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

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

https://doi.org/10.7566/JPSJ.82.084708

We studied the temperature dependence of the spin excitation spectrum in the frustrated spin chain system CuGeO 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 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.

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

http://ci.nii.ac.jp/naid/40017025649

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。

群分離法の開発:無機イオン交換体カラム法によるSr及び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Srおよび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、Sr及びCsのいずれについても10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。

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(-)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-法)」である。本発表では四季の現状,Multi-法の原理,それを応用した測定結果等について報告する。

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。

4-115系TbRhIn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(R:希土類)は重い電子系超伝導体Ce115やPu115と同じ正方晶HoCoGa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=(1/2 0 1/2)、磁気モーメントが軸に平行な磁気構造を持つことがわかった。RRhIn(R=Nd, Tb, Dy, Ho)の磁気構造はすべて同じであり、4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=(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。

中性子散乱によるNpFeGa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。

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。

NpFeGa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遍歴反強磁性体NpFeGa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、=118K以下でNpモーメントが110方向,=75K以下で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(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, NpNiGa, NpRhGa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。

フェルミチョッパー中性子分光器「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, , 

J-PARC・MLFのBL01ビームラインに建設されたフェルミチョッパー中性子分光器「四季」は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2010年の1月にT0チョッパーのトラブルに見舞われ高エネルギー領域での実験が困難な状況に置かれたものの、低エネルギー領域を中心に高温超伝導物質やその関連物質等を対象にさまざまな実験を進めている。本発表では最近の実験データを交えながら、装置の現状,測定データの例,問題点,改修予定等について報告する。