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論文

Study on use of superconducting magnet and first inelastic neutron scattering experiment under magnetic field at 4SEASONS spectrometer

梶本 亮一; 石角 元志*; 吉良 弘*; 金子 耕士; 中村 充孝; 蒲沢 和也*; 稲村 泰弘; 池内 和彦*; 飯田 一樹*; 村井 直樹; et al.

Physica B; Condensed Matter, 556, p.26 - 30, 2019/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:17.06(Physics, Condensed Matter)

Magnets are important for studying magnetism and are commonly used as sample environment devices of neutron scattering instruments. However, the use of magnets was prevented at the time-of-flight direct-geometry neutron spectrometer 4SEASONS in Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at J-PARC, because the instrument is surrounded by iron components, and it is equipped with a piece of equipment operated with magnetic bearings. In the present work, we investigate the influence of stray magnetic fields from a superconducting magnet which is shared among neutron scattering instruments in MLF. Based on the investigation, we modified 4SEASONS such that it can be used with the magnet. Finally, we successfully performed the first inelastic neutron scattering experiments with applied magnetic fields using this sample environment.

論文

Quantum magnetisms in uniform triangular lattices Li$$_{2}$$$$A$$Mo$$_{3}$$O$$_{8}$$ ($$A$$ = In, Sc)

飯田 一樹*; 吉田 紘行*; 岡部 博孝*; 片山 尚幸*; 石井 裕人*; 幸田 章宏*; 稲村 泰弘; 村井 直樹; 石角 元志*; 門野 良典*; et al.

Scientific Reports (Internet), 9(1), p.1826_1 - 1826_9, 2019/02

 パーセンタイル:100(Multidisciplinary Sciences)

Molecular based spin-1/2 triangular lattice systems have attracted research interest. Li$$_2$$$$A$$Mo$$_3$$O$$_8$$ ($$A$$ = In or Sc) is such a compound where spin-1/2 Mo$$_3$$O$$_{13}$$ clusters in place of Mo ions form the uniform triangular lattice. Here, we report exotic magnetisms in Li$$_2$$InMo$$_3$$O$$_8$$ and Li$$_2$$ScMo$$_3$$O$$_8$$ investigated by muon spin rotation ($$mu$$SR) and inelastic neutron scattering (INS) spectroscopies. Li$$_2$$InMo$$_3$$O$$_8$$ exhibits spin wave excitation which is quantitatively described by the nearest neighbor anisotropic Heisenberg model based on the 120$$^{circ}$$ spin structure. In contrast, Li$$_2$$ScMo$$_3$$O$$_8$$ undergoes short-range magnetic order below 4 K with quantum-spin-liquid-like magnetic fluctuations down to the base temperature. Origin of the different ground states is discussed in terms of anisotropies of crystal structures and magnetic interactions.

論文

Status report of the chopper spectrometer 4SEASONS

梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; 飯田 一樹*; 石角 元志*; 村井 直樹; 吉良 弘*; 中谷 健; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012030_1 - 012030_6, 2018/06

4SEASONS is a medium-resolution thermal neutron chopper spectrometer in the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at J-PARC. Although 4SEASONS is routinely used for many experiments by internal and external users, upgrading and maintenance work is still underway. This paper reviews the recent improvements of the instrument.

論文

Effect of electron correlations on spin excitation bandwidth in Ba$$_{0.75}$$K$$_{0.25}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$ as seen via time-of-flight inelastic neutron scattering

村井 直樹; 鈴木 雄大*; 出田 真一郎*; 中島 正道*; 田中 清尚*; 池田 浩章*; 梶本 亮一

Physical Review B, 97(24), p.241112_1 - 241112_6, 2018/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:25.37(Materials Science, Multidisciplinary)

非弾性中性子散乱による鉄系超伝導体Ba$$_{0.75}$$K$$_{0.25}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$の磁気励起測定を行い、約200meV程度のバンド幅を持つスピン波的分散を観測した。測定されたスペクトルは、同一試料に対する角度分解光電子分光測定により得られた電子バンドの繰り込み因子を考慮し、密度汎関数理論により構築された5軌道ハバード模型に乱雑位相近似を適応する事で再現される。これらの結果は電子バンドの繰り込みという形でしばしば現れる所謂、電子相関効果の観測が非弾性中性子散乱によっても可能であることを示すものである。

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:2 パーセンタイル:41.94(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

Spin resonance in the new-structure-type iron-based superconductor CaKFe$$_{4}$$As$$_{4}$$

飯田 一樹*; 石角 元志*; 永井 佑紀; 吉田 紘行*; Christianson, A. D.*; 村井 直樹; 川島 健司*; 吉田 良行*; 永崎 洋*; 伊豫 彰*

Journal of the Physical Society of Japan, 86(9), p.093703_1 - 093703_4, 2017/09

 被引用回数:14 パーセンタイル:1.1(Physics, Multidisciplinary)

The dynamical spin susceptibility in the new-structure iron-based superconductor CaKFe$$_{4}$$As$$_{4}$$ was investigated by a combination of inelastic neutron scattering (INS) measurements and random phase approximation (RPA) calculations. Powder INS measurements show that the spin resonance at Q$$_{rm res}$$ = 1.17(1) ${AA}$ vector in the tetragonal notation, evolves below Tc. The characteristic energy of the spin resonance E$$_{rm res}$$ = 12.5 meV is smaller than twice the size of the superconducting gap (2$$Delta$$). The broad energy feature of the dynamical susceptibility of the spin resonance can be explained by the RPA calculations which take into account the different superconducting gaps on the different Fermi surfaces. Our INS and PRA studies demonstrated that the superconducting pairing nature in CaKFe$$_{4}$$As$$_{4}$$ is the s$$pm$$ symmetry.

論文

Effect of magnetism on lattice dynamics in SrFe$$_2$$As$$_2$$ using high-resolution inelastic X-ray scattering

村井 直樹*; 福田 竜生; 小林 達也*; 中島 正道*; 内山 裕士*; 石川 大介*; 筒井 智嗣*; 中村 博樹; 町田 昌彦; 宮坂 茂樹*; et al.

Physical Review B, 93(2), p.020301_1 - 020301_5, 2016/01

 被引用回数:4 パーセンタイル:57.78(Materials Science, Multidisciplinary)

Phonon spectra of detwinned SrFe$$_2$$As$$_2$$ crystals, as measured by inelastic X-ray scattering, show clear anisotropyaccompanying the magnetostructural transition at 200 K. We model the mode splitting using magnetic DFT calculations, including a phenomenological reduction in force-constant anisotropy that can be attributed to magnetic fluctuations. This serves as a starting point for a general model of phonons in this material applicable to both the antiferromagnetically ordered phase and the paramagnetic phase. Using this model, the measured splitting in the magnetic phase below T$$_N$$, and the measured phonon linewidth, we set a lower bound on the mean magnetic fluctuation frequency above T$$_N$$ at 210 K.

口頭

非弾性X線散乱による鉄系超伝導体SrFe$$_2$$As$$_2$$のフォノン分散における磁気秩序の影響

村井 直樹*; 福田 竜生; 内山 裕士*; 筒井 智嗣*; 石川 大介*; 小林 達也*; 中村 博樹; 町田 昌彦; 中島 正道*; 宮坂 茂樹*; et al.

no journal, , 

鉄系超伝導体の母物質であるSrFe$$_2$$As$$_2$$は約200Kで磁気相転移を伴った正方晶から斜方晶への構造相転移を示す。我々は、一軸圧の印加により非双晶化されたSrFe$$_2$$As$$_2$$に対して非弾性X線散乱実験を行い、磁気・構造転移に伴う特異なフォノン異方性の有無を調べた。本講演では観測された強いフォノン異方性の詳細について議論する。

口頭

Magneto-elastic coupling in detwinned Sr(Fe$$_{1-x}$$Co$$_x$$)$$_2$$As$$_2$$ by inelastic X-ray scattering

村井 直樹*; 福田 竜生; 中島 正道*; 小林 達也*; 内山 裕士*; 筒井 智嗣*; 石川 大介*; 中村 博樹; 町田 昌彦; 宮坂 茂樹*; et al.

no journal, , 

We present phonon dispersion measurements from detwinned single crystals of Sr(Fe$$_{1-x}$$Co$$_x$$)$$_2$$As$$_2$$ with different doping levels($$x$$=0 and 0.08) using inelastic X-ray scattering with 1.5 meV resolution at SPring-8. The crystals were detwinned by application of in-plane uniaxial stress. This allowed us to measure single domain phonon structure in the magnetically ordered state. We clearly identified the change in the phonon dispersion induced by the onset of magnetic order, with phonon energies depending on orientation of the phonon wave vector relative to the Fe moment. We compare our results to ${it ab-initio}$ pseudo potential calculations: Magnetic calculations give better agreement than non-magnetic calculations, but in most parts of the Brillouin zone investigated, they overestimate the magnitude of the mode splitting and in fact often fail to predict even the correct sign of the splitting.

口頭

Effect of magnetism on lattice dynamics of SrFe$$_{2}$$As$$_{2}$$ via high-resolution inelastic X-ray scattering

村井 直樹; 福田 竜生; 小林 達也*; 中島 正道*; 内山 裕士*; 石川 大介*; 筒井 智嗣*; 中村 博樹; 町田 昌彦; 宮坂 茂樹*; et al.

no journal, , 

高分解能非弾性X線を用いた鉄系超伝導体SrFe$$_{2}$$As$$_{2}$$のフォノン分散の測定結果を報告する。結晶の非双晶化により、二方向の等価な移行運動量方向におけるフォノン分散の異方性の観測に初めて成功した。しかしこの観測結果は、密度汎関数法が予想する異方性よりもかなり小さいものである。実験と計算結果との比較から、磁気揺らぎのフォノンへの寄与を想定し、その効果を現象論的に取り込んだモデルを提唱した。そのモデルから得られた計算により磁気転移点上下のフォノンの振る舞いを非常に良く再現することに成功した。

口頭

アンダードープBa_${1-x}$K_${x}$Fe_${2}$As_${2}$ (x = 0.25)の非弾性中性子散乱

村井 直樹; 梶本 亮一; 池内 和彦*; 田中 清尚*; 中島 正道*; 出田 真一郎*; 鈴木 雄大*

no journal, , 

超伝導と反強磁性との共存相に位置するホールドープ型122系K-Ba122(x=0.25)のスピン・レゾナンスの測定をJ-PARCチョッパー分光器「四季」にて行った。ホール面・電子面のネスティングに対応する波数に磁気シグナルが観測され、超伝導転移に伴い、強度の増大としてレゾナンスが出現する。過去に報告された最適ドープ付近の結果と大きく異なる特徴として、4meVと8meV付近に2本のレゾナンスピークが形成される事を明らかにした。このように複雑なダブルピーク構造を理解するには、対応する電子構造・超伝導ギャップとの直接比較が不可欠である。共通の試料に対して行われた角度分解光電子分光測定の結果との定量比較を行い、観測された2種類のスピン・レゾナンスの起源について議論する。

口頭

MLF-BL01チョッパー分光器「四季」

梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; 飯田 一樹*; 石角 元志*; 村井 直樹; 中谷 健; 久保 直也*; et al.

no journal, , 

本発表では、J-PARC・MLFに設置されているチョッパー型非弾性散乱装置「四季」の最近の装置整備状況、利用状況、研究成果について報告する。四季のカバーするエネルギー領域と運動領域はそれぞれおよそ10$$^{-1}$$ - 10$$^2$$ meV、10$$^{-1}$$ - 10$$^1$$ $AA$^{-1}$$であり、MLF非弾性中性子散乱装置がカバーするエネルギー・運動量領域の中でも中程の領域を占める。現在も性能および操作性・安全性のさらなる向上を目指して装置の高度化が続けられており、最近では特に試料環境やデータ解析環境の高度化が図られた。一方、利用状況を見ると、2016年度はMLFの運転日数の制約から競争率が上昇したものの、その時期を除くと、ここ数年一般課題の競争率は2倍前後となっている。特に最近は海外からの申請が占める割合が高くなっている。課題の多くは強相関・磁性分野であり、2016年には鉄系超伝導等の研究成果が生まれた。

口頭

Time-of-flight direct geometry spectrometer 4SEASONS at J-PARC

梶本 亮一; 中村 充孝; 蒲沢 和也*; 稲村 泰弘; 池内 和彦*; 飯田 一樹*; 石角 元志*; 村井 直樹

no journal, , 

4SEASONS is a time-of-flight direct geometry chopper spectrometer in the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). It is designed for measurements of dynamics in the 10$$^0$$-10$$^2$$ meV energy range. The momentum-energy region for this spectrometer occupies the middle of the momentum-energy space covered by all MLF spectrometers. Compared with the other chopper spectrometers in MLF, 4SEASONS is designed to supply high thermal neutron flux by relaxing the resolution to observe weak inelastic signals. Although strongly correlated electron systems and magnetism dominate 80% of the experiment proposals, a sizable number of proposals belong to other research fields such as thermoelectric materials and catalysts. In this paper, we will show recent improvements of the instrument as well as examples of scientific outputs.

口頭

電子相関効果によるBa$$_{0.75}$$K$$_{0.25}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$の磁気励起バンドの繰り込み

村井 直樹; 梶本 亮一; 鈴木 雄大*; 出田 真一郎*; 中島 正道*; 池田 浩章*; 田中 清尚*

no journal, , 

鉄系超伝導体の発見以来、その磁性・超伝導を対象とした中性子散乱研究が盛んに行われてきた。今回我々はホールドープ型鉄系超伝導体Ba$$_{0.75}$$K$$_{0.25}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$の磁気励起の測定をJ-PARCチョッパー分光器「四季」にて行い、ブリルアンゾーン中心から境界までをカバーする磁気励起データを得た。得られた磁気励起の運動量・エネルギー方向の構造は、同一試料のARPES測定から決定されたバンド繰り込み因子を考慮することで、5軌道模型に対する乱雑位相近似(RPA)により再現される。これら結は、電子相関効果としてしばしば現れる電子バンドの繰り込み効果が磁気励起においても現れることを意味する。講演では鉄系超伝導体の電子構造の情報がどのように磁気励起スペクトルに反映されるのかについて議論する。

口頭

MLF中性子分光器「四季」

梶本 亮一; 中村 充孝; 蒲沢 和也*; 稲村 泰弘; 池内 和彦*; 飯田 一樹*; 石角 元志*; 村井 直樹

no journal, , 

J-PARC・MLFに設置されている中性子分光器「四季」は直接配置型の熱中性子非弾性散乱装置である。共用装置のひとつとしてユーザーにビームタイムを提供し、ここ数年2倍程度の競争率の課題応募があるが、近年海外からの申請が占める割合が高くなっている。課題の多くは磁性・強相関電子系分野であり、2017年には銅酸化物高温超伝導、スピン-軌道結合系、一次元磁性体、金属ナノ粒子等の分野の研究成果が生まれた。単に実験課題を実施するにとどまらず現在も性能および操作性・安全性のさらなる向上を目指して装置の高度化が続けられており、2017年では中性子ガイド管の交換、マグネットを使用可能にするための装置改造等を行った。本発表では、これらの装置整備状況、利用状況、研究成果について報告する。

口頭

Large downward renormalization of spin excitation energies in Ba$$_{1-x}$$K$$_{x}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$ due to electron correlation effects

村井 直樹; 梶本 亮一; 鈴木 雄大*; 池田 浩章*; 中島 正道*; 出田 真一郎*; 田中 清尚*

no journal, , 

鉄系超伝導体の発見以来、その磁性・超伝導を対象とした中性子散乱研究が盛んに行われてきた。今回我々はホールドープ型鉄系超伝導体Ba$$_{0.75}$$K$$_{0.25}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$の磁気励起の測定をJ-PARCチョッパー分光器「四季」にて行い、ブリルアンゾーン中心から境界までをカバーする磁気励起データを得た。得られた磁気励起の運動量・エネルギー方向の構造は、同一試料のARPES測定から決定されたバンド繰り込み因子を考慮することで、5軌道模型に対する乱雑位相近似(RPA)により再現される。これらの結果は、電子相関効果としてしばしば現れる電子バンドの繰り込み効果が磁気励起においても現れることを意味する。講演では鉄系超伝導体の電子構造の情報がどのように磁気励起スペクトルに反映されるのかについて議論する。

口頭

電子相関効果によるBa$$_{0.75}$$K$$_{0.25}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$の磁気励起バンドの繰り込み

村井 直樹; 梶本 亮一; 鈴木 雄大*; 中島 正道*; 池田 浩章*; 出田 真一郎*; 田中 清尚*

no journal, , 

鉄系超伝導体の発見以来、その磁性・超伝導を対象とした中性子散乱研究が盛んに行われてきた。今回我々はホールドープ型鉄系超伝導体Ba$$_{0.75}$$K$$_{0.25}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$の磁気励起の測定をJ-PARCチョッパー分光器「四季」にて行い、ブリルアンゾーン中心から境界までをカバーする磁気励起データを得た。得られた磁気励起の運動量・エネルギー方向の構造は、同一試料のARPES測定から決定されたバンド繰り込み因子を考慮することで、5軌道模型に 対する乱雑位相近似(RPA)により再現される。これらの結果は、電子相関効果としてしばしば現れる電子バンドの繰り込み効果が磁気励起においても現れることを意味する。講演では鉄系超伝導体の電子構造の情報がどのように磁気励起スペクトルに反映されるのかについて議論する。

口頭

Effect of electron correlations on spin excitation bandwidth in Ba$$_{0.75}$$K$$_{0.25}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$ as seen via time-of-flight inelastic neutron scattering

村井 直樹; 梶本 亮一; 鈴木 雄大*; 池田 浩章*; 中島 正道*; 出田 真一郎*; 田中 清尚*

no journal, , 

非弾性中性子散乱による鉄系超伝導体Ba$$_{0.75}$$K$$_{0.25}$$Fe$$_{2}$$As$$_{2}$$の磁気励起測定を行い、約200meV程度のバンド幅を持つスピン波的分散を観測した。測定されたスペクトルは、同一試料に対する角度分解光電子分光測定により得られた電子バンドの繰り込み因子を考慮し、密度汎関数理論により構築された5軌道ハバード模型に乱雑位相近似を適応することで再現される。これらの結果は電子バンドの繰り込みという形でしばしば現れる所謂、電子相関効果の観測が非弾性中性子散乱によっても可能であることを示すものである。

口頭

J-PARC BL01チョッパー分光器「四季」'18

梶本 亮一; 中村 充孝; 蒲沢 和也*; 稲村 泰弘; 池内 和彦*; 飯田 一樹*; 石角 元志*; 村井 直樹

no journal, , 

四季は数meV$$sim$$数100meVのエネルギー領域を最高約5%のエネルギー分解能でカバーする非弾性散乱装置であり、MLFで稼働中の3台のチョッパー分光器の中ではダイナミクス領域では中間領域を占める。四季では低散乱角領域($$<$$30$$^circ$$)に上下左右に検出器が配置されていて磁気励起の測定に有利であることもあり、その利用は磁性・強相関系の研究が大半を占める。しかし、近年、熱電材料や超伝導体のフォノン等の格子系の測定も増えつつある。特に稼働当初に比べてより高角領域へ増設された検出器によって、今後格子系の測定はますます促進されると期待される。一方、試料環境は運転開始当初よりいわゆる4K冷凍機を標準環境として提供していたが、MLF試料環境グループによる様々な試料環境の整備に伴い、四季においても$$^3$$He冷凍機等の新たな冷凍機の利用もなされている。さらに、最近MLF共通超伝導マグネットも利用できるように整備を行った。今回の発表ではこうした最近の装置の利用状況や装置の高度化の状況等について紹介する。

口頭

MLF非弾性中性子散乱装置「四季」

梶本 亮一; 中村 充孝; 蒲沢 和也*; 稲村 泰弘; 池内 和彦*; 飯田 一樹*; 石角 元志*; 村井 直樹

no journal, , 

四季は数meV$$sim$$数100meVのエネルギー領域を最高約5%のエネルギー分解能でカバーする非弾性中性子散乱装置である。共用装置のひとつとして国内外のユーザーにビームタイムを提供し、2018年にはスピントロニクス材料, 鉄系超伝導体, 熱電物質, f電子系、トポロジカル物質等の分野の研究成果が生まれた。四季では低散乱角領域($$lesssim 30^{circ}$$)に上下左右に検出器が配置されていて磁気励起の測定に有利であることもあり、その利用は磁性・強相関系の研究が大半を占めていた。しかし、近年盛んとなってきた熱電物質や超伝導体のフォノン等の格子系の測定へも対応するべく、高散乱角領域への検出器の増設を進めている。一方、試料環境は標準環境の4K冷凍機に加えて$$^{3}$$He冷凍機等のMLF共通試料環境の利用も増えつつあるが、さらに、最近MLF共通超伝導マグネットも利用できるように整備を行った。今回の発表ではこうした最近の装置の利用状況や装置の高度化の状況等について紹介する。

口頭

Recent status of a cold neutron disk chopper spectrometer AMATERAS

中島 健次; 河村 聖子; 古府 麻衣子; 村井 直樹; 稲村 泰弘; 若井 大介*; 菊地 龍弥*

no journal, , 

AMATERAS is a cold-neutron disk-chopper spectrometer installed at BL14 port of the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at J-PARC. AMATERAS is one of the first generation disk-chopper spectrometers with pulse-shaping operation as with CNCS at SNS and LET at ISIS, and it is designed to carry out inelastic and quasielastic neutron scattering experiments in the range from cold to sub-thermal neutron energy with high intensity and fine and flexible energy resolution. AMATERAS started its operation and user program from December 2009. Up to now, experiments of more than 160 proposals have been carried out, which resulted in more than 50 papers, 15 theses and 11 press releases. Along with performing a user program, we are continually maintaining and improving the performance of the spectrometer. In this presentation, we will show the current status, issues and future plans of AMATERAS.

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