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論文

Q dependence of magnetic resonance mode on FeTe$$_{0.5}$$Se$$_{0.5}$$ studied by inelastic neutron scattering

石角 元志*; 樹神 克明; 梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 池内 和彦*; Ji, S.*; 新井 正敏*; 社本 真一

Condensed Matter (Internet), 4(3), p.69_1 - 69_10, 2019/09

中性子非弾性散乱により観測された磁気共鳴モードのQ依存性という初めての手法で、FeTe$$_{0.5}$$Se$$_{0.5}$$の超伝導対称性がs$$pm$$波であることを実験的に示した。

論文

Cryogenic sample environments shared at the MLF, J-PARC

河村 聖子; 高橋 竜太*; 石角 元志*; 山内 康弘*; 中村 雅俊*; 大内 啓一*; 吉良 弘*; 神原 理*; 青山 和弘*; 坂口 佳史*; et al.

Journal of Neutron Research, 21(1-2), p.17 - 22, 2019/05

MLF試料環境チーム低温・マグネットグループは、J-PARC MLFにおいて、利用者の実験のための冷凍機やマグネットの運用を行っている。これまでトップローディング型$$^4$$He冷凍機、ボトムローディング型$$^3$$He冷凍機、希釈冷凍機インサート、超伝導マグネットを導入してきた。これらの機器の使用頻度は、ビーム出力、課題数の増加に伴い、ここ2年間で急激に高くなってきている。この状況に対応するために運用経験を加味しながら、これらの機器の性能向上作業を進めている。例えば、$$^3$$He冷凍機の制御ソフトには、自動の初期冷却および再凝縮のプログラムが備わっていたが、新たに、$$^3$$He potにヒーターを焚くことなくsorbの温度制御のみで$$^3$$He potを温調するプログラムも作成した。また2017年は、超伝導マグネット用に、揺動型ラジアルコリメーター付きのOVCテールを製作した。このラジアルコリメーターの導入によりデータの質は劇的に向上し、中性子非弾性散乱実験でも超伝導マグネットが使用できるようになった。

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

Performances of oscillating radial collimator for the Fermi chopper spectrometer 4SEASONS at J-PARC

中村 充孝; 神原 理*; 飯田 一樹*; 梶本 亮一; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; 石角 元志*; 青山 和弘*

Physica B; Condensed Matter, 551, p.480 - 483, 2018/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Physics, Condensed Matter)

近年、磁場や圧力、高温といった特殊環境下での中性子非弾性散乱実験へのニーズが高まっており、質の高いデータを得るためには試料環境機器からの不要な散乱をできる限り低く抑える必要がある。そこで、我々はユーザーのニーズに応えるため、J-PARCのフェルミチョッパー分光器四季に特化した揺動型ラジアルコリメータを開発した。四季では比較的高い入射エネルギーを用いることから、コリメータのブレード素材に水素フリーの金属シートを採用した。このラジアルコリメータの制御システムでは、揺動スピードや揺動角等といった揺動パターンを柔軟に変更することが可能である。本稿では、新たに開発したラジアルコリメータの性能と残された課題について報告する。

論文

High-energy spin fluctuation in low-T$$_{c}$$ iron-based superconductor LaFePO$$_{0.9}$$

石角 元志*; 社本 真一; 樹神 克明; 梶本 亮一; 中村 充孝; Hong, T.*; Mutka, H.*

Scientific Reports (Internet), 8, p.16343_1 - 16343_6, 2018/11

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

磁気揺らぎはBCS理論に従わない非従来型超伝導で最も可能性のある機構として重要な役割を担うと考えられてきた。今回、これまで磁気ゆらぎが見つかっていない5Kという低い超伝導転移温度の鉄リン系超伝導体LaFePO$$_{0.9}$$で、30-50meVの高エネルギーで磁気ゆらぎを見つけた。これはこれまで考えられてきた高エネルギー磁気揺らぎで、高い超伝導転移温度になるという考えとは矛盾することから、超伝導機構の理解に向けて重要な発見である。

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

Sample environment at the J-PARC MLF

河村 聖子; 奥 隆之; 渡辺 真朗; 高橋 竜太; 宗像 孝司*; 高田 慎一; 坂口 佳史*; 石角 元志*; 大内 啓一*; 服部 高典; et al.

Journal of Neutron Research, 19(1-2), p.15 - 22, 2017/11

J-PARC MLFにおける試料環境(SE)チームは、ユーザー実験のためのSE機器の運用や開発を行っている。メンバーは、低温マグネット、高温、高圧、ソフトマター、光照射、水素環境、$$^3$$He偏極フィルターといったサブチームに所属している。現在は、数台の冷凍機と、マグネット、高温炉、高圧実験用パリエジンバラプレス、偏極中性子実験のためのSEOPシステムが運用中で、ユーザー実験への提供、運転を行っているほか、パルス磁場システムの汎用化に向けた開発も行っている。またJ-PARC研究棟では、レオメーター、ガス蒸気吸着量測定装置などのソフトマター研究に必要な機器類も整備している。

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

Interaction of spin-orbital-lattice degrees of freedom; Vibronic state of the corner-sharing-tetrahedral frustrated spin system HoBaFe$$_{4}$$O$$_{7}$$ by dynamical Jahn-Teller effect

蒲沢 和也*; 石角 元志*; 河村 聖子; 川北 至信; 加倉井 和久*; 中島 健次; 佐藤 正俊*

Physical Review B, 95(10), p.104413_1 - 104413_7, 2017/03

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.33(Materials Science, Multidisciplinary)

A powder inelastic neutron-scattering study of HoBaFe$$_{4}$$O$$_{7}$$ (HBFO) revealed characteristic magnetic excitations associated with geometrical spin frustration. Dispersionless excitations in energy ($$omega$$) and wave-vector ($$Q$$) space are observed at several discrete energies. Some of them can be attributed to crystal-field excitations of Ho$$^{3+}$$ in octahedral symmetry, but the others are explained instead by the vibronic state of the Fe$$^{2+}$$ dynamical Jahn-Teller effect with orbit-spin coupling, indicating interaction among the spin, the orbital, and the lattice degree of freedom. The antiferromagnetic HBFO lattice has cubic symmetry, and both Fe$$^{2+}$$ and Fe$$^{3+}$$ reside on corner-sharing tetrahedra with a number ratio of 3:1. Even though Fe$$^{2+}$$ is a Jahn-Teller active ion in tetrahedral symmetry, the system does not exhibit any static lattice distortion to the lowest temperature studied (4 K). The observed excitations can be understood by considering the dynamical interaction among spin-orbital-lattice degrees of freedom, indicating that spin fluctuation due to the frustration effect induces the dynamical Jahn-Teller effect, although in most cases a Jahn-Teller active ion Fe$$^{2+}$$ takes the static Jahn-Teller effect in a magnetic oxide system.

論文

Resonant inelastic X-ray scattering study of entangled spin-orbital excitations in superconducting PrFeAsO$$_{0.7}$$

野村 拓司*; 原田 慈久*; 丹羽 秀治*; 石井 賢司*; 石角 元志*; 社本 真一; Jarrige, I.*

Physical Review B, 94(3), p.035134_1 - 035134_9, 2016/07

 被引用回数:3 パーセンタイル:66.42(Materials Science, Multidisciplinary)

Fe-$$L_{3}$$吸収端での共鳴非弾性X線散乱(RIXS)を用いて、典型的な鉄系超伝導体PrFeAsO$$_{0.7}$$の単結晶で、低エネルギー電子励起スペクトルを測定した。

論文

MAGIC chopper; Basic concept and experimental evaluation

中村 充孝; 池内 和彦*; 梶本 亮一; 神原 理; Krist, T.*; 篠原 武尚; 新井 正敏; 飯田 一樹*; 蒲沢 和也*; 稲村 泰弘; et al.

JAEA-Conf 2015-002, p.339 - 348, 2016/02

チョッパー分光分光器におけるMulti-Ei法において、すべての入射エネルギーに対して実験条件を最適化できる新規チョッパー(マジックチョッパー)を開発した。本研究では、マジックチョッパーの基本概念に加えて、モンテカルロシミュレーションや中性子透過実験で評価されたマジックチョッパーの性能について紹介する。

論文

Recent progress in the chopper spectrometer 4SEASONS at J-PARC

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*; 中島 健次; 河村 聖子; 中谷 健; et al.

JAEA-Conf 2015-002, p.319 - 329, 2016/02

4SEASONS ($textit{SIKI}$) is one of the three chopper spectrometers operating in MLF at J-PARC, and covers thermal neutron region ($$10^0$$ - $$10^2$$ meV) with relaxed resolution and high flux. The repetition rate multiplication by the Fermi chopper on this short length (18 m between the source and the sample) spectrometer enables wide-band multiple-incident-energy (multi-$$E_mathrm{i}$$) measurements, which proved to be useful in observing hierarchical structures in excitations over a large energy scale. On the other hand, the upgrading work of the spectrometer has been continued since the first inelastic scattering experiment in 2009. For examples, we took several measures to suppress background, installed new detectors recently, and are developing a new Fermi chopper now. In the presentation, we show examples of scientific outputs from the spectrometer which benefit from the multi-$$E_mathrm{i}$$ measurements, and recent or planned upgrades of the instrument.

論文

Background caused by continuously emitted high-energy neutrons at 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*; 中島 健次; 原田 正英; 新井 正敏

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036001_1 - 036001_6, 2015/09

The background that appears in spectra acquired by the chopper spectrometer 4SEASONS at J-PARC was investigated. A continuous background that oscillates in synch with the rotation of the Fermi chopper was observed even when neutrons should be suppressed. The characteristics of the background strongly suggest that high-energy delayed neutrons continuously emitted from the mercury target are its cause.

論文

Oscillating radial collimators for the chopper spectrometers at MLF in J-PARC

中村 充孝; 川北 至信; 神原 理; 青山 和弘; 梶本 亮一; 中島 健次; 河村 聖子; 池内 和彦*; 菊地 龍弥; 稲村 泰弘; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.036011_1 - 036011_6, 2015/09

強磁場や高温といった試料環境下での非弾性中性子散乱実験のニーズが近年高まってきているが、これらの試料環境機器に起因する不要な散乱が微弱な非弾性シグナルの検知に悪影響を及ぼすという問題があった。我々はこの問題点を克服するため、J-PARC物質・生命科学実験施設内のチョッパー分光器用揺動式ラジアルコリメータの開発を進めた。本研究ではBL01四季及びBL14アマテラス用にそれぞれ新規開発した揺動式ラジアルコリメータの特性について報告する。

論文

Precise measurement of acoustic phonons in PrFeAsO$$_{1-y}$$

福田 竜生; Baron, A. Q. R.*; 内山 裕士*; 中村 博樹; 石角 元志*; 町田 昌彦; 社本 真一

SPring-8/SACLA利用研究成果集(Research Report) (インターネット), 3(2), p.290 - 293, 2015/07

Using inelastic X-ray scattering (IXS), we investigated acoustic phonons of PrFeAsO$$_{1-y}$$ precisely in order to select between two different models based on first principles calculations: the in-plane soft and clipped model. These models predict slightly different phonon intensities, and, in particular, different contamination of the longitudinal acoustic (LA) phonon spectra by transverse acoustic (TA) phonon modes. We were able to reduce the contamination with improved ${bfit Q}$ resolution, but the data quality was not sufficient to clearly decide between our models. Based on $$Q$$ dependence there appears to be slightly better agreement with the in-plane soft model at room temperature.

論文

Anisotropic magnetic form factor in a detwinned single crystal of BaFe$$_2$$As$$_2$$

樹神 克明; 石角 元志*; 脇本 秀一; 木方 邦宏*; Lee, C.-H.*; 伊豫 彰*; 永崎 洋*; 社本 真一

Physical Review B, 90(14), p.144510_1 - 144510_5, 2014/10

 被引用回数:1 パーセンタイル:92.3(Materials Science, Multidisciplinary)

We have performed neutron diffraction measurements at 12K on a single crystal of BaFe$$_2$$As$$_2$$, which serves as the parent compound of iron-based superconductor. To investigate the in-plane anisotropy of the magnetic form factor in the antiferromagnetic phase, the single crystal was detwinned. The magnetic structure factor and magnetic form factor are well explained by the spin densities comprising $$3d_{yz}$$ electrons with a fraction of approximately 40% and electrons in the other four $$3d$$ orbitals each with a fraction of approximately 15%. It is a direct observation of the largely anisotropic spin density relative to the small orthorhombic lattice distortion, $$(a-b)/(a+b)$$ $$sim$$ 0.3%.

論文

Evidence of electronic polarization of the As ion in the superconducting phase of F-doped LaFeAsO

Kim, J.*; 藤原 明比古*; 澤田 智弘*; Kim, Y.*; 杉本 邦久*; 加藤 健一*; 田中 宏志*; 石角 元志*; 社本 真一; 高田 昌樹*

IUCrJ (Internet), 1(3), p.155 - 159, 2014/05

 被引用回数:2 パーセンタイル:70.18(Chemistry, Multidisciplinary)

放射光X線粉末回折データをもとに、電子密度解析を行い、低温でLaFeAsO$$_{1-x}$$F$$_{x}$$の超伝導相の鉄層にのみ電子が集まっていることが見つかった。静電ポテンシャル分布解析の結果、ヒ素イオンの電子分極が協調的に増強され、電荷の再配列が起こっていた。

論文

Energy- and $$Q$$-resolution investigations of a chopper spectrometer 4SEASONS at J-PARC

飯田 一樹*; 池内 和彦*; 石角 元志*; 鈴木 淳市; 梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 新井 正敏

JPS Conference Proceedings (Internet), 1, p.014016_1 - 014016_4, 2014/03

4SEASONS is one of the inelastic neutron scattering instruments in the pulsed neutron facility in J-PARC. It utilizes a Fermi chopper to monochromate the neutron beam generated incident on a sample and a large-area detector system to detect the scattered neutrons as functions of position and time, and analyzes the momentums and energies of excitations in the sample with the time-of-flight technique. The instrument has been developed to perform high-efficiency measurements of weak inelastic signals on novel spin and lattice dynamics in the energy region of 10$$^0$$ - 10$$^{2}$$ meV. The ability to utilize multiple incident-energies simultaneously, in addition to the recent improvement in the signal-to-noise ratio, has made 4SEASONS one of the best chopper spectrometers in the world. In the presentation, we will show the recent scientific outputs and upgrades of the instrument.

論文

Resonant inelastic X-ray scattering study of charge excitations in superconducting and nonsuperconducting PrFeAsO$$_{1-y}$$

Jarrige, I.*; 野村 拓司; 石井 賢司; Gretarsson, H.*; Kim, Y.-J.*; Kim, J.*; Upton, M.*; Casa, D.*; Gog, T.*; 石角 元志*; et al.

Physical Review B, 86(11), p.115104_1 - 115104_4, 2012/09

 被引用回数:8 パーセンタイル:55(Materials Science, Multidisciplinary)

鉄系高温超伝導体PrFeAsO$$_{0.7}$$とその親物質であるPrFeAsOに対して、運動量分解した共鳴非弾性X線散乱を初めて観測した。主な結果は次の2点である。まず、第一に、16バンドの$$dp$$模型を用いて、低エネルギーの励起が$$xz$$, $$yz$$軌道の特性を有する$$dd$$バンド内遷移に支配されていることを示し、電子相関に強く依存していることを示す。これによって、クーロン斥力$$U$$とフント結合$$J$$を見積もることができる。特に軌道依存した電子相関における$$J$$の果たす役割が明らかとなる。第二に、短距離の反強磁性相関が$$Gamma$$点での励起の説明には不可欠であることから、超伝導状態においてもそれが存在することが示される。

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