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論文

Repetition Rate Multiplication: RRM, an advanced measuring method planed for the backscattering instrument, ${it DNA}$ at the MLF, J-PARC

高橋 伸明; 柴田 薫; 川北 至信; 中島 健次; 稲村 泰弘; 中谷 健; 中川 洋; 藤原 悟; 佐藤 卓*; 筑紫 格*; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.B), p.SB007_1 - SB007_4, 2011/12

https://doi.org/10.1143/JPSJS.80SB.SB007
 被引用回数：6 パーセンタイル：43.42(Physics, Multidisciplinary)

A TOF-BSS named ${it DNA}$ has been under construction on BL02 in the MLF of J-PARC. We have estimated expected performances of several candidates under realistic neutron source parameters at MLF. The expected neutron intensity under comparable energy resolutions of the ${it DNA}$-type is 2.6 times higher than that of the BASIS-type. Consequently, we have chosen the CM with pulse-shaping device for ${it DNA}$. Pulse-shaping is a good technique from a view point of a variability of resolution. On the other hand, a neutron energy band passing through the pulse-shaping chopper is limited and thus scanning range with one phase of the chopper is narrow. Of course, ${it DNA}$ also can access larger energy transfers by appropriate phasing of the pulse-shaping chopper. In addition, ${it DNA}$ will be able to utilize Repetition Rate Multiplication (RRM). RRM is essentially a way to employ multiple pulse-shaped incident neutron beams to effectively increase neutron counting time to more efficiently measure the inelastic region. In this presentation we will show the chopper sequence and introduce the RRM mode of the forthcoming backscattering spectrometer ${it DNA}$ in detail.

論文

Orbital ordering in low-moment ground-state of parent compounds in iron-based superconductors

町田 昌彦; 中村 博樹

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.B), p.SB022_1 - SB022_4, 2011/12

https://doi.org/10.1143/JPSJS.80SB.SB022
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Multidisciplinary)

鉄系高温超伝導体の超伝導発現機構を解明するため、測定された結晶格子や原子位置等を用いて、従来とは異なる精度の高い第一原理計算を行い、実験事実をどこまで再現できるかを調べた。特に着目したのは、最近、実験により間接的に明らかにされた軌道秩序と呼ばれる現象である。計算では、二つの量子状態が得られたが、一つ目は従来の計算通りの結果であり、実験事実との相違が目立つが、二つ目は計算例がほとんどなく知られていないが、より実験事実に近いことがわかった。すなわち、軌道秩序が一つ目と比べ大きく発達し、先に記したように最近の実験結果とよく符号する。この結果は、鉄系超伝導体の量子状態解明に一歩近づいたことを意味しており、超伝導が発現する舞台裏に迫る成果と言える。なお、この研究にて用いた精度の高い第一原理計算手法は、原子力材料にも容易に適用可能であり、高精度な量子状態計算が可能である。

論文

First-principles study of hydrogen-doping effects on iron-based superconductors

中村 博樹; 町田 昌彦

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.B), p.SB009_1 - SB009_4, 2011/12

https://doi.org/10.1143/JPSJS.80SB.SB009
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Multidisciplinary)

鉄系超伝導体は銅酸化物に次ぐ高温超伝導体として注目されている。最近、この鉄系超伝導体に水素を混入させることにより、超伝導転移温度が上昇することが発見されたが、その理由は明白ではない。本発表ではこの課題に対して、第一原理計算によって推測される転移温度上昇の原因についての報告を行う。ここでは、実際に水素を混入した鉄系超伝導体の結晶構造を構成し、安定構造を求めることで解析を行った。結果として、水素の混入によって結晶構造が超伝導の起こりやすい構造へ変化していることを突き止めた。この発見によって、今後、より高温の超伝導物質の開発に知見を与えることが期待できる。なお、本研究手法とその成果は原子力材料研究(炉材の水素脆化等)に資する成果でもある。

論文

Theoretical analysis for inelastic neutron scattering on BaFe$$_{2}$$(As$$_{1-x}$$,P$$_{x}$$)$$_{2}$$ using realistic three-dimensional 10-orbital tight-binding model

永井 佑紀; 中村 博樹; 鈴木 雄大*; 臼井 秀知*; 黒木 和彦*; 町田 昌彦

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.B), p.SB021_1 - SB021_4, 2011/12

https://doi.org/10.1143/JPSJS.80SB.SB021
 被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Multidisciplinary)

近年発見された鉄系高温超伝導体は、産業への応用も期待され世界中で盛んに研究されている。機構においても、量子ビーム部門のJ-PARCによる中性子散乱実験が行われており、その結果の解析が必要とされている。本発表では、J-PARCで行われているBaFe$$_{2}$$(As$$_{1-x}$$,P$$_{x}$$)$$_{2}$$の中性子散乱実験の結果を解析するために、第一原理計算結果に基づくモデルと多軌道乱雑位相近似を組合せた手法を用いシミュレーションを行うことで、この物質の超伝導発現機構について新たな知見が得られたことを報告する。なお、課題解決にあたり、機構のスーパーコンピュータBX900を対象とした大規模並列計算コードを開発し、従来実現できなかった三次元10軌道模型によるシミュレーションを実施した。その結果、Pを含む鉄系超伝導体BaFe$$_{2}$$(As$$_{1-x}$$,P$$_{x}$$)は含まない他の超伝導体と超伝導発現機構が異なる可能性があることがわかった。以上の知見は、鉄系超伝導体の転移温度を上昇させる方針方法に指針を与えるものであると考えられる。また、開発した計算コードは、当室における原子力材料のマルチスケールシミュレーション開発に資する成果であり、当該成果の反映が期待できる。

論文

AMATERAS; A Cold-neutron disk chopper spectrometer

中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥; 中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; 柴田 薫; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.B), p.SB028_1 - SB028_6, 2011/05

https://doi.org/10.1143/JPSJS.80SB.SB028
 被引用回数：125 パーセンタイル：95.7(Physics, Multidisciplinary)

アマテラスは、J-PARCの物質・生命科学実験施設に設置された冷中性子ディスクチョッパー型分光器であり、結合型水素モデレーターと新開発の高速ディスクチョッパーの組合せで、高分解能,高強度を両立させる最新鋭の中性子分光器である。今回の発表では、これまでの機器調整とユーザー利用の成果を踏まえ、アマテラスの現状と性能、そして、得られた成果の例を示す。

論文

Phonon spectra of PrFeAsO$$_{1-y}$$ via inelastic X-ray scattering

福田 竜生; Baron, A. Q. R.*; 中村 博樹; 社本 真一; 石角 元志; 町田 昌彦; 内山 裕士*; 伊豫 彰*; 鬼頭 聖*; 水木 純一郎; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.B), p.SB015_1 - SB015_4, 2011/01

https://doi.org/10.1143/JPSJS.80SB.SB015
 被引用回数：1 パーセンタイル：11.35(Physics, Multidisciplinary)

高分解能非共鳴X線非弾性散乱法及び第一原理計算により、PrFeAsO$$_{1-y}$$のフォノンを調べた。ドープ量及び温度変化の測定の結果、小さな変化が存在することがわかった。しかしそれ以上に非常に大きな不一致が、測定結果と第一原理計算結果との間に見られることがわかった。この不一致は、鉄原子の磁気モーメントの秩序を取り入れることで改善するが、対応する磁気秩序を示す物質のT$$_N$$以下の測定との不一致でさえ大きく残っている。われわれは第一原理計算結果を修正する幾つかのモデルを考えたが、最も良く実験結果を説明できるものは、鉄原子と砒素原子間の相関をFeAs面内方向のみ弱めたモデルであった。第一原理計算の不完全性は、磁気揺らぎを取り入れることで一部説明できるが、われわれの測定した不一致を考えると、完全ではないように思われる。

論文

The Fermi chopper spectrometer 4SEASONS at J-PARC

梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 水野 文夫; 中島 健次; 河村 聖子; 横尾 哲也*; 中谷 健; 丸山 龍治; 曽山 和彦; et al.

Journal of the Physical Society of Japan, 80(Suppl.B), p.SB025_1 - SB025_6, 2011/01

https://doi.org/10.1143/JPSJS.80SB.SB025
 被引用回数：102 パーセンタイル：94.01(Physics, Multidisciplinary)

4SEASONS is a Fermi chopper spectrometer, which is in operation in Materials and Life Science Experimental Facility (MLF), J-PARC. It is intended to provide high-efficiency measurement of weak inelastic signals on novel spin and lattice dynamics with thermal neutrons. For this purpose, the spectrometer utilizes the coupled moderator and advanced instrumental design such as an elliptic-shaped converging neutron guide with high-critical angle supermirrors inside, long (2.5 m) position sensitive detectors, and a Fermi chopper feasible for multiple-incident-energy (multi-$$E_{rm i}$$) measurement with the repetition rate multiplication technique. Here we show detailed design of the spectrometer, evaluation of its performance, and some examples of measurements.

口頭

Numerical study on the spin dynamics of the Kagome lattice antiferromagnet

坂井 徹

no journal, , 

カゴメ格子反強磁性体は興味深いフラストレーション系である。特にスピン1/2量子カゴメ格子反強磁性体の候補物質が幾つか合成されて以来、精力的に研究されている。しかし、中性子散乱,核磁気共鳴,電子スピン共鳴などの測定が行われているにもかかわらず、カゴメ格子反強磁性体のスピンダイナミクスはまだよく解明されていない。そこで、数値対角化による大規模シミュレーションにより理論的に解析した結果、比熱のダブルピークのメカニズムが判明した。さらに、磁化過程において、これまでに知られていない磁化ランプと呼ばれる新現象が起きることも理論的に予測された。

口頭

Role of excess oxygens in cuprates

森 道康

no journal, , 

Local disorder by chemical doping triggers nanoscale inhomogeneities commonly observed in cuprates. Recent experiments on Bi-based cuprate superconductors have revealed an unexpected enhancement of the pairing correlations near the interstitial oxygen dopants. We proposed a possible mechanism based on local screening effects, by which the oxygen dopants do modify the electronic parameters within the CuO$$_{2}$$ planes and strongly increase the superexchange coupling J. This enhances the spin pairing effects locally and may explain the observed spatial variations of the density of states and the pairing gap. In order to estimate the typical length scale measured in the experiment, we will examine the t-J model including the local modulation of J by using the numerical simulation method. In our mechanism, the dopant oxygens may indeed strongly enhance the interaction J locally. Our key idea is to go beyond static level structure used in standard calculations of J, by taking account of a dynamical change of electronic parameters due to polarization effects.

口頭

Structural analyses on iron-based superconductors PrFeAsO$$_{1-y}$$ and PrFeAsO$$_{1-x}$$F$$_x$$

樹神 克明; 石角 元志; 江坂 文孝; 伊豫 彰*; 永崎 洋*; 社本 真一

no journal, , 

We have performed structural analyses on iron-based superconductors, PrFeAsO$$_{1-y}$$ and PrFeAsO$$_{1-x}$$F$$_x$$, systematically, by means of Rietveld method on neutron powder diffraction data. The shifts of iron ion valence from +2, $$delta$$, are accurately determined from the occupancies of O and O$$_{1-x}$$F$$_x$$ sites obtained by the Rietveld analysis and F-concentration obtained by secondary ion-microprobe mass spectrometry. $$T_textrm{c}$$-$$delta$$ curve of PrFeAsO$$_{1-y}$$ is different from the curve of PrFeAsO$$_{1-x}$$F$$_x$$, indicating that $$delta$$ is not a principal parameter for $$T_textrm{c}$$ in so-called 1111 system. Structural parameters of the FeAs layers, for example, As-Fe-As bond angle and As-height from Fe layer, are different between both systems with similar $$delta$$-values. Their parent compounds are also found to have different structural parameters, possibly due to the different synthetic conditions. These results suggest that the difference of structural parameters of FeAs layer is the origin of the discrepancy of $$T_textrm{c}$$-$$delta$$ curves of both systems and the $$T_textrm{c}$$-value in the 1111 system is sensitive to the structural parameters.

口頭

Electronic excitations by resonant inelastic X-ray scattering

石井 賢司; 吉田 雅洋; Jarrige, I.; 池内 和彦*; 村上 洋一*; 水木 純一郎; 石原 純夫*; 筒井 健二; 遠山 貴己*; 前川 禎通; et al.

no journal, , 

In strongly correlated electron systems, such as transition metal oxides, it is widely recognized that the role of three degrees of freedom of the electron, i.e., charge, spin, and orbital are key ingredients to understand the electronic properties of these compounds. Among the degrees of freedom, dynamics of the spin in momentum-energy (Q-$$omega$$) space is studied by inelastic neutron scattering. On the other hand, photon is sensitive to the charge and its anisotropy, orbital, and therefore inelastic X-ray scattering (IXS) is suitable for the measurement of their excitations. In this sense, IXS can be considered as a complementary technique of the inelastic neutron scattering. Recently, brilliant X-rays from modern synchrotron radiation sources have enabled us to observe electronic excitations with IXS. Especially, resonant inelastic X-ray scattering (RIXS), where the incident photon energy is tuned near an absorption edge of a constituent element, has an advantage of significant resonant enhancement of inelastic signals and RIXS has been used to measure electronic excitations in strongly correlated electron systems. We will present our Cu K-edge RIXS works of charge-ordered Sr$$_{14}$$Cu$$_{24}$$O$$_{41}$$ and orbital-ordered KCuF$$_{3}$$ focusing on the charge and orbital excitations.

口頭

Effect of magnetic field in non-centrosymmetric heavy-fermion superconductor CePt$$_3$$Si

金子 耕士; Stockert, O.*; Skoulatos, M.*; Schneidewind, A.*; 竹内 徹也*; 松田 達磨; 芳賀 芳範; 摂待 力生*; 大貫 惇睦; 目時 直人

no journal, , 

CePt$$_3$$Si without inversion symmetry exhibits an antiferromagnetic (AFM) order at 2.2 K and enters into a heavy-fermion superconducting state below 0.5 K. Additional anomalies inside the AFM state were found under external magnetic fields in the vicinity of the upper critical field of the superconducting state. Our neutron scattering experiments under magnetic fields revealed that the application of the magnetic fields leads to an enormous enhancement in the AFM peak intensity in CePt$$_3$$Si, opposite to what is observed in usual antiferromagnets. We have clarified that the reported anomaly under the magnetic fields corresponds to inflection points in the field variation of the AFM intensity. The observed huge increase in AFM intensity corresponds to an increase of the ordered moment under the magnetic fields. These results imply an existence of a missing magnetic response in the ground state, which might be related to the formation of the superconducting state in CePt$$_3$$Si.

口頭

Inelastic neutron scattering studies on iron-based high-$$T_c$$ superconductors

石角 元志; 樹神 克明; 脇本 秀一; 梶本 亮一; 中村 充孝; 稲村 泰弘; 水野 文夫; 永井 佑紀; 中村 博樹; 町田 昌彦; et al.

no journal, , 

さまざまな種類の鉄系超伝導体の中で、われわれはフェルミチョッパー分光器(四季:J-PARC)を用いて、LaFeAsO$$_{1-x}$$F$$_x$$ ($$T_c^{max}$$=28K)とBaFe$$_2$$(As,P)$$_2$$ ($$T_c^{max}$$=31K)を中心に研究してきた。これまで得られたデータをもとにして高$$T_c$$と磁気揺らぎの関係性について議論する。

口頭

AMATERAS; Cold-neutron disk-chopper spectrometer

中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥; 中村 充孝; 梶本 亮一; 稲村 泰弘; 高橋 伸明; 相澤 一也; 鈴谷 賢太郎; 柴田 薫; et al.

no journal, , 

AMATERAS is a cold-neutron disk-chopper spectrometer in Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) in J-PARC. By combination of high-peak intensity from a H2-coupled moderator source and newly developed high-speed disk-choppers for pulse shaping and monochromating, the spectrometer realizes both high-resolution ($$Delta$$E/ Ei $$>$$ 1% at Ei = 20 meV) and high-intensity in the range of Ei = 1$$sim$$20 meV, and can show sufficient performance up to Ei $$<$$ 80 meV.

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