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論文

Development of high-polarization Fe/Ge neutron polarizing supermirror; Possibility of fine-tuning of scattering length density in ion beam sputtering

丸山 龍治; 山崎 大; 阿久津 和宏*; 花島 隆泰*; 宮田 登*; 青木 裕之; 武田 全康; 曽山 和彦

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 888, p.70 - 78, 2018/04

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

イオンビームスパッタ法で成膜されたFe/Si及びFe/Ge多層膜に対して、X線及び偏極中性子反射率、走査型透過電子顕微鏡と組み合わされたエネルギー分散型X線分光分析等のプローブによって層構造や局所元素分析を行った。その結果、Fe/Ge多層膜のGe層に含まれたスパッタリングガスであるArが含まれることにより、Ge層の散乱長密度が減少し、(-)スピンの中性子に対するFeとGeの散乱長密度のコントラストがほぼ消失し偏極中性子反射において高偏極率となることがわかった。Ge層に含まれるArは、成膜時においてAeがGeターゲットで後方散乱することに起因することが知られており、偏極スーパーミラーの高偏極率化に必要な(-)スピン中性子に対する散乱長密度コントラストを微調整する新たな手法となる可能性を示すものである。この結果を基に、Niの5倍の全反射臨界角をもつFe/Ge偏極スーパーミラーを成膜し偏極反射率測定を行った結果、(+)スピン中性子の反射率が0.70以上、偏極率はビームラインの偏極性能が正しく補正されている領域においては0.985以上という高い偏極率を達成した。

論文

Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 2; Neutron scattering instruments

中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12

J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。

論文

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構における量子ビーム利用の研究開発について

武田 全康

放射線と産業, (142), p.34 - 37, 2017/06

日本原子力研究開発機構(原子力機構)から量子ビーム応用研究の一部と核融合研究の業務を分離し、放射線医学総合研究所に移管統合することで発足した量子科学技術研究開発機構(量研機構)が動き出して約1年が過ぎた。本稿では量研機構に移管されずに原子力機構に残った量子ビーム応用研究の現状を紹介する。

論文

研究用原子炉JRR-3における中性子ビーム利用研究

武田 全康

保全学, 15(2), p.31 - 34, 2016/07

研究用原子炉JRR-3は、日本原子力研究開発機構(原子力機構)が茨城県那珂郡東海村の原子力科学研究所(原科研)の敷地内に所有する熱出力20MWの高性能汎用研究炉である。平成2年に臨界に達した後、大地震が東日本をおそった平成22年度までの20年に亘りJRR-3を使った中性子ビーム利用実験(ビーム利用)と材料照射が行われてきた。ビーム利用に関しては、震災が起きた平成22年度には約22,000人・日にも及ぶ利用があった。このような大きな需要を持ちながら、停止期間が5年以上という長期間となり、学術的な側面、教育的な側面、産業利用の側面などで多くの負の影響を与えている。本稿ではJRR-3でこれまで行われてきた研究の概要、停止期間が長期にわたることによる利用者への影響及び原子力機構が行っている再稼働への取り組みを解説する。

論文

中性子ビーム利用研究における研究用原子炉JRR-3の役割; これまでとこれから

武田 全康; 松林 政仁

日本原子力学会誌, 58(6), p.371 - 375, 2016/06

国内において東日本大震災後、研究用原子炉が長期にわたり停止する中、軽水炉に引き続き、研究用原子炉の新規制基準対応審査も進展を見せ、ようやく国内での研究用原子炉の再稼働が視野に入ってきた。本解説では、日本原子力研究開発機構が所有する定常中性子源である研究用原子炉JRR-3で行われてきた中性子ビーム利用研究に焦点をあて、その概要とこれまでの利用実績を紹介する。次に大強度パルス中性子源であるJ-PARCの本格的な稼働による国内有数の研究用原子炉としてのJRR-3の位置づけの変化を踏まえた上で、JRR-3が再稼働した後の中性子ビーム利用研究の方向性を議論する。

論文

Magnetic field dependence of the canted spin moment around the interface between ferromagnetic Ni and antiferromagnetic FeMn revealed by the polarized neutron reflectivity

雨宮 健太*; 酒巻 真粧子*; 水沢 まり*; 武田 全康

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.034004_1 - 034004_6, 2015/09

The canted magnetic moment around the interface between ferromagnetic Ni and antiferromagnetic FeMn films is observed, and its dependence on the in-plane magnetic field is revealed by means of the polarized neutron reflectivity. The Ni magnetic moment at the interface to the FeMn film is suggested to be canted to the in-plane direction, while that in the inner Ni layers remains rather perpendicular to the film at weak magnetic fields. The interface moment easily rotates to the in-plane direction as increasing the magnetic field, and finally the inner layer moment also aligns in the in-plane direction at higher magnetic fields.

論文

中性子実験装置J-PARC編,2; 中性子反射率計; J-PARCにおける中性子反射率計SOFIA/写楽

山田 悟史*; 武田 全康; 山崎 大

波紋, 24(4), p.288 - 295, 2014/11

中性子反射率計は複合高分子界面構造や水面の高分子膜の形態観察、またトンネル磁気抵抗素子等をはじめとする磁性多層膜の界面磁気構造観察など、特にソフトマターの分野において他の方法では決して行うことのできない、ユニークかつインパクトの大きな成果を生み出してきた。しかしながら過去において日本での実験環境は恵まれているとは言い難く、KENSやJRR-3といった既存の施設における中性子反射装置では数インチの大きな基板に作製した試料と、数時間$$sim$$数十時間オーダーの測定時間が必要であった。また、測定可能なダイナミックレンジも5桁程度で、測定時間と共に海外の装置と比較して大きく見劣りするスペックであった。ところが、この状況はJ-PARCの登場により一変した。本稿が、J-PARCに設置された2台の中性子反射率計SOFIAと写楽(SHARAKU)について紹介し、反射率計の利用を検討している研究者の一助となれば幸いである。

論文

中性子実験装置「定常炉編」,8; 中性子反射率計

武田 全康; 山崎 大; 日野 正裕*

波紋, 24(3), p.200 - 205, 2014/08

中性子反射率法は、多層構造を持った物質の表面や埋もれた界面の構造を非破壊的に調べることのできる強力な研究手法である。中性子反射率計は、定常炉中性子源にもパルス中性子源のどちらにも設置されているが、それぞれの使われ方に特徴がある。本稿では、定常炉に設置された中性子反射率計に焦点を当てて、初心者向けに解説する。

論文

Observation of a $$p$$-wave one-neutron halo configuration on $$^{37}$$Mg

小林 信之*; 中村 隆司*; 近藤 洋介*; Tostevin, J. A.*; 宇都野 穣; 青井 考*; 馬場 秀忠*; Barthelemy, R.*; Famiano, M. A.*; 福田 直樹*; et al.

Physical Review Letters, 112(24), p.242501_1 - 242501_5, 2014/06

 被引用回数:45 パーセンタイル:6.04(Physics, Multidisciplinary)

軽い中性子過剰核では束縛線限界近くにハローと呼ばれる1あるいは2中性子が空間的に非常に広がった構造を持つことが知られているが、重くなってくると一般に軌道角運動量が大きくなり、変形も発達するためハローが存在するかどうかは不明だった。本論文では、非常に中性子過剰なマグネシウム同位体$$^{37}$$Mgの核力およびクーロン分解反応実験を理化学研究所RIBFにて行い、マグネシウム同位体でも$$p$$波と考えられるハローを持つことを初めて明らかにした。本実験では、炭素標的と鉛標的の断面積の差から、ハロー構造に敏感なクーロン力による分解反応の断面積を引き出すとともに、脱励起$$gamma$$線の測定によって、$$^{36}$$Mgの基底状態へ遷移する断面積も引き出した。実験値を大規模殻模型計算の結果と比較したところ、$$^{37}$$Mgの基底状態は$$^{36}$$Mgの基底状態に$$p$$波中性子が付いた波動関数が40%程度占め、その$$p$$波成分がハロー構造を生み出していることがわかった。

論文

Deformation-driven $$p$$-wave halos at the drip-line; $$^{31}$$Ne

中村 隆司*; 小林 信之*; 近藤 洋介*; 佐藤 義輝*; Tostevin, J. A.*; 宇都野 穣; 青井 考*; 馬場 秀忠*; 福田 直樹*; Gibelin, J.*; et al.

Physical Review Letters, 112(14), p.142501_1 - 142501_5, 2014/04

 被引用回数:28 パーセンタイル:11.87(Physics, Multidisciplinary)

理化学研究所RIBFを用いて中性子過剰核$$^{31}$$Neの1中性子分離反応実験を行い、理論計算との比較から、$$^{31}$$Neが$$p$$波ハロー(一部の中性子が核内に局在せず、空間的に極めて広がっていること)を持つことを明らかにした。この実験では、ターゲットとしてクーロン分離反応が優位な鉛と核力分離反応が優位な炭素の両方を用いるとともに、脱励起$$gamma$$線も測定することによって、包括的な断面積のみならず、$$^{30}$$Neの基底状態への直接遷移のクーロン分解断面積を決めることに成功した。その実験結果を殻模型計算と比較した結果、$$^{31}$$Neの基底状態は、$$^{30}$$Neの基底状態に$$p$$波の中性子が付加されている確率が大きく、その中性子はハローになるという特異な構造を持つことがわかった。それは、変形による$$p$$波と$$f$$波の配位混合と、$$^{31}$$Neが極めて弱く束縛されていることの両面によるものであると考えられる。

論文

Magnetoresistance effects in current-perpendicular-to-plane structures based on Fe$$_{3}$$Si/FeSi$$_{2}$$ artificial lattices

堺 研一郎*; 野田 裕太*; 武田 薫*; 武田 全康; 吉武 剛*

Physica Status Solidi (C), 10(12), p.1862 - 1865, 2013/12

 パーセンタイル:100

From Fe$$_{3}$$Si/FeSi$$_{2}$$ artificial lattices, wherein FeFe$$_{3}$$Si layers are partially epitaxially grown from the first layer on Si(111) up to the top layer across the FeSi$$_{2}$$ layers with the same orientation relationship as that in the first layer, current-perpendicular-to-plane (CPP) structures that partially contain current-in-to-plane (CIP) structural portions were fabricated by a mask method. It was confirmed that the antiparallel alignment of magnetization at a zero magnetic field due to antiferromagnetic interlayer coupling is changed to parallel alignment with the applied magnetic field by polarized neutron reflectometry. The MR ratio was comparable to that of CIP structural films. It might be because a current should predominantly flow in the CIP portion since the CIP structural portion is dimensionally so large as compared with that of the CPP portion.

論文

Role of magnetic chirality in polarization flip upon a commensurate-incommensurate magnetic phase transition in YMn$$_{2}$$O$$_{5}$$

脇本 秀一; 木村 宏之*; 坂本 勇馬*; 福永 守*; 野田 幸男*; 武田 全康; 加倉井 和久

Physical Review B, 88(14), p.140403_1 - 140403_5, 2013/10

 被引用回数:13 パーセンタイル:35.53(Materials Science, Multidisciplinary)

We have performed simultaneous measurements of magnetic chirality by using polarized neutrons and electric polarization along the $$b$$-axis of single crystals of YMn$$^{4+}$$(Mn$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$)$$^{3+}$$O$$_{5}$$ with $$x=0.047$$ and $$0.12$$, in which nonmagnetic Ga-ions dilute Mn$$^{3+}$$ spins. Measurements conducted under zero field heating after various field-cooling conditions evidence that the magnetic chirality of Mn$$^{4+}$$ cycloidal spins plays a dominant role in the incommensurate magnetic (ICM) phase, whereas the magnetic exchange striction by the Mn$$^{4+}$$-Mn$$^{3+}$$ chain plays a dominant role in the commensurate magnetic (CM) phase. The polarization of YMn$$_{2}$$O$$_{5}$$ flips upon CM to ICM phase transition because the ferroelectricity driven by the magnetic chirality and the exchange striction provides opposite directions of polarization.

報告書

中性子散乱実験用試料環境装置の紹介

下条 豊; 井畑 良明; 金子 耕士; 武田 全康

JAEA-Testing 2012-005, 63 Pages, 2013/02

JAEA-Testing-2012-005.pdf:11.94MB

中性子ビーム利用実験では、中性子の高い透過性を生かし、温度・圧力・磁場・応力等の条件がさまざまにある試料環境下での測定や、これらの条件の複合環境下での実験のような、特殊環境下において測定が行われている。これらの試料環境を作りだすために、JRR-3では、冷凍機や高温炉,強磁場発生装置等の試料環境装置が整備されている。本書では、JRR-3ガイドホール及び炉室にある各種試料環境装置の仕様, 特性についてまとめて記す。この資料がユーザーの実験実施の一助となることを目的としている。

論文

中性子散乱

武田 全康

薄膜の評価技術ハンドブック, p.51 - 53, 2013/01

薄膜の構造解析手法としての中性子散乱法の特徴を解説する。

論文

中性子線(JRR-3, J-PARC)を利用した分析

武田 全康

薄膜の評価技術ハンドブック, p.164 - 173, 2013/01

中性子線を利用した薄膜の構造解析手法の基礎知識を解説するとともに、国内の中性子散乱実験施設の現状と研究例の紹介を行う。

論文

中性子反射率法による薄膜の界面構造解析

武田 全康

エレクトロニクス実装学会誌, 15(6), p.492 - 499, 2012/09

本解説では、中性子の「波」としての性質が顕著に現れる「中性子光学」現象を使って、nmから数$$mu$$mの厚さの層が積み重なった多層膜構造を非破壊的に調べることのできる中性子反射率法について紹介する。

論文

Uniaxial-pressure control of magnetic phase transitions in a frustrated magnet CuFe$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$O$$_{2}$$ (x =0, 0.018)

中島 多朗*; 満田 節生*; 高橋 慶一郎*; 吉冨 啓祐*; 増田 一也*; 金子 周史*; 本間 勇紀*; 小林 悟*; 北澤 英明*; 小坂 昌史*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 81(9), p.094710_1 - 094710_8, 2012/09

We have investigated effects of applied uniaxial pressure ($$p$$) on magnetic phase transitions in a triangular lattice antiferromagnet CuFeO$$_{2}$$ (CFO) and a slightly Ga-substituted compound CuFe$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$O$$_{2}$$ (CFGO) with $$x$$ = 0.018. We have performed neutron diffraction, spherical neutron polarimetry, magnetic susceptibility and pyroelectric measurements under $$p$$ up to 100 MPa applied on the [1$$bar1$$0] surfaces of the single crystal samples.

論文

Uniaxial-pressure control of magnetic phase transitions in a frustrated magnet CuFe$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$O$$_{2}$$ ($$x$$ = 0, 0.018)

中島 多朗*; 満田 節生*; 高橋 慶一郎*; 吉冨 啓祐*; 増田 一也*; 金子 周史*; 本間 勇紀*; 小林 悟*; 北澤 英明*; 小坂 昌史*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 81(9), p.094710_1 - 094710_8, 2012/09

 被引用回数:9 パーセンタイル:39.11(Physics, Multidisciplinary)

We have investigated effects of applied uniaxial pressure ($$p$$) on magnetic phase transitions in a triangular lattice antiferromagnet CuFeO$$_{2}$$ (CFO) and a slightly Ga-substituted compound CuFe$$_{1-x}$$Ga$$_{x}$$O$$_{2}$$ (CFGO) with $$x$$ = 0.018 by spherical neutron polarimetry. In both of CFO and CFGO ($$x$$ = 0.018), the application of $$p$$ significantly increases the transition temperature from the paramagnetic phase to a collinear incommensurate antiferromagnetic phase. This suggests that the application of $$p$$ breaks equilateral symmetry of the triangular lattice and partially relieves geometrical spin frustration, which generally suppresses long-range magnetic orderings. Thus we demonstrated that uniaxial pressure can be an effective tool to control magnetic phase transitions in frustrated magnets.

論文

偏極中性子反射率計「写楽(SHARAKU)」(BL17)

武田 全康; 山崎 大

四季, 16, P. 4, 2012/09

J-PARCの物質・生命科学実験施設のビームライン17(BL17)に新しく設置された偏極中性子反射率計「写楽」について、その概要を紹介する。

論文

Current status of a new polarized neutron reflectometer at the intense pulsed neutron source of the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of J-PARC

武田 全康; 山崎 大; 曽山 和彦; 丸山 龍治; 林田 洋寿; 朝岡 秀人; 山崎 竜也; 久保田 正人; 相澤 一也; 新井 正敏; et al.

Chinese Journal of Physics, 50(2), p.161 - 170, 2012/04

The construction of a new polarized neutron reflectometer is now in progress at the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). MLF has the world's brightest pulsed neutron and muon sources (JSNS and MUSE). The user program of MLF has been already started in 2008, and now nine neutron and two muon spectrometers are in operation. Installation of the new reflectometer was expected to be completed in March 2011. However, the construction was interrupted by the massive earthquake hitting northeast Japan, including Tokai-mura where J-PARC is located. We expect to restart the user program of the new polarized neutron reflectometer at the beginning of next year (2012).

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