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論文

Recent progress on practical materials study by Bragg edge imaging at J-PARC

及川 健一; Su, Y.; 鬼柳 亮嗣; 川崎 卓郎; 篠原 武尚; 甲斐 哲也; 廣井 孝介; Harjo, S.; Parker, J. D.*; 松本 吉弘*; et al.

Physica B; Condensed Matter, 551, p.436 - 442, 2018/12

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

We are promoting for practical product observation by the energy-resolved neutron imaging method using high-intensity pulsed neutrons at J-PARC, under the Photon and Quantum Basic Research Coordinated Development Program from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, Japan. Bragg edge imaging, one of the energy-resolved neutron imaging methods for visualizing material properties, was applied to feasibility study of the temperature distribution of copper rod, complementary study of the texture and strain distribution of bent steel plates using neutron diffraction and EBSD, and so on. Outline of results obtained by these imaging experiments will be presented.

論文

High-energy magnetic excitations in lightly oxygen-doped lanthanum nickel oxides

中島 健次; 梶本 亮一

Physica B; Condensed Matter, 551, p.142 - 145, 2018/12

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

We will report on magnetic excitations in lightly oxygen doped lanthanum nickel oxide, La$$_{2}$$NiO$$_{4+delta}$$. By introducing slightly excessive oxygen atoms in the system, magnetic excitations in La$$_{2}$$NiO$$_{4}$$ drastically changes its picture. In lower energy region, spin-wave stiffness strongly suppressed. On the other hand, in the higher energy region, spin-wave dispersion curve is almost same as in the stoichiometric system, while excitations show considerable broadening. Alternation of the character of the excitations by changing energy is also reported in hole doped cuprates and cobalates. We consider that this behavior is one of key clues to understand magnetism and transport properties in carrier doped layered transition metal oxides. We investigated detail of magnetic excitations in two different lightly doped systems, La$$_{2}$$NiO$$_{4.02}$$ and La$$_{2}$$NiO$$_{4.11}$$ in wide momentum and energy transfer space by using time-of-flight spectrometers at J-PARC. Observed doping effects in magnetic excitations will be discussed by comparing them to those reported in other related layered transition metal oxides.

論文

Study of the magnetization distribution in a grain-oriented magnetic steel using pulsed polarized neutron imaging

廣井 孝介; 篠原 武尚; 林田 洋寿*; Parker, J. D.*; Su, Y.; 及川 健一; 甲斐 哲也; 鬼柳 善明*

Physica B; Condensed Matter, 551, p.146 - 151, 2018/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Physics, Condensed Matter)

Grain oriented magnetic steel is widely used as a key material for magnetic industrial products. Since magnetic properties of steels are closely related to its magnetic domain structure, observation of the domain structure is important for understanding its magnetic properties. In this study, we attempted to observe the domain structure of a grain oriented steel using polarized pulsed neutron imaging. In the experiment, we first magnetized the sample by applying a magnetic field along the easy-to-magnetize direction via a coil, and confirmed the sample was magnetized almost uniformly from the obtained polarization distribution images. By analyzing the oscillatory behavior in the wavelength dependence of polarization, magnetization of the steel was estimated to be 1.82 T. Then, we removed the field and performed the same measurement. As a result, a striped domain structure was observed, with neighboring domains aligned anti-parallel to each other. From these results, it was demonstrated that our magnetic imaging method could visualize the magnetization and the direction of the domains in the practical steel.

論文

Performances of oscillating radial collimator for the Fermi chopper spectrometer 4SEASONS at J-PARC

中村 充孝; 神原 理*; 飯田 一樹*; 梶本 亮一; 蒲沢 和也*; 池内 和彦*; 石角 元志*; 青山 和弘*

Physica B; Condensed Matter, 551, p.480 - 483, 2018/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:100(Physics, Condensed Matter)

近年、磁場や圧力、高温といった特殊環境下での中性子非弾性散乱実験へのニーズが高まっており、質の高いデータを得るためには試料環境機器からの不要な散乱をできる限り低く抑える必要がある。そこで、我々はユーザーのニーズに応えるため、J-PARCのフェルミチョッパー分光器四季に特化した揺動型ラジアルコリメータを開発した。四季では比較的高い入射エネルギーを用いることから、コリメータのブレード素材に水素フリーの金属シートを採用した。このラジアルコリメータの制御システムでは、揺動スピードや揺動角等といった揺動パターンを柔軟に変更することが可能である。本稿では、新たに開発したラジアルコリメータの性能と残された課題について報告する。

論文

Phonon dynamics of NaI investigated by G($$r,E$$) analysis

中村 充孝; 菊地 龍弥*; 蒲沢 和也*; 川北 至信

Physica B; Condensed Matter, 551, p.351 - 354, 2018/12

 被引用回数:2 パーセンタイル:63.1(Physics, Condensed Matter)

実空間における動的構造関数G($$r,E$$)は、非弾性中性子散乱実験により得られる動的構造因子S($$Q,E$$)から導出される。本研究では、典型的なアルカリハライド結晶であるNaIにG($$r,E$$)解析を適用した。NaIは、構成元素の質量差が大きいために光学フォノンと音響フォノンのエネルギー差が大きくなるが、この特性はG($$r,E$$)解析の妥当性を評価する上で有効である。J-PARCのフェルミチョッパー分光器四季で測定したNaI粉末のS($$Q,E$$)に対して、最大エントロピー法を利用した新開発の解析ソフトウェアを使ってG($$r,E$$)に変換したところ、LAモードとTOモードが逆位相で振動することを見出した。この結果は物理的に妥当なものであり、G($$r,E$$)解析の有用性を如実に示している。本発表ではさらなる解析結果について報告を行う予定である。

論文

Testing of time-of-flight neutron diffraction imaging using a high-resolution scintillator detector with wavelength-shifting fibers

川崎 卓郎; 中村 龍也; Gong, W.*; 及川 健一

Physica B; Condensed Matter, 551, p.460 - 463, 2018/12

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

Neutron diffraction is widely used for the investigation of lattice strain, texture and phase transformation in bulk materials. Although the distributions of these characteristics can be obtained by scanning the sample, the spatial resolution of the measurement is limited. Recently, Bragg-edge imaging technique is developed and adopted for the evaluations of lattice strain, crystal orientation and phase distributions in polycrystalline engineering materials such as steel. On the other hand, neutron diffraction imaging has a potential to be another technique for such purpose. Diffraction imaging at a pulsed neutron source requires a counting type two-dimensional position sensitive detector with high spatial resolution. We developed prototype imaging detector with wavelength-shifting fiber (WLSF) readout, and tried to observe sub grains in the b-Sn single crystal and grain distribution in the coarse-grained steel plate at NOBORU (BL10) of J-PARC MLF.

論文

Characteristics of the 2012 model lithium-6 time-analyzer neutron detector (LiTA12) system as a high efficiency detector for resonance absorption imaging

甲斐 哲也; 佐藤 節夫*; 廣井 孝介; Su, Y.; 瀬川 麻里子; Parker, J. D.*; 松本 吉弘*; 林田 洋寿*; 篠原 武尚; 及川 健一; et al.

Physica B; Condensed Matter, 551, p.496 - 500, 2018/12

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

The 2012 model lithium-6 time-analyzer neutron detector (LiTA12) system, based on a lithium glass scintillator and multi-anode photomultiplier tube, has the highest neutron efficiency among the detectors for pulsed neutron imaging together with a flexibility of the efficiency by changing the thickness of the lithium glass. The authors expect this detector system could become a main detector system for the energy-resolved neutron imaging system, RADEN, at J-PARC, and have started evaluation of the LiTA12 system. For example, spatial resolution for resonance absorption imaging was evaluated by using a line-pair pattern made by 3 micro meter thick gold on a quartz plate. Less than 1 mm width line pairs were resolved at an 8 Mcps neutron counting rate and around 5 eV neutron energy.

論文

Effect of upstream beam collimation on neutron phase imaging with a Talbot-Lau interferometer at the RADEN beam line in J-PARC

關 義親; 篠原 武尚; 上野 若菜; Parker, J. D.*; 松本 吉弘*

Physica B; Condensed Matter, 551, p.512 - 516, 2018/12

 被引用回数:1 パーセンタイル:63.1(Physics, Condensed Matter)

3枚の格子からなる中性子タルボ・ロー干渉計は高機能なイメージング装置であり、通常の吸収コントラスト像に加えて、微分位相コントラスト像とビジビリティコントラスト像も同時に取得することができる。我々はJ-PARC MLF RADENビームラインにおいて波長分解型のタルボ・ロー干渉計の開発を進めている。干渉パターンの波長分解解析を行うことで、白色ビーム測定で生じていた色収差による系統誤差を排除するとともに、より定量的な情報を引き出すことが可能になる。この波長分解測定・解析法を前提として、RADENビームラインの波長スペクトルに最適化した干渉計の設計(中心波長・格子周期・格子間距離)を決定した。

論文

Anomaly of structural relaxation in complex liquid metal of bismuth; Dynamic correlation function of coherent quasi-elastic neutron scattering

川北 至信; 菊地 龍弥*; 稲村 泰弘; 田原 周太*; 丸山 健二*; 花島 隆泰*; 中村 充孝; 鬼柳 亮嗣; 山内 康弘*; 千葉 薫*; et al.

Physica B; Condensed Matter, 551, p.291 - 296, 2018/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:63.1(Physics, Condensed Matter)

単元素液体金属の中には、その静的構造が剛体球充填モデルでは全く表せない、複雑な構造を有する物質がある。液体ビスマスは、構造因子のメインピークの高波数側に非対称な肩構造を有する。二体分布関数の第一ピークと第二ピークの距離の比が1:2で、一次元的に配列しているような奇妙な値を示すとともに、第一ピークの長距離側に明確な肩構造を有する。二種類の直径の異なる剛体球からなるモデルでは、構造因子の肩構造が生じることから、こうした単元素液体金属の複雑性の起源として、短時間だけ生じる共有結合や、金属イオンを遮蔽する電子が有効二体間ポテンシャルに作り出す振動(フリーデル振動)など、まったく物理的描像が異なる仮説がいくつかなされている。そこで我々は液体ビスマスの中性子準弾性散乱を、J-PARCのMLFに設置された冷中性子ディスクチョッパー分光器を用いて測定し、液体ダイナミクスを動的相関関数から調べた。その結果、二体分布関数の第一ピークの肩構造の緩和時間が、第一ピークや第二ピークなどその他の主要構造に比べて著しく長いことが分かった。

口頭

Current status of a polarized neutron reflectometer "SHARAKU" in J-PARC

曽山 和彦; 青木 裕之; 山崎 大; 宮田 登*; 阿久津 和宏*; 花島 隆泰*; 笠井 聡*; 鈴木 淳市*

no journal, , 

SHARAKU is a neutron reflectometer using polarized neutron pulses in Materials and Life Science Experiment Facility (MLF) in Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). A polarization reflectometry can probe not only a nanometric layered structure with a contrast of an atomic neutron scattering length but also of a magnetic scattering length; therefore, SHARAKU is a powerful tool to analyze a magnetic structure in a magnetic thin film. SHARAKU has large flexibility of the sample environment. In addition to a 1-T magnet and a 4-K refrigerator for the magnetic samples, we have recently developed a liquid immersion cell and atmosphere control chamber for soft-matters. The user experimental programs have been carried out in various fields such as solid state physics, polymer physics, and electro-chemistry.

口頭

Spatial scale dependence of diffusion process in glass-forming liquids

古府 麻衣子; Faraone, A.*; Tyagi, M.*; 長尾 道弘*; 山室 修*

no journal, , 

液体中の分子の自己拡散はFickの法則に従うと考えられている。van Hoveの自己時空相関関数は空間$$r$$に対しガウス型、時間に対し指数関数で記述される(デバイ緩和)。この場合、緩和時間は$$tau propto Q^{-2}$$の関係式を満たす。しかしながら、ガラス形成液体の自己拡散は非デバイ型のKWW (Kohlrausch-Williams-Watts)関数、$$exp [-(t/tau)^{beta}]$$、で記述されることが多い。では、$$tau propto Q^{-2}$$の関係式は非デバイ型の拡散過程においても成り立つのだろうか?我々は、この問題に取り組むため、2種類の液体、分子液体(3メチルペンタン)とイオン液体(C4mimTFSI)の緩和時間の$$Q$$依存性を詳細に調べた。測定には、NISTに設置された中性子スピンエコー分光器、後方散乱分光器、チョッパー分光器の3台の装置を用いた。両方の液体において、2つのQ位置でクロスオーバーが観測された。1つ目のクロスオーバーは構造緩和とのカップリング、2つ目のクロスオーバーはガウス-非ガウス転移と考えられる。今回の結果は2つのクロスオーバーに関する初めての実験的証拠である。

口頭

Time-of-flight direct geometry spectrometer 4SEASONS at J-PARC

梶本 亮一; 中村 充孝; 蒲沢 和也*; 稲村 泰弘; 池内 和彦*; 飯田 一樹*; 石角 元志*; 村井 直樹

no journal, , 

4SEASONS is a time-of-flight direct geometry chopper spectrometer in the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). It is designed for measurements of dynamics in the 10$$^0$$-10$$^2$$ meV energy range. The momentum-energy region for this spectrometer occupies the middle of the momentum-energy space covered by all MLF spectrometers. Compared with the other chopper spectrometers in MLF, 4SEASONS is designed to supply high thermal neutron flux by relaxing the resolution to observe weak inelastic signals. Although strongly correlated electron systems and magnetism dominate 80% of the experiment proposals, a sizable number of proposals belong to other research fields such as thermoelectric materials and catalysts. In this paper, we will show recent improvements of the instrument as well as examples of scientific outputs.

口頭

Neutron scattering instruments of the MLF Spectroscopy Group at J-PARC

梶本 亮一; 横尾 哲也*; 中村 充孝; 柴田 薫; 川北 至信; 松浦 直人*; 遠藤 仁*; 瀬戸 秀樹*; 伊藤 晋一*; 中島 健次; et al.

no journal, , 

The MLF Spectroscopy Group consists of six time-of-flight instruments for inelastic and quasi-elastic neutron scattering in the Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at J-PARC. 4SEASONS, HRC, AMATERAS, and POLANO are direct geometry spectrometers. By a combination of these instruments,MLF gives opportunities to study dynamics in widely spread fields including solid state physics, amorphous materials and liquids, soft and biological matters, as well as industrial applications such as tire rubbers and battery materials. In this presentation,we review the characteristic features of these 6 instruments and scientific opportunities realized by the instruments.

口頭

Liquid-like thermal conduction in intercalated layered crystalline solids

Li, B.

no journal, , 

韓国大田で開催される中性子散乱に関する国際会議ICNS2017は、中性子散乱のコミュニティーでは最も重要な会議である。本会議はMLFを世界中からの参加者に紹介する良い機会なので、J-PARCの中性子散乱に関するユーザープログラムを紹介し、MLFに関心を持つ研究者と広く議論を行う。また、熱電材料として期待されるAgCrSe$$_{2}$$の研究成果を報告する。X線回析、中性子散乱、密度汎関数法による理論計算を組み合わせて、原子ダイナミクスの統一的な描像を示す。特にJ-PARC MLFの中性子非弾性散乱実験装置BL14を用いて、結晶が熱伝導に関してまるで液体であるかのような振る舞いを見せることが分かった。この性質は熱電材料の今後のデザインを左右する重要な成果である。

口頭

Single crystal neutron diffraction study of a crystalline-state photoisomerization in a 3-cyanopropyl cobaloxime complex

大原 高志; 鬼柳 亮嗣; 及川 健一; 川崎 卓郎; 金子 耕士; 田村 格良; 中尾 朗子*; 花島 隆泰*; 宗像 孝司*

no journal, , 

Single crystal neutron structure analysis is a powerful tool to study crystalline-state reactions because of its ability to distinguish deuterium atoms from hydrogen atoms. When the hydrogen atoms in specific positions of the reactive group are exchanged with deuterium atoms and the crystalline-state reaction proceeds, the hydrogen/deuterium migration in the reaction is easily observed by the neutron diffraction analysis and consequently the reaction mechanism is estimated. We performed a neutron diffraction measurement of a partially deuterated cobaloxime complex by a TOF-Laue type diffractometer SENJU at J-PARC. The result of the structure refinement showed that the chiral H-C*-D methylene group in the compound has the racemic form. This indicates that the olefin formation and the racemization of the H-C*-D methylene group occurred after the 1-cyanopropyl group was formed by continuous photo-irradiation.

口頭

Studies on phonon modes in a molecular dimer-Mott insulator $$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$ by inelastic neutron scattering

河村 聖子; 松浦 直人*; 井口 敏*; 佐々木 孝彦*; 谷口 弘三*; 窪田 愛子*; 佐藤 一彦*; 稲村 泰弘; 菊地 龍弥*; 中島 健次

no journal, , 

分子ダイマーモット絶縁体$$beta^{prime}$$-(BEDT-TTF)$$_2$$ICl$$_2$$において最近、リラクサー的な誘電応答が報告され、新しいタイプの強誘電体として注目を集めている。この系は、スピン1/2が局在するBEDT-TTFダイマー内の電荷の不均化によるグラス的な強誘電と、長距離反強磁性秩序がそれぞれ$$T_c$$=62K、$$T_{rm N}$$=22K以下で発現する。このような分子性物質では、低エネルギーのフォノンが電荷・スピンと同じエネルギー領域に存在するため電荷・スピンの自由度と強く結合することが期待される。そこでこの系のフォノンモードを観測するため、J-PARC MLFのチョッパー分光器アマテラスを用いて中性子非弾性散乱測定を行った。低エネルギーのモードについては、ソフト化は観測されていない一方で、$$T_c$$, $$T_{rm N}$$と関連した温度依存性を示した。本研究の結果は、この低エネルギーフォノンが電荷・スピンと強く結合していることを示唆している。

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