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論文

Anomalous magnetic anisotropy and magnetic nanostructure in pure Fe induced by high-pressure torsion straining

大場 洋次郎; 足立 望*; 戸高 義一*; Gilbert, E. P.*; 間宮 広明*

Physical Review Research (Internet), 2(3), p.033473_1 - 033473_6, 2020/11

Formation of nanosized spin misalignment was found in pure iron processed by high-pressure torsion straining. The small-angle neutron scattering profiles show that the spin misalignment remains in magnetic field up to 10 T, whereas the magnetization is almost saturated below 1 T based on the magnetic measurement. These results indicates that anomalous magnetic anisotropy is induced in pure iron via the high-pressure torsion straining.

論文

透過中性子による電子スピン配列の観測

間宮 広明*; 大場 洋次郎; 及川 健一

四季, 39, P. 4, 2018/06

従来、スピン配列の測定には中性子回折法が用いられていたが、回折法では試料環境機器に広い散乱窓を要するため、超高圧や強磁場等の極限環境中での測定が難しいという課題があった。回折法の代わりに、磁気回折による中性子透過率の減少を観測できれば、スピン配列の情報が得られると考えられる。そこで、反強磁性体である酸化ニッケルの中性子透過率スペクトルを測定し、磁気回折による透過率の減少を観測することに成功した。中性子透過率スペクトルは中性子ビームと同軸上で測定できるため、試料環境機器の配置の自由度が向上し、超高圧・強磁場等の極限環境下におけるスピン配列の探索が加速することが期待される。また、中性子イメージングに応用することで、磁気デバイス内部のスピン配列を非破壊的に観察できるようになると期待される。

論文

Magnetic Bragg dip and Bragg edge in neutron transmission spectra of typical spin superstructures

間宮 広明*; 大場 洋次郎; 寺田 典樹*; 渡邉 騎通*; 廣井 孝介; 篠原 武尚; 及川 健一

Scientific Reports (Internet), 7(1), p.15516_1 - 15516_8, 2017/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:8.15(Multidisciplinary Sciences)

結晶構造による中性子回折に由来する中性子透過率の減少であるブラッグディップとブラッグエッジが近年注目を集めているが、スピン配列による磁気回折に由来する磁気ブラッグディップと磁気ブラッグエッジを観測した報告はこれまでなかった。磁気ブラッグディップと磁気ブラッグエッジの観測ができると、スピン配列の解析に従来用いられてきた中性子回折法に比べ、試料環境機器の配置の自由度が格段に向上し、様々な極限環境での実験ができるようになると期待される。そこで本研究では、スピン超格子による磁気ブラッグディップと磁気ブラッグエッジの観測を目的として、典型的なスピン超格子を持つ反強磁性体であるニッケル酸化物の中性子透過率スペクトル測定を行った。その結果、単結晶では磁気ブラッグディップ、多結晶では磁気ブラッグエッジを世界で初めて観測することに成功した。

論文

Nearly localized nature of $$f$$ electrons in Ce$$T$$In$$_5$$ ($$T$$=Rh, Ir)

藤森 伸一; 岡根 哲夫; 岡本 淳; 間宮 一敏; 村松 康司; 藤森 淳*; 播磨 尚朝*; 青木 大*; 池田 修悟*; 宍戸 寛明*; et al.

Physical Review B, 67(14), p.144507_1 - 144507_5, 2003/04

 被引用回数:33 パーセンタイル:79.88(Materials Science, Multidisciplinary)

層状Ce化合物であり、磁性と超伝導の競合を示すCe$$T$$In$$_5$$ ($$T$$=Rh, Ir)に対して、紫外線光源による角度分解光電子分光と、放射光による3$$d$$-4$$f$$共鳴光電子分光を行った。実験の結果、両化合物においてCe 4$$f$$電子はほとんど局在しており、両者の電子状態が似通っていることが明らかとなった。

口頭

垂直磁気記録型ハードディスク膜の中性子小角散乱実験

萩谷 裕之; 奥 隆之; 吉良 弘; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 武田 全康; 加倉井 和久; 横山 淳*; 西原 美一*; 大場 洋次郎*; et al.

no journal, , 

垂直磁気記録膜は、現在、コンピュータの主記録媒体として使われているが、さらなる高密度化に向けた研究開発が進められている。高密度化を目指すうえで、媒体ノイズが高密度化の妨げになっている。ノイズの原因には、粒間の交換結合によって形成した磁気クラスターによる影響が報告されている。しかし、このクラスターサイズを定量的に評価できないため、クラスターサイズと媒体ノイズの相関関係が明らかになっていない。そこで、本研究では垂直磁気記録膜内のクラスターサイズの定量的な評価を目的に、CoPtCr-SiO$$_{2}$$とTbFeCoの2種類の垂直磁気記録膜試料について中性子小角実験を行った。その結果、CoPtCr-SiO$$_{2}$$では、核及び磁気散乱データの解析結果より粒中心間距離がd$$sim$$51nmであるのに対して、50$$sim$$200nmのスケールの磁気秩序が形成されていることが示唆された。一方、TbFeCoでは有意な中性子小角散乱は観測されなかった。また、同試料について、粒間の磁気的相互作用の強さを評価することを目的として、現在、磁化測定を進めている。学会では、実験結果について報告するとともに、粒間の磁気的相互作用の強さとクラスターサイズとの相関について議論する。

口頭

垂直磁気記録膜における磁気クラスターサイズの定量的評価

萩谷 裕之; 奥 隆之; 吉良 弘; 篠原 武尚; 鈴木 淳市; 加倉井 和久; 横山 淳*; 西原 美一*; 間宮 広明*; 大場 洋次郎*; et al.

no journal, , 

垂直磁気記録媒体の高密度化を目指すうえで、磁気記録ノイズの低減が課題である。磁気クラスターによる転移性ノイズの影響が既に報告されているが、このクラスターサイズを定量的に評価できないため、クラスターサイズと媒体ノイズの相関関係が明らかになっていない。そこで、これまでにわれわれは垂直磁気記録膜内のクラスターサイズの定量的な評価を目的に、CoPtCr-SiO$$_{2}$$垂直磁気記録膜試料について中性子小角実験を行った。その結果、観測した試料の磁気クラスターサイズは500$$sim$$2000${AA}$の大きさであることが示唆された。今回、われわれは同試料について、磁気力顕微鏡観察及び磁場磁化測定を行った。磁気力顕微鏡観察の結果、中性子小角散乱で観測されたクラスターサイズとほぼ等しいサイズの磁気クラスターが観測された。また、粒間の磁気的相互作用の強さを評価するために磁場磁化データを、$$Delta$$M法を用いて解析した。その結果、$$Delta$$M値は磁場5kOe付近を中心とするブロードな負のピークを示した。学会では、中性子小角散乱実験や磁化測定の結果について報告するとともに、粒間の磁気的相互作用の強さとクラスターサイズとの相関について議論する予定である。

口頭

埋め戻し材を用いた岩盤中の酸化還元緩衝能力に関する原位置試験

村上 裕晃; 天野 由記; 雨宮 浩樹; 佐々木 祥人; 岩月 輝希; 吉川 英樹

no journal, , 

地下深部が化学的及び生物化学的なプロセスにより還元環境に維持されている事例は多くの既往研究において示されている。他方、高レベル放射性廃棄物の地層処分において、処分場の閉鎖時に地表に保管して酸化したズリとベントナイトを混合した埋め戻し材を使用する場合は、酸化的な環境が形成されることが予想される。本研究では、酸化したズリを含んだ埋め戻し材がどのようなプロセスで還元環境へと回復していくのかを把握するため、特に生物化学的なプロセスに着目したボーリング孔規模での埋め戻し試験を実施した。その結果、埋め戻し材中の微生物数は、埋め戻し前の乾燥状態の試料よりも埋め戻し後に回収した試料の方が1$$sim$$2桁オーダーで増加しており、微生物を介した反応が還元環境を形成する役割を担っている可能性が示唆された。しかし、微生物のDNA解析の結果から、本試験の期間(141日間)内では、酸化された埋戻し材は埋め戻し前のボーリング孔のような還元環境まで回復していないと推察される。今後は継時的な埋め戻し材の酸化還元環境の変化とそのプロセスの把握及び手法の開発を行っていく。

口頭

Planktonic and attached microbes in deep subsurface

佐々木 祥人; 浅野 貴博*; 伊勢 孝太郎; 佐藤 智文; 村上 裕晃; 雨宮 浩樹; 天野 由記; 岩月 輝希; 吉川 英樹

no journal, , 

これまでにさまざまな地域で深部地下の微生物についての研究が進められ、微生物相や微生物活動に関する情報が蓄積されつつある。微生物は、地下水水中の化学状態に影響するひとつの因子である。岩石表面は地下水中に比べ、鉱物や有機物が多く存在しており微生物反応の場としては好適環境であると考えられる。しかしながら、これまでの多くの研究は帯水相における水中の微生物相に関する報告であり、亀裂表面における付着微生物に関する報告は少ない。われわれは岩石表面と地下水中の微生物相を調べ、堆積岩表面に付着する微生物と浮遊している微生物相の違いを明らかにした。

口頭

Neutron diffraction study of rare-earth compound Ho$$_5$$Pd$$_2$$ with a large magnetocaloric effect

北澤 英明*; 河村 幸彦*; 寺田 典樹*; 間宮 広明*; 鈴木 博之*; Doenni, A.*; 金子 耕士; 目時 直人; 井川 直樹

no journal, , 

多結晶Ho$$_5$$Pd$$_2$$の中性子回折実験をJRR-3にて行った。100K以下で、k=(0.18, 0.18, 0.18)の秩序ベクトルを伴う磁気ピークを観察した。ピーク線幅は最低温度5Kでも非常に広く、この物質は低温で長波長のモジュレーションを伴った短距離秩序が生じることが明らかとなった。

口頭

Neutron scattering study toward to development of energy-efficient environment-friendly refrigeration technology

北澤 英明*; 河村 幸彦*; 間宮 広明*; 寺田 典樹*; 鈴木 博之*; 辻井 直人*; Doenni, A.*; 金子 耕士; 目時 直人; 井川 直樹; et al.

no journal, , 

冷凍機の高性能蓄冷材としての用途が期待されるHo$$_5$$Pd$$_2$$と希薄スピネルフェライトについて、JRR-3における粉末中性子回折実験の結果を報告する。100K以下で、k=(0.18, 0.18, 0.18)の秩序ベクトルを伴う磁気ピークを観察した。ピーク線幅は最低温度5Kでも非常に広く、この物質は低温で長波長のモジュレーションを伴った短距離秩序が生じることが明らかとなった。

口頭

Interaction of rare earth elements and suspended matters contained in Horonobe deep groundwater

桐島 陽*; 久野 温*; 雨宮 浩樹; 村上 裕晃; 天野 由記; 岩月 輝希; 水野 崇; 窪田 卓見*; 佐々木 隆之*; 佐藤 修彰*

no journal, , 

深部地下水中における元素の存在形態とその移行挙動を理解することを目的として、原子力機構幌延深地層研究所の地下水に含まれる懸濁物と希土類元素との相互作用について検討を行った。嫌気状態を維持したまま採水した地下水にマイナーアクチノイド(MA)のアナログ元素として希土類元素を添加(10ppb)した。この地下水を、複数の限外ろ過膜を孔径の大きいものから順に4段階(0.2$$mu$$mから1kDa)セットした多連式ろ過システムを用いて限外ろ過した。各段階のフィルターを通過したろ液をICP-MSにて分析した。また、通水後のフィルター表面をSEM-EDXとTOF-SIMSによる元素マッピングにて分析し、フィルター上の捕集物を中性子放射化分析により定量分析した。その結果、希土類元素はリン酸塩粒子が溶解度制限固相となるとともに、リン酸塩粒子とならなかった希土類元素はフミン物質等の有機物と疑似コロイドを形成することがわかった。これらの結果は、MAのアナログとして参照可能であり、処分技術の信頼性向上に寄与する。

口頭

幌延URL地下水を用いたコロイドに関する研究,1; 限外濾過手法を用いた地下水中のコロイド特性調査

天野 由記; 雨宮 浩樹; 村上 裕晃; 岩月 輝希; 寺島 元基; 水野 崇; 桐島 陽*; 久野 温*; 佐々木 隆之*; 窪田 卓見*; et al.

no journal, , 

幌延URLにて、ボーリング掘削による汚染の影響を極力排除し、原位置環境条件を保持した状態で、限外濾過手法を用いてコロイドを採取した。コロイド粒子と微量元素の相互作用に関する基礎情報を得るために、地下水及びコロイドの化学特性について評価した。

口頭

幌延URL地下水を用いたコロイドに関する研究,3; 深部地下水に含まれる懸濁物と希土類元素との相互作用

桐島 陽*; 久野 温*; 雨宮 浩樹; 村上 裕晃; 天野 由記; 岩月 輝希; 水野 崇; 窪田 卓見*; 佐々木 隆之*; 佐藤 修彰*

no journal, , 

幌延URLにて採取した深部地下水に希土類元素(REE)を添加した。これを各種のフィルターで分画し、各フラクションを分析することで地下水中に含まれる懸濁物等とREEがどのように相互作用するかを検討した。

口頭

幌延URL地下水を用いたコロイドに関する研究,2; U,Th,希土類元素の定量法の開発と測定結果

鴻上 貴之*; 佐々木 隆之*; 雨宮 浩樹; 村上 裕晃; 天野 由記; 岩月 輝希; 水野 崇; 窪田 卓見*; 桐島 陽*

no journal, , 

高塩分濃度の地下水中の極微量元素であるU, Th及び希土類元素の定量法としてICP-MS分析フローを開発した。同法を幌延URLで採水した地下水に適用し、同元素濃度を測定した。

口頭

磁気冷却材料R$$_5$$Pd$$_2$$(R=Tb, Ho)の巨大磁気熱量効果と短距離秩序

北澤 英明*; 河村 幸彦*; Keller, L.*; 豊泉 沙織*; 寺田 典樹*; 鈴木 博之*; 間宮 広明*; Doenni, A.*; Lee, S.*; 目時 直人; et al.

no journal, , 

反強磁性秩序を持つにもかかわらず非常に大きな磁気熱量効果を持つHo$$_5$$Pd$$_2$$の磁気構造を得るため、中性子散乱実験を行った。その結果、k=0.18, 0.18, 0.18の短距離秩序が$$T$$$$_N$$以上から成長することを発見した。また、Tb$$_5$$Pd$$_2$$の実験も行って比較したところ、やはり、$$T$$$$_N$$の2倍以上高温からk=0.22, 0.22, 0.22の短距離磁気相関が発達していることが明らかになった。

口頭

Estimation of palaeohydrochemical conditions using carbonate minerals

雨宮 浩樹; 水野 崇; 岩月 輝希; 湯口 貴史; 村上 裕晃; 國分 陽子

no journal, , 

放射性廃棄物の地層処分において、地下深部の長期的な地球化学環境の変遷を推定することは重要な課題となっている。長期的な地球化学特性の変遷の調査解析は、地下水の滞留時間の範囲内においては、地下水を分析することにより直接的に地球化学的特性を把握することが可能である。一方、地下水の滞留時間を超える時間スケールを対象とする場合においては、過去の地球化学特性を反映した地下水を直接採取することができないため、地下水から沈殿した二次鉱物を利用し地球化学的特性(温度、塩分濃度、pHおよび酸化還元電位)を推測することが有効な方法のひとつである。演者は炭酸塩鉱物を用いて過去の地下水の地球化学特性を推定し地下深部における地球化学的条件の把握を試みたこれまでの研究をレビューした。その結果、炭酸塩鉱物沈殿時の地下水の温度と塩分濃度は定量的に評価できる一方、pHおよび酸化還元電位は定性的な評価しかできていないが、炭酸塩鉱物中のマンガン,鉄,ウランなどの重金属や希土類元素の含有量を用いて酸化還元電位を定量的に推定できる可能性が示唆された。

口頭

Estimation and thermodynamic analysis of natural thorium, uranium, and REE concentrations in groundwater at Horonobe URL

佐々木 隆之*; 鴻上 貴之*; 雨宮 浩樹; 村上 裕晃; 天野 由記; 岩月 輝希; 水野 崇; 小林 大志*; 桐島 陽*

no journal, , 

地下水中のTh, Uおよび希土類元素(REEs)の濃度を熱力学的解析により評価するため、幌延深地層研究センター周辺に分布する地下水を対象に調査を行った。地下水は幌延深地層研究センターの研究坑道内、深度140mおよび250m坑道から掘削したボーリング孔より嫌気状態で直接採水した。コロイドの分布については、原位置において0.2$$mu$$mおよび10kDaの限外ろ過膜によるろ過により評価した。また、ろ過した地下水との比較のため、ろ過していない地下水も採取した。地下水の分析および熱力学解析の結果、ThおよびUについては溶解度がそれぞれThO$$_{2}$$(cr)およびUO$$_{2}$$(cr)に支配されていることがわかった。一方、REEsについては濃度が低く、また、軽REEsにおいてコロイドの影響が顕著であった。リン酸塩鉱物を溶解度制限固相として溶解度を算出した結果、分析結果が海水とリン酸塩鉱物間のREEの固液平衡によって説明可能であることがわかった。

口頭

地質環境長期安定性評価確証技術開発,6; 炭酸塩鉱物測定技術

渡邊 隆広; 國分 陽子; 村上 裕晃; 横山 立憲; 雨宮 浩樹; 水野 崇; 久保田 満; 岩月 輝希

no journal, , 

地質環境の長期安定性を評価するためには、過去の地質環境の変動幅を把握し、その結果に基づいて将来の変動幅を推定するといった手法の構築が必要である。このためには、過去の地下水の流動特性や化学的条件(酸化還元電位やpH)を把握することが必要である。これまでに地下水の化学組成に基づいて、地下水の滞留時間を評価する試みが行われてきたが、過去の地下水の化学的条件の変遷を連続的に把握することは困難であった。一方、地下水から沈殿した炭酸塩鉱物は、沈殿当時の年代と化学的状態を示す成分(例えば、ウラン, 鉛, 鉄や希土類元素の相対量など)を保持している可能性が高い。岩盤中の割れ目を充填する炭酸塩鉱物を古環境指標として活用するためには試料の局所領域を数十マイクロメートル以下で分析可能なレーザーアブレーション付き誘導結合プラズマ質量分析装置(LA-ICPMS)が有効である。本技術開発においては、日本原子力研究開発機構土岐地球年代学研究所に導入したLA-ICP質量分析計を用いて、炭酸塩鉱物の局所領域のU-Pb年代測定について技術基盤の構築を進めた。さらに、過去の化学的状態を復元するため、炭酸塩鉱物と地下水間の鉄の分配係数をもとにした酸化還元電位推定手法の適用性を検討した。

口頭

HPT加工した純鉄における特異な磁気ナノ構造

大場 洋次郎; 足立 望*; 戸高 義一*; 間宮 広明*

no journal, , 

HPT(high-pressure torsion)加工は、試料の力学特性と磁気特性に影響を与えることから、構造材料研究および磁性材料研究において注目されている。そこで、HPT加工によって形成されるミクロ組織と磁気構造の特徴を調べるため、中性子小角散乱法を用いてHPT加工した純鉄の解析を行った。測定の結果、HPT加工によって純鉄中にナノサイズの磁気構造が形成されることを見出した。この磁気ナノ構造は、純鉄中で磁気異方性エネルギーが局所的に変化していることに起因しており、ナノサイズで電子状態の変化が生じていることを示唆している。これは、HPT加工した純鉄で観測された潤滑油膜の吸着挙動の変化と関連している可能性がある。また、磁気異方性は磁性材料にとって重要な値であることから、新たな磁性材料開発に応用できる可能性がある。

口頭

磁気ブラッグエッジ・ブラッグディップによるスピン秩序解析

間宮 広明*; 大場 洋次郎; 寺田 典樹*; 渡邉 騎通*; 廣井 孝介; 篠原 武尚; 及川 健一

no journal, , 

現在、スピン配列がもたらす機能性を利用した新しいメモリや磁気冷凍デバイス等が提案されたことによって、新たなスピン配列やその機能性の探索が重要度を増して来ている。従来、スピン配列の解析には主に中性子回折法が利用されてきた。しかしながら、中性子回折法で効率よく測定を行うためには、試料の周囲に広い散乱窓を設ける必要があり、試料環境機器を設置し難いという問題があった。そこで本研究では、回折によって生じる中性子透過率の減少である「磁気ブラッグエッジ・磁気ブラッグディップ」を測定し、スピン配列を解析する手法を考案した。これを実証するため、典型的な反強磁性体であるニッケル酸化物の中性子透過率スペクトルを測定し、多結晶では磁気ブラッグエッジ、単結晶では磁気ブラッグディップを観測することに成功した。

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