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秋葉 宙*; 大政 義典*; 古府 麻衣子*; Zhang, M.*; 佐藤 駿*; 山室 修*
Journal of the Physical Society of Japan, 93(9), p.091010_1 - 091010_6, 2024/09
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Multidisciplinary)AGNES is a direct geometry chopper-type time-of-flight neutron spectrometer installed at the cold neutron guide (C3-1-1) of JRR-3 (Tokai, Japan). This instrument is well-suited for studies on low-energy excitations of powdered and amorphous samples, and quasi-elastic scattering with an energy resolution of 120 
eV (standard mode) or 50 eV (high-resolution mode). During the long shutdown period of JRR-3 due to the Great East Japan Earthquake in 2011, AGNES was significantly improved through the installation of supermirror-coated neutron guide tubes and collimator, installation of a new-type top-loading cryo-furnace, and renewal of data acquisition electronics and software. As a result, the neutron intensity has increased by 7.7 times in the standard mode and by 3.2 times in the high-resolution mode. These enhancements facilitate experiments with small amounts of samples, and under special environments, which have previously been challenging.
大政 義典*; 高木 茂幸*; 戸嶋 健人*; 横山 凱乙*; 遠藤 亘*; 折茂 慎一*; 齋藤 寛之*; 山田 武*; 川北 至信; 池田 一貴*; et al.
Physical Review Research (Internet), 4(3), p.033215_1 - 033215_9, 2022/09
Quasielastic neutron scattering (QENS) and neutron powder diffraction of the complex transition metalhydrides Li
MoH
and Li
NbH were measured in a temperature range of 10-300 K to study their structures and dynamics, especially the dynamics of the hydrogen atoms. These hydrides contain unusual ninefold H coordinated complex ions (MoH
or NbH
) and hydride ions (H
). A QENS signal appeared 
150 K due to the relaxation of H atoms. The intermediate scattering functions derived from the QENS spectra are well fitted by a stretched exponential function called the Kohlrausch-Williams-Watts functions with a small stretching exponent 
0.3-0.4, suggesting a wide relaxation time distribution. The 
dependence of the elastic incoherent structure factor is reproduced by the rotational diffusion of MH
(M = Mo or Nb) anions. The results are well supported by a van Hove analysis for the motion of H atoms obtained using first-principles molecular dynamics calculations. We conclude that the wide relaxation time distribution of the MH rotation is due to the positional disorder of the surrounding Li ions and a unique rotation with MH anion deformation (pseudorotation).
古府 麻衣子; 綿貫 竜太*; 榊原 俊郎*; 河村 聖子; 中島 健次; 松浦 直人*; 上木 岳士*; 阿久津 和宏*; 山室 修*
Scientific Reports (Internet), 11(1), p.12098_1 - 12098_8, 2021/06
被引用回数：8 パーセンタイル：58.52(Multidisciplinary Sciences)Glassy magnetic behavior has been observed in a wide range of crystalline magnetic materials called spin glass. Here, we report spin glass behavior in a structural glass of a magnetic ionic liquid, C4mimFeCl
. Magnetization measurements demonstrate that an antiferromagnetic ordering occurs at 
= 2.3 K in the crystalline state, while a spin glass transition occurs at 
= 0.4 K in the structural glass state. In addition, localized magnetic excitations were found in the spin glass state by inelastic neutron scattering, in contrast to spin-wave excitations in the ordered phase of the crystalline sample. The localized excitation was scaled by the Bose population factor below and gradually disappeared above . This feature is highly reminiscent of boson peaks commonly observed in structural glasses. We suggest the "magnetic" boson peak to be one of the inherent dynamics of a spin glass state.
小島 誠治*; Novikov, V. N.*; 古府 麻衣子; 山室 修*
Physica Status Solidi (B), 257(11), p.2000073_1 - 2000073_6, 2020/11
被引用回数：5 パーセンタイル：25.28(Physics, Condensed Matter)The network structure of borate glass is remarkably modified by the addition of alkali metals. The alkali metal dependences of the first sharp diffraction peak (FSDP) and the boson peak (BP) are investigated in alkali borate glasses by elastic and inelastic neutron scattering experiments. With an increase in ionic radius of alkali ions, both the width 
of FSDP and the BP energy decrease. The comparison of the characteristic length of medium-range order (MRO) predicted by the FSDP and the position of the BP allows us to find the mean-square fluctuations of the transverse sound velocity within series of alkali borate glasses. It is shown that the fragility of the respective alkali borate melts inversely correlates with the mean-square fluctuations of the transverse sound velocity in glassy state.
Gonzal
z, M. A.*; Borodin, O.*; 古府 麻衣子; 柴田 薫; 山田 武*; 山室 修*; Xu, K.*; Price, D. L.*; Saboungi, M.-L.*
Journal of Physical Chemistry Letters (Internet), 11(17), p.7279 - 7284, 2020/09
被引用回数：24 パーセンタイル：80.04(Chemistry, Physical)"Water-in-salt" (WIS) and "water-in-bisalt" (WIBS) electrolytes have recently been developed for Li-ion batteries. We report Quasielastic Neutron Scattering (QENS) measurements on solutions of a WIS electrolyte at two concentrations, and a WIBS electrolyte at one concentration. The data were Fourier transformed to obtain experimental intermediate scattering functions (ISFs) and compared with corresponding quantities obtained from Molecular Dynamics (MD) simulations. Both QENS and MD ISFs could be fitted well by a single stretched exponential function to obtain apparent translational diffusion coefficients for the water molecules. The QENS values agree well with the MD simulations for the solutions of a WIS electrolyte at two concentrations, but MD simulations predict a slower relaxation of water compared to QENS for the WIBS electrolyte. Comparison of the incoherent and coherent scattering reveals much faster water dynamics compared with structural relaxation of the ionic framework.
古府 麻衣子; 山室 修*
Journal of the Physical Society of Japan, 89(5), p.051002_1 - 051002_12, 2020/05
被引用回数：7 パーセンタイル：47.41(Physics, Multidisciplinary)金属中の水素の挙動は、基礎および応用研究の広い領域で古くから興味がもたれてきた。金属の中でもパラジウムは特別である。パラジウムは大量の水素を吸収し、またパラジウムのfcc格子中を水素は自由に拡散する。中性子分光は水素原子の微視的ダイナミクスを調べる最適な手法であり、パラジウム中の水素のダイナミクスが精力的に研究されてきた。本論文では、研究初期から最新のパラジウム水素化物の中性子散乱研究をレビューし、バルクおよびナノサイズのパラジウム中の水素ダイナミクスがどのように理解されているか示す。
小島 誠治*; Novikov, V. N.*; 古府 麻衣子; 山室 修*
Journal of Non-Crystalline Solids, 518, p.18 - 23, 2019/08
被引用回数：6 パーセンタイル：24.57(Materials Science, Ceramics)This paper reports the variation in the first sharp diffraction peak (FSDP) and the boson peak (BP) of lithium and cesium borate glasses xM
O-(1-x)BO
(M = Li, Cs, x = 0.08, 0.14, 0.22) investigated by elastic and inelastic neutron scattering. The different content dependences between lithium and cesium borate glasses are discussed based on the different modifications of the boron-oxide network structure by the small Li and large Cs ions. The static characteristic correlation lengths R
were determined from the width of the FSDP of the static structure factor 
. The dynamic characteristic correlation lengths R
were determined from the BP energy of the dynamic structure factor 
. They are close in absolute value (about 2 nm). With increasing x, R increases, while R gradually decreases with the different rate in the lithium and cesium glasses. However, their ratio, R/R increases with the content of the metal in both the lithium and cesium glasses at the same rate. The decrease in the amplitude of elastic fluctuations with the increasing x due to the increase in fragility with the increasing x might restore the correlation between R and R in the lithium borate glasses, and this tendency may be the same for the cesium borate glasses.
中川 洋; 城地 保昌*; 北尾 彰朗*; 山室 修*; 片岡 幹雄*
Biophysical Journal, 117(2), p.229 - 238, 2019/07
被引用回数：6 パーセンタイル：19.93(Biophysics)蛋白質の柔らかさや固さは、環境に影響を受けるダイナミクスに反映される。蛋白質の低エネルギー振動スペクトルの特徴の一つである、ボソンピークは、低温や乾燥状態における蛋白質構造の固さの指標となる。この論文では、中性子非弾性散乱と分子シミュレーションによって、ボソンピークと体積についての水和,温度,圧力効果を調べた。水和,加圧,低温はボソンピークを高エネルギー側にシフトさせ、強度が小さくなり、またキャビティが小さくなった。しかし、このような効果は水和蛋白質にはあまり見られなかった。体積の減少は固さの増加を意味し、これがボソンピークシフトの起源である。ボソンピークはキャビティ体積で予測できる。この予測は、強い準弾性散乱のために実験的にはボソンピークが見分けられない場合に、非干渉性中性子散乱スペクトルにおける準弾性散乱の寄与を見積もるのに効果的である。
古府 麻衣子; Faraone, A.*; Tyagi, M.*; 長尾 道弘*; 山室 修*
Physical Review E, 98(4), p.042601_1 - 042601_6, 2018/10
被引用回数：7 パーセンタイル：49.24(Physics, Fluids & Plasmas)We report on incoherent quasielastic neutron scattering measurements examining a self-diffusion process in two types of glass-forming liquids, namely a molecular liquid (3-methylpentane) and an ionic liquid (1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide). We have experimentally demonstrated that both liquids exhibit two crossovers in the momentum transfer () dependence of the self-correlation function, which is basically described by the stretched exponential function, ![$$exp [-(t/tau)^beta]$$](/search/images/EROGK4DQEBNS0KDUF3OHIYLVFFPFYYTFORQV0JA.gif)
. The first crossover point (
~
) corresponds to a crossover from Fickian (
) to non-Fckian (
) diffusion attributed to dynamical correlation. On the other hand, the second one at 
~ is associated with the crossover from Gaussian to non-Gaussian behavior. It is remarkable that the stretching exponent 
gradually changes in between the two crossover points. We consider that the two crossovers are the universal feature for glass-forming liquids.
根本 文也*; 古府 麻衣子; 長尾 道弘*; 大石 一城*; 高田 慎一; 鈴木 淳市*; 山田 武*; 柴田 薫; 上木 岳士*; 北沢 侑造*; et al.
Journal of Chemical Physics, 149(5), p.054502_1 - 054502_11, 2018/08
被引用回数：24 パーセンタイル：74.52(Chemistry, Physical)Alkyl-methyl-imidazolium ionic liquids C
mimX (: alkyl-carbon number, X: anion) have short-range layer structures consisting of ionic and neutral (alkylchain) domains. To investigate the temperature dependences of the interlayer, interionic group, and inter-alkylchain correlations, we have measured the neutron diffraction (ND) of CmimPF ( = 16, 9.5, 8). The quasielastic neutron scattering (QENS) of C16mimPF was also measured to study the dynamics of each correlation. C16mimPF shows a first-order transition between the liquid (L) and liquid crystalline (LC) phases at 
= 394 K. C8mimPF exhibits a glass transition at 
= 200 K. C9.5mimPF has both transitions at = 225 K and = 203 K. In the ND experiments, all samples exhibit three peaks corresponding to the correlations mentioned above. The widths of the interlayer peak at ca. 0.2 changed drastically at the L-LC transitions, while the interionic peaks at ca. 1 exhibited a small jump at . The peak position and area of the three peaks did not change much at the transition. The structural changes were minimal at . The QENS experiments demonstrated that the relaxation time of the interlayer motion increased tenfold at , while those of other motions were monotonous in the whole temperature region. The structural and dynamical changes are characteristic of the L-LC transition in imidazolium-based ionic liquids.
古府 麻衣子; 橋本 直樹*; 秋葉 宙*; 小林 浩和*; 北川 宏*; 飯田 一樹*; 中村 充孝; 山室 修*
Physical Review B, 96(5), p.054304_1 - 054304_7, 2017/08
被引用回数：19 パーセンタイル：61.66(Materials Science, Multidisciplinary)中性子分光法を用いて、バルク及びナノ結晶パラジウム中の水素原子の振動状態を、広いエネルギー領域(
meV)について調べた。バルクのパラジウム水素化物では、水素の振動励起は量子調和振動子(QHO)で大まかに記述された。一方、直径8nmのナノ結晶パラジウム水素化物では、付加的な振動励起が80meV以上のエネルギー領域に観測された。この付加的な振動励起のエネルギーと強度はQHOでは説明できず、非調和性の強いトランペット型ポテンシャルにおける振動と記述された。この付加的な励起は、表面効果により安定化されたサブ表面(表面下2-3層)の正四面体サイトに配置された水素原子の振動だと考えられる。本研究は、金属ナノ粒子中の水素の振動を明瞭に検知した初めての実験的研究である。
菊地 龍弥; 中島 健次; 河村 聖子; 稲村 泰弘; 山室 修*; 古府 麻衣子*; 川北 至信; 鈴谷 賢太郎; 中村 充孝; 新井 正敏
Physical Review E, 87(6), p.062314_1 - 062314_8, 2013/06
被引用回数：21 パーセンタイル：73.39(Physics, Fluids & Plasmas)中性子準弾性散乱実験は原子分子の拡散現象において時空の相関関係を明らかにできる数少ない方法である。しかしながら、多くの場合、モデル依存性の強い解析しか行われてこなかった。われわれはモデルを必要としない解析法を開発した。その解析法では、拡散現象は指数関数的な緩和の和で表されると仮定することで、解析の結果として新しい分布関数である緩和モード分布関数
を得ることができる。この関数からはモードの個数とそのモードにおける緩和時間の分布がわかる。この解析法では潜在的な逆問題の解決のために最大エントロピー法を使用している。この解析法の最初の適用例として液体の水の実験結果を解析した。その結果、これまでに知られている2つのモードに加えて、その2つのモードの中間的な時間スケールに新たにモードが存在することが明らかになった。
柴田 恵一; 河野 俊彦*; 中川 庸雄; 岩本 修; 片倉 純一; 深堀 智生; 千葉 敏; 長谷川 明; 村田 徹*; 松延 廣幸*; et al.
Journal of Nuclear Science and Technology, 39(11), p.1125 - 1136, 2002/11
被引用回数：675 パーセンタイル：93.94(Nuclear Science & Technology)前版JENDL-3.2のフィードバック情報及び各種ベンチマークテストの結果をもとに、新版JENDL-3.3のための評価が行われた。JENDL-3.2での大きな問題点は新版により解決された。即ち、熱中性子炉体系での臨界性過大評価は
Uの核分裂断面積及び核分裂中性子スペクトルの改訂により解消された。また、重要な重核での不適切な2次中性子エネルギー分布は統計模型計算に置き換えられた。さらに、中重核での天然元素及び同位体評価値間の矛盾も無くなった。一方、20核種について共分散データを収納した。JENDL-3.3の信頼度は原子炉及び遮蔽に関するベンチマークテストにより検証された。ベンチマークテストの結果は、JENDL-3.3の予測精度がJENDL-3.2を上回ることを証明した。
mimFeCl古府 麻衣子; 綿貫 竜太*; 榊原 俊郎*; 河村 聖子; 中島 健次; 上木 岳士*; 阿久津 和宏*; 山室 修*
no journal, ,
イオン液体は現代の液体科学分野で注目されている多機能液体であり、その特性はイオン種の選択に 応じて変えることができる。たとえば、磁性イオンを含む陰イオン種を選択すると磁気特性が現れる。最初に報告された磁性イオン液体CmimFeClは、冷却速度を調整することによりガラス・結晶の両方の状態をつくることができる。興味深いことに、結晶では反強磁性磁気秩序が、ガラスではスピングラス状態が発現する。我々は、中性子散乱測定を行い、結晶ではスピン波励起、ガラスでは非分散かつブロードな磁気励起を観測した。このブロードな磁気励起は、スピングラス転移温度以下ではボーズ因子でスケールでき、構造ガラスにみられるボゾンピークと類似している。これは、周期性が欠如していることを反映し、マグノンが伝搬せずに局在化するためだと考えられる。
菊地 龍弥; 松本 正和*; 山室 修*
no journal, ,
ガスハイドレートの結晶化機構を困難にしている最も大きな理由は、ガスハイドレートを形成するガス分子は常圧では水にほとんど溶解しないことである。この問題を解決するため、気体高圧装置を用い高濃度ガス水溶液(最大2mol%程度)を作成した。作成した水溶液の中性子準弾性散乱をin-situで測定し、そのダイナミクスの変化を調べた。測定には、JRR-3(JAEA,東海村)に設置された分光器を使用した。高圧ガスは、アルゴン,キセノン,窒素,二酸化炭素を使用した。測定は、0.1MPaから100MPa, 90
Cから-10Cまでの範囲で行った。測定により得られた準弾性散乱スペクトル
を跳躍拡散運動(並進運動)と回転運動のモデルを使用し解析した。すべての試料においてガスの溶解により水の拡散係数が減少し、ハイドレート生成温度
以下では温度低下とともに減少幅が大きくなることがわかった。この実験結果は、MDシミュレーションでよく再現でき、以下ではガス分子同士が近づくことにより周りの水分子の拡散係数が減少することがわかった。
楡井 真実; 篠原 英*; 中西 尚志*; 河村 聖子; 村井 直樹; 秋葉 宙*; 山室 修*; 古府 麻衣子
no journal, ,
一般に高分子に側鎖としてアルキル鎖を導入すると柔らかくなることが経験的に知られている。一方で、その詳しいメカニズムはわかっていない。我々はアルキル鎖の無秩序性が重要な役割を果たしているのではないかと考えている。本研究ではポリチオフェン(PT)に長さが異なる分岐アルキル鎖を側鎖として導入した二種類のアルキル化ポリチオフェンPT2/6とPT8/12を対象とした。直鎖のPTは室温で固体だが、PT2/6とPT8/12はどちらも液体状態である。これら二つの試料について、J-PARCのAMATERAS分光器を用いて、中性子準弾性散乱測定を行った。アルキル鎖由来の二つの局所緩和が観測され、緩和時間およびその温度変化はPT2/6とPT8/12でほとんど同じであった。また、350K以上では水素原子の9割が100psより速く運動しており、アルキル鎖がほぼ無秩序状態にあることがわかった。講演では直鎖PTとの比較をもとに、分岐アルキル鎖の役割について議論する。
楡井 真実; 篠原 英*; 中西 尚志*; 河村 聖子; 玉造 博夢; 秋葉 宙*; 山室 修*; 古府 麻衣子
no journal, ,
ポリチオフェン(PT)は剛直な高分子であるが、側鎖としてアルキル鎖を導入すると融点が低下する。その要因の一つはアルキル鎖の無秩序による大きな配置エントロピーだと考えている。本研究ではアルキル鎖の形状による違いを調べるために、PTに分岐アルキル鎖を導入したPT2/6 (Tg=270K)とPT8/12 (Tg=217K)、直鎖アルキル鎖を導入したPT8 (Tg=256K, regiorandom)を対象とした。これらの試料のダイナミクスを中性子準弾性散乱法により調べた。測定にはJ-PARCのAMATERAS、DNA分光器を用いた。その結果、温度変化の小さい2つの速い緩和と温度変化する遅い緩和が観測された。Tgより高温での遅い緩和は主鎖の並進拡散と考えられ、その拡散係数Dは試料の粘度が低いほど高く、粘度との対応が確認された。低温では緩和強度の運動量遷移Q依存性が異なっており、Tg付近を境に別の緩和が現れている。速い緩和はアルキル鎖の回転・揺動と考えられる。これらの緩和時間はアルキル鎖の種類によらずほぼ同じであること、また緩和強度のQ依存性から、アルキル鎖全体が動くのではなく、アルキル鎖内の炭素・水素原子がそれぞれ運動していると考えられる。また、室温付近ではアルキル鎖の水素原子の大半が動いており、ほぼ無秩序状態にあることがわかった。可動な水素原子の割合は粘度の低いPT2/6ではやや低い傾向が見られた。講演では、緩和の詳細およびアルキル鎖の形状がダイナミクスに与える影響について議論する。
中島 健次; 長壁 豊隆; 山室 修*; 松田 誠
no journal, ,
2024-B期のAONSA施設長会議に向けてJRR-3における中性子科学の状況を報告する。
菊地 龍弥; 中島 健次; 河村 聖子; 稲村 泰弘; 山室 修*; 古府 麻衣子*
no journal, ,
これまでの準弾性散乱の解析法は、モデル依存性が強く、モデルを推定することが難しい場合は解析が困難であった。今回われわれは、モデル依存性の小さく汎用性の高い解析法の開発を行った。その解析手法では、拡散モデルを仮定する代わりに、拡散現象が指数関数又はその線形結合で表すことができると仮定する。その仮定において、動的構造因子S(Q,
)は、ローレンツ関数の半値半幅積分で表すことができる。この積分におけるローレンツ関数の半値半幅(緩和時間の逆数にあたる)の分布関数B(Q,
)を求めることが新しい解析法の目的である。この解析は逆ラプラス変換に相当し、解を求めることはそのままでは非常に困難である。この問題を解決するためにB(Q,)は常に正であるという仮定と最大エントロピー法(MEM)や正則化の手法を用いた。これらのことによりこの解析が可能になったのでその報告を行う。発表内容は、この解析法の具体的な方法を述べ、有用性と問題点について議論したうえで、実際の実験結果に対する適用結果を示す。
中川 洋; 城地 保昌*; 山室 修*; 片岡 幹雄
no journal, ,
蛋白質分子の全体的な構造の揺らぎは、蛋白質の構造安定性や機能発現と密接にかかわる。一方、蛋白質の動力学転移やボソンピーク等の動的特徴と、蛋白質の全体的な構造揺らぎとの関連が、中性子散乱実験と分子シミュレーションにより示唆されている。蛋白質の構造が揺らぐとき、その動きに伴い蛋白質の体積は変化する。このような蛋白質の体積揺らぎは、内部に存在する空間的な隙間(キャビティ)の存在と関係があることがわかっている。キャビティの体積は外部の圧力に敏感に反応し、例えば加圧するとキャビティの体積は減少し蛋白質の体積揺らぎは小さくなる。したがって、体積揺らぎの圧力効果を調べることは、動力学転移やボソンピークの理解に繋がると考えられる。本研究ではJRR-3のAGNES分光器を用いて中性子非弾性散乱測定を行い、蛋白質スタフィロコッカルヌクレアーゼの動力学転移やボソンピークの圧力効果を観測した。測定は常圧下と900気圧の高圧下で行った。乾燥粉末での蛋白質では、加圧によってボソンピークが高エネルギーにシフトする一方、水和状態ではピークのシフトはほとんど見られなかった。また水和状態に関係なく、加圧によって準弾性散乱は抑制されることがわかった。蛋白質の動力学転移とボソンピークの水和と圧力効果を合わせて議論し、蛋白質の低エネルギーダイナミクスへの圧力効果の詳細を発表する。
