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論文

Temperature dependence of spin excitations in the frustrated spin chain system CuGeO$$_3$$

藤田 全基*; Frost, C. D.*; Bennington, S. M.*; 梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 水野 文夫*; 池内 和彦*; 新井 正敏

Journal of the Physical Society of Japan, 82(8), p.084708_1 - 084708_5, 2013/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:85.38(Physics, Multidisciplinary)

We studied the temperature dependence of the spin excitation spectrum in the frustrated spin chain system CuGeO$$_3$$ by a time-of-flight neutron scattering measurement. The intensity hump along the upper boundary (UB) of the continuum excitation, which is a robust feature for significant competition between next-nearest-neighbor (NNN) and nearest-neighbor (NN) exchange interactions, was shown to degrade upon warming. The hump disappears above $$sim$$90 K, whereas the outline of the two-spin on continuum excitation remains even at 180 K. The decrease in intensity at the UB suggests that the contribution of NNN interaction to form the thermodynamic equilibrium state becomes negligible as a result of the thermal perturbation. The intensity of the lowest excited mode at the magnetic zone center weakens concomitantly with that at the UB. This intensity reduction leads a change of the static structure factor from a single Lorentzian shape to a two peaked structure in the temperature range between 50 and 75 K. These results can be explained through the degradation of the spin dimer by thermal disturbance with remaining large NNN couplings at high temperature.

論文

動き出したJ-PARC中性子非弾性散乱装置「四季」; 中性子非弾性散乱実験の新規手法の実証

梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 水野 文夫; 横尾 哲也*; 中谷 健; 新井 正敏; 藤田 全基*

固体物理, 45(2), p.79 - 89, 2010/02

近年、世界各国で新たな中性子実験施設の建設や既存の施設の高度化が進められているが、我が国でも日本原子力研究開発機構と高エネルギー加速器研究機構によってJ-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)に大強度の核破砕パルス中性子実験施設が建設された。従来世界最高の性能を有していた核破砕パルス中性子源である英国のISISでは陽子ビーム出力が160kWであったのに対し、J-PARCでは1MWとなる予定であり、米国のSNS(1.4MW)と並んで世界有数の中性子実験施設となる見込みである。MLFは2008年5月にいよいよ初めての中性子ビームを生成し、その後も順調に強度を上げ、現在既にISISに匹敵する120kWでの定常運転を行っている。このような時期を迎え、われわれは分解能をそれほど追求しない代わりに、運動量とエネルギーの4次元空間を大強度・高効率で測定可能な非弾性散乱装置の実現を目指してMLFに4次元空間中性子探査装置(通称「四季4SEASONS」)の建設を進めてきた。現在、四季は建設フェイズをほぼ終え、いよいよ本格的な利用フェイズに移行しつつある。そこで、本レビューではこの四季の原理及び仕様について概説した後、最近本装置を用いて実証に成功した新しい非弾性散乱実験手法を紹介する。

論文

First demonstration of novel method for inelastic neutron scattering measurement utilizing multiple incident energies

中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 水野 文夫; 藤田 全基*; 横尾 哲也*; 新井 正敏

Journal of the Physical Society of Japan, 78(9), p.093002_1 - 093002_4, 2009/09

 被引用回数:76 パーセンタイル:6.49(Physics, Multidisciplinary)

さまざまな運動量-エネルギー空間にわたる複数個の動的構造因子二次元マップを一回の測定で同時に取得できることを実験的に実証することに成功した。この方法は飛行時間測定における不感時間を減少させ、測定の効率を飛躍的に向上させるものである。J-PARCのチョッパー分光器四季を利用して得られた今回の成果は、非弾性中性子散乱測定の新たな可能性を切り開くものと期待される。

報告書

群分離法の開発:無機イオン交換体カラム法による$$^{9}$$$$^{0}$$Sr及び$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{7}$$Csを含む廃液の処理法の開発

久保田 益充; 山口 五十夫; 中村 治人; 岡田 賢造; 水野 文夫*; 佐藤 淳和*

JAERI-M 82-144, 17 Pages, 1982/10

JAERI-M-82-144.pdf:0.84MB

高レベル廃液中に含まれる$$^{9}$$$$^{0}$$Srおよび$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{7}$$Csを無機イオン交換体に吸着して廃液から分離して固化する方法について三井金属鉱業(株)と共同研究を進めている。56年度は群分離処理から生ずる二次廃液の処理法として、チタン酸-ゼオライト混合無機イオン交換体力ラム法を活用する方法の検討、および、チタン酸吸着体の焼結固化に関する基礎研究を行った。前者においては原研の再処理試験廃液約10lを処理し、$$^{9}$$$$^{0}$$Sr及び$$^{1}$$$$^{3}$$$$^{7}$$Csのいずれについても10$$^{5}$$以上という高い除染係数が得られ、群分離二次廃液の処理の見通しを得た。後者においてはSrを吸着したチタン酸のX線解析、熱分析により焼結時の物質変化を明らかにした。

口頭

NpFeGa$$_5$$における二段転移の偏極中性子散乱実験による研究

目時 直人; 山本 悦嗣; 本多 史憲*; 金子 耕士; 浄念 信太郎; 水野 文夫; 菅井 孝志*; 青木 大*; 本間 佳哉*; 塩川 佳伸*

no journal, , 

5$$f$$遍歴反強磁性体NpFeGa$$_5$$は、低温でq=(1/2 1/2 0)の反強磁性秩序を示す。偏極中性子散乱実験によって、$$T{_{N1}}$$=118K以下でNpモーメントが$$<$$110$$>$$方向,$$T{_{N2}}$$=75K以下で$$c$$軸に平行な成分が成長することを明らかにした。すなわち低温相では、磁気モーメントがc面から約25度立ち上がった方向を向く。NpTGa$$_5$$(T: Fe, Co, Ni, Rh, Pt)の磁気構造及び二段転移が、四極子自由度を取り入れた局在モデルによって説明され、遍歴系の静的な秩序に関する局在モデルの有効性が指摘されている。NpFeGa$$_5$$, NpNiGa$$_5$$, NpRhGa$$_5$$の低温相では反強磁性と四極子秩序の共存が予言されており、格子歪みや超音波,共鳴X線散乱実験などによって、遍歴多体$$f$$電子系における四極子秩序の存在が確認される必要がある。

口頭

NpIn$$_3$$の磁場中中性子散乱実験による磁気構造及び磁気相図の研究

目時 直人; 水野 文夫; 菅井 孝志*; 芳賀 芳範; 本間 佳哉*; 青木 大*; 塩川 佳伸

no journal, , 

NpIn$$_3$$は圧力誘起超伝導体CeIn$$_3$$や反強四極子化合物PrPb$$_3$$と同じ立方晶AuCu$$_3$$型の化合物である。最近、フラックス法によって高品質の単結晶が育成され、$$T{_C}$$=14Kと$$T{_N}$$=10Kにおける強磁性及び反強磁性秩序や、これまで知られていなかった磁場誘起秩序相が報告されている。各相の秩序変数と構造を明らかにする目的で、中性子散乱実験を行った。実験は、日本原子力研究開発機構の研究用原子炉JRR-3に設置された三軸型分光器TAS-2において行った。無磁場では強磁性相と、以前からその磁気構造が知られていた$$q$$=(3/8 3/8 3/8)の縦波長周期変調構造を確認した。一方、[-110]方向に磁場をかけると、$$q$$=(1/2 1/2 0)の反射を伴う磁場誘起相が現れることを今回初めて明らかにした。さらにその高温側でこの磁気変調を伴わない、新たな磁場誘起秩序相の存在を発見した。現在のところこの新しい磁場誘起相の秩序変数はわかっていない。

口頭

4$$f$$-115系TbRhIn$$_5$$の磁気構造の研究

目時 直人; 菅井 孝志*; 水野 文夫; 芳賀 芳範; Hieu, N.*; 大貫 惇睦

no journal, , 

RRhIn$$_5$$(R:希土類)は重い電子系超伝導体Ce115やPu115と同じ正方晶HoCoGa$$_5$$型構造の化合物である。帯磁率の温度依存性や、ネール温度がde Gennesの式に従うこと、またR=Nd, Tb, Dy, Hoでは容易軸方向に、同じ二段のメタ磁性転移を示すことから、これらの化合物はよく似た性質を持つ局在反強磁性体と考えられる。今回、TbRhIn$$_5$$の磁気構造を決定する目的で中性子散乱実験を行った。その結果、図に示すように$$q$$=(1/2 0 1/2)、磁気モーメントが$$c$$軸に平行な磁気構造を持つことがわかった。RRhIn$$_5$$(R=Nd, Tb, Dy, Ho)の磁気構造はすべて同じであり、4$$f$$電子の局在性によって非常によく似た電子状態を持つことが結論できる。また、日本物理学会2006年秋季大会で報告された$$q$$=(1/2 1/2 0)のピークは多重散乱であることを明らかにした。

口頭

NpIn$$_{3}$$の磁場中中性子散乱実験

水野 文夫; 菅井 孝志; 金子 耕士; 目時 直人; 芳賀 芳範; 青木 大*; 本間 佳哉*; 塩川 佳伸*

no journal, , 

NpIn$$_{3}$$は圧力誘起超伝導体CeIn$$_{3}$$と同じ立方晶AuCu$$_{3}$$型の化合物である。T$$_{C}$$=14KとT$$_{N}$$=10Kにおける強磁性及び反強磁性秩序や、磁化測定により、磁場中においてこれまで知られていなかった磁場誘起秩序相(AF+FM)が知られている。前回われわれはAF+FMでの磁気ピーク(0.5 0.5 0)及び(0.5 0.5 1)を報告した。しかし磁気構造を決定するまでには至らなかった。今回、横磁場マグネットを用いてQ=(0.5 0.5 0)の反強磁性成分に関する実験を行った。行った結果、磁場に対してQを垂直に向けている場合、磁場をかけると磁気ピークが立ち上がることがわかった、一方、平行に向けた場合、磁気ピークは立ち上がらないことがわかった。Qと磁気モーメントにはそのなす角を$$alpha$$とするとQ $$propto$$ sin$$^{2}$$$$alpha$$の関係があるため、反強磁性の変調が磁場方向に平行であることがわかった。すなわち、磁場方向に対して、磁気モーメントが伸びたり縮んだりするという磁気構造が安定であるという結論が得られた。

口頭

中性子散乱によるNpFeGa$$_5$$の磁気形状因子の研究

菅井 孝志; 水野 文夫; 浄念 信太郎*; 金子 耕士; 目時 直人; 芳賀 芳範; 青木 大*; 本間 佳哉*; 塩川 佳伸*

no journal, , 

Np-115は遷移金属を変えることで多彩な磁気構造をみせる。NpFeGa$$_5$$は、Q=(1/2 1/2 0)で2段に磁気秩序を示す反強磁性体であり、ユニークな特徴としてNpサイトだけでなく、Feサイトにも磁気モーメントが存在する。磁気形状因子の解析結果から、Feに軌道磁気モーメントが存在する可能性があることがわかった。本来、凍結されているはずのFeの軌道磁気モーメントが結晶中では誘起されているならば、非常に興味深い。

口頭

NpIn$$_3$$の磁気相図と磁場誘起秩序

目時 直人; 金子 耕士; 芳賀 芳範; 水野 文夫; 菅井 孝志; 青木 大*; 本間 佳哉*; 塩川 佳伸

no journal, , 

アクチノイド化合物は、遍歴的な多体f電子状態が実現している系として大変興味深い。最近のわれわれのNpTGa$$_5$$についての系統的な中性子散乱実験の結果、この遍歴的な多体f電子系の多彩な磁気構造にNp5f電子の持つ軌道自由度が重要な役割を持ち、軌道(多極子)秩序が実現している可能性が高いことを報告した。今回、立方晶対称性を持つためにより軌道縮退の効果が大きいと考えられるNpIn$$_3$$の磁気相図と磁気秩序について、磁場中の中性子散乱実験を行って明らかにした結果について報告する。ゼロ磁場では強磁性と、低温で(3/8 3/8 3/8)の磁気秩序を観察し、過去の報告と矛盾しないことを確認した。さらに磁場中で、(1/2 1/2 0)の波数の新しい秩序が生じることを発見した。偏極解析の結果、この反強磁性変調が磁場平行で、しかも磁気異方性と矛盾するという驚くべき結果が得られた。これはPrOs$$_4$$Sb$$_12$$における磁場誘起反強四極子秩序と同じであり、多極子秩序の可能性が強く示唆される。

口頭

NpIn$$_{3}$$磁場中中性子散乱実験

水野 文夫; 菅井 孝志; 目時 直人; 芳賀 芳範; 金子 耕士; 青木 大*; 本間 佳哉*; 塩川 佳伸*

no journal, , 

NpIn$$_{3}$$は圧力誘起超伝導体CeIn$$_{3}$$や反強四極子化合物PrPb$$_{3}$$と同じ立方晶AuCu$$_{3}$$型の化合物である。磁化測定、及び比熱測定から、T$$_{C}$$=14KとT$$_{N}$$=10Kにおける強磁性及び反強磁性秩序や、磁場中においてこれまで知られていなかった磁場誘起秩序相(AF+FM)が発見されている。前回、縦磁場及び横磁場マグネットを用いた実験によって、磁場誘起秩序相での磁気構造の情報を得た。今回、AF+FM相での磁気構造をより確かなものとするために、偏極中性子散乱実験を行った。偏極実験は偏極した中性子のスピンの散乱具合により、磁気構造の情報を得る手段である。その結果、AF+FM相において、反強磁性磁気モーメントが磁場方向に対して、平行に向いているということが明らかとなった。

口頭

中性子散乱によるNpFeGa$$_{5}$$の秩序状態の研究

菅井 孝志; 水野 文夫; 浄念 信太郎*; 金子 耕士; 目時 直人; 芳賀 芳範; 青木 大*; 本間 佳哉*; 塩川 佳伸*

no journal, , 

NpFeGa$$_{5}$$は、Np及びFeサイトに磁気モーメントを持つ2段に磁気秩序する反強磁性体である。これまで、この化合物における5f電子の軌道の寄与について磁気形状因子を解析することで研究してきた。Cuモノクロメータを使用した中性子散乱実験を行い、より広範囲の磁気反射データから磁気形状因子について議論が可能となった。またNMRから提案されている低温側の秩序相における磁気モーメントのc面内成分について、磁場中偏極中性子散乱実験の結果も報告する。

口頭

4SEASONS; A High-intensity chopper spectrometer for inelastic neutron scattering at J-PARC/MLF

梶本 亮一; 中村 充孝; 横尾 哲也*; 中島 健次; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 柴田 薫; 鈴谷 賢太郎; et al.

no journal, , 

4SEASONSはJ-PARC/MLFのパルス中性子源におけるチョッパー分光器の一つである。中程度の分解能($$Delta E/E_i sim 6$$% at $$E=0$$)ながら300meVまでのエネルギー領域で非常に高い検出効率を実現し、高温超伝導体及びその関連物質における新奇なスピン・格子ダイナミクスによって生じる弱い非弾性散乱データを効率的に検出することを目的としている。そのために本分光器は高$$Q_c$$ ($$m=3$$-4)スーパーミラーによる楕円型収束ガイド管を備え、長尺(2.5m)$$^3$$He位置敏感型検出器を真空散乱槽の内部に円筒状に配列するなどの工夫をこらしている。さらに、専用Fermiチョッパー(MAGICチョッパー)による多エネルギー同時測定や$$^3$$Heスピンフィルターを利用した偏極解析にも対応する。4SEASONSの建設は現在進行中であり、2008年12月に利用開始となる予定である。本発表では4SEASONSの設計及び建設の現状について報告する。

口頭

チョッパー分光器「四季」の現状

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 中村 充孝; 中島 健次; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 水野 文夫; 柴田 薫; et al.

no journal, , 

「四季」はJ-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)に設置されるチョッパー型非弾性散乱装置の一つであり、数100meV以下のエネルギー領域で中分解能ながら従来の装置に比して飛躍的な測定効率の向上を目指した装置である。今年度後半からの供用開始に向けて現在建設が急ピッチで進められ、9月には一部の機器が未整備ながらも中性子ビームを使用した試験調整運転を開始した。本発表では「四季」の建設状況を9月のビーム実験の結果も交えながら報告する。

口頭

チョッパー型中性子非弾性散乱装置「四季」

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 中村 充孝; 中島 健次; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 丸山 龍治; 曽山 和彦; 水野 文夫; 柴田 薫; et al.

no journal, , 

「四季」は大強度陽子加速器施設(J-PARC)物質・生命科学実験施設(MLF)に設置されるチョッパー型非弾性散乱装置の一つであり、数100meV以下のエネルギー領域で中分解能ながら従来の装置に比して飛躍的な測定効率の向上を目指した装置である。その性能達成のために、本装置は楕円集光型中性子導管や、長尺(2.5m)位置敏感型検出器等の高性能機器を備え、さらに新型フェルミチョッパーによる複数エネルギー同時測定や$$^3$$Heスピンフィルターによるスピン偏極解析といったオプションも予定している。今年度からの供用装置の一つとして現在建設及び試験調整が急ピッチで進められ、昨年9月から一部の機器が未整備ながらも中性子ビームを使用した試験調整運転を開始した。本発表では「四季」の建設状況をビーム実験の結果も交えながら報告する。

口頭

動き出したJ-PARCチョッパー分光器「四季」

梶本 亮一; 中村 充孝; 横尾 哲也*; 稲村 泰弘; 水野 文夫; 中島 健次; 高橋 伸明; 河村 聖子; 丸山 龍治; 曽山 和彦; et al.

no journal, , 

Fermiチョッパー型非弾性散乱装置「四季」は、楕円収束型ガイド管,大面積検出器,多重$$E_i$$同時測定法等の先進的な仕様を備え、数百meV以下の領域において従来の同種の装置に比べて測定効率の大幅な向上を目指した装置である。昨年9月に最初の中性子ビームを受け入れて以来装置調整を続けていたが、今年6月に最初の非弾性散乱測定に成功した。まだ一部整備中の機器を残すものの、すでに多重$$E_i$$同時測定の実証に成功するなど、順調な滑り出しを見せている。本発表では装置の基本性能,整備状況などをコミッショニングの結果を交えながら紹介する。

口頭

J-PARCで始まる新たな中性子非弾性散乱測定法

梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 水野 文夫; 藤田 全基*; 横尾 哲也*; 新井 正敏

no journal, , 

格子やスピンの空間的・時間的相関を直接観測できる中性子非弾性散乱は高温超伝導研究において大きな役割を果たしてきており、それはまた鉄系高温超伝導の研究においても同様である。高温超伝導研究においては、特に広い運動量-エネルギー($$Q$$-$$E$$)空間を一挙に測定可能なパルス中性子源の非弾性散乱装置が活躍してきた。ところが、一般に非弾性散乱シグナルは極めて弱いため、それを観測するには他の実験手法と比べて格別に大きな試料や長い測定時間が必要であり、それらが研究の進展にとって障害となっていた。そこで、われわれはJ-PARCに大強度・高測定効率の非弾性散乱実験装置「四季」の建設を進めてきた。「四季」はフェルミチョッパーと呼ばれる装置によって試料に入射する中性子ビームを単色化するフェルミチョッパー型分光器の一種である。従来の同種の装置に比べ二桁程度の測定効率向上を達成するために、装置設計,測定法にさまざまな工夫がこらしてあるが、その一つが「複数入射エネルギー同時測定法(Multi-$$E_i$$法)」である。本発表では四季の現状,Multi-$$E_i$$法の原理,それを応用した測定結果等について報告する。

口頭

チョッパー型中性子分光器「四季」の現状

梶本 亮一; 中村 充孝; 横尾 哲也*; 稲村 泰弘; 水野 文夫; 中島 健次; 高橋 伸明; 河村 聖子; 丸山 龍治; 曽山 和彦; et al.

no journal, , 

「四季」は大強度陽子加速器施設(J-PARC)物質・生命科学実験施設(MLF)のパルス中性子源に建設されたフェルミチョッパー型中性子分光器である。中性子非弾性散乱測定によって高温超伝導体等に見られる新奇な磁気励起・フォノンを効率よく調べることを目的としており、国内外の他の同種の装置に比べて熱中性子領域においてより高い測定強度・測定効率を達成することを目指している。本装置は2008年9月より中性子ビームを使った機器調整を進めていたが、2009年6月よりいよいよ非弾性散乱測定を開始した。そこでは早くも非弾性散乱の新手法の実証実験に成功するなど装置性能の高さを予感させる結果が得られている。最近はさらに装置整備を進めるとともに、高温超伝導酸化物等を対象とした本格実験も開始した。本発表では装置の現状について整備状況及び最近の実験データを交えて報告する。

口頭

Starting-up of the chopper spectrometer 4SEASONS in J-PARC

梶本 亮一; 中村 充孝; 横尾 哲也*; 稲村 泰弘; 水野 文夫; 中島 健次; 高橋 伸明; 河村 聖子; 丸山 龍治; 曽山 和彦; et al.

no journal, , 

4SEASONS is a Fermi chopper spectrometer for the spallation neutron source in MLF, J-PARC. It is intended to provide high counting rate up to $$sim$$300 meV neutron energy with medium resolution ($$Delta E/E_i sim 6$$% at $$E=0$$) to efficiently collect weak inelastic signals from novel spin and lattice dynamics especially in high-$$T_c$$ superconductors and related materials. For this purpose, the spectrometer is equipped with advanced instrumental design such as an elliptic-shaped converging neutron guide, long (2.5 m) position sensitive detectors, and a Fermi chopper feasible for multi-incidnent-energy ($$E_i$$) measurement. The spectrometer accepted the first neutron beam on September 2008, and its first inelastic scattering data was produced on June 2009. Furthermore, the spectrometer successfully demonstrated the usefulness of the multi-$$E_i$$ measurement. In this paper, we show the design and current status of 4SEASONS, and some experimental results.

口頭

First demonstration of multi-Ei measurement for inelastic neutron scattering

中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 横尾 哲也*; 水野 文夫; 藤田 全基*; 新井 正敏

no journal, , 

複数の異なる入射エネルギーを利用することにより、一次元反強磁性体CuGeO$$_{3}$$の動的構造因子二次元マップを複数個同時に観測することに成功した。この実験手法により飛行時間測定における不感時間を減少することができるようになり、測定効率を飛躍的に向上させることが可能となる。J-PARCのフェルミチョッパー分光器「四季」を使って達成した本成果は、非弾性中性子散乱実験の新しい可能性を切り開くものである。

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