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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

Mn酸化物の磁気ダイナミクス; 二重交換相互作用と軌道秩序

梶本 亮一; 吉澤 英樹*

Radioisotopes, 65(9), p.393 - 401, 2016/09

立方ペロブスカイトMn酸化物AMnO$$_3$$はMnサイトへのホールの導入により巨大磁気抵抗効果が現れることで有名な物質であるが、スピン・軌道・電荷の自由度が絡み合うことで多彩な物性を示す代表的な系としてもよく知られている。この物質における各自由度の役割を明らかにする研究の中で中性子散乱は重要な役割を果たしてきた。AMnO$$_3$$の基本物性やこの物質が示す代表的な磁気・軌道秩序について概説し、本物質に特徴的なスピン間相互作用である二重交換相互作用や軌道秩序によって生じるスピン相関の様子を、非弾性中性子散乱によるスピン波の解析から調べた研究例を紹介する。

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

Establishment of neutron fluence monitoring techniques for quasi-monoenergetic neutron calibration fields of high energy at TIARA

志風 義明; 谷村 嘉彦; 三枝 純; 堤 正博; 内田 芳昭*; 吉澤 道夫; 原野 英樹*; 松本 哲郎*; 水橋 清

JAEA-Review 2010-065, JAEA Takasaki Annual Report 2009, P. 158, 2011/01

20MeV以上の中性子に対する中性子校正場は、国内で未整備である。そこで、原子力機構・高崎量子応用研究所TIARAの数十MeV領域の高エネルギー準単色中性子照射場を利用して、校正場の開発を行った。この校正場の中性子フルエンスを直接モニタするために、透過型フルエンスモニタを開発した。整備予定の3エネルギー点でモニタの特性評価を行い、透過型モニタの計数率と照射中性子強度との相関が良好であることを確認できた。また、各測定ごとのモニタ計数値、及び、ビームタイム中のビーム強度の変動を表示・記録できる計測システムを整備し、運用を開始した。また、絶対測定データをもとに基準検出器の値付けを行い、実験ごとにフルエンスモニタに値を移す手順を取り決めた。これらにより中性子フルエンスのモニタ技術を確立し、高エネルギー中性子校正場を確立した。

論文

Unconventional ferroelectric transition in the multiferroic compound TbMnO$$_{3}$$ revealed by the absence of an anomaly in $$c$$-polarized phonon dispersion

梶本 亮一; 佐賀山 基*; 佐々井 健蔵*; 福田 竜生; 筒井 智嗣*; 有馬 孝尚*; 廣田 和馬*; 三井 由佳利*; 吉澤 英樹*; Baron, A. Q. R.*; et al.

Physical Review Letters, 102(24), p.247602_1 - 247602_4, 2009/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:37.29(Physics, Multidisciplinary)

TbMnO$$_{3}$$ exhibits a spontaneous electric polarization along $$mathbf{c}$$ concomitantly with a spiral spin ordering modulated along $$mathbf{b}$$ below $$T$$$$_{rm c}$$ = 28 K. We have performed inelastic X-ray scattering measurements on a single crystal of TbMnO$$_{3}$$ to clarify whether phonon anomalies related to the ferroelectricity exist. We measured transverse modes, especially the Mn-O-Mn bending mode polarized along $$mathbf{c}$$ and propagating along $$mathbf{b}$$, which we expect is most relevant to the ferroelectricity. However, no anomaly was found in the phonon dispersion below 50 meV across $$T$$$$_{rm c}$$. The present result suggests that the mechanism of ferroelectricity in TbMnO$$_3$$ is different from that of a conventional displacive-type ferroelectric. The weak coupling between electric polarization and lattice in TbMnO$$_{3}$$ strongly suggests that the ferroelectricity is mainly derived from the spiral spin ordering.

論文

Fractal dimension in percolating Heisenberg antiferromagnets

伊藤 晋一*; 梶本 亮一; Adams, M. A.*; Bull, M. J.*; 岩佐 和晃*; 阿曽 尚文*; 吉澤 英樹*; 竹内 徹也*

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 310(2, Part2), p.1549 - 1551, 2007/03

三次元パーコレーション・ハイゼンベルク反強磁性体RbMn$$_c$$Mg$$_{1-c}$$F$$_3$$における静的・動的性質を調べた。磁性イオン濃度がパーコレーション濃度$$c_P=0.312$$に近い試料を用いて、超格子点近傍をネール温度$$T_N$$より低い温度にて測定した。中性子回折実験により、弾性散乱成分の波数依存性は$$q^{-x}$$でよく表されることがわかった。さらに非弾性中性子散乱によって磁気フラクトンを測定したところ、観測されたフラクトンは$$q^z$$の分散関係を持つことがわかった。実験から求められた指数は$$x=2.43 pm 0.05$$及び$$z=2.5 pm 0.1$$であり、両者ともフラクタル次元$$D_f=2.48$$とよく一致する。

論文

$$R$$-dependence of spin exchange interactions in $$R$$MnO$$_{3}$$ ($$R$$ = Rare-Earth Ions)

梶本 亮一; 望月 秀記*; 吉澤 英樹*; 新谷 寛*; 木村 剛*; 十倉 好紀*

Journal of the Physical Society of Japan, 74(9), p.2430 - 2433, 2005/09

 被引用回数:32 パーセンタイル:19.92(Physics, Multidisciplinary)

A型反強磁性秩序を示すPrMnO$$_{3}$$と長距離磁気秩序を示すTbMnO$$_{3}$$のマグノン励起を中性子非弾性散乱実験によって調べた。LaMnO$$_{3}$$の結果(K. Hirota $textit{et al.}$)も合わせて議論することで$$R$$イオンの違いによるスピン交換相互作用の系統的な変化を明らかにした。$$R$$イオンの半径が小さくなるにつれて$$ab$$面内の最近接サイト間の交換相互作用は急激に減少し、TbMnO$$_{3}$$では有限の次近接サイト間交換相互作用が存在する。対照的に$$c$$軸方向の交換相互作用の$$R$$依存性は非常に小さい。これらの結果は、$$R$$MnO$$_{3}$$における磁気構造の変化は最近接サイト間相互作用と次近接サイト間相互作用の競合によって引き起こされるという説(T. Kimura $textit{et al.}$)と整合している。

論文

Spin wave and orbital ordering in the C-type antiferromagnetic phase of Nd$$_{1-x}$$Sr$$_{x}$$MnO$$_{3}$$

梶本 亮一; 吉澤 英樹*; 川崎 隆一*; 野田 耕平*; 桑原 英樹*

Journal of the Physical Society of Japan, 74(1), p.502 - 503, 2005/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:87.1(Physics, Multidisciplinary)

Nd$$_{0.25}$$Sr$$_{0.75}$$MnO$$_{3}$$におけるC型反強磁性スピン波の分散関係を中性子散乱実験によって決定した。スピン交換相互作用は大きな異方性を示し、d$$_{3z^2-r^2}$$軌道が$$c$$軸方向に整列した軌道秩序状態が形成されているためと解釈できる。$$c$$軸方向の交換相互作用はかなり大きく、強磁性金属相での値と同程度である。このことは軌道秩序方向に沿って有限の電荷のホッピングが存在することを示唆する。

論文

Percolation fractal dimension in scattering line shapes of the random-field Ising model

Ye, F.*; 松田 雅昌; 片野 進; 吉澤 英樹*; Belanger, D. P.*; Sepp$"a$l$"a$, E. T.*; Fernandez-Baca, J. A.*; Alava, M. J.*

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 272-276, p.1298 - 1299, 2004/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:55.41(Materials Science, Multidisciplinary)

強磁場下の中性子散乱実験を行い、その散乱曲線からイジングスピン系のランダム磁場効果として、磁気クラスターによるフラクタル構造の証拠を得た。計算機シミュレーションを別途行った結果、実験との良い対応が得られた。

口頭

TbMnO$$_3$$ の低エネルギー磁気励起

梶本 亮一; 三井 由佳利*; 吉澤 英樹*; 阿曽 尚文*; 新谷 寛*; 木村 剛*; 十倉 好紀*

no journal, , 

${it R}$MnO$$_3$$は長周期磁気秩序相で強誘電性を示すことで最近注目されている。TbMnO$$_3$$ではスピンは${it T}$ $$_{N}$$=42Kで波数ベクトル$$mathbf{q}_mathrm{spin}=0.29mathbf{b}^*$$のサイン波的な非整合秩序を示すが、$$T_mathrm{C}=28$$Kでは磁気秩序が$$mathbf{q}_mathrm{spin}=0.28mathbf{b}^*$$の楕円型らせん秩序に変化するとともに強誘電性が生じる。われわれのこれまでの中性子散乱実験の結果、TbMnO$$_3$$では10K($$< T_mathrm{c}$$)においてA型反強磁性のゾーン全体にわたって磁気励起が存在し、その分散関係は$$mathbf{q}=mathbf{Q}-mathbf{G}$$($$mathbf{G}$$はゾーン中心)の小さいところを除いて、最近接間相互作用と次近接間相互作用の競合を取り入れたハイゼンベルクモデルでよく記述できることがわかった。さらに、$$mathbf{q}$$の小さいところには複雑な構造の励起が存在していることがわかったが、分解能の不足のために詳細な構造は不明であった。今回、TbMnO$$_3$$$$mathbf{q}$$の小さい領域における磁気励起を、分解能の高い冷中性子を用いた中性子散乱実験によって観測した。その結果、10Kにおいて磁気秩序の波数付近で図のような3つの分散を持つ特異な励起が観測された。一番上の分散はゾーン中心からゾーン境界まで連続しているのに対し、他の2本は$$mathbf{q}_mathrm{spin}$$で極小を持ち、$$mathbf{q}_mathrm{spin}$$より$$mathbf{q}$$が大きくなるにつれ急速に強度を失う。この磁気励起は楕円型らせん秩序という特殊な磁気秩序に起因する可能性がある一方で、電気分極あるいはフォノンと結合した新規な励起である可能性も期待される。

口頭

TbMnO$$_3$$の磁気構造の三次元偏極中性子解析

梶本 亮一; 松田 雅昌; 武田 全康; 加倉井 和久; 三井 由佳利*; 吉澤 英樹*; 木村 剛*; 十倉 好紀*

no journal, , 

TbMnO$$_3$$$$T_N=42$$Kでスピンが$$b$$軸方向を向いて波数$$q_s sim 0.28b^*$$で変調するcollinearなサイン波的磁気秩序を示すが、$$T_C=28$$K以下では$$bc$$面内で回転するらせん配列へと変化する。このとき、スピン変調の振幅の大きさは異方的で楕円形のらせん秩序を形成していると言われている。一方、$$T_C$$以下では自発電気分極を生じ、磁性との関係が注目されている。われわれはTbMnO$$_3$$におけるスピン配列のサイン波秩序かららせん秩序への変化を詳細に調べるため、三次元偏極中性子解析装置CRYOPADを用いた偏極中性子回折実験を行った。磁気Bragg 反射$$mathbf{Q}=(3,1 pm q_s,1)$$での中性子の偏極率$$P_{if}$$(入射中性子のスピンの向きが$$i$$、散乱中性子のスピンの向きが$$f$$のときの偏極率。$$i,f=x,y,z$$)を観測した結果、TbMnO$$_3$$ではcollinearなスピン秩序が$$T_C$$で一度にらせんになるのではなく、温度の低下とともに徐々に「膨らんで」らせん秩序に変化していることがわかった。その変化の様子は$$T_C$$以下での自発電気分極の発達と対応しており、非常に興味深い。そして、楕円形のらせん秩序とは、完全な(円形の)らせん秩序になりきれなかったもの、と見ることができる。

口頭

三次元偏極中性子解析によるTbMnO$$_3$$の磁気構造

梶本 亮一; 松田 雅昌; 武田 全康; 加倉井 和久; 三井 由佳利*; 吉澤 英樹*; 木村 剛*; 十倉 好紀*

no journal, , 

TbMnO$$_3$$$$T_N=42$$Kでスピンが$$b$$軸方向を向いて波数$$q_s sim 0.28b^*$$で変調するcollinearなサイン波的磁気秩序を示すが、$$T_C=28$$K以下では$$bc$$面内で回転するらせん配列へと変化する。このとき、スピン変調の振幅の大きさは異方的で楕円形のらせん秩序を形成していると言われている。一方、$$T_C$$以下では自発電気分極を生じ、磁性との関係が注目されている。われわれはTbMnO$$_3$$におけるスピン配列のサイン波秩序かららせん秩序への変化を詳細に調べるため、三次元偏極中性子解析装置CRYOPADを用いた偏極中性子回折実験を行った。その結果、TbMnO$$_3$$ではらせん秩序のカイラリティの偏りはないこと,collinearなスピン秩序が$$T_C$$で一度にらせんになるのではなく、温度の低下とともに徐々にらせん秩序に変化し、最低温度でも完全な(円形の)らせん秩序になりきれずに楕円らせんとなることなどが明らかになった。さらに、$$T_C$$直下では楕円の長軸はほぼ$$b$$軸を向いているが、温度の低下とともに楕円は$$bc$$面内で徐々に回転していることがわかった。自発電気分極の発達に伴う結晶構造の対称性の変化に対応していると思われるが、その起源の詳細については検討中である。

口頭

Magnetic structure of TbMnO$$_3$$ studied with spherical neutron polarimetry

梶本 亮一; 松田 雅昌; 脇本 秀一; 武田 全康; 加倉井 和久; 三井 由佳利*; 吉澤 英樹*

no journal, , 

TbMnO$$_3$$ is a typical example of multiferroic compound, where ferroelectric transition takes place accompanied by spin ordering. Spontaneous ferroelectric polarization appears when the spin structure transforms from a sinusoidal structure into a cycloidal spiral structure below $$T_C$$. Interestingly, the amplitude of the spin modulation in the spiral phase is asymmetric, forming an elliptical spiral ordering. Detail of the magnetic structure should be important to understand the mechanism of the ferroelectricity. Accordingly, we have performed spherical neutron polarimetry on a single crystal of TbMnO$$_3$$ using CRYOPAD. By analyzing the polarization of the incident and scattered neutron beam, we were able to obtain detailed information about the magnetic structure including the chirarity of the spiral ordering, the ratio of the major axis and the minor axis of the elliptical spiral, and the angle of the axes of the ellipse relative to the crystalline axes.

口頭

Inelastic X-ray scattering study of phonons in the multiferroic compound TbMnO$$_3$$

梶本 亮一; 佐賀山 基*; 佐々井 健蔵*; 福田 竜生; 筒井 智嗣*; 有馬 孝尚*; 廣田 和馬*; 三井 由佳利*; 吉澤 英樹*; Baron, A. Q. R.*; et al.

no journal, , 

An inelastic X-ray scattering study on a single crystal of TbMnO$$_3$$ was performed to reveal whether phonon anomaly related to the appearance of the ferroelectricity exists. We have measured the transverse modes, especially the Mn-O-Mn bending mode, polarized along the $$c$$ axis propagating along the $$b$$ axis, because these modes are expected to be most relevant to the spontaneous electric polarization along the $$c$$ axis concomitantly with the spiral spin ordering modulated along the $$b$$ axis. However, no anomaly in phonon dispersions was observed even below the ferroelectric transition temperature below 50 meV. The present result suggests that the mechanism of ferroelectric transition in $$R$$MnO$$_3$$ is different from that of a conventional displacive-type ferroelectric.

口頭

高エネルギー準単色中性子校正場用フルエンスモニタの特性評価

志風 義明; 谷村 嘉彦; 三枝 純; 堤 正博; 吉澤 道夫; 原野 英樹*; 松本 哲郎*; 金子 広久

no journal, , 

20MeV以上の中性子エネルギーに関しては、中性子校正場が国内で整備されていない。そこで、原子力機構・高崎量子応用研究所TIARAの数十MeV領域の高エネルギー準単色中性子照射場を利用して、標準校正場の開発を進めている。校正場を開発するうえで、フルエンスを精度よくモニタする必要がある。そこで、新たに薄厚プラスチックシンチレータからなる透過型フルエンスモニタのプロトタイプを開発した。TIARAの中性子照射場において照射試験を行い、その性能を評価した。

口頭

高エネルギー準単色中性子校正場用フルエンスモニタの開発

志風 義明; 谷村 嘉彦; 三枝 純; 内田 芳昭; 堤 正博; 吉澤 道夫; 原野 英樹*; 松本 哲郎*; 金子 広久

no journal, , 

20MeV以上の中性子エネルギーに関しては、中性子校正場が国内外で整備されていない。そこで、原子力機構・高崎量子応用研究所TIARAの数十MeV領域の高エネルギー準単色中性子照射場を利用して、標準校正場の開発を進めている。校正場を開発するうえで、フルエンスを精度よくモニタする手法を確立する必要がある。ところが、ターゲット付近のオフラインに設置してある既存のモニタは照射する中性子を直接モニタしているわけではない。そこで、プロトタイプの特性評価の結果をもとに感度向上のために集光効率を改良した、薄厚プラスチックシンチレータからなる透過型フルエンスモニタを開発した。TIARAの中性子照射場において照射試験を行い、その特性を評価した。

口頭

TIARAの高エネルギー準単色中性子校正場用の中性子フルエンスモニタリング技術の確立

志風 義明; 谷村 嘉彦; 三枝 純; 堤 正博; 内田 芳昭*; 吉澤 道夫; 原野 英樹*; 松本 哲郎*; 水橋 清

no journal, , 

20MeV以上の中性子に対する中性子校正場は、国内で未整備である。そこで、原子力機構・高崎量子応用研究所TIARAの数十MeV領域の高エネルギー準単色中性子照射場を利用して、校正場の開発を行った。この校正場の中性子フルエンスを直接モニタするために、透過型フルエンスモニタを開発した。整備予定の3エネルギー点でモニタの特性評価を行い、透過型モニタの計数率と照射中性子強度との相関が良好であることを確認できた。また、各測定ごとのモニタ計数値、及び、ビームタイム中のビーム強度の変動を表示・記録できる計測システムを整備し、運用を開始した。また、絶対測定データをもとに基準検出器の値付けを行い、実験ごとにフルエンスモニタに値を移す手順を取り決めた。これらにより中性子フルエンスのモニタ技術を確立し、高エネルギー中性子校正場を確立した。

口頭

高エネルギー準単色中性子標準校正場の開発

志風 義明; 谷村 嘉彦; 堤 正博; 吉澤 道夫; 原野 英樹*; 松本 哲郎*; 水橋 清

no journal, , 

20MeV以上の中性子に対する校正場は、国内で未整備である。そこで、原子力機構・高崎量子応用研究所・TIARAの数十MeV領域の高エネルギー準単色中性子場を利用し、標準校正場の開発を進めている。このために、まず、照射野の測定を行い、中性子ビームの空間分布を把握した。次に、有機液体シンチレータを用いたエネルギースペクトル測定を行った。また、高効率の反跳陽子カウンターテレスコープを開発し、校正点のフルエンスを精度よく絶対測定した。さらに、透過型フルエンスモニタ及び計数の表示・記録システムを開発し、また、モニタの安定した運用のための校正方法を決定した。これらにより、国内唯一の数十MeV領域の高エネルギー中性子校正場が完成した。

口頭

TIARA準単色高エネルギー中性子場の低エネルギー成分のスペクトル測定

増田 明彦*; 松本 哲郎*; 原野 英樹*; 吉富 寛; 谷村 嘉彦; 志風 義明; 倉島 俊; 清藤 一; 吉澤 道夫

no journal, , 

原子力機構高崎量子応用研究所・イオン照射研究施設(TIARA)のサイクロトロン加速器を用いて開発中の20MeV以上の高エネルギー中性子標準には、校正における本来の目的である高エネルギー単色ピークに加えて目的外の低エネルギー領域まで続く連続成分が混在している。この混在する連続成分は、校正において大きな不確かさの原因となり得る。そこで、連続成分のスペクトラルフルエンスを把握するため、2種類のシンチレーション検出器を使った中性子飛行時間(TOF)法を高度化するとともに、高エネルギー中性子場でのアンフォールディング法向けに放射化ボナー球スペクトロメーターを開発し特性を評価した。

口頭

NdB$$_4$$の中性子散乱による研究

目時 直人; 山内 宏樹; 松田 雅昌*; Fernandez Baca, J.*; 吉田 雅洋*; 吉澤 英樹*; 萩原 雅人*; 綿貫 竜太*

no journal, , 

NdB$$_4$$の磁気構造と$$f$$電子状態を報告し、逐次転移のメカニズムを提案する。II相では面内磁気モーメント$$m_{ab}$$を伴うAll-in All-out構造($$Gamma$$4)と、$$c$$軸モーメント$$m_c$$の反強磁性ダイマー構造($$Gamma$$10)が共存し、さらに低温のIII・IV相では$$m_c$$の長周期変調を伴う。ランダウ理論による解析から$$m_c$$$$m_{ab}$$の高次($$nleq6$$)の誘起秩序変数として表現され、多極子相互作用が示唆される。NdB$$_4$$$$f$$電子状態は基底状態($$J_Z$$=$$pm$$5/2)の3meV上に$$J_Z$$=$$pm$$7/2の第一励起が存在し、これらによる準四重項状態を使って(1)中間相は$$J_x$$の磁気秩序相、(2)低温相は$$J_z$$と電気四極子$$O_{zx}$$の結合相、という逐次転移のメカニズムが提案できる。

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