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論文

Magnetic structure of short-range ordering in intermetallic antiferromagnet Mn$$_3$$RhSi

樹神 克明; 本田 孝志*; 山内 宏樹; 社本 真一*; 池田 一貴*; 大友 季哉*

Journal of the Physical Society of Japan, 90(7), p.074710_1 - 074710_7, 2021/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Physics, Multidisciplinary)

Magnetic pair distribution function (mPDF) of intermetallic antiferromagnet Mn$$_3$$RhSi is estimated from the powder neutron diffraction data. The mPDF exhibits negative peak at about $$r$$ = 2.7 ${AA}$ corresponding to the nearest neighbor Mn-Mn distance above the antiferromagnetic transition temperature $$T_{N}$$. Below $$T_{N}$$, the mPDF is a superposition of the mPDF with the negative peak at about $$r$$ = 2.7 ${AA}$ and the mPDF calculated from the antiferromagnetic structure which is determined by the previous neutron diffraction study, indicating the coexistence of the short range ordering and the antiferromagnetic long range ordering. The mPDF of the short range ordering is not reproduced by the magnetic structure model with the symmetry consistent with that of the crystal structure. The possible magnetic structure which can reproduce the observed mPDF of the short range ordering is proposed.

論文

Magnetic pair distribution function of spin-glass system Mn$$_{0.5}$$Fe$$_{0.5}$$TiO$$_3$$

樹神 克明; 本田 孝志*; 池田 一貴*; 社本 真一; 大友 季哉*

JPS Conference Proceedings (Internet), 33, p.011059_1 - 011059_6, 2021/03

We have performed powder diffraction measurement on the typical spin-glass system Mn$$_{0.5}$$Fe$$_{0.5}$$TiO$$_3$$ using the neutron total scattering spectrometer NOVA installed in J-PARC to apply the mPDF analysis to the short-range correlation in the spin-glass phase. The mPDF obtained from the magnetic scattering intensity can be reproduced by the linear combination of the mPDFs calculated from the antiferromagnetic structures of MnTiO$$_3$$ and FeTiO$$_3$$, consistent with the coexistence of two different antiferromagnetic correlations in the spin-glass phase.

論文

Development and application of a $$^3$$He neutron spin filter at J-PARC

奥平 琢也; 奥 隆之; 猪野 隆*; 林田 洋寿*; 吉良 弘*; 酒井 健二; 廣井 孝介; 高橋 慎吾*; 相澤 一也; 遠藤 仁*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 977, p.164301_1 - 164301_8, 2020/10

 被引用回数:3 パーセンタイル:78.97(Instruments & Instrumentation)

We are developing a neutron polarizer with polarized $$^3$$He gas, referred to as a $$^3$$He spin filter, based on the Spin Exchange Optical Pumping (SEOP) for polarized neutron scattering experiments at Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). A $$^3$$He gas-filling station was constructed at J-PARC, and several $$^3$$He cells with long spin relaxation times have been fabricated using the gas-filling station. A laboratory has been prepared in the MLF beam hall for polarizing $$^3$$He cells, and compact pumping systems with laser powers of 30 W and 110 W, which can be installed onto a neutron beamline, have been developed. A $$^3$$He polarization of 85% was achieved at a neutron beamline by using the pumping system with the 110 W laser. Recently, the first user experiment utilizing the $$^3$$He spin filter was conducted, and there have been several more since then. The development and utilization of $$^3$$He spin filters at MLF of J-PARC are reported.

論文

Strong lattice anharmonicity exhibited by the high-energy optical phonons in thermoelectric material

Wu, P.*; Fan, F.-R.*; 萩原 雅人*; 古府 麻衣子; Peng, K.*; 石川 喜久*; Lee, S.*; 本田 孝志*; 米村 雅雄*; 池田 一貴*; et al.

New Journal of Physics (Internet), 22(8), p.083083_1 - 083083_9, 2020/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:54.33(Physics, Multidisciplinary)

熱電材料SnSeは、過去数年間で世界的な関心を呼び、その固有の強い格子非調和性は、その優れた熱電性能の重要な要素と見なされている。一方、SnSeにおける格子非調和性の理解は、特にフォノンダイナミクスがこの動作によってどのように影響を受けるかに関して、依然として不十分である。そのため、中性子全散乱,非弾性中性子散乱,ラマン分光法、および凍結フォノン計算により、Na$$_{0.003}$$Sn$$_{0.997}$$Se$$_{0.9}$$S$$_{0.1}$$の格子力学の包括的な研究を行った。格子非調和性は、対分布関数,非弾性中性子散乱、およびラマン測定によって確かめられた。熱膨張と多重フォノン散乱の影響を分離することにより、後者は高エネルギー光学フォノンモードで非常に重要であることがわかった。フォノンモードの強い温度依存性は、この系の非調和性を示している。さらに、我々のデータは、Sドーピングにより、高エネルギー光学フォノンの線幅が広がることを明らかにした。私たちの研究は、SnSeの熱電性能は、フォノンエンジニアリングを介して格子熱伝導率への高エネルギー光学フォノンモードの寄与を減らすことによってさらに強化できることを示唆する。

論文

Quantum dynamics of hydrogen in the iron-based superconductor LaFeAsO$$_{0.9}$$D$$_{0.1}$$ measured with inelastic neutron spectroscopy

山浦 淳一*; 平賀 晴弘*; 飯村 壮史*; 村場 善行*; Bang, J.*; 池内 和彦*; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 本田 孝志*; 平石 雅俊*; et al.

Physical Review B, 99(22), p.220505_1 - 220505_6, 2019/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:11.39(Materials Science, Multidisciplinary)

鉄系超伝導体LaFeAsO$$_{0.9}$$D$$_{0.1}$$の非弾性中性子散乱実験により、超伝導転移温度26K以下において、5-15meVのエネルギー領域に新しい励起が生じることを見出した。なお、この励起は母物質であるLaFeAsO$$_{0.9}$$F$$_{0.1}$$では現れない。14.5meVと11.1meVに現れる強い励起は水素の量子ラットリングまたはバンド運動に起因し、格子間サイトが2個以上のポテンシャル極小点を有する場合にのみ出現するものと結論付けた。

論文

Nanoscale ice-type structural fluctuation in spinel titanates

鳥越 秀平*; 服部 崇幸*; 樹神 克明; 本田 孝志*; 佐賀山 基*; 池田 一貴*; 大友 季哉*; 仁谷 浩明*; 阿部 仁*; 村川 寛*; et al.

Physical Review B, 98(13), p.134443_1 - 134443_7, 2018/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:17.02(Materials Science, Multidisciplinary)

In the spinel titanate MgTi$$_2$$O$$_4$$, the tetragonal phase collapses upon substitution of a tiny amount of Mg ion at the Ti site, and the cubic phase with the geometrical frustration is resurrected. The atomic pair distribution function (PDF) and the extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) reveal the nanoscale structural fluctuation, in which the Ti atomic displacement has the two-in two-out configuration in the cubic phase. We argue that the geometrical frustration plays an essential role in the collapse of the tetragonal phase and the resultant nanoscale ice-type structural fluctuation.

論文

Elastic and dynamical structural properties of La and Mn-doped SrTiO$$_{3}$$ studied by neutron scattering and their relation with thermal conductivities

梶本 亮一; 中村 充孝; 村井 直樹; 社本 真一; 本田 孝志*; 池田 一貴*; 大友 季哉*; 畑 博人*; 江藤 貴弘*; 野田 正亮*; et al.

Scientific Reports (Internet), 8(1), p.9651_1 - 9651_8, 2018/06

 被引用回数:4 パーセンタイル:32.83(Multidisciplinary Sciences)

The electron-doped SrTiO$$_{3}$$ exhibits good thermoelectric properties, which makes this material a promising candidate of an n-type oxide thermoelectric device. Recent studies indicated that only a few percent co-doping of La and Mn in SrTiO$$_{3}$$ substantially reduces the thermal conductivity, thereby greatly improving the thermoelectric figure of merit at room temperature. Our time-of-flight neutron scattering studies revealed that by doping both La and Mn into SrTiO$$_{3}$$, the inelastic scattering spectrum shows a momentum-independent increase in the low-energy spectral weight approximately below 10 meV. The increase in the low-energy spectral weight exhibits a clear correlation with thermal conductivity. The correlation is attributed to dynamical and local structural fluctuations caused by the Jahn-Teller instability in Mn$$^{3+}$$ ions coupled with the incipient ferroelectric nature of SrTiO$$_{3}$$, as the origin of the low thermal conductivity.

論文

Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 2; Neutron scattering instruments

中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12

J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。

論文

Structural investigation of magnetocapacitive SmMnO$$_3$$

前田 裕貴*; 石黒 友貴*; 本田 孝志*; Jung, J.-S.*; 道村 真司*; 稲見 俊哉; 木村 剛*; 若林 裕助*

Journal of the Ceramic Society of Japan, 121(3), p.265 - 267, 2013/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:17.23(Materials Science, Ceramics)

磁気容量性物質SmMnO$$_3$$の構造変化を磁場中X線回折実験から研究した。この反強磁性体は数テスラの磁場が印加されたときのみ誘電率に9Kで跳びを示す。磁場中X線回折実験からはc面内(Pbnm)の原子変移を伴う構造変化はないことが明らかになったが、60Kでの反強磁性転移によりMnO$$_6$$八面体の大きな回転が生じることがわかった。この回転は交換相互作用を通したエネルギーの獲得を最大にするように起こっている。

口頭

磁気対相関関数によるスピングラス系Mn$$_{0.5}$$Fe$$_{0.5}$$TiO$$_3$$の局所磁気構造の観測

樹神 克明; 本田 孝志*; 池田 一貴*; 社本 真一; 大友 季哉*

no journal, , 

磁気対相関関数(磁気PDF)は磁気モーメント間の相関を実空間であらわす量であり、波数空間でシャープな磁気ブラッグピークを示さない長距離秩序を持たない磁気配列を調べる上で有効である。具体的にはスピングラス, スピン液体, ナノ磁性体などの磁気配列がその適用対象となる。本研究では磁気PDF解析の適用例として典型的なスピングラス物質であるイルメナイト化合物Mn$$_{1-x}$$Fe$$_x$$TiO$$_3$$(x=0.5)を取り上げ、J-PARC全散乱装置NOVAを用いて粉末中性子回折実験を行った。得られた磁気散乱強度データから導出した磁気PDFを用いてスピングラス状態における局所磁気構造を議論する。

口頭

磁気PDF解析を用いたMn$$_{0.5}$$Fe$$_{0.5}$$TiO$$_3$$のスピングラス状態における短距離磁気相関の観測

樹神 克明; 本田 孝志*; 池田 一貴*; 社本 真一; 大友 季哉*

no journal, , 

磁気対相関関数(磁気PDF)は磁気モーメント間の相関を実空間であらわす量であり、シャープな磁気ブラッグピークを示さない短距離磁気秩序を調べる上で有効である。本研究では磁気PDF解析の適用例としてスピングラス物質Mn$$_{1-x}$$Fe$$_x$$TiO$$_3$$(x=0.5)を取り上げ、J-PARCに設置されている全散乱装置NOVAを用いて粉末中性子回折実験を行った。実験から得られた磁気PDFは異なる2つの短距離磁気相関の線形結合で再現され、過去に報告されている磁気相関の競合によるスピングラスの発現と一致する結果が得られた。

口頭

J-PARC高強度全散乱装置NOVAを用いた磁気PDF解析法の開発

樹神 克明; 本田 孝志*; 池田 一貴*; 社本 真一; 大友 季哉*

no journal, , 

原子対相関関数(PDF)は大雑把に言えば、ある原子からどの距離にいくつの原子が存在するかをあらわす物理量であり、周期性を持たない原子配列を調べる上で有効である。これの磁性バージョンが磁気対相関関数(磁気PDF)であり、ある磁気モーメントからどの距離に、どちらの方向を向いた磁気モーメントがいくつ存在するかを示す関数であり、こちらはスピングラスやスピン液体のような周期性を持たない磁気配列を調べる上で有効と考えられる。この磁気PDF解析はColumbia大Billingeグループが先行して開発してきたが、我々もJ-PARCに設置されている全散乱装置NOVAを用いて磁気PDF解析の開発に取り組んできた。発表ではBillingeグループらが提案した磁気PDFの計算式の修正項の追加、標準試料である反強磁性体MnF$$_2$$および強磁性体MnSbの磁気PDF解析、スピングラス物質Mn$$_{0.5}$$Fe$$_{0.5}$$TiO$$_3$$の磁気PDF解析の結果を報告する。

口頭

磁気対相関関数を用いた金属磁性体Mn$$_3$$RhSiの局所磁気構造解析

樹神 克明; 本田 孝志*; 山内 宏樹; 社本 真一; 池田 一貴*; 大友 季哉*

no journal, , 

磁気対相関関数(磁気PDF)はある距離rの位置にある磁気モーメント間の相関をあらわす実空間の物理量で、波数空間でシャープな磁気ブラッグピークを示さない長距離秩序をもたない磁気配列を調べる上で有効と考えられる。我々は空間反転対称性のない金属磁性体Mn$$_3$$RhSiの磁気構造を調べるために、J-PARC全散乱装置NOVAを用いて粉末中性子回折実験を行った。得られた磁気散乱強度データから導出した磁気PDFを用いて磁気転移温度上下での短距離磁気構造を調べた結果を報告する。

口頭

Development and application of magnetic Pair Distribution Function (mPDF) analysis

樹神 克明; 本田 孝志*; 池田 一貴*; 社本 真一; 大友 季哉*

no journal, , 

Magnetic pair distribution function (mPDF) gives a real-space information on a magnetic correlation of paired magnetic moments with a distance r. It is useful to determine magnetic structure in the systems only with short-range magnetic orderings, because it is obtained from Fourier transformation of the magnetic diffraction data including both the Bragg reflection and diffuse scattering. To develop the magnetic structural analysis using mPDF, we propose an alternative equation for the simulation of mPDF and the process of estimation of the experimental mPDF from neutron diffraction data. Then, we applied the mPDF analysis to the short-range magnetic correlation in spin-glass material.

口頭

Elastic and dynamical structural properties of La and Mn-doped SrTiO$$_{3}$$ studied by neutron scattering and their relation with thermal conductivities

梶本 亮一; 中村 充孝; 村井 直樹; 社本 真一; 本田 孝志*; 池田 一貴*; 大友 季哉*; 畑 博人*; 江藤 貴弘*; 野田 正亮*; et al.

no journal, , 

The electron-doped SrTiO$$_{3}$$ exhibits good thermoelectric properties. Recent studies indicated that only a few percent co-doping of La and Mn in SrTiO$$_{3}$$ substantially reduces the thermal conductivity. Then, we investigated the static as well as dynamical structural properties of La and Mn-doped SrTiO$$_{3}$$ by time-of-flight elastic and inelastic neutron scattering. We found that the La-Mn co-doped samples show tetragonal structures similar to the low-temperature structure of SrTiO$$_{3}$$, while the La-doped and Mn-doped samples maintain cubic structures with the same symmetry as the high-temperature structure of SrTiO$$_{3}$$. However, it is unlikely that it is the origin of the low thermal conductivity, since the structural transition in SrTiO$$_{3}$$ does not significantly change the thermal conductivity. On the other hand, we found that the inelastic scattering spectrum shows a momentum-independent increase in the low-energy spectral weight by the co-doping. Interestingly, the increase in the low-energy spectral weight exhibits a clear correlation with thermal conductivity. The substitution of Sr$$^{2+}$$ ions by La$$^{3+}$$ ions results in the electron doping, and further doping of the Mn ions are expected to create Jahn-Teller active Mn$$^{3+}$$ ions. We consider that dynamical and local structural fluctuations caused by the Jahn-Teller instability in Mn$$^{3+}$$ ions coupled with the incipient ferroelectric nature of SrTiO$$_{3}$$ induce additional low-energy scatterings and correspond to the origin of low thermal conductivity in the La and Mn co-doped compounds.

口頭

金属磁性体Mn$$_3$$RhSiの磁気PDF解析

樹神 克明; 本田 孝志*; 山内 宏樹; 社本 真一; 池田 一貴*; 大友 季哉*

no journal, , 

金属磁性体Mn$$_3$$RhSiに対してJ-PARCに設置されている高強度全散乱装置NOVAを用いて粉末中性子回折実験を行い、得られた回折データから磁気散乱成分を抽出して磁気PDFを導出した。反強磁性転移温度以上での磁気PDFには最近接Mn距離に対応する2.7${AA}$付近にのみ負の対相関ピークが観測された。一方転移温度以下では反強磁性長距離秩序に対応して長距離領域まで対相関ピークがみられると同時に、転移温度以上でみられた2.7${AA}$付近の負の対相関ピークも観測された。このことは、2.7${AA}$の負のピークは長距離磁気秩序とは異なる磁気構造をもつ短距離磁気秩序によるものであり、転移温度以下ではこの短距離磁気秩序が長距離磁気秩序と共存していることを示唆している。

口頭

金属磁性体Mn$$_3$$RhSiの磁気PDF解析

樹神 克明; 本田 孝志*; 山内 宏樹; 社本 真一*; 池田 一貴*; 大友 季哉*

no journal, , 

金属磁性体Mn$$_3$$RhSiに対し、その短距離磁気構造状態の磁気構造を調べるために、磁気PDF解析を行った。その結果磁気転移温度以下では高温から存在する短距離秩序相と長距離秩序相が共存していることを確認した。また短距離秩序状態の磁気構造を決定し、それがMn原子が形成する正三角形クラスターの間に働くフラストレーションにより6重に縮退した状態であることがわかった。

口頭

磁気PDF解析を用いた金属磁性体Mn$$_{3}$$RhSiの短距離秩序相における磁気構造決定

樹神 克明; 本田 孝志*; 山内 宏樹; 社本 真一*; 池田 一貴*; 大友 季哉*

no journal, , 

反強磁性転移温度上下の広い温度領域で中性子磁気散漫散乱が観測される金属磁性体Mn$$_{3}$$RhSiに対し、粉末中性子散乱実験を行い、得られた強度データから磁気対相関関数(磁気PDF)を求めた。転移温度以上の磁気PDFは最近接Mn距離に対応する位置に負の対相関ピークを示す。このふるまいは転移温度以下の長距離秩序相の磁気構造では説明できないものであり、長距離秩序相とは異なり結晶の対称性を破る磁気構造で再現できることがわかった。

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