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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

http://dx.doi.org/10.1016/j.physb.2018.11.065
 被引用回数：2 パーセンタイル：14.61(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

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

http://dx.doi.org/10.1016/j.physb.2018.05.028
 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

Local structure study of the iron-based systems of BaFe$$_2$$As$$_2$$ and LiFeAs by X-ray PDF and XAFS analyses

Li, S.*; 豊田 真幸*; 小林 義明*; 伊藤 正行*; 池内 和彦*; 米田 安宏; 大谷 彬*; 松村 大樹; 浅野 駿*; 水木 純一郎*; et al.

Physica C, 555, p.45 - 53, 2018/12

http://dx.doi.org/10.1016/j.physc.2018.10.003
 パーセンタイル：100(Physics, Applied)

鉄系超伝導体のBaFe$$_2$$As$$_2$$とLiFeAsの局所構造解析をX線PDF解析とXAFSを利用して行った。BaFe$$_2$$As$$_2$$の構造相転移温度ではPDFで得られた局所構造には変化が見られたが、EXAFSで得られた局所構造には変化を見出すことができなかった。これらのデータは室温の平均構造が正方晶相において、局所的な斜方歪みを考慮する必要があることを示唆している。

論文

Gapless magnetic excitation in a heavily electron-doped antiferromagnetic phase of LaFeAsO$$_{0.5}$$D$$_{0.5}$$

玉造 博夢*; 平賀 晴弘*; 池内 和彦*; 飯村 壮史*; 村場 善行*; 中村 充孝; 佐賀山 基*; 山浦 淳一*; 村上 洋一*; 倉本 義夫*; et al.

Physical Review B, 98(17), p.174415_1 - 174415_6, 2018/11

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.98.174415
 被引用回数：1 パーセンタイル：100(Materials Science, Multidisciplinary)

中性子非弾性散乱実験によりLaFeAsO$$_{0.5}$$D$$_{0.5}$$の第二反強磁性母相におけるギャップレス磁気励起の研究を行った。実験の結果、他の鉄系超伝導の母物質とは異なり、LaFeAsO$$_{0.5}$$D$$_{0.5}$$では磁気励起ギャップが4Kもの非常に低い温度においてもなお観測されないことを見出した。このギャップレス励起はab面内の擬等方性に起因するものと理解され、バンド計算による先行研究の結果と一致する。さらに、この相での磁気励起強度はノンドープのLaFeAsOに比べてはるかに強いこと、及び、常磁性相においてもなおLaFeAsO$$_{0.5}$$D$$_{0.5}$$の磁気励起が存在することを見出した本研究の実験結果は、本系において電子ドープが局在性を増強すると主張する最近の研究結果を強く支持する。

論文

Al-impurity-induced magnetic excitations in heavily over-doped La$$_{1.7}$$Sr$$_{0.3}$$Cu$$_{0.95}$$Al$$_{0.05}$$O$$_{4}$$

池内 和彦*; 中島 健次; 河村 聖子; 梶本 亮一; 脇本 秀一; 鈴木 謙介*; 藤田 全基*

AIP Advances (Internet), 8(10), p.101318_1 - 101318_5, 2018/10

https://doi.org/10.1063/1.5043077

中性子散乱実験により、Al不純物を導入した実効ホール濃度0.25の銅酸化物超伝導体、La$$_{1.7}$$Sr$$_{0.3}$$Cu$$_{0.95}$$Al$$_{0.05}$$O$$_{4}$$の巨大単結晶について、磁気励起を測定した。

論文

Neutron inelastic scattering study of the $$f$$-electron states in NdPd$$_5$$Al$$_2$$

目時 直人; 山内 宏樹; 鈴木 博之*; 北澤 英明*; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; 梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘

Journal of the Physical Society of Japan, 87(8), p.084708_1 - 084708_7, 2018/08

http://dx.doi.org/10.7566/JPSJ.87.084708
 被引用回数：3 パーセンタイル：18.09(Physics, Multidisciplinary)

$$f$$電子化合物NdPd$$_5$$Al$$_2$$の中性子散乱による研究を行った。0K, 35.4K, 88.3K, 101.5K, and 198.8Kの結晶場レベルを励起スペクトルから明らかにした。$$Gamma_6$$基底状態は主として$$J_z=pm9/2$$の軌道によって構成され、これが大きな負の$$B_{20}=-1.4$$Kと一軸異方性を生じる。結晶場から計算された磁気モーメント, 帯磁率, 磁化曲線, 比熱は実験をよく説明する。CePd$$_5$$Al$$_2$$やPrPd$$_5$$Al$$_2$$と共通した電荷分布の存在は同じ構造を持つアクチノイド化合物においても局在的な性質が重要で、UPd$$_5$$Al$$_2$$の局在5$$f$$電子状態やNpPd$$_5$$Al$$_2$$の重い電子系超伝導にその価数の不安定性が重要な役割をすることを示している。

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

https://doi.org/10.1088/1742-6596/1021/1/012030

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

Odd and even modes of neutron spin resonance in the bilayer iron-based superconductor CaKFe$$_{4}$$As$$_{4}$$

Xie, T.*; Wei, Y.*; Gong, D.*; Fennell, T.*; Stuhr, U.*; 梶本 亮一; 池内 和彦*; Li, S.*; Hu, J.*; Luo, H.*

Physical Review Letters, 120(26), p.267003_1 - 267003_7, 2018/06

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.267003
 被引用回数：3 パーセンタイル：18.09(Physics, Multidisciplinary)

We report an inelastic neutron scattering study on the spin resonance in the bilayer iron-based superconductor CaKFe$$_4$$As$$_4$$. In contrast to its quasi-two-dimensional electron structure, three strongly $$L$$-dependent modes of spin resonance are found below $$T_c$$ = 35 K. The mode energies are below and linearly scale with the total superconducting gaps summed on the nesting hole and electron pockets, essentially in agreement with the results in cuprate and heavy fermion superconductors. This observation supports the sign-reversed Cooper-pairing mechanism under multiple pairing channels and resolves the long-standing puzzles concerning the broadening and dispersive spin resonance peak in iron pnictides. More importantly, the triple resonant modes can be classified into odd and even symmetries with respect to the distance of Fe-Fe planes within the Fe-As bilayer unit. Thus, our results closely resemble those in the bilayer cuprates with nondegenerate spin excitations, suggesting that these two high-$$T_c$$ superconducting families share a common nature.

論文

Magnetic excitations in the orbital disordered phase of MnV$$_2$$O$$_4$$

松浦 慧介*; 佐賀山 基*; 上原 周*; 新居 陽一*; 梶本 亮一; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; Ji, S.*; 阿部 伸行*; 有馬 孝尚*

Physica B; Condensed Matter, 536, p.372 - 376, 2018/05

http://dx.doi.org/10.1016/j.physb.2017.09.085
 パーセンタイル：100(Physics, Condensed Matter)

We have investigated the temperature dependence of magnetic dynamics in a spinel-type vanadium oxide MnV$$_2$$O$$_4$$ by inelastic neutron scattering. The scattering intensity of excitation around 20 meV disappears in the collinear intermediate-temperature cubic-ferrimagnetic phase, which reveals that this excitation should be peculiar to the orbital ordered phase. We have found a weakly dispersive mode emergent from a non-integer wavevector $$(1.4,1.4,0)$$ at 56 K, which lies in the cubic-ferrimagnetic phase between non-coplanar ferrimagnetic and paramagnetic phases. This indicates that the probable presence of an incommensurate instability in the simple collinear structure.

論文

Detailed study of the structure of the low-energy magnetic excitations in overdoped La$$_{1.75}$$Sr$$_{0.25}$$CuO$$_{4}$$

池内 和彦*; 菊地 龍弥*; 中島 健次; 梶本 亮一; 脇本 秀一; 藤田 全基*

Physica B; Condensed Matter, 536, p.717 - 719, 2018/05

http://dx.doi.org/10.1016/j.physb.2017.11.022
 被引用回数：1 パーセンタイル：60.13(Physics, Condensed Matter)

銅酸化物高温超伝導体の過剰ドープ領域における低エネルギーの磁気励起の構造の詳細を調べるために、我々は、La$$_{1.75}$$Sr$$_{0.25}$$CuO$$_{4}$$の中性子非弾性散乱実験を行った。過去に報告されたように、非整合な磁気相関に対応した$$Q_{rm tet}$$ = (0.5 $$pm$$ $$delta$$, 0.5)/(0.5, 0.5 $$pm$$ $$delta$$)を中心とした磁気励起を明瞭に観測した。それに加えて、$$Q_{rm tet}=(0.5, 0.5)$$を中心とした円環状の励起も観測された。円環の半径($$r$$=0.109)は、磁気相関の非整合性($$delta$$=0.118)より小さい。このことは、円環状の磁気励起は非整合な磁気相関とはその原因を異にしていることを示唆している。La$$_{2-x}$$Sr$$_{x}$$CuO$$_{4}$$の磁気励起はこのように2種類の励起を持つことが示唆される。

論文

Fe-impurity-induced magnetic excitations in heavily over-doped La$$_{1.7}$$Sr$$_{0.3}$$Cu$$_{0.95}$$Fe$$_{0.05}$$O$$_{4}$$

池内 和彦*; 菊地 龍弥*; 中島 健次; 梶本 亮一; 脇本 秀一; 藤田 全基*

Journal of Physics; Conference Series, 969(1), p.012024_1 - 012024_5, 2018/04

https://doi.org/10.1088/1742-6596/969/1/012024

Inelastic neutron scattering experiments were performed to investigate the effect of Fe substitution on the magnetic excitation spectra in a heavily hole-doped cuprate system La$$_{1.7}$$Sr$$_{0.3}$$Cu$$_{0.95}$$Fe$$_{0.05}$$O$$_{4}$$. Well-defined low-energy magnetic excitations, associated with a static magnetic order, were observed at the incommensurate (IC) positions. The incommensurability of 0.144 (r.l.u) was larger than that of $$sim$$0.125 (r.l.u) in LSCO with $$x$$ = 0.25, suggesting an increase of incommensurability by Fe substitution. In addition to the obvious effect on IC excitations, we show the emergence of ring-shaped magnetic excitations by Fe-substitution. These results are incompatible with a simple pinning scenario of the stripe order, which is characterized by local spin correlations. The metallic aspect of the low-energy part of the magnetic excitation, which underlies high-temperature superconductivity in over-doped cuprate systems, would be enhanced/induced by Fe substitution.

論文

Spin-orbital correlated dynamics in the spinel-type vanadium oxide MnV$$_{2}$$O$$_{4}$$

松浦 慧介*; 佐賀山 基*; 上原 周*; 新居 陽一*; 梶本 亮一; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; Ji, S.*; 阿部 伸行*; 有馬 孝尚*

Physical Review Letters, 119(1), p.017201_1 - 017201_6, 2017/07

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.119.017201
 被引用回数：3 パーセンタイル：39.14(Physics, Multidisciplinary)

We investigate the magnetic dynamics in the spinel-type vanadium oxide MnV$$_2$$O$$_4$$. Inelastic neutron scattering around 10 meV and a Heisenberg model analysis have revealed that V$$^{3+}$$ spin-wave modes exist at a lower-energy region than previously reported. The scattering around 20 meV cannot be reproduced with the spin-wave analysis. We propose that this scattering could originate from the spin-orbital coupled excitation. This scattering is most likely attributable to V$$^{3+}$$ spin-wave modes, entangled with the orbital hybridization between $$t_{2g}$$ orbitals.

論文

Spin excitations in optimally P-doped BaFe$$_2$$(As$$_{0.7}$$P$$_{0.3}$$)$$_2$$ superconductor

Hu, D.*; Yin, Z.*; Zhang, W.*; Ewings, R. A.*; 池内 和彦*; 中村 充孝; Roessli, B.*; Wei, Y.*; Zhao, L.*; Chen, G.*; et al.

Physical Review B, 94(9), p.094504_1 - 094504_7, 2016/09

AA2016-0252.pdf:2.18MB

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.94.094504
 被引用回数：6 パーセンタイル：42.75(Materials Science, Multidisciplinary)

最適Pドープされた超伝導体BaFe$$_2$$(As$$_{0.7}$$P$$_{0.3}$$)$$_2$$ (T$$_c$$=30K)におけるスピン励起の温度及びエネルギー依存性が非弾性中性子散乱実験を使って調べられた。我々の実験結果は密度汎関数理論や動的平均場理論で予想される計算結果と矛盾しておらず、BaFe$$_2$$(As$$_{0.7}$$P$$_{0.3}$$)$$_2$$における平均プニクトゲン高さの減少が、電子相関の強さを弱め、磁気励起の有効バンド幅の増加に寄与することを示唆している。

論文

Spin excitations in hole-overdoped iron-based superconductors

堀金 和正*; 木方 邦宏*; 藤田 慧*; 梶本 亮一; 池内 和彦*; Ji, S.*; 秋光 純*; Lee, C. H.*

Scientific Reports (Internet), 6, p.33303_1 - 33303_6, 2016/09

http://dx.doi.org/10.1038/srep33303
 被引用回数：6 パーセンタイル：32.76(Multidisciplinary Sciences)

We report a study on the spin fluctuations of the hole-overdoped iron-based superconductors Ba$$_{1-x}$$K$$_x$$Fe$$_2$$As$$_2$$ ($$x$$ = 0.5 and 1.0; $$T_c$$ = 36 K and 3.4 K, respectively) over the entire Brillouin zone using inelastic neutron scattering. We find that their spin spectra consist of spin wave and chimney-like dispersions. The chimney-like dispersion can be attributed to the itinerant character of magnetism. The band width of the spin wave-like dispersion is almost constant from the non-doped to optimum-doped region, which is followed by a large reduction in the overdoped region. This suggests that the superconductivity is suppressed by the reduction of magnetic exchange couplings, indicating a strong relationship between magnetism and superconductivity in iron-based superconductors.

論文

Observation of momentum-resolved charge fluctuations proximate to the charge-order phase using resonant inelastic X-ray scattering

吉田 雅洋*; 石井 賢司; 中 惇*; 石原 純夫*; Jarrige, I.*; 池内 和彦*; 村上 洋一*; 工藤 一貴*; 小池 洋二*; 永田 知子*; et al.

Scientific Reports (Internet), 6, p.23611_1 - 23611_8, 2016/03

http://dx.doi.org/10.1038/srep23611
 パーセンタイル：100(Multidisciplinary Sciences)

In strongly correlated electron systems, enhanced fluctuations in the proximity of the ordered states of electronic degrees of freedom often induce anomalous electronic properties such as unconventional superconductivity. While spin fluctuations in the energy-momentum space have been studied widely using inelastic neutron scattering, other degrees of freedom, i.e., charge and orbital, have hardly been explored thus far. Here, we use resonant inelastic X-ray scattering to observe charge fluctuations proximate to the charge-order phase in transition metal oxides. In the two-leg ladder of Sr$$_{14-x}$$Ca$$_x$$Cu$$_{24}$$O$$_{41}$$, charge fluctuations are enhanced at the propagation vector of the charge order ($$mathbf{q}_mathrm{CO}$$) when the order is melted by raising the temperature or by doping holes. In contrast, charge fluctuations are observed not only at $$mathbf{q}_mathrm{CO}$$ but also at other momenta in a geometrically frustrated triangular bilayer lattice of LuFe$$_2$$O$$_4$$. The observed charge fluctuations have a high energy ($$sim$$ 1 eV), suggesting that the Coulomb repulsion between electrons plays an important role in the formation of the charge order.

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

http://dx.doi.org/10.11484/jaea-conf-2015-002

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

http://dx.doi.org/10.11484/jaea-conf-2015-002

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

Phonons of Fe-based superconductor Ca$$_{10}$$Pt$$_4$$As$$_8$$(Fe$$_{1-x}$$Pt$$_x$$As)$$_{10}$$

池内 和彦*; 小林 義明*; 鈴木 一範*; 伊藤 正行*; 梶本 亮一; Bourges, P.*; Christianson, A. D.*; 中村 博樹; 町田 昌彦; 佐藤 正俊*

Journal of Physics; Condensed Matter, 27(46), p.465701_1 - 465701_7, 2015/11

http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/27/46/465701
 被引用回数：1 パーセンタイル：90.7(Physics, Condensed Matter)

中性子非弾性散乱実験による超伝導体Ca$$_{10}$$Pt$$_4$$As$$_8$$(Fe$$_{1-x}$$Pt$$_x$$As)$$_{10}$$のフォノンの測定結果を報告する。特に転移温度33K付近でのクーパー対に対する軌道揺らぎの影響を調査し、弾性定数$$C_{66}$$に対応する面内横音響フォノンに少しソフト化が起きていることを観測した。また、転移温度以上の温度で面内光学フォノンが異常に強く変化するのを観測した。このモードは鉄と砒素の面内振動に対応しており、鉄のd軌道の軌道揺らぎと格子系の結合に関する情報を与えている。この結果は超伝導発現機構やいわゆるネマティック相の研究に有益な情報をもたらすものである。

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

http://dx.doi.org/10.7566/JPSCP.8.036001

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

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

http://dx.doi.org/10.7566/JPSCP.8.034013

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.

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