.2863 - 2869, 2006/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:66.24(Nuclear Science & Technology)

核融合発電炉用中性粒子入射装置(N-NB)に必要なシステム効率(50%以上)を達成するためには、現在のガス中性化セル(中性化効率60%)に変わり、中性化効率80%以上のプラズマ中性化セルの開発が重要となっている。ここでは、低ガス圧・高電離プラズマ、例えば1MeVの負イオンに対して0.08Pa以下,電離度30%以上で3m長のプラズマが必要である。しかし、このような低ガス圧下では、電離に寄与する高速電子の平均自由行程は装置長より長くなるため、プラズマ中性化セルのビーム通過用大開口部からの高速電子損失が問題となっている。この高速電子漏洩を抑制するために、電子軌道解析により開口部に印加する横磁場を設計検討した。その結果を反映し、アーク放電型プラズマ中性化セル(長さ2m,直径60cm)の大開口部(20cm直径)近傍に約30ガウスの弱い横磁場を印加した。ラングミュアプローブによる電子エネルギー分布関数測定から、多数の漏洩高速電子が、横磁場印加後、プラズマ内に戻されたことがわかり、アーク効率(プラズマ密度/アークパワー)は0.08Pa以下の低ガス圧においても1.5倍となった。これにより、30ガウス程度の弱い横磁場印加が、プラズマ中性化セルの開口部からの高速電子漏洩の抑制、及びアーク効率の増大に有効であることを明らかにした。

論文

Experimental study on spatial uniformity of H$$^{-}$$ ion beam in a large negative ion source

花田 磨砂也; 関 孝義*; 高戸 直之*; 井上 多加志; 森下 卓俊; 水野 貴敏*; 畑山 明聖*; 今井 剛*; 柏木 美恵子; 坂本 慶司; et al.

Fusion Engineering and Design, 74(1-4), p.311 - 317, 2005/11

 被引用回数:7 パーセンタイル:51.29(Nuclear Science & Technology)

原研10A負イオン源を用いて、JT-60U負イオン源の問題点の1つである負イオン源内の負イオン密度の空間的不均一の原因について、実験的に調べた。測定の結果、ビームの空間分布はJT-60U負イオン源同様フィルター磁場に対して垂直な高さ方向(長手方向)に非対称であり、上半分領域の強度は下半分の約60%$$sim$$80%程度であった。また、この時のプラズマ電極近傍の電子温度は高さ方向に対して均一なフィルター磁場を形成しているにもかかわらず不均一であり、上半分領域では1$$sim$$3.5eVで、下半分領域ではほぼ1eV一定であった。高速電子の軌道を計算した結果、この高い電子温度の原因はカソードから放出した高速電子がイオン源の上部壁近傍に存在する10Gauss以下の領域を通って、フィルター磁場を飛び越えて、プラズマ電極に漏れ出すためであることが明らかになった。そこで、プラズマ電極への高速電子の漏れ出しを抑制するために、計算で予測された位置に、5cm$$times$$5cmの閉止板を取り付けた。その結果、イオン源上部の電子温度は1eV程度まで減少し、上半分領域における負イオンビームの一様性も大きく改善され、20%程度ビーム電流値が増加した。本研究により、負イオン密度の不均一性の原因の一つは高速電子のプラズマ電極への漏洩であることが明らかになった。

論文

R&D on a high energy accelerator and a large negative ion source for ITER

井上 多加志; 谷口 正樹; 森下 卓俊; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; 今井 剛*; 柏木 美恵子; 坂本 慶司; 関 孝義*; 渡邊 和弘

Nuclear Fusion, 45(8), p.790 - 795, 2005/08

原研では、1MeV加速器と大型負イオン源の開発を推進してきた。本論文はITER NBシステムの実現に向けた1ステップである、以下の開発の進展を報告する。(1)加速器開発:耐電圧性能の向上により、H$$^{-}$$イオンの1MeV級エネルギー加速試験が進展している。1MeV, 100mA級H$$^{-}$$イオンビームを実用規模である100A/m$$^{2}$$程度の電流密度で発生しており、イオン源の調整により、電流密度のさらなる増大が見込まれる。(2)大型負イオン源開発:既存負イオンNBシステムにおいては、負イオンの空間一様生成がNB入射性能を左右する要因となっている。本研究では、磁気フィルターから局所的に洩れ出た高速電子が負イオン源引き出し領域に生成した負イオンを破壊していることを明らかにした。本論文では、幾つかの対応策とその試験結果についても報告する。

論文

R&D on a high energy accelerator and a large negative ion source for ITER

井上 多加志; 谷口 正樹; 森下 卓俊; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; 今井 剛*; 柏木 美恵子; 坂本 慶司; 関 孝義*; 渡邊 和弘

Nuclear Fusion, 45(8), p.790 - 795, 2005/08

 被引用回数:22 パーセンタイル:37.74(Physics, Fluids & Plasmas)

本論文では、ITER NBIシステムを実現するために原研が行ってきた、1MeV加速器と大型負イオン源の開発研究に関する以下の成果を報告する。(1)加速器開発:耐電圧性能の向上により、H$$^{-}$$イオンのMeV級加速試験が進展した。これまでに、1MeV, 100mA級H$$^{-}$$イオンビームを実用規模である100A/m$$^{2}$$程度の電流密度で発生しており、イオン源運転条件の調整により、さらなる電流密度の増大が見込まれる。(2)大型負イオン源開発:従来、大面積引き出し面上に生成する負イオンの一様性が問題となっていたが、本研究により、磁気フィルターから局所的に漏れ出た高速電子が負イオン引き出し部に生成した訃音を破壊していることが明らかになった。本論文では、高速電子漏洩の遮断による一様性改善の結果を報告する。

論文

Acceleration of 1 MeV, 100 mA class H$$^{-}$$ ion beams in a proof-of-principle accelerator for ITER

井上 多加志; 谷口 正樹; 大楽 正幸; 花田 磨砂也; 柏木 美恵子; 森下 卓俊; 渡邊 和弘; 今井 剛

Review of Scientific Instruments, 75(5), p.1819 - 1821, 2004/05

 被引用回数:11 パーセンタイル:45.96(Instruments & Instrumentation)

ITER用負イオン加速器の原理実証試験を行っている。この加速器は、FRP絶縁管を真空境界として真空中に浸漬されるが、これまで絶縁管の耐電圧性能不足により、ビームエネルギーを制限されてきた。FRP,金属製フランジ及び真空の接点である三重点の電界強度を低減する大型の電界緩和リングを組み込んだところ、1MVの高電圧を2時間以上にわたって安定に保持することができるようになった。この結果を受けてビーム加速試験を行ったところ、900keV,100mAの水素負イオンビームを加速することに成功した。1MeVでは70mAと電流は低いものの、このレベルのビームを6日間にわたって130ショット(パルス幅1s)安定に加速することができた。

論文

Accelerator R&D for JT-60U and ITER NB systems

井上 多加志; 花田 磨砂也; 伊賀 尚*; 今井 剛; 柏木 美恵子; 河合 視己人; 森下 卓俊; 谷口 正樹; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; et al.

Fusion Engineering and Design, 66-68, p.597 - 602, 2003/09

 被引用回数:21 パーセンタイル:18.81(Nuclear Science & Technology)

中性粒子ビーム(NB)入射は、トカマク型核融合装置において、最も有力なプラズマ加熱・電流駆動手段の一つである。原研ではJT-60UとITER用NB入射装置のために、大電流静電加速器の開発を進めてきた。この開発において最近、以下の進展があったので報告する; (1)JT-60U負イオンNB入射装置において、加速器内の電界の歪みによりビームの一部が偏向され、NB入射ポートにあるリミタに熱負荷を与えていた。不整電界の原因である電極下面の段差を埋めたところ熱負荷は従来の半分以下となって、2.6MWのH$$^{0}$$ ビームを355 keVで10秒間連続入射することに成功した。(2)加速器耐電圧性能の向上を目指して、3重点(FRP製絶縁管,金属フランジ,真空の接点)の電界を緩和する電界緩和リングを設計し、JT-60U負イオン源加速器とITER用R&Dで使用している1MeV加速器に取り付けた。ビーム加速無しでの耐電圧試験において、良好な耐電圧性能を確認した。

論文

Development of high performance negative ion sources and accelerators for MeV class neutral beam injectors

谷口 正樹; 花田 磨砂也; 伊賀 尚*; 井上 多加志; 柏木 美恵子; 森下 卓俊; 奥村 義和; 清水 崇司; 高柳 智弘; 渡邊 和弘; et al.

Nuclear Fusion, 43(8), p.665 - 669, 2003/08

 被引用回数:14 パーセンタイル:54.7(Physics, Fluids & Plasmas)

メートル級の真空長ギャップにおいて負イオン源加速器に相当する条件での放電特性を実験的に明らかにし、ITER等のNBI運転条件で1MVの高圧を保持できる見通しを示した。上記のデータに基づき、真空絶縁方式のMeV級負イオン加速器を設計製作し、その耐電圧と負イオン加速実証試験を行った。その結果、世界で初めて真空絶縁方式による負イオン加速器によって、ほぼ定格のエネルギーである970keVまでの負イオン加速に成功し、本方式の実現性を実証した。また、負イオン生成の効率改善の研究として、低ガス圧力で高密度の負イオン生成の可能なイオン源を開発した。従来0.3Pa程度の動作圧力であったものを、イオン源フィルター磁場等の改良により0.1Paの極めて低い圧力条件でも31mA/cm$$^{2}$$の高密度負イオンを生成する事に世界で初めて成功した。

論文

強力中性子源IFMIF用高プロトン比イオン源の開発

渡邊 和弘; 伊賀 尚*; 森下 卓俊; 柏木 美恵子; 井上 多加志; 花田 磨砂也; 谷口 正樹; 今井 剛

Proceedings of 28th Linear Accelerator Meeting in Japan, p.186 - 188, 2003/08

IFMIFでは、加速器入射部として100keV,155mA出力で原子イオン組成比が90%以上、規格化エミッタンスが0.2$$mu$$mm・mrad以下の高輝度重水素正イオン源が要求されている。原研では、イオン源の方式選択に向けて、アーク放電型イオン源とマイクロ波イオン源の開発を行い、性能の比較を行った。アーク放電型ではイオン引き出し部への高速電子流出を抑制する磁気フィルター配位やフィラメント形状を改良してプロトン比90%を得た。マイクロ波イオン源では、92%の高プロトン比をアーク放電型より3倍以上の放電効率で得られた。一方、エミッタンスは、マイクロ波放電型では0.35$$mu$$mm・mradであり、アーク型での値0.27$$mu$$mm・mradに比べて幾分大きいことなどがわかり、加速器への適用にはさらなる改善が必要なことがわかった。

報告書

アーク放電型イオン源における高プロトン比プラズマ生成機構

森下 卓俊; 井上 多加志; 伊賀 尚*; 渡邊 和弘; 柏木 美恵子; 清水 崇司; 谷口 正樹; 花田 磨砂也; 今井 剛

JAERI-Tech 2003-007, 16 Pages, 2003/03

JAERI-Tech-2003-007.pdf:1.28MB

IFMIF(国際核融合材料照射施設)のために開発した小型アーク放電イオン源において、磁気フィルターを適用することによって90%のプロトン比でかつ、120mAの正イオンビーム生成が可能となった。小型イオン源においても高プロトン比プラズマが生成されるメカニズムは興味深い。そこでイオン源中の正イオン及び水素原子密度をレート方程式を用いて数値的に求めた。主要なプロトン生成は分子イオンの解離反応であり、イオン源中心部では高プロトン比プラズマは生成されない。しかし磁気フィルター領域では分子イオンの生成は小さく、熱電子により分子イオンが解離しプロトンが生成されて分子イオン密度が減少し、プロトン比が増加することがわかった。同手法を用いて大型イオン源におけるプラズマ生成過程に関する計算を行った結果、放電領域において高密度のHが生成され、分子イオンを介さないHのイオン化によるプロトン生成により容易に高プロトン比プラズマ生成が可能であることがわかった。また、本計算で得られた正イオン,水素原子密度によって、大型イオン源における負イオン生成への各粒子の寄与を評価した結果、計算結果による負イオンビーム電流は実験結果と一致し、高密度水素原子による表面生成によって大量の負イオンが生成されることがわかった

論文

アーク放電型小型イオン源における高プロトン比ビーム生成機構の解明

森下 卓俊; 伊賀 尚*; 井上 多加志; 今井 剛; 柏木 美恵子; 清水 崇司; 谷口 正樹; 花田 磨砂也; 渡邊 和弘

第1回21世紀連合シンポジウム; 科学技術と人間論文集, p.221 - 224, 2002/11

90%以上の高プロトン比で、かつ電流密度の高い高輝度正イオン源が、国際核融合材料照射施設(IFMIF)において要求されている。従来、核融合用イオン源開発において、イオンの閉じ込めを向上するためイオン源の大型化がプロトン比向上に適していることが示されたが、加速器用イオン源は単孔ビームで十分であり、効率や装置の単純化等の観点から、イオン源は小型であることが望ましい。小型のイオン源で高いプロトン比を生成するためには、プロトン生成の機構を把握し、高いプロトン比が得られる条件を積極的に与える必要がある。そこでレート方程式を用いてイオン源プラズマ中でのプロトンの生成過程を調べ、小型イオン源における高プロトン比生成機構について、実験結果と対比させた。その結果、従来より考えられていた分子イオンの電離によってプロトンが主に生成されるが、磁気フィルターの効果により小型のイオン源においても高プロトン比ビームの生成が可能であることを示した。

口頭

篭状構造をもつ超伝導体Sr$$_3$$Ir$$_4$$Sn$$_{13}$$における相転移

金子 耕士; 松田 雅昌*; 筒井 智嗣*; Goh, S. K.*; 松元 卓也*; 今井 正樹*; 吉村 一良*

no journal, , 

篭状構造をもつSr$$_3$$Ir$$_4$$Sn$$_{13}$$は、常圧では$$T_{rm c}$$=5 Kの超伝導に加え、$$T^*{sim}$$150 K近傍にも転移を示す。高温の転移点である$$T^*$$は、物理・化学的圧力の印加により急激に減少し、転移が消失する近傍で、量子臨界点を示唆する振る舞いが現れる。$$T^*$$の転移は非磁性の構造相転移だと考えられていることから、この物質では、従来の磁気的とは異なる、非磁性起源の量子臨界点の出現が期待されている。今回、この$$T^*$$での転移について、X線及び中性子散乱を用いてその詳細を調べた。$$q$$=(1/2, 1/2, 0)で表される逆格子点において、$$T^*$$以下で格子系起源の超格子反射が出現することを観測した。温度変化では、反射強度が$$T^*$$以下から連続的に成長していることに加え、ヒステリシスを示さないことを明らかにした。さらに高温から$$T^*$$に向けて、臨界散乱的な強度の増加も見られることから、$$T^*$$の構造相転移は2次であると結論づけられる。この結果は、加圧によって現れる量子臨界点への連続性と、矛盾しない。本発表では、上記回折実験に加え、$$T^*$$転移近傍におけるダイナミクスの結果についても合わせて報告する。

口頭

Complementary use of neutron and X-ray scattering to explore structural quantum criticality in superconducting stannides

金子 耕士; 松田 雅昌*; 筒井 智嗣; Cheung, Y. W.*; Hu, Y. J.*; Goh, S. K.*; 松元 卓也*; 今井 正樹; 谷奥 泰明*; 金川 響*; et al.

no journal, , 

スクッテルダイトに類似した篭状構造をもつSr$$_3$$Ir$$_4$$Sn$$_{13}$$は、常圧で$$T_{rm c}$$=5Kの超伝導に加え、$$T^*{sim}$$150K近傍にも転移を示す。高温の転移点である$$T^*$$は、物理・化学的圧力の印加により急激に減少し、転移が消失する近傍で、線形的な電気抵抗等、量子臨界点を示唆する振る舞いが現れる。$$T^*$$の転移は非磁性の構造相転移だと考えられていることから、この物質では、従来の磁気的とは異なる、非磁性起源の量子臨界点の出現が期待されている。今回、この現象の鍵となる$$T^*$$での転移について、X線及び中性子散乱を用いてその詳細を調べた。その結果、$$T^*$$以下で格子系起源の超格子反射が出現することを観測し、その温度変化では、反射強度が$$T^*$$以下から連続的に成長していること、ヒステリシスを示さないことを明らかにした。さらに高温から$$T^*$$に向けて、臨界散乱的な強度の増加も見られることから、$$T^*$$の構造相転移は2次であると結論づけられる。この結果は、加圧によって現れる量子臨界点への連続性と矛盾しない。本発表では、上記回折実験に加え、$$T^*$$転移近傍におけるダイナミクスの結果についても合わせて報告する。

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