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論文

Spherical neutron polarimetry under high pressure for a multiferroic delafossite ferrite

寺田 典樹*; Qureshi, N.*; Chapon, L. C.*; 長壁 豊隆

Nature Communications (Internet), 9, p.4368_1 - 4368_9, 2018/10

 被引用回数:2 パーセンタイル:75.12(Multidisciplinary Sciences)

We have succeeded in carrying out the first spherical neutron polarimetry (SNP) experiments in conjunction with the application of pressure, working with the multiferroic delafossite CuFeO$$_{2}$$ and using the newly developed nonmagnetic hybrid anvil high pressure cell (HAC). This work determined the detailed magnetic structures in the pressure-induced ferroelectric phases of this material, as well as nonpolar phases at ambient pressure. The present study provides evidence that SNP measurements are viable even in combination with high pressure conditions.

論文

Magnetic ordering in pressure-induced phases with giant spin-driven ferroelectricity in multiferroic TbMnO$$_{3}$$

寺田 典樹*; Khalyavin, D. D.*; Manuel, P.*; 長壁 豊隆; 吉川 明子*; 北澤 英明*

Physical Review B, 93(8), p.081104_1 - 081104_5, 2016/02

 被引用回数:16 パーセンタイル:25.16(Materials Science, Multidisciplinary)

マルチフェロイック物質TbMnO$$_{3}$$について、圧力/磁場誘起の巨大強誘電分極のメカニズムを解明するため、単結晶試料を用いた高圧および磁場下の中性子回折実験を行った。その結果、この物質のMnスピンの圧力誘起Eタイプ秩序が、交換磁気歪み機構を通して巨大強誘電分極をもたらしていることを明らかにした。さらに、ゼロ磁場でTb磁場モーメントの極性秩序により抑制されていた分極が、2Tで非極性秩序へと転移するため、抑制された分極が解放されて増大するというメカニズムを提案した。

論文

陽極酸化皮膜を用いたガスケット絶縁技術の開発

長壁 豊隆; 加藤 義博*; 本元 悟*; 桑原 慶太郎*

高圧力の科学と技術, 25(1), p.57 - 63, 2015/03

強相関電子系物質の圧力誘起相臨界領域で発現する新奇物性を、同一の高圧試料環境下において構造-磁性-伝導の相関の視点から研究するため、中性子回折用ハイブリッド式対向アンビル(HA)を用いて電気抵抗との同時測定を実現するための技術開発を行っており、現在、これに不可欠なガスケットの絶縁技術開発を中心に行っている。HAでは、中性子透過率を重視してアルミ合金(JIS A2017P)ガスケットを使用している。我々はこれに着目し、ガスケット表面に特殊な陽極酸化皮膜(ミタニライトト)を形成し、これを絶縁層として利用する方法を考案した。室温下でミタニライト皮膜付きガ スケットの加圧試験を行った結果、測定用リー ド線の断線やショートを起こさずに約6GPaの圧力発生に成功した。

論文

Pressure-induced polar phases in multiferroic delafossite CuFeO$$_{2}$$

寺田 典樹*; Khalyavin, D. D.*; Manuel, P.*; 長壁 豊隆; Radaelli, P. G.*; 北澤 英明*

Physical Review B, 89(22), p.220403_1 - 220403_6, 2014/06

AA2014-0251.pdf:1.02MB

 被引用回数:26 パーセンタイル:19.46(Materials Science, Multidisciplinary)

強くフラストレートした反強磁性体CuFeO$$_{2}$$において、その磁気秩序に対する圧力効果を、静水圧力下中性子回折実験により研究した。主要な結果は、この物質の圧力-温度相図を明らかにしたことで、その相図は、4つの磁気秩序相で構成されており、そのうち2つは誘電相でもある。特に、3GPa$$<$$P$$<$$4GPaの圧力領域において、プロパースクリュー磁気秩序相(ICM2)が安定化するが、この構造は、磁場あるいはドーピングによって誘起される強誘電相のものと一致することが明らかとなった。さらに、4GPa以上では、新たな低対称のICM3相が現れる。この相は、デラフォサイト型のマルチフェロイック物質群の中でも特有のもので、サイクロイドとプロパースクリューのスピン構造が混合したものと考えられる。この物質で観測される圧力に対する連続した磁気秩序の変化は、大気下では単斜晶へのゆがみによって解消するスピンフラストレーションが、高圧力によって抑制されるためと考えられる。

論文

High-pressure studies of DyB$$_2$$C$$_2$$

山内 宏樹; 長壁 豊隆; 小坂 昌史*; 松岡 英一*; 小野寺 秀也*

Journal of the Korean Physical Society, 62(12), p.2084 - 2087, 2013/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.51(Physics, Multidisciplinary)

We performed single-crystal neutron diffraction experiments and electrical resistivity measurements under high pressure on DyB$$_2$$C$$_2$$ showing both of the antiferroquadrupolar (AFQ) and antiferromagnetic (AFM) orders. The N$'e$el temperature $$T_N$$ increases gradually with increasing pressure and saturates above 5.2 GPa while the AFQ transition temperature $$T_Q$$ decreases almost monotonically up to 3.13 GPa and seems to merge with $$T_N$$ at around 6-7 GPa. These results indicate that the application of pressure suppresses the AFQ ordering in DyB$$_2$$C$$_2$$ and simultaneously enhances the AFM interaction between 4$$f$$ spins. The suppression of the AFQ ordering can be interpreted as being due to the restriction of the local strain associated with the AFQ transition by applying pressure.

論文

高圧力下単結晶中性子散乱実験のための技術開発と磁性研究への応用

長壁 豊隆

波紋, 22(2), p.139 - 144, 2012/05

本稿では、10GPaの高圧力下で単結晶中性子回折実験を行うための新しい機器開発について紹介する。まず、サポート型SiCアンビルとキュレットに窪みを持ったWCアンビルを組合せたハイブリッドアンビルについて紹介する。液体圧力媒体の静水圧性は高圧力下単結晶回折実験にとって極めて重要な因子となる。種々の液体について高圧力下の静水圧性を調べた結果を次に紹介する。最後に、多くの円形状スーパーミラーを備えた熱中性子集光装置の開発について紹介する。この装置は、高圧セルに封入された微小な試料からの微弱な中性子反射シグナルを補うことができるものである。また、開発したこれらの要素技術を用いた研究の例として、4f電子系化合物のPrFe$$_{4}$$P$$_{12}$$とHoB$$_{2}$$C$$_{2}$$に対する高圧力下単結晶中性子磁気回折実験の結果を紹介する。

論文

Pressure effects on quadrupolar and magnetic ordering in HoB$$_2$$C$$_2$$ observed by single-crystal neutron diffraction

山内 宏樹; 長壁 豊隆; 松岡 英一*; 小野寺 秀也*

Journal of the Physical Society of Japan, 81(3), p.034715_1 - 034715_7, 2012/03

 被引用回数:8 パーセンタイル:45.1(Physics, Multidisciplinary)

反強四極子(AFQ)秩序と反強磁性(AFM)秩序の競合的な共存を示す正方晶HoB$$_2$$C$$_2$$において、高圧力下単結晶中性子回折実験を行った。まず、圧力の増加に伴ってN$'e$el温度$$T$$$$_{rm N}$$が9.8GPaまで単調に上昇することを見いだした。一方、AFQ秩序転移温度$$T$$$$_{rm Q}$$は、圧力が増すにつれて徐々に下降し、約4GPaで消失することがわかった。これらのことは、圧力がAFM相互作用を増強すると同時にAFQ秩序を抑制するように働くことを示唆する。加圧による体積収縮は結晶の(B-C)層の局所歪みを抑制するように作用するので、圧力によるAFQ秩序の抑制は、AFQ秩序に伴う局所歪みの抑制を起因とする現象と考えられる。また、われわれは高圧実験に際して圧力誘起相の存在を新たに見いだした。圧力誘起相は、常圧相とは異なる反強磁性秩序相と考えられる。

論文

Magnetic phase diagrams of YVO$$_{3}$$ and TbVO$$_{3}$$ under high pressure

備前 大輔*; 中尾 裕則*; 岩佐 和晃*; 村上 洋一*; 長壁 豊隆; 藤岡 淳*; 安江 俊夫*; 宮坂 茂樹*; 十倉 好紀*

Journal of the Physical Society of Japan, 81(2), p.024715_1 - 024715_6, 2012/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:62.88(Physics, Multidisciplinary)

低温高圧力下の中性子回折実験により、RVO$$_{3}$$(R=Y, Tb)の磁気相図を明らかにした。TbVO$$_{3}$$では、その基底状態が加圧によって${it C}$-タイプのスピン秩序(${it C}$-SO)から${it G}$-タイプのスピン秩序(${it G}$-SO)へと変化することが明らかとなった。これまでに基底状態の軌道秩序は、加圧により${it G}$-タイプの軌道秩序(${it G}$-OO)から${it C}$-タイプの軌道秩序(${it C}$-OO)へと変化することが明らかになっていたが、これと完全に対応している。一方、YVO$$_{3}$$の基底状態は、常圧から今回の最高圧力値6.2GPaまで、${it G}$-SOと${it C}$-OOが同時に存在し、非秩序相-[${it G}$-SO, ${it C}$-OO]相間の相転移が、ペロブスカイト型の遷移元素酸化物RMO$$_{3}$$において初めて観測された。両物質において[${it G}$-SO, ${it C}$-OO]相が加圧とともに安定化していくが、これは共有結合効果と超交換相互作用が重要な役割を果たしていると考えられる。

論文

Magnetic correlations and the influence of atomic disorder in frustrated isosceles triangular lattice antiferromagnet CuMnO$$_2$$

寺田 典樹*; 土屋 佳則*; 北澤 英明*; 長壁 豊隆; 目時 直人; 井川 直樹; 大山 研司*

Physical Review B, 84(6), p.064432_1 - 064432_8, 2011/08

 被引用回数:14 パーセンタイル:42.48(Materials Science, Multidisciplinary)

三角格子反強磁性体CuMnO$$_2$$の磁気相関を研究した。$$T$$$$_{rm N}$$以上で磁気励起は2次元(2D)短距離相関によって特徴づけられる。$$T$$$$_{rm N}$$以下で$$d_{z^ 2}$$軌道にほぼ平行なコリニアー構造に磁気秩序することを確認した。$$c$$軸方向の積層構造は原子の乱れを導入することで反強磁性から強磁性体に変化する。われわれは第二最近接の層間相互作用が積層構造に重要な役割をすることを発見した。$$T$$$$_{rm N}$$以下の磁気励起は三次元長距離磁気秩序に伴う集団励起によって特徴付けられる6meVのエネルギーギャップを持つスピン波励起と、比熱で示されるスピン液体のような二次元励起が観察された。

論文

AMATERAS; A Cold-neutron disk chopper spectrometer

中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥; 中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; 柴田 薫; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.B), p.SB028_1 - SB028_6, 2011/05

 被引用回数:77 パーセンタイル:6.01(Physics, Multidisciplinary)

アマテラスは、J-PARCの物質・生命科学実験施設に設置された冷中性子ディスクチョッパー型分光器であり、結合型水素モデレーターと新開発の高速ディスクチョッパーの組合せで、高分解能,高強度を両立させる最新鋭の中性子分光器である。今回の発表では、これまでの機器調整とユーザー利用の成果を踏まえ、アマテラスの現状と性能、そして、得られた成果の例を示す。

論文

High-pressure suppression of long-range magnetic order in the triangular-lattice antiferromagnet CuFeO$$_{2}$$

寺田 典樹*; 長壁 豊隆; 北澤 英明*

Physical Review B, 83(2), p.020403_1 - 020403_4, 2011/01

 被引用回数:10 パーセンタイル:52.69(Materials Science, Multidisciplinary)

三角格子反強磁性体CuFe$$_{2}$$について、静水圧下の中性子回折により、長距離磁気秩序(LRMO)が圧力により抑制されることを観測した。大気圧下の4格子のLRMO基底状態は7.9GPaでほぼ消失し、q=(0.192, 0.192, 1.5)という温度非依存の格子非整合の秩序に置き換わる。この7.9GPaで観測された格子非整合の波数は、大気圧下で格子歪みとともにLRMOが発達し始める直上の温度で観測されると予測される波数と一致する。したがって、圧力によって長距離秩序が消失するのは、磁気フラストレーションを解消して基底状態を長距離秩序へと導く格子歪みが、圧力によって抑制されたためと結論できる。

論文

Stress and temperature dependence of the structure of the martensite and X-phase in Ni$$_{2}$$MnGa

福田 隆*; 寺井 智之*; 串田 悠彰*; 掛下 知行*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久

Philosophical Magazine, 90(14), p.1925 - 1935, 2010/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:57.55(Materials Science, Multidisciplinary)

強磁性形状記憶合金Ni$$_{2}$$MnGaの、母相(P相),中間相(I相),マルテンサイト相(M相),未知のX相の間の構造上の関係を明らかにするため、一軸応力下の単結晶中性子回折により、X相の構造の、応力及び温度依存性を調べた。X相の構造は、最低温度領域に広がるM相やX相の低温低応力側に存在するI相と比べて、応力や温度に強く依存することがわかった。X相からM相への転移に関しては、両相の長周期構造におけるサテライトピークが、応力や温度に関係なく大きく変化することがわかった。一方、X相から高温側のP相への転移に関しては、サテライトピークがゆるやかに消滅することがわかった。I相からX相への転移に関しては、応力下ではサテライトピークの位置や強度が劇的に変化するが、ゼロ応力下では、その変化は連続的であった。これらの結果は、Ni$$_{2}$$MnGaの相図に多重臨界点が存在することを示唆している。

論文

Large-volume static compression using nano-polycrystalline diamond for opposed anvils in compact cells

奥地 拓生*; 佐々木 重雄*; 長壁 豊隆; 大野 祥希*; 小竹 翔子*; 鍵 裕之*

Journal of Physics; Conference Series, 215, p.012188_1 - 012188_9, 2010/03

 被引用回数:5 パーセンタイル:11.77

中性子散乱やNMRなどの微弱な信号を検出する実験手法において利用可能な圧力領域を拡大するために、小型高圧力セルの試料容積を拡大する必要がある。われわれは、対向アンビル式小型高圧力セルのアンビル材として、大型多結晶ナノダイヤ(NPD)を準備した。NPDは、単結晶ダイヤに比べて硬度が高く、大型で、強いため、高い荷重をかけることができる。われわれは、サポート式NPDアンビルと非サポート式NPDアンビルの2種類のアンビルを製作し、2種類のコンパクトな高圧力セルを用いて加圧テストを行った。その結果、0.1mm$$^{3}$$以上の試料体積に対して14GPaの圧力発生を確認した。この結果は、NPDが大型アンビルとして非常に有望であることを示したものである。

論文

Pressure-induced antiferromagnetic order in filled skutterudite PrFe$$_{4}$$P$$_{12}$$ studied by single-crystal high-pressure neutron diffraction

長壁 豊隆; 桑原 慶太郎*; 川名 大地*; 岩佐 和晃*; 菊地 大輔*; 青木 勇二*; 神木 正史*; 佐藤 英行*

Journal of the Physical Society of Japan, 79(3), p.034711_1 - 034711_7, 2010/03

 被引用回数:14 パーセンタイル:33.05(Physics, Multidisciplinary)

The order parameter in the pressure-induced insulating phase of filled skutterudite compound PrFe$$_{4}$$P$$_{12}$$ has been investigated using high-pressure single-crystal neutron diffraction technique. Clear evidence of the antiferromagnetic order with the propagation vector $$vec{q}$$ = (1, 0, 0) was observed in the insulating phase above 2.7 GPa. The $$vec{q}$$ = (1, 0, 0) structure is identical with that in the non-magnetic ordered phase below 2.5 GPa and with the nesting property of the Fermi surface. The observed magnetic moment of Pr ion is 2$$mu$$B and almost pressure independent at least up to 4.2 GPa. The 2$$mu$$B magnetic moment is originated from the dipole in the low-lying quasi-quartet crystal field sate. The pressure-induced antiferromagnetic structure under 3.2 GPa is suppressed by applying magnetic field of about 1.5 T, which is interpreted as flop of magnetic moments into alignment of ferromagnetic state. This brings about the steep decrease of the resistivity due to the disappearance of the antiferromagnetic superstructure.

論文

10GPa級単結晶中性子磁気回折のための高圧力発生技術の開発

長壁 豊隆; 山内 宏樹; 奥地 拓生*

高圧力の科学と技術, 20(1), p.72 - 75, 2010/02

10GPa級の単結晶中性子磁気回折実験のためのハイブリッドアンビル技術の開発について報告する。ハイブリッドアンビルは2種類の対向アンビルの組合せから成っている。片方はサファイアアンビル、あるいはサポート式SiCアンビルで、もう片方は、キュレットの中心に窪みを設けた炭化タングステンアンビルである。これまでのハイブリッドアンビルの加圧試験において、3.8トンの荷重で10GPaの圧力発生に成功している。

論文

Structural relation between the X-phase and other phases in Ni$$_{2}$$MnGa

掛下 知行*; 福田 隆*; 寺井 智之*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久

Materials Science Forum, 635, p.49 - 54, 2009/12

Ni$$_{2}$$MnGaのX相と他の秩序相との構造相関について研究を行った。その結果、中間相とX相の相転移では、一軸応力下で不連続な転移が観測される一方、ゼロ応力下では、転移は連続であった。また、X相からL2$$_{1}$$型の母相への転移は、連続であった。これらの結果は、Ni$$_{2}$$MnGaの多重臨界点の存在を意味している。

論文

Incommensurate structures of intermediate phase and martensite phase in Ni$$_{2}$$MnGa

串田 悠彰*; 福田 康太*; 寺井 智之*; 福田 敬*; 掛下 知行*; 大庭 卓也*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久; 加藤 健一*

Journal of Physics; Conference Series, 165, p.012054_1 - 012054_4, 2009/06

Neutron diffraction measurements using single crystal and powder synchrotron X-ray diffraction measurements revealed that an intermediate (I-) phase and a martensite (M-) phase in Ni$$_{2}$$MnGa have incommensurate modulated structures. The modulation vectors of the I- and M-phases are nearly equal to $$q$$ = 0.341 at 210 K and $$q$$ = 0.427 at 100 K, respectively. Moreover, displacements of Ni, Mn and Ga atoms in both the I- and M-phase are expressed by sinusoidal waves with the same phase and almost the same amplitudes.

論文

Neutron diffraction study on stress-induced X-phase in Ni$$_{2}$$MnGa

串田 悠彰*; 寺井 智之*; 福田 敬*; 掛下 知行*; 長壁 豊隆; 加倉井 和久

Scripta Materialia, 60(4), p.248 - 250, 2009/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:49.39(Nanoscience & Nanotechnology)

Neutron diffraction profiles of the X-phase in Ni$$_{2}$$MnGa, which is induced by applying a compressive stress, have revealed that two satellite reflections appear at incommensurate positions of [$$h$$2-$$h$$0]$$_{rm p}^{*}$$ with $$h$$ = 0.360 and 1.638 at 240 K under a compressive stress of about 30 MPa. The satellite positions of the X-phase are clearly different from those of the martensite and intermediate phases.

論文

10GPa級単結晶中性子磁気回折を目指した高圧力技術の開発

長壁 豊隆

波紋, 18(4), p.208 - 213, 2008/10

10GPa下での単結晶中性子磁気回折実験を目指して、ハイブリッドアンビル技術を開発した。これは、大型のサファイアと、キュレットの中心に窪みを設けたWCアンビルを組合せたものである。この技術を用いて、テスト実験では7GPaの圧力発生を確認した。さらにグリセリンが、10GPa下での準静水圧媒体の可能性を持つことを発見した。これらの技術要素を用いて、価数転移物質YbInCu$$_{4}$$について、6.2GPaまでの圧力下で磁気回折実験を行った。磁気モーメントがYbイオンあたり1$$mu$$$$_{rm B}$$以下と小さいにもかかわらず、明瞭な磁気回折シグナルの観測に成功した。

論文

Curved neutron guide of the cold neutron disk-chopper spectrometer at J-PARC

梶本 亮一; 中島 健次; 中村 充孝; 長壁 豊隆; 佐藤 卓*; 新井 正敏

Journal of Neutron Research, 16(3-4), p.81 - 86, 2008/09

現在、大強度陽子加速器(J-PARC)物質・生命科学実験施設(MLF)の核破砕中性子源に設置すべく冷中性子ディスクチョッパー分光器(CNDCS)が建設中である。この分光器は80meV以下の入射エネルギーの中性子を用いた低エネルギー領域の非弾性現象の研究に利用される。この分光器の減速材-試料間の距離($$L_1$$)は30mであり、減速材と試料の間には中性子スーパーミラー・ガイド管を設置する。陽子が中性子ターゲットに入射した直後に発生する速中性子や$$gamma$$線を取り除くために、ガイド管は湾曲されている(カーブドガイド)。今回の発表では、CNDCSのカーブドガイドのパフォーマンスをモンテカルロ・シミュレーション・プログラムMcStasを用いて評価した結果について報告する。カーブドガイドによる強度ゲインや中性子ビームの空間・角度分布を幾つかのスーパーミラーを幾つか変えた場合について調べた。さらに、直線ガイド管に$$T$$$$_{0}$$チョッパーを組合せた場合との比較についても考察する。

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