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報告書

Proceedings of the User Group Meeting on MLF Spectrometers (DIRECTION 2018); October 11, 2018, Ibaraki Quantum Beam Research Center (Tokai, Ibaraki, Japan)

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 松浦 直人*

JAEA-Review 2018-024, 78 Pages, 2019/01

JAEA-Review-2018-024.pdf:76.52MB

平成30年10月11日、MLF中性子分光器による合同のユーザーミーティング「DIRECTION 2018」がJ-PARC MLF、高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所、総合科学研究機構の共催で開催された。本ミーティングは6つの分光器、すなわちBL01(4SEASONS)、BL02(DNA)、BL06(VIN ROSE)、BL12(HRC)、BL14(AMATERAS)、BL23(POLANO)におけるユーザー利用の活性化およびユーザーと装置の協力関係の構築を目指して開催されたものである。研究会では14件の口頭発表および21件のポスター発表が行われ、各装置を利用して行われた研究成果の紹介、各装置や試料環境に関する現状の報告がなされるとともに、装置や試料環境に関する要望や今後の展開等について密接な議論が交わされた。本報告書はこのミーティングの講演要旨および講演で使用された発表資料を収録したものである。

報告書

Proceedings of the MLF User Group Meeting on Direct Geometry Spectrometers (DIRECTION 2017); October 16?17, 2017, Ibaraki Quantum Beam Research Center (Tokai, Ibaraki, Japan)

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 蒲沢 和也*; 中村 充孝; 河村 聖子; 伊藤 晋一*; 中島 健次

JAEA-Review 2017-031, 107 Pages, 2018/02

JAEA-Review-2017-031.pdf:17.43MB

平成29年10月16日$$sim$$17日の2日間にわたり、いばらき量子ビーム研究センターにおいて、J-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)の4台の直接配置型(チョッパー型)中性子分光器合同のユーザーミーティング「DIRECTION 2017」が開催された。4台の装置とは4SEASONS (BL01), HRC (BL12), AMATERAS (BL14), POLANO (BL23)であり、本ミーティングはこれらの装置におけるユーザー利用の活性化に向けて、J-PARC MLF, 高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所, 総合科学研究機構の共催で開催されたものである。本ミーティングでは各装置、試料環境、ソフトウェアの最新状況に加え、各装置における最近の実験およびデータ解析の例が幅広い研究分野にわたって紹介された。本報告書はこのミーティングの講演要旨および講演で使用された発表資料を収録したものである。

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

Spin wave dispersion just above the magnetic order-order transition in the metallic antiferromagnet Mn$$_{3}$$Pt

井深 壮史*; 横尾 哲也*; 伊藤 晋一*; 蒲沢 和也*; 中村 充孝; 今井 基晴*

Journal of Physics; Conference Series, 868(1), p.012017_1 - 012017_6, 2017/07

非弾性中性子散乱実験を用いて秩序-秩序転移点直上における金属反強磁性体Mn$$_{3}$$Ptのスピン波を調べ、結晶主軸方向に沿ったスピン波の分散は400Kにおいて等方的であることを見出した。これらの実験結果は、温度上昇によるスティフネス定数の大幅な減少を示すものであり、Mn$$_{3}$$Ptが有する磁気モーメントの遍歴性を示唆するものである。

論文

Time-of-flight elastic and inelastic neutron scattering studies on the localized 4d electron layered perovskite La$$_5$$Mo$$_4$$O$$_{16}$$

飯田 一樹*; 梶本 亮一; 水野 雄介*; 蒲沢 和也*; 稲村 泰弘; 星川 晃範*; 吉田 幸彦*; 松川 健*; 石垣 徹*; 河村 幸彦*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 86(6), p.064803_1 - 064803_6, 2017/06

 パーセンタイル:100(Physics, Multidisciplinary)

The magnetic structure and spin wave excitations in the quasi-square-lattice layered perovskite compound La$$_5$$Mo$$_4$$O$$_{16}$$ were studied by a combination of neutron diffraction and inelastic neutron scattering techniques using polycrystalline sample. Neutron powder diffraction refinement revealed that the magnetic structure is ferrimagnetic in the $$ab$$ plane with antiferromagnetic stacking along the $$c$$-axis. The inelastic neutron scattering results display strong easy-axis magnetic anisotropy along the $$c$$-axis due to the spin-orbit interaction in Mo ions. The model Hamiltonian consisting of in-plane anisotropic exchange interactions, the interlayer exchange interaction, and easy-axis single-ion anisotropy can explain our inelastic neutron scattering data well. Strong Ising-like anisotropy and weak interlayer coupling compared with the intralayer exchange interaction can explain both the high-temperature magnetoresistance and long-time magnetization decay recently observed in La$$_5$$Mo$$_4$$O$$_{16}$$.

論文

Inelastic and quasi-elastic neutron scattering spectrometers in J-PARC

瀬戸 秀紀; 伊藤 晋一; 横尾 哲也*; 遠藤 仁*; 中島 健次; 柴田 薫; 梶本 亮一; 河村 聖子; 中村 充孝; 川北 至信; et al.

Biochimica et Biophysica Acta; General Subjects, 1861(1), p.3651 - 3660, 2017/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:9.94(Biochemistry & Molecular Biology)

1MWクラスのパルス中性子源であるJ-PARCの物質・生命科学実験施設には、23の中性子ビームラインがあり、21台の装置が稼働、建設中である。このうち6台は中性子非弾性、及び、準弾性実験のための装置であり、生命科学研究に大いに寄与するものである。

論文

Science from the initial operation of HRC

伊藤 晋一*; 横尾 哲也*; 益田 隆嗣*; 吉澤 英樹*; 左右田 稔*; 池田 陽一*; 井深 壮史*; 川名 大地*; 佐藤 卓*; 南部 雄亮*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.034001_1 - 034001_6, 2015/09

Since the installation of the High Resolution Chopper Spectrometer, HRC, experiments using the HRC are being conducted to observe the dynamics in wide range of physics. Scientific results during the period since the initial construction are summarized.

論文

動き出したJ-PARC中性子非弾性散乱装置「四季」; 中性子非弾性散乱実験の新規手法の実証

梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 水野 文夫; 横尾 哲也*; 中谷 健; 新井 正敏; 藤田 全基*

固体物理, 45(2), p.79 - 89, 2010/02

近年、世界各国で新たな中性子実験施設の建設や既存の施設の高度化が進められているが、我が国でも日本原子力研究開発機構と高エネルギー加速器研究機構によってJ-PARC物質・生命科学実験施設(MLF)に大強度の核破砕パルス中性子実験施設が建設された。従来世界最高の性能を有していた核破砕パルス中性子源である英国のISISでは陽子ビーム出力が160kWであったのに対し、J-PARCでは1MWとなる予定であり、米国のSNS(1.4MW)と並んで世界有数の中性子実験施設となる見込みである。MLFは2008年5月にいよいよ初めての中性子ビームを生成し、その後も順調に強度を上げ、現在既にISISに匹敵する120kWでの定常運転を行っている。このような時期を迎え、われわれは分解能をそれほど追求しない代わりに、運動量とエネルギーの4次元空間を大強度・高効率で測定可能な非弾性散乱装置の実現を目指してMLFに4次元空間中性子探査装置(通称「四季4SEASONS」)の建設を進めてきた。現在、四季は建設フェイズをほぼ終え、いよいよ本格的な利用フェイズに移行しつつある。そこで、本レビューではこの四季の原理及び仕様について概説した後、最近本装置を用いて実証に成功した新しい非弾性散乱実験手法を紹介する。

論文

First demonstration of novel method for inelastic neutron scattering measurement utilizing multiple incident energies

中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 水野 文夫; 藤田 全基*; 横尾 哲也*; 新井 正敏

Journal of the Physical Society of Japan, 78(9), p.093002_1 - 093002_4, 2009/09

 被引用回数:68 パーセンタイル:7.5(Physics, Multidisciplinary)

さまざまな運動量-エネルギー空間にわたる複数個の動的構造因子二次元マップを一回の測定で同時に取得できることを実験的に実証することに成功した。この方法は飛行時間測定における不感時間を減少させ、測定の効率を飛躍的に向上させるものである。J-PARCのチョッパー分光器四季を利用して得られた今回の成果は、非弾性中性子散乱測定の新たな可能性を切り開くものと期待される。

論文

Study of the neutron guide design of the 4SEASONS spectrometer at J-PARC

梶本 亮一; 中島 健次; 中村 充孝; 曽山 和彦; 横尾 哲也*; 及川 健一; 新井 正敏

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 600(1), p.185 - 188, 2009/02

 被引用回数:8 パーセンタイル:40.95(Instruments & Instrumentation)

4SEASONSは大強度陽子加速器施設(J-PARC),物質・生命科学実験施設(MLF)の核破砕中性子研究施設に建設されるチョッパー型非弾性散乱装置の一つである。この装置は300meV以下のエネルギー範囲において高い測定効率を得ることを目的としている。そのためには中性子スーパーミラーによるガイド管を設置することにより試料位置における中性子強度を増強することが不可欠である。しかし、対象とするエネルギー範囲が広いため、単純な形状のガイド管では十分な強度の増強が望めない。そこで、本発表では、4SEASONSにとって最適なガイド管形状について解析的,数値的に検討した結果について報告する。

論文

Conceptual design of magic chopper used for 4SEASONS at J-PARC

中村 充孝; 新井 正敏; 梶本 亮一; 横尾 哲也*; 中島 健次; Krist, T.*

Journal of Neutron Research, 16(3-4), p.87 - 92, 2008/09

4SEASONSは特別なフェルミチョッパーを利用することで複数の入射エネルギーを活用し、測定効率を向上することができるように設計されている。この方法はRRM測定と呼ばれるものであるが、通常のフェルミチョッパーで決定される開口時間は常に一定となってしまうために、4SEASONSでのRRM測定を成功させるためには、新しい概念に基づいたフェルミチョッパーが求められる。チョッパーの開口時間が一定である場合、複数の入射エネルギーすべてに対して最適な実験条件を実現できないことに注意しなければならない。今回の講演では、4SEASONSでのRRM測定に特化した、中性子スーパーミラーが貼付されたフェルミチョッパー(マジックチョッパー)の新概念について報告する。マジックチョッパーにより、より低い入射エネルギーにおいて実効的な開口時間を増加させることができ、その結果として実効的な開口時間のエネルギー依存性はMLF中性子源カップルドモデレータのパルス幅に近付けることが可能になる。こうした実験条件のマッチングに加えて、マジックチョッパーでは複数の入射エネルギーすべてに対して、実質的に一定のエネルギー分解能が実現できる。

論文

Ferroelectric polarization and magnetic structure in Eu$$_{0.595}$$Y$$_{0.405}$$MnO$$_{3}$$

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 古府 麻衣子*; 野田 耕平*; 桑原 英樹*

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 68(11), p.2087 - 2090, 2007/11

 被引用回数:4 パーセンタイル:73.27(Chemistry, Multidisciplinary)

Eu$$_{0.595}$$Y$$_{0.405}$$MnO$$_3$$$$T_mathrm{N}=47$$K以下の温度で反強磁性転移を示す。$$T_mathrm{C}^c=25$$K以下で$$c$$軸方向に自発分極($$P$$)が生じるが、$$P$$の向きは$$T_mathrm{C}^a=23$$K以下で$$a$$軸方向へ変化する。$$P$$と磁気構造の関係を調べるために、Eu$$_{0.595}$$Y$$_{0.405}$$MnO$$_3$$の単結晶試料に対して中性子回折実験を行った。中性子回折実験は高エネルギー加速器研究機構(KEK)のパルス中性子研究施設KENSに設置されている熱外中性子回折計EXCEDで行った。非整合波数ベクトル$$(0, 0.31, 1)$$を持つ磁気ブラッグ反射を観測した。散乱ベクトル$$mathbf{Q}$$がほぼ$$b$$軸に平行な磁気ブラッグピークと、ほぼ$$c$$軸に平行なものの強度を比較することで、$$P$$が出現する温度、及びその向きが変わる温度にて磁気構造が変化していることが確認できた。磁気散乱強度の変化は誘電特性の変化に応じてスパイラル磁気構造が形成され、また、その容易面が変化しているとして解釈でき、最近の理論とも整合する。

論文

High intensity chopper spectrometer 4SEASONS at J-PARC

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 中島 健次; 中村 充孝; 曽山 和彦; 猪野 隆*; 社本 真一; 藤田 全基*; 大山 研司*; 平賀 晴弘*; et al.

Journal of Neutron Research, 15(1), p.5 - 12, 2007/03

われわれはJ-PARCのパルス中性子源に向けて新しいチョッパー型中性子非弾性散乱分光器4SEASONSを開発している。この分光器は中程度の分解能とISISの同種の装置の2桁上の測定効率を有する。この分光器では新奇な量子現象、特に高温超伝導体の機構の解明を目指す。中性子輸送系を工夫することで試料位置での高いフラックスを達成し、エネルギー遷移$$hbaromega=0$$におけるエネルギー分解能は5-6%である。さらにこの分光器に特徴的なことは、Repetition Rate Multiplication(RRM)法による測定が可能なことである。RRM法によって複数入射エネルギーの同時測定を行うことで測定効率は5倍以上向上し、4次元$$mathbf{Q}$$-$$omega$$空間内の測定がより容易になる。

報告書

平成17年度$$sim$$平成21年度科学研究費補助金特別推進研究「4次元空間中性子探査装置の開発と酸化物高温超伝導機構の解明」平成17年度研究報告書

新井 正敏; 横尾 哲也*; 梶本 亮一; 中島 健次; 社本 真一; 山田 和芳*; 藤田 全基*; 猪野 隆*; 曽山 和彦; 中村 充孝; et al.

JAEA-Review 2006-033, 58 Pages, 2006/11

JAEA-Review-2006-033.pdf:17.22MB

平成17年度から平成21年度にわたり、「4次元空間中性子探査装置の開発と酸化物高温超伝導機構の解明」を研究課題とする科学研究費補助金・特別推進研究が採択された(研究代表者・新井正敏)。本研究は大強度陽子加速器(J-PARC)の大強度パルス中性子源において、現在世界最高性能の非弾性散乱実験装置よりも二桁高い性能を有する実験装置、4次元空間中性子探査装置(4SEASONS: 4d SpacE AccesS neutrON Spectrometer)を建設し、異常な磁気励起,フォノン異常現象を3次元の波数-エネルギーからなる4次元空間で詳細に観測することにより酸化物高温超伝導機構の解明を目指すものである。本報告書は本研究の平成17年度の研究成果をまとめたものである。

論文

Low energy vibrational excitations characteristic of superionic glass

中村 充孝; 岩瀬 裕希; 新井 正敏; Kartini, E.*; Russina, M.*; 横尾 哲也*; Taylor, J. W.*

Physica B; Condensed Matter, 385-386(1), p.552 - 554, 2006/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:85.09(Physics, Condensed Matter)

超イオン伝導体ガラスにおける高いイオン伝導機構はサイエンスの未解決の問題の一つである。われわれは、ISISに設置されているMARI分光器を用いて(AgI)$$_{x}$$(Ag$$_{2}$$S)$$_{x}$$(AgPO$$_{3}$$)$$_{1-2x}$$系超イオン伝導体ガラスの非弾性中性子散乱測定を行った。その結果、超イオン伝導体ガラスにおいて1meVから3meVに渡るエネルギー領域での$$Q$$依存性が、$$Q$$=1.8$AA $^{-1}$$ を超えたところで絶縁体ガラスよりも過剰な強度を持つことを見いだした。同じような現象は、HMIに設置されているNEAT分光器を用いた高分解能測定によって、別の超イオン伝導体ガラス(AgI)$$_{0.5}$$(AgPO$$_{3}$$)$$_{0.5}$$においても観測された。これらの結果は明らかに、特異な低エネルギー振動励起が超イオン伝導体ガラスに普遍的な特徴であることを示唆するものである。

論文

Hole-induced novel spin state within Haldane gap in Nd$$_{2-x}$$Ca$$_x$$BaNiO$$_5$$

佐々木 智生*; 横尾 哲也*; 片野 進; 秋光 純*

Journal of the Physical Society of Japan, 74(1), p.267 - 270, 2005/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:77.97(Physics, Multidisciplinary)

ホールを添加した一次元ハルデン系Nd$$_{2-x}$$Ca$$_x$$BaNiO$$_5$$のスピン状態を磁化測定と中性子散乱によって調べた。その結果、スピンガラス的な弱い強磁性の振舞と格子に非整合な動的スピン揺らぎが観測された。さらに、10meV付近にこれまで同系の物質で見られなかった新規な磁気励起が観測された。この励起はホールによって誘起されたスピンクラスターの磁気的運動によるものと推察される。

論文

Anomalous spin density distribution in CeB$$_{6}$$

斉藤 雅洋*; 岡田 典子*; 西堀 英治*; 高際 實之*; 横尾 哲也*; 西 正和*; 加倉井 和久; 國井 暁*; 高田 昌樹*; 坂田 誠*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 71(10), p.2369 - 2372, 2002/10

 被引用回数:12 パーセンタイル:38(Physics, Multidisciplinary)

CeB$$_{6}$$におけるスピンモーメント密度分布を偏極中性子回折実験によって測定した。その結果Ce-site以外に隣接したB原子との間やB$$_{6}$$八面体のネットワーク内に局在したスピンモーメントが存在することが初めて明らかになった。この結果はX-線粉末回折実験から得られた電荷密度分布との整合性もあり、コヴァレント結合内の磁気モーメントの存在を示唆しており、この系の磁性の理解に新しい側面を加えると思われる。

論文

Phase diagram of the new superconductor Sr$$_{2}$$CuO$$_{2}$$(CO$$_{3}$$)$$_{1-x}$$(BO$$_{3}$$)$$_{x}$$

中田 寿穂*; 岡島 治雄*; 横尾 哲也*; 山下 敦司*; 秋光 純*; 片野 進

Physica C, 263(1-4), p.344 - 348, 1996/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:89.89

ボロンを添加した新しい超伝導体Sr$$_{2}$$CuO$$_{2}$$(CO$$_{3}$$)$$_{1-x}$$(BO$$_{3}$$)$$_{x}$$の相図を調べた。親物質であるSr$$_{2}$$CuO$$_{2}$$(CO$$_{3}$$)は反強磁性絶縁体で、その反強磁性転移温度T$$_{N}$$は約285Kであった。ボロン添加量の増大とともに、T$$_{N}$$は大きく減少し、x=0.03付近で反強磁性相は消失する。超伝導はxが0.04≦x≦0.15の狭い領域で現われ、超伝導転移温度T$$_{C}$$はxが0.15で最大で、32Kであった。

口頭

Eu$$_{0.595}$$Y$$_{0.405}$$MnO$$_{3}$$の電気分極と磁気構造

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 古府 麻衣子*; 野田 耕平*; 桑原 英樹*

no journal, , 

Eu$$_{0.595}$$Y$$_{0.405}$$MnO$$_{3}$$$$T_N=47$$K以下で反強磁性転移を示す。$$T_C^c=25$$K以下で$$c$$軸に平行な自発電気分極が生じるが、その向きは$$T_C^a=23$$K以下で$$a$$軸方向へと変化する。強誘電性を示す$$R$$MnO$$_{3}$$の多くは長周期磁気秩序相がらせん秩序となるときに自発電気分極$$P$$が出現している。Eu$$_{0.595}$$Y$$_{0.405}$$MnO$$_{3}$$における電気分極の変化と磁気構造の関係を調べるためにEu$$_{0.595}$$Y$$_{0.405}$$MnO$$_{3}$$の単結晶試料に対してパルス中性子回折実験を行った。散乱ベクトル$$mathbf{Q}$$の向きが大きく異なる2つの磁気反射$$(0,q_s,1)$$$$(0,2-q_s,1)$$($$q_ssim0.3b$$)の強度の温度変化を測定したところ、両者は$$T_C^c$$$$T_C^a$$を境に異なる変化を示し、$$P$$の向きの変化に対応してスピンの向きが変化していることがわかった。その温度変化は、スピン秩序が$$T_C^a$$$$<$$T$$<$$$$T_C^c$$($$P parallel c$$)では$$bc$$面内でらせんを描き、T$$<$$$$T_C^a$$($$P parallel c$$)では$$ab$$面内でらせんを描いている、と考えることで説明できる。

口頭

Current status of the 4SEASONS spectrometer at J-PARC

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 中島 健次; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 曽山 和彦; 猪野 隆*; 大山 研司*; 坂井 麻貴子; 相澤 一也; et al.

no journal, , 

4SEASONSは大強度陽子加速器(J-PARC)の核破砕中性子研究施設で最初に建設されるチョッパー分光器の一つである。この分光器は5-300meVの入射中性子($$E_i$$)を利用した高温超伝導体及び関連物質の研究を目指している。4SEASONSでは分解能を緩和し(エネルギー遷移$$E=0$$のとき$$Delta E/E_i=5$$-6%)、さらに高効率の中性子光学デバイスを備えることで試料位置での高い中性子束を実現する。さらに新型FermiチョッパーによるRRM法測定によって測定効率のさらなる向上を図っている。分光器開発に関する最近の進展としては、まず、より幅広い研究が可能になるように散乱角を水平方向に$$30^{circ}$$拡大したことが挙げられる。さらに、2.5m長の$$^3$$He位置敏感型検出器の中性子照射試験,新型チョッパーのスリットパッケージの試作などが進行中である。

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