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論文

Status of neutron spectrometers at J-PARC

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 中村 充孝; 川北 至信; 松浦 直人*; 遠藤 仁*; 瀬戸 秀紀*; 伊藤 晋一*; 中島 健次; 河村 聖子

Physica B; Condensed Matter, 562, p.148 - 154, 2019/06

Seven time-of-flight quasielastic/inelastic neutron scattering instruments are installed on six beamlines in the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex (JPARC). Four of these instruments are chopper-type direct-geometry spectrometers, one is a near-backscattering indirect-geometry spectrometer, and the other two are spin-echo-type spectrometers. This paper reviews the characteristic features, recent scientific outcomes, and progress in development of MLF spectrometers.

報告書

Proceedings of the User Group Meeting on MLF Spectrometers (DIRECTION 2018); October 11, 2018, Ibaraki Quantum Beam Research Center (Tokai, Ibaraki, Japan)

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 松浦 直人*

JAEA-Review 2018-024, 78 Pages, 2019/01

JAEA-Review-2018-024.pdf:76.52MB

平成30年10月11日、MLF中性子分光器による合同のユーザーミーティング「DIRECTION 2018」がJ-PARC MLF、高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所、総合科学研究機構の共催で開催された。本ミーティングは6つの分光器、すなわちBL01(4SEASONS)、BL02(DNA)、BL06(VIN ROSE)、BL12(HRC)、BL14(AMATERAS)、BL23(POLANO)におけるユーザー利用の活性化およびユーザーと装置の協力関係の構築を目指して開催されたものである。研究会では14件の口頭発表および21件のポスター発表が行われ、各装置を利用して行われた研究成果の紹介、各装置や試料環境に関する現状の報告がなされるとともに、装置や試料環境に関する要望や今後の展開等について密接な議論が交わされた。本報告書はこのミーティングの講演要旨および講演で使用された発表資料を収録したものである。

論文

Neutron scattering study of yttrium iron garnet

社本 真一; 伊藤 孝; 大西 弘明; 山内 宏樹; 稲村 泰弘; 松浦 直人*; 赤津 光洋*; 樹神 克明; 中尾 朗子*; 茂吉 武人*; et al.

Physical Review B, 97(5), p.054429_1 - 054429_9, 2018/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

イットリウム鉄ガーネットの核および磁気構造と全マグノン分散を中性子散乱により調べた。低エネルギーの分散は強磁性マグノンで期待されるように14meVまで2次関数の分散を示した。$$q$$積分した動的磁化率$$chi$$"($$E$$)の虚部は低エネルギーで平方根のエネルギー依存性を示した。$$chi$$"($$E$$)から絶対値でマグノン状態密度を求めた。その値は理論的に予想されるマグノン分散でひとつのカラリティーモードに対応する。

論文

Polar rotor scattering as atomic-level origin of low mobility and thermal conductivity of perovskite CH$$_{3}$$NH$$_{3}$$PbI$$_{3}$$

Li, B.; 川北 至信; Liu, Y.*; Wang, M.*; 松浦 直人*; 柴田 薫; 河村 聖子; 山田 武*; Lin, S.*; 中島 健次; et al.

Nature Communications (Internet), 8, p.16086_1 - 16086_9, 2017/06

 被引用回数:24 パーセンタイル:5.65(Multidisciplinary Sciences)

Perovskite CH$$_{3}$$NH$$_{3}$$PbI$$_{3}$$ exhibits outstanding photovoltaic performances, but the understanding of the atomic motions remains inadequate even though they take a fundamental role in transport properties. Here, we present a complete atomic dynamic picture consisting of molecular jumping rotational modes and phonons, which is established by carrying out high-resolution time-of-flight quasi-elastic and inelastic neutron scattering measurements in a wide energy window ranging from 0.0036 to 54 meV on a large single crystal sample, respectively. The ultrafast orientational disorder of molecular dipoles, activated at approximately 165 K, acts as an additional scattering source for optical phonons as well as for charge carriers. It is revealed that acoustic phonons dominate the thermal transport, rather than optical phonons due to sub-picosecond lifetimes. These microscopic insights provide a solid standing point, on which perovskite solar cells can be understood more accurately and their performances are perhaps further optimized.

論文

Development of spin-wave-like dispersive excitations below the pseudogap temperature in the high-temperature superconductor La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$

松浦 直人*; 川村 奨*; 藤田 全基*; 梶本 亮一; 山田 和芳*

Physical Review B, 95(2), p.024504_1 - 024504_6, 2017/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:35.92(Materials Science, Multidisciplinary)

Inelastic neutron scattering measurements of magnetic excitations in hole-doped high-$$T_c$$ cuprates La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$ ($$x = 0$$ and 0.075) have been performed over a wide temperature range of 5 $$sim$$ 500 K extending beyond the pseudogap temperature of $$sim$$360 K for $$x = 0.075$$. For $$x = 0$$, the two-dimensional spin-wave excitations at low temperatures are thermally robust and the dispersion is slightly softened on heating up to $$T = 400$$ K. For $$x = 0.075$$, the spin-wave-like excitations in the upper part of the hourglass-shaped dispersion remain at $$T = 300$$ K. However, further heating above $$T = 400$$ K induces a broad ridge centered at $$(1/2, 1/2)$$; thereby the hourglass-shaped dispersion becomes blurred above the pseudogap temperature. The localized spin nature of magnetic excitations below $$T^*$$ suggests that the pseudogap is related to a proximity to a Mott insulator rather than being a precursor of Cooper pairs.

論文

Negative correlation between electrical response and domain size in a Ti-composition-gradient Pb[(Mg$$_{1/3}$$Nb$$_{2/3}$$)$$_{1-x}$$Ti$$_{x}$$]O$$_{3}$$ crystal near the morphotropic phase boundary

清水 大輔*; 塚田 慎也*; 松浦 直人*; 坂本 潤哉*; 小島 誠治*; 並河 一道*; 水木 純一郎; 大和田 謙二

Physical Review B, 92(17), p.174121_1 - 174121_5, 2015/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:66.91(Materials Science, Multidisciplinary)

Ti組成が傾斜した単結晶試料Pb[(Mg$$_{1/3}$$Nb$$_{2/3}$$)$$_{1-x}$$Ti$$_{x}$$]O$$_{3}$$を用いてモルフォトロピック相境界(MPB)近傍の相図ならびに電気応答と結晶コヒーレンス長の相関を調べた。結晶は29mol%と34.7mol%付近に相境界がありそれらは単斜晶相MB-単斜晶相MC,単斜晶相MC-正方晶相境界と対応する。結晶コヒーレンス長のTi濃度依存性は電気応答と強い負の相関を示しており、これらはMPB近傍におけるドメインサイズ効果として説明可能である。

論文

Neutron scattering study of spin fluctuations in La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$ by four-dimensional mapping of neutron cross-sections using the 4SEASONS chopper spectrometer

脇本 秀一; 池内 和彦*; 新井 正敏; 藤田 全基*; 梶本 亮一; 川村 奨*; 松浦 直人*; 中島 健次; 山田 和芳*

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.034013_1 - 034013_6, 2015/09

Previous neutron results of La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$ (LSCO) by TOF measurements revealed that magnetic dynamical structure factor has a maximum at $$sim$$ 18 meV. To clarify the origin of the maximum, we carried out 4 dimensional mapping of dynamical structure factor $$S(Q, omega)$$ to see details of both magnons and phonons. We found that $$x$$ = 0 shows ordinary spin waves while $$x$$ = 0.08 shows a maximum at $$sim$$ 18 meV where $$Q$$-independent phonon branch crosses. This imply that in superconducting compositions phonon may also indirectly related to the superconductivity.

論文

Temperature dependence of spin fluctuations in underdoped La$$_{1.90}$$Sr$$_{0.10}$$CuO$$_4$$

佐藤 研太朗*; 松浦 直人*; 藤田 全基*; 梶本 亮一; Ji, S.*; 池内 和彦*; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 新井 正敏; 榎木 勝徳*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 3, p.017010_1 - 017010_6, 2014/06

We studied the temperature dependence of spin excitation in the underdoped La$$_{1.90}$$Sr$$_{0.10}$$CuO$$_{4}$$ in a wide energy range. At low temperature, a clear magnetic signal emerging from incommensurate (IC) (0.5$$pm$$0.09, 0.5) positions was observed. The low-energy ($$sim$$10 meV) IC signal was confirmed at 200K, while the IC signal gradually merges upon warming and turns into a single commensurate peak centered at (0.5, 0.5) at 300 K. The overall spectral shape above $$sim$$60 meV measured at 5 K and 350 K was almost the same, meaning the weak thermal effect on the high-energy dispersion relation. This weak change in the high-energy dispersion is consistent with the localized spin picture, whereas the robust IC structure against the temperature would be difficult to explain within a simple stripe model.

論文

Damped soft phonons and diffuse scattering in (Bi$$_{1/2}$$Na$$_{1/2}$$)TiO$$_{3}$$

松浦 直人*; 飯田 裕之*; 廣田 和馬*; 大和田 謙二; 野口 祐二*; 宮山 勝*

Physical Review B, 87(6), p.064109_1 - 064109_10, 2013/02

 被引用回数:22 パーセンタイル:20.46(Materials Science, Multidisciplinary)

(Bi$$_{1/2}$$Na$$_{1/2}$$)TiO$$_{3}$$においては600K付近を最大とする誘電率の緩やかな温度変化の他、それに伴う圧電効果の減少が脱分極温度460K-480Kより上で観測される。その起源を中性子散乱を用いて調べた。その結果、$$Gamma$$点近傍で強く過減衰したwater-fall的ソフトフォノンが脱分極温度付近で観測されたほか、M点においては誘電率の温度依存性に対応する温度依存性を持つ超格子反射が観測された。これらは、正方晶/菱面体晶相が共存するなかでの強誘電クラスターのダイナミックな性質、これらは脱分極やwater-fallを与える、が重要であることを示している。

論文

Ni-substitution effects on the spin dynamics and superconductivity in La$$_{1.85}$$Sr$$_{0.15}$$CuO$$_{4}$$

松浦 直人*; 藤田 全基*; 平賀 晴弘*; 古府 麻衣子*; 木村 宏之*; 脇本 秀一; Perring, T. G.*; Frost, C. D.*; 山田 和芳*

Physical Review B, 86(13), p.134529_1 - 134529_8, 2012/10

 被引用回数:5 パーセンタイル:68.39(Materials Science, Multidisciplinary)

Systematic inelastic neutron scattering studies have been performed on La$$_{1.85}$$Sr$$_{0.15}$$Cu$$_{1-y}$$Ni$$_{y}$$O$$_{4}$$ in order to elucidate the microscopic mechanism of magnetic Ni impurity doping effects on spin dynamics and superconductivity. In contrast to Zn doping, which precipitates static or quasistatic spin correlations around dopant, Ni doping remarkably reduces $$E_{rm comme}$$, the minimum energy of the upward branch of the hourglass-shaped magnetic dispersion where a commensurate magnetic peak is observed. Ni doping at $$y sim 0.04$$ further reduces $$E_{rm comme}$$ to zero energy and broadens the distribution of $$E_{rm comme}$$, corresponding to the appearance of the normal state at base temperature ($$T sim 4$$ K) as well as the broadening of the superconducting transition.

論文

Magnetic and superconducting properties of CeRhGe$$_2$$ and CePtSi$$_2$$

広瀬 雄介*; 西村 尚人*; 本多 史憲*; 杉山 清寛*; 萩原 政幸*; 金道 浩一*; 竹内 徹也*; 山本 悦嗣; 芳賀 芳範; 松浦 直人*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 80(2), p.024711_1 - 024711_12, 2011/02

 被引用回数:5 パーセンタイル:54.24(Physics, Multidisciplinary)

Magnetic and superconducting properties of CeRhGe$$_2$$ and CePtSI$$_2$$ have been investigated by bulk property measurements and neutron scattering experiments. CeRhGe$$_2$$ was found to order antiferromagnetically with an ordered moment 1.3 $$mu_{rm B}$$/Ce along the $$c$$-axis of the orthorhombic unit cell. High pressure resistivity measurements revealed a suppression of the antiferromagnetic transition with increasing pressure and the occurrence of superconductivity near the critical pressure where antiferromagnetism vanishes. Quantum-critical characteristics are expected to these compounds.

口頭

JRR-3における三軸分光器の高度化

目時 直人; 金子 耕士; 松田 雅昌; 平賀 晴弘*; 山口 泰男*; 大山 研司*; 山田 和芳*; 松浦 直人*; 廣田 和馬*; 佐藤 卓*

no journal, , 

JRR-3をJ-PARC/MLFと共存する新時代にふさわしい施設としてグレードアップする活動の中から、本講演ではJAEAが所有する三軸分光器の高度化と、JAEA,東北大学関係者,大阪大学及び東京大学物性研究所が共同で行っているCuモノクロメータの導入に関して報告する。TAS-1は充実した偏極アクセサリーに加えて、水平垂直集光大型PGモノクロメータ(30cm$$times$$10cm)と2次元集光Cuモノクロメータの導入を予定している。東北大学金属材料研究所で育成されたCu単結晶を用いたモノクロメータをTAS-2で使用し、(200)反射を用いて実用的な強度で30meV以上の非弾性散乱実験が行えることを確認した。LTASは多重化アナライザを導入し、バナジウム非干渉性散乱の強度比で3-40程度まで測定効率を向上させ、偏極オプションの導入も加倉井らにより開始されている。

口頭

Study of complex magnetic structures in frustrated magnets by means of polarized neutrons

加倉井 和久; 脇本 秀一; 松田 雅昌*; 石渡 晋太郎*; 奥山 大輔*; 田口 康二郎*; 十倉 好紀*; 西 正和*; 中島 多朗*; 満田 節生*; et al.

no journal, , 

In studying modern functional materials, one is often confronted with complex spin configurations, for example, non-collinear, incommensurate magnetic structure such as helimagnetic structure as a result of frustrated magnetic interactions. Since the giant functional responses in these materials are direct consequences of these complicated magnetic structures, the detailed knowledge of the structure is mandatory to understand the essence of the magnetic functional materials. In this presentation some recent results on complex magnetic materials such as frustrated and multiferroic systems are reported, where the polarized neutron investigations provided important insight into the complex behavior of these functional materials.

口頭

Polarised neutron spectrometer, POLANO, at J-PARC attempts at understanding novel magnetism

大山 研司*; 横尾 哲也*; 伊藤 晋一*; 鈴木 純一*; 岩佐 和晃*; 佐藤 卓*; 吉良 弘*; 坂口 佳史*; 猪野 隆*; 奥 隆之; et al.

no journal, , 

We aim at constructing a polarisation analysis neutron spectrometer at Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) based on a collaboration of KEK and Tohoku Univ. The proposed instrument, named POLANO, is designed as a compact chopper spectrometer with a rotary detector bank ($$L_{1}$$ = 17.5 m, $$L_{2}$$ = 2.5 m). At the first phase of the project, we will concentrate the $$E_{i} < $$ 30 meV region using a fan type bender supermirror spin analyser because rich scientific targets in basic and application materials science exist in this region. In the second phase, we will try to install a $$^{3}$$He spin filter analyser for the $$E_{f} >$$ 100 meV region. This project passed in the final board of J-PARC on SEP-2011, and the construction has been authorized already.

口頭

Inelastic neutron scattering study on phonon spectra in dimer-Mott insulator $$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$

河村 聖子; 松浦 直人*; 井口 敏*; 佐々木 孝彦*; 谷口 弘三*; 窪田 愛子*; 佐藤 一彦*; 稲村 泰弘; 菊地 龍弥; 川北 至信; et al.

no journal, , 

最近、分子ダイマーモット絶縁体$$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$において、リラクサー的な電荷応答を示す強誘電性が示唆されている。われわれはこの系に対し、チョッパー分光器を用いた中性子非弾性散乱測定を行い、広い波数ベクトル(Q)-エネルギー(E)空間でのフォノンの観測に、分子性導体では初めて成功した。測定では、音響フォノンと36meVまでの光学フォノンモードが明瞭に観測された。最もエネルギーの低い4.2meVのモードの強度は、グラス的強誘電が発現する温度$$T_{FE}$$=62K以下でゾーン境界において増加し、さらに反強磁性転移温度$$T_{rm N}$$=22K以下では、観測された全Q領域で大きくエンハンスされることが明らかになった。この結果は、4.2meVモードにより特徴づけられる格子ダイナミクスが、電荷・スピンの自由度と強く結合していることを示している。

口頭

Si結晶アナライザー背面反射型TOF分光器DNAの現状,3

柴田 薫; 高橋 伸明; 山田 武*; 蒲沢 和也*; 松浦 直人*; 川北 至信; 中島 健次; 神原 理; 稲村 泰弘; 中谷 健; et al.

no journal, , 

J-PARCセンター、物質・生命科学実験施設に設置されコミッショニングテスト及び共用実験実施中の2.0$$mu$$eV以下の高エネルギー分解能を目指すSi結晶アナライザーTOF背面反射型高エネルギー分解能分光器DNAは、2013年3月末以降、Siアナライザーの増設、パルス整形チョッパー増設を実施し、エネルギー分解能2.4$$mu$$eV, 3.6$$mu$$eV及び14$$mu$$eVでビームコミッショニング及び、共用実験を実施した。以上のコミッショニング実験結果及び装置仕様の現状について報告する。

口頭

TOF型Si結晶アナライザー背面反射分光器DNAの現状

柴田 薫; 山田 武*; 蒲沢 和也*; 高橋 伸明*; 川北 至信; 中島 健次; 神原 理; 稲村 泰弘; 中谷 健; 小林 誠*; et al.

no journal, , 

Si結晶アナライザーを用いた飛行時間型背面反射型分光器DNAは、J-PARCセンター、物質・生命科学実験施設ビームラインBL02に設置され、コミッショニングテストおよび共用実験2012A, 2012B, 2013Aを実施した。2013年11月末までにSi111アナライザーを合計13ユニットまで設置して、カバーする水平角: -18$$^{circ}$$$$sim$$+138$$^{circ}$$, カバーする上下角度がそれぞれ+21$$^{circ}$$, -14$$^{circ}$$になり運動量移行範囲Q=0.08$$sim$$1.86${AA}$ $$^{-1}$$をQ分解能$$Delta$$Q=0.04${AA}$ $$^{-1}$$で連続的に測定可能になった。また、2013年4月中旬に入射中性子パルス整形用高速ディスクチョッパーのディスクを増設し回転速度225Hzで2枚の高速ディスクが対向回転でパルス整形を行い、エネルギー分解能: $$Delta$$E=2.4$$mu$$eV(1cmスリット使用時)、または3.6$$mu$$eV(3cmスリット使用時)で一度に-40$$mu$$eV$$<$$E$$<$$100$$mu$$eVのエネルギー範囲が測定可能になった。パルス整形用チョッパーを停止したときのエネルギー分解能: $$Delta$$E=14$$mu$$eV, 測定エネルギー範囲: -500$$mu$$eV$$<$$E$$<$$+1500$$mu$$eVの測定モードと併用して、3桁以上のエネルギー範囲の測定が可能になった。最新の分光器仕様、試料環境装置および測定結果について報告予定である。

口頭

TOF型Si結晶アナライザー背面反射分光器DNAの現状,4

柴田 薫; 山田 武*; 松浦 直人*; 富永 大輝*; 蒲沢 和也*; 川北 至信; 中島 健次; 神原 理; 稲村 泰弘; 中谷 健; et al.

no journal, , 

TOF型Si結晶アナライザー背面反射型分光器DNAは共用装置としてJ-PARCセンター、物質・生命科学実験施設ビームラインBL02に設置され、コミッショニングテストおよび共用実験を実施中である。Si111結晶アナライザーはカバーする立体角度が、水平角: -18$$^{circ}$$$$sim$$+138$$^{circ}$$、上下角度がそれぞれ+21$$^{circ}$$, -14$$^{circ}$$になり運動量移行範囲Q=0.07$$sim$$1.86$AA $^{-1}$$をQ分解能$$Delta$$Q$$<$$0.04$AA $^{-1}$$で連続的に測定可能になった。また、入射中性子パルス整形用高速ディスクチョッパーは回転速度225Hzで2枚のCFRPディスクが対向回転を実現し、エネルギー分解能: $$Delta$$E=2.4$$mu$$eV(1cmスリット使用時), 3.6$$mu$$eV(3cmスリット使用時)で一度に-40$$mu$$eV$$<$$E$$<$$+100$$mu$$eVのエネルギー範囲を測定可能になった。パルス整形用チョッパーを停止したときのエネルギー分解能: $$Delta$$E=14$$mu$$eV,測定エネルギー範囲: -500$$mu$$eV$$<$$E$$<$$+1800$$mu$$eVの測定モードと併用して、3桁以上のエネルギー範囲の測定が可能になっている。

口頭

Phonon modes in a molecular dimer-Mott insulator $$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$ studied by inelastic neutron scattering

河村 聖子; 松浦 直人*; 井口 敏*; 佐々木 孝彦*; 谷口 弘三*; 窪田 愛子*; 佐藤 一彦*; 稲村 泰弘; 菊地 龍弥; 中島 健次

no journal, , 

最近、分子ダイマーモット絶縁体$$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$がリラクサー的な電荷応答を示す新しいタイプの強誘電体の候補として報告された。この系は、$$T_c$$= 62K以下でグラス的な強誘電性を示し、さらに$$T_{rm N}$$=22K以下で長距離反強磁性秩序を示す。我々は、MLFのBL14に設置されたチョッパー分光器アマテラスを用いて、この系の中性子非弾性散乱測定を行った。温度の降下に伴い、18meVおよび21meV付近のフォノン強度は減少し、一方13.5meV近傍のモードの強度は増加する。すでに我々は、4.2meVをもつ2倍周期の光学モードが$$T_c$$以下でエンハンスされ、さらに$$T_{rm N}$$以下で抑制されることを見出しており、これは電荷およびスピンのダイナミクスと関連していると考えている。この結果とは対照的に、18meV付近の光学モードの強度は$$T_c$$以下で減少し、低温で一定になるという振る舞いをする。

口頭

中性子チョッパー分光器を用いた4次元マッピングによるLSCOのマグノン-フォノン結合の探索

脇本 秀一; 池内 和彦*; 新井 正敏; 藤田 全基*; 梶本 亮一; 川村 奨*; 松浦 直人*; 中島 健次; 山田 和芳*

no journal, , 

銅酸化物における高温超伝導と磁気揺らぎとは密接な関係にある。これまでのチョッパー分光器での測定では15meV付近に磁気散乱スペクトルが増大することが報告されていたが、その起源は明らかになっていない。本研究ではチョッパー型中性子分光器を用いて運動量とエネルギーの4次元空間をマッピングすることで、磁気励起とフォノンの双方を調べた。結果、15meV近傍で磁気励起とフォノンが交差することがわかり、超伝導を示す試料で観測される15meVの強度増大が高温、もしくはドープしない反強磁性母物質では存在しないことを明らかにした。この結果は15meVの強度増大が超伝導に関連していることを示す。

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