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論文

Pulsed muon facility of J-PARC MUSE

下村浩一郎*; 幸田章宏*; Pant, A. D.*; 砂川光*; 藤森寛*; 梅垣いづみ*; 中村惇平*; 藤原理賀; 反保元伸*; 河村成肇*; et al.

Interactions (Internet), 245(1), p.31_1 - 31_6, 2024/12

https://doi.org/10.1007/s10751-024-01863-8

J-PARC Muon Facility: MUSE (Muon Science Establishment) is responsible for the inter-university user program and the operation, maintenance, and construction of the muon beamlines, namely D-line, S-line, U-line, and H-line, along with the muon source at J-PARC Materials and Life Science Facility (MLF). In this paper, recent developments are briefly presented.

論文

Local electronic structure of interstitial hydrogen in MgH inferred from muon study

門野良典*; 平石雅俊*; 岡部博孝*; 幸田章宏*; 伊藤孝

Journal of Physics; Condensed Matter, 35(28), p.285503_1 - 285503_13, 2023/07

https://doi.org/10.1088/1361-648X/acccc7

被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Condensed Matter)

Magnesium hydride has great potential as a solid hydrogen (H) storage material because of its high H storage capacity of 7.6 wt%. However, its slow hydrogenation and dehydrogenation kinetics and the high temperature of 300 C required for decomposition are major obstacles to small-scale applications such as automobiles. The local electronic structure of interstitial H in MgH is an important fundamental knowledge in solving this problem, which has been studied mainly based on density functional theory (DFT). However, few experimental studies have been performed to assess the results of DFT calculations. We have therefore introduced muon (Mu) as pseudo-H into MgH and investigated the corresponding interstitial H states by analyzing their electronic and dynamical properties in detail. As a result, we observed multiple Mu states similar to those observed in wide-gap oxides, and found that their electronic states can be attributed to relaxed-excited states associated with donor/acceptor levels predicted by the recently proposed ambipolarity model. This provides an indirect support for the DFT calculations on which the model is based via the donor/acceptor levels. An important implication of the muon results for improved hydrogen kinetics is that dehydrogenation, serving as a reduction for hydrides, stabilises the interstitial H state.

論文

Present status of J-PARC MUSE

下村浩一郎*; 幸田章宏*; Pant, A. D.*; 名取寛顕*; 藤森寛*; 梅垣いづみ*; 中村惇平*; 反保元伸*; 河村成肇*; 手島菜月*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 2462, p.012033_1 - 012033_5, 2023/03

https://doi.org/10.1088/1742-6596/2462/1/012033

被引用回数：0 パーセンタイル：0.21(Physics, Applied)

At J-PARC MUSE, since the SR2017 conference and up to FY2022, there have been several new developments at the facility, including the completion of a new experimental area S2 at the surface muon beamline S-line and the first muon beam extraction to the H1 area in the H-line, mainly to carry out high-statistics fundamental physics experiments. Several new studies are also underway, such as applying negative muon non-destructive elemental analysis to the analysis of samples returned from the asteroid Ryugu in the D2 area of the D-line. This paper reports on the latest status of MUSE.

論文

車載用熱交換器の着霜評価

黒田陸斗*; 松本亮介*; 小田豊*; 深井吾央*; 木田健太*; 飯倉寛; 栗田圭輔

2022年度日本冷凍空調学会年次大会講演論文集, 6 Pages, 2022/09

霜の形成は、熱交換器の熱伝達性能に熱抵抗を引き起こす。本研究では、カーエアコンシステムに使用される熱交換器上の着霜分布を中性子ラジオグラフィにより評価した。着霜の初期段階では、熱交換器の上流側に霜が発生したが、時間の経過とともに熱交換器の下流側に霜が付着していった。

論文

Dimensional reduction by geometrical frustration in a cubic antiferromagnet composed of tetrahedral clusters

大熊隆太郎*; 古府麻衣子; 浅井晋一郎*; Avdeev, M.*; 幸田章宏*; 岡部博孝*; 平石雅俊*; 竹下聡史*; 小嶋健児*; 門野良典*; et al.

Nature Communications (Internet), 12, p.4382_1 - 4382_7, 2021/07

https://doi.org/10.1038/s41467-021-24636-1

被引用回数：7 パーセンタイル：60.19(Multidisciplinary Sciences)

Dimensionality is a critical factor in determining the properties of solids and is an apparent built- in character of the crystal structure. However, it can be an emergent and tunable property in geometrically frustrated spin systems. Here, we study the spin dynamics of the tetrahedral cluster antiferromagnet, pharmacosiderite, via muon spin resonance and neutron scattering. We find that the spin correlation exhibits a two-dimensional characteristic despite the isotropic connectivity of tetrahedral clusters made of spin 5/2 Fe $^{3+}$ ions in the three-dimensional cubic crystal, which we ascribe to two-dimensionalisation by geometrical frustration based on spin wave calculations. Moreover, we suggest that even one-dimensionalisation occurs in the decoupled layers, generating low-energy and one-dimensional excitation modes, causing large spin fluctuation in the classical spin system.

論文

Origin of magnetovolume effect in a cobaltite

Miao, P.*; Tan, Z.*; Lee, S. H.*; 石川喜久*; 鳥居周輝*; 米村雅雄*; 幸田章宏*; 小松一生*; 町田真一*; 佐野亜沙美; et al.

Physical Review B, 103(9), p.094302_1 - 094302_18, 2021/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.103.094302

被引用回数：2 パーセンタイル：17.05(Materials Science, Multidisciplinary)

層状ペロブスカイトPrBaCo $_{2}$ O $_{5.5}$ は、熱膨張のない複合材料を作るために必要な負の熱膨張(NTE)を示す。NTEは、自発的な磁気秩序と密接に関連していることがわかっていた(磁気体積効果: MVE)。今回、われわれは、PrBaCo $_{2}$ O $_{5.5}$ の連続的な磁気体積効果が、本質的には不連続であり、大きな体積を持つ反強磁性絶縁体(AFILV)から、小さな体積をもつ強磁性卑絶縁体(FLISV)への磁気電気的相転移に起因することを明らかにした。また、磁気電気効果(ME)は、温度,キャリアドーピング,静水圧,磁場などの複数の外部刺激に対して高い感度を示した。これは、これまでよく知られている対称性の破れを伴う巨大磁気抵抗やマルチフェロイック効果などのMEとは対照的であり、輝コバルト鉱のMEは同一の結晶構造で起こる。われわれの発見は、MEとNTEを実現するための新しい方法を示しており、それは新しい技術に応用されるかもしれない。

論文

Quantum magnetisms in uniform triangular lattices Li $_{2}$ Mo $_{3}$ O $_{8}$ ( = 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

https://doi.org/10.1038/s41598-018-36123-7

被引用回数：10 パーセンタイル：58.97(Multidisciplinary Sciences)

Molecular based spin-1/2 triangular lattice systems have attracted research interest. LiMoO ( = In or Sc) is such a compound where spin-1/2 MoO $_{13}$ clusters in place of Mo ions form the uniform triangular lattice. Here, we report exotic magnetisms in LiInMoO and LiScMoO investigated by muon spin rotation (SR) and inelastic neutron scattering (INS) spectroscopies. LiInMoO exhibits spin wave excitation which is quantitatively described by the nearest neighbor anisotropic Heisenberg model based on the 120 $^{circ}$ spin structure. In contrast, LiScMoO 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

New precise measurements of muonium hyperfine structure at J-PARC MUSE

Strasser, P.*; 阿部充志*; 青木正治*; Choi, S.*; 深尾祥紀*; 東芳隆*; 樋口嵩*; 飯沼裕美*; 池戸豊*; 石田勝彦*; et al.

EPJ Web of Conferences, 198, p.00003_1 - 00003_8, 2019/01

https://doi.org/10.1051/epjconf/201919800003

被引用回数：13 パーセンタイル：98.93(Quantum Science & Technology)

High precision measurements of the ground state hyperfine structure (HFS) of muonium is a stringent tool for testing bound-state quantum electrodynamics (QED) theory, determining fundamental constants of the muon magnetic moment and mass, and searches for new physics. Muonium is the most suitable system to test QED because both theoretical and experimental values can be precisely determined. Previous measurements were performed decades ago at LAMPF with uncertainties mostly dominated by statistical errors. At the J-PARC Muon Science Facility (MUSE), the MuSEUM collaboration is planning complementary measurements of muonium HFS both at zero and high magnetic field. The new high-intensity muon beam that will soon be available at H-Line will provide an opportunity to improve the precision of these measurements by one order of magnitude. An overview of the different aspects of these new muonium HFS measurements, the current status of the preparation for high-field measurements, and the latest results at zero field are presented.

論文

New precise measurement of muonium hyperfine structure interval at J-PARC

上野恭裕*; 青木正治*; 深尾祥紀*; 東芳隆*; 樋口嵩*; 飯沼裕美*; 池戸豊*; 石田勝彦*; 伊藤孝; 岩崎雅彦*; et al.

Hyperfine Interactions, 238(1), p.14_1 - 14_6, 2017/11

https://doi.org/10.1007/s10751-016-1381-7

被引用回数：3 パーセンタイル：86.37(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

MuSEUM is an international collaboration aiming at a new precise measurement of the muonium hyperfine structure at J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex). Utilizing its intense pulsed muon beam, we expect a ten-fold improvement for both measurements at high magnetic field and zero magnetic field. We have developed a sophisticated monitoring system, including a beam profile monitor to measure the 3D distribution of muonium atoms to suppress the systematic uncertainty.

論文

Materials and Life Science Experimental Facility at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 4; The Muon Facility

髭本亘; 門野良典*; 河村成肇*; 幸田章宏*; 小嶋健児*; 牧村俊助*; 的場史朗*; 三宅康博*; 下村浩一郎*; Strasser, P.*

Quantum Beam Science (Internet), 1(1), p.11_1 - 11_24, 2017/06

https://doi.org/10.3390/qubs1010011

ミュオン科学実験施設はJ-PARCにおいて中性子, ハドロン, ニュートリノ各施設と並ぶ利用施設である。ミュオン施設では、物質生命科学実験棟において中性子実験施設と共有している高エネルギーの陽子により発生させたミュオンを用いて様々な科学研究に用いている。本レビューではミュオン科学実験施設の現状について報告する。

論文

New muonium HFS measurements at J-PARC/MUSE

Strasser, P.*; 青木正治*; 深尾祥紀*; 東芳隆*; 樋口嵩*; 飯沼裕美*; 池戸豊*; 石田勝彦*; 伊藤孝; 岩崎雅彦*; et al.

Hyperfine Interactions, 237(1), p.124_1 - 124_9, 2016/12

https://doi.org/10.1007/s10751-016-1331-4

被引用回数：7 パーセンタイル：90.97(Physics, Atomic, Molecular & Chemical)

At the Muon Science Facility (MUSE) of J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex), the MuSEUM collaboration is planning new measurements of the ground state hyperfine structure (HFS) of muonium both at zero field and at high magnetic field. The previous measurements were performed both at LAMPF (Los Alamos Meson Physics Facility) with experimental uncertainties mostly dominated by statistical errors. The new high intensity muon beam that will soon be available at MUSE H-Line will provide an opportunity to improve the precision of these measurements by one order of magnitude. An overview of the different aspects of these new muonium HFS measurements, the current status of the preparation, and the results of a first commissioning test experiment at zero field are presented.

論文

Effects of Mn substitution on the thermoelectric properties and thermal excitations of the electron-doped perovskite Sr $_{1-x}$ La $_{x}$ TiO $_{3}$

奥田哲治*; 畑博人*; 江藤貴弘*; 草原彰吾*; 小田涼佑*; 梶創揮*; 仁科康佑*; 桑原英樹*; 中村充孝; 梶本亮一

Journal of the Physical Society of Japan, 85(9), p.094717_1 - 094717_6, 2016/09

https://doi.org/10.7566/JPSJ.85.094717

被引用回数：5 パーセンタイル：39.89(Physics, Multidisciplinary)

We studied how Mn substitution affects the thermoelectric properties and thermal excitations of the electron-doped perovskite Sr $_{1-x}$ La $_{x}$ TiO $_{3}$ by measuring its electrical and thermal transport properties, magnetization, specific heat, and inelastic neutron scattering. Slight Mn substitution with the lattice defects enhanced the Seebeck coefficient, perhaps because of coupling between itinerant electrons and localized spins or between itinerant electrons and local lattice distortion around Mn $^{3+}$ ions, while it enhanced anharmonic lattice vibrations, which effectively suppressed thermal conductivity in a state of high electrical conductivity. Consequently, slight Mn substitution increased the dimensionless thermoelectric figure of merit for Sr $_{1-x}$ La $_{x}$ TiO $_{3}$ near room temperature.

報告書

ITER準拠制御システムによるジャイロトロン制御システムの開発と運用

大島克己; 小田靖久; 高橋幸司; 寺門正之; 池田亮介; 林一生*; 森山伸一; 梶原健; 坂本慶司

JAEA-Technology 2015-061, 65 Pages, 2016/03

JAEA-Technology-2015-061.pdf:24.28MB

原子力機構では、ITERのEC H&CDシステムの開発に向け、ITERのPlant Control Design Handbookに準拠したジャイロトロン運転システムローカル制御システムのプロトタイプ開発を行った。本システムは、ITER CODAC Core Systemを使用して開発し、ジャイロトロン運転システムの状態遷移管理と監視をはじめ、ジャイロトロンの発振のための電源システムのタイミング制御と運転波形収集の機能を実装した。本システムを用いて、ITERのジャイロトロン運転システムに準拠した電源構成にて、ITER用170 GHzジャイロトロンの大電力発振シーケンスをITER準拠機材で制御する実証試験に成功した。現在、本システムを運用してジャイロトロンの調達に伴う性能確認試験を進めている。本報告書は、ITER準拠制御システムによるジャイロトロン運転システムの概要、基本設計及び機能の詳細、及び最新の運用結果についてまとめたものである。

論文

Progress and status of the gyrotron development for the JT-60SA ECH/CD system

小林貴之; 澤畠正之; 寺門正之; 平内慎一; 池田亮介; 小田靖久; 和田健次; 日向淳; 横倉賢治; 星野克道; et al.

Proceedings of 40th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2015) (USB Flash Drive), 3 Pages, 2015/08

JT-60SAにおける電子サイクロトロン加熱電流駆動(ECH/CD)用にジャイロトロン開発を行っている。高出力、長パルス試験を行い、110GHzと138GHzの2つの周波数において、1MW/100秒の出力を得ることに世界で初めて成功した。この結果により、JT-60SAに求められるジャイロトロンの性能を、完全に満たした。また、空胴共振器、コレクター及び不要高周波の吸収体の熱負荷を実験的に評価した結果、熱負荷の観点では、更なる高出力での運転が、両方の周波数で可能であることを示した。さらに、上記2周波数に加えた付加的な周波数として、82GHzでの発振が、これまでのところ、0.4MW/2秒まで得られている。110/138GHzにおける1.5MW以上の出力や、82GHzにおける1MW出力を目指した大電力試験が進展中であり、最新の成果について報告する。

論文

Gyrotron development for high-power, long-pulse electron cyclotron heating and current drive at two frequencies in JT-60SA and its extension toward operation at three frequencies

小林貴之; 森山伸一; 横倉賢治; 澤畠正之; 寺門正之; 平内慎一; 和田健次; 佐藤福克; 日向淳; 星野克道; et al.

Nuclear Fusion, 55(6), p.063008_1 - 063008_8, 2015/06

https://doi.org/10.1088/0029-5515/55/6/063008

被引用回数：25 パーセンタイル：77.41(Physics, Fluids & Plasmas)

JT-60SAにおける電子サイクロトロン加熱電流駆動(ECH/CD)のため、高出力、長パルス発振を110GHzと138GHzの両方で実現するジャイロトロンを開発した。2周波数で運転可能なジャイロトロンとして、世界で初めて、1MW、100秒間の発振を両周波数で実証した。三極型電子銃を用いてアノード電圧又は電子のピッチファクターの最適化することが、2周波数で高出力と高効率を得るために重要であった。また、本ジャイロトロン内部での損失は、今後の1.5MW以上での発振を想定した場合でも十分に小さいと予測される結果が得られた。さらに、上記2周波数はJT-60SAにおいては第二高調波として入射されるが、基本波として使用可能な82GHzでの発振についても、0.4MWで2秒まで実証した。これらのジャイロトロン開発の成果により、JT-60SAにおけるECH/CD装置の適用可能領域の大幅な拡張に寄与することが期待される。

論文

ITER準拠制御システムによるジャイロトロンローカル制御システムの開発

小田靖久; 大島克己; 中本崇志*; 橋本慰登*; 山本剛史; 林一生*; 池田幸治; 池田亮介; 梶原健; 高橋幸司; et al.

プラズマ・核融合学会誌, 90(7), p.365 - 373, 2014/07

https://cir.nii.ac.jp/crid/1570854177951360512

原子力機構では、ITERのECシステムの開発に向け、ITERのPlant Control Design Handbookに準拠したジャイロトロン運転システムのローカル制御システムのプロトタイプ開発を行った。本システムは、ITER CODAC Core Systemを使用して開発し、ジャイロトロン運転システムの状態遷移管理と監視をはじめ、ならびにジャイロトロンの発振のための電源システムのタイミング制御と運転波形収集の機能を実装した。本システムを用いて、ITERのジャイロトロン運転システムに準拠した電源構成にて、ITER用170GHzジャイロトロンの大電力発振シーケンスをITER準拠機材で制御する実証試験を行い、大電力RF発振を確認した。

論文

Bipartite magnetic parent phases in the iron oxypnictide superconductor

平石雅俊*; 飯村壮史*; 小嶋健児*; 山浦淳一*; 平賀晴弘*; 池田一貴*; Miao, P.*; 石川喜久*; 鳥居周輝*; 宮崎正範*; et al.

Nature Physics, 10(4), p.300 - 303, 2014/04

https://doi.org/10.1038/nphys2906

被引用回数：103 パーセンタイル：95.39(Physics, Multidisciplinary)

High-temperature (high- $T_{rm c}$ ) superconductivity appears as a consequence of the carrier-doping of an undoped parent compound exhibiting antiferromagnetic order; thereby, ground-state properties of the parent compound are closely relevant to the superconducting state. On the basis of the concept, a spin-fluctuation has been addressed as an origin of pairing of the superconducting electrons in cuprates. Whereas, there is growing interest in the pairing mechanism such as an unconventional spin-fluctuation or an advanced orbital-fluctuation due to the characteristic multi-orbital system in iron-pnictides. Here, we report the discovery of an antiferromagnetic order as well as a unique structural transition in electron-overdoped LaFeAsO $_{1-x}$ H (), whereby another parent phase was uncovered, albeit heavily doped. The unprecedented two-dome superconducting phases observed in this material can be interpreted as a consequence of the carrier-doping starting from the original at and advanced at parent phases toward the intermediate region. The bipartite parent phases with distinct physical properties in the second magnetic phase provide us with an interesting example to illustrate the intimate interplay among the magnetic interaction, structural change and orbital degree of freedom in iron-pnictides.

論文

Spin-nematic interaction in the multiferroic compound Ba $_{2}$ CoGe $_{2}$ O $_{7}$

左右田稔*; 松本正茂*; Mnsson, M.*; 河村聖子; 中島健次; 椎名亮輔*; 益田隆嗣*

Physical Review Letters, 112(12), p.127205_1 - 127205_5, 2014/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.127205

被引用回数：37 パーセンタイル：84.37(Physics, Multidisciplinary)

面内容易型の反強磁性体Ba $_{2}$ CoGe $_{2}$ O $_{7}$ について、磁気異方性と磁気揺動を調べることにより、スピンネマティック相互作用が実在することを示した。

論文

Suppression of time-reversal symmetry breaking superconductivity in Pr(Os $_{1-x}$ Ru)Sb $_{12}$ and Pr $_{1-y}$ LaOsSb $_{12}$

Shu, L.*; 髭本亘; 青木勇二*; Hillier, A. D.*; 大石一城*; 石田憲二*; 門野良典*; 幸田章宏*; Bernal, O. O.*; MacLaughlin, D. E.*; et al.

Physical Review B, 83(10), p.100504_1 - 100504_4, 2011/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.83.100504

被引用回数：34 パーセンタイル：77.64(Materials Science, Multidisciplinary)

時間反転対称性(TRS)の破れた超伝導状態について調べるため、Pr(Os $_{1-x}$ Ru)Sb $_{12}$ とPr $_{1-y}$ LaOsSb $_{12}$ 合金において零磁場ミュオンスピン緩和測定を行った。TRSは自発的な局所磁場の発生で知ることができる。両合金において磁場は最初は減少したが、Ru置換系ではLa置換系に比べて50%速い現象がみられた。この結果から、TRSはで抑制されるが、La置換系ではすべての濃度において残ることが明らかになった。この結果は結晶場励起子によるクーパー対形成によるTRSの破れた超伝導機構を支持するものである。

論文

J-PARC muon facility, MUSE

三宅康博*; 下村浩一郎*; 河村成肇*; Strasser, P.*; 牧村俊助*; 幸田章宏*; 藤森寛*; 中原一隆*; 竹下聡史*; 小林庸男*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 225, p.012036_1 - 012036_7, 2010/06

https://doi.org/10.1088/1742-6596/225/1/012036

被引用回数：9 パーセンタイル：92.69(Physics, Applied)

The science facility (MUSE) along with the neutron, hadron and neutrino facilities is one of the experimental areas PF the J-PARC project, which was approved for construction in a period from 2001 to 2008. Construction of the MLF building was started in the beginning of 2004, and was completed at the end of the 2006 fiscal year. On September 19th, 2008, the graphite target for muon production was placed into the 3 GeV proton beam line. On September 26th, 2008, we finally succeeded to extract surface muon beams. We also succeeded in the extraction of the decay muons on December 25th, 2008.