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菊地 龍弥*; 中島 健次; 河村 聖子; 稲村 泰弘; 中村 充孝; 若井 大介*; 青山 和弘*; 岩橋 孝明*; 神原 理*
Physica B; Condensed Matter, 564, p.45 - 53, 2019/07
AMATERASはJ-PARC物質・生命科学実験施設に設置された冷中性子チョッパー型分光器である。この9年に亘る運用の中で得られたバッググラウンド(意図せずにデータ収集系に集積されるシグナル)についての知見をまとめた。それらは、ビームライン上にある物質から発生するガンマ線、ビームライン上にある機器から発生するブラッグ反射, 空気散乱, 電気ノイズ, 宇宙線などである。それらについてまとめると共に今後の可能な対策について述べる。これらは、同種の分光器にとっても役立つ情報となると期待する。
那波 和宏*; 田中 公人*; 栗田 伸之*; 佐藤 卓*; 杉山 晴紀*; 植草 秀裕*; 河村 聖子; 中島 健次; 田中 秀数*
Nature Communications (Internet), 10, p.2096_1 - 2096_8, 2019/05
固体物理学の分野において、現在、その省エネルギーの情報伝達や情報処理への応用もにらんで、トポロジカル物質の探索が精力的に行われている。近年の研究では、フェルミオンである電子にとどまらず、ボゾンにおいてもトポロジカルな状態が生まれることが示唆されている。ここで我々は、スピン1/2のダイマー反強磁性体Ba
CuSiO
Clについて中性子非弾性散乱実験を行い、トポロジカル的に重要と思われるトリプロンのバンドを測定した。実験結果は、ダイマー間相互作用の小さな交替により生じていると思われるトリプロンバンドの分裂を明瞭に捉えた。解析により、BaCuSiOClについては、初めてとなるボゾンによって実現した結合型Su-Schrieffer-Heeger模型を実現した系であると思われ、トポロジカルに保護された端状態が存在しているものと思われる。
河村 聖子; 服部 高典; Harjo, S.; 池田 一貴*; 宮田 登*; 宮崎 司*; 青木 裕之; 渡辺 真朗; 坂口 佳史*; 奥 隆之
Neutron News, 30(1), p.11 - 13, 2019/05
日本の中性子散乱施設の特徴のひとつとして、循環型冷凍機のように頻繁に使われる試料環境(SE)機器は各装置の担当者が整備していることが挙げられる。装置担当者は、ユーザー実験の際、装置自体だけでなく、これらのSE機器の運用も行う。このような運用には、SE機器を装置にあわせて最適化できユーザーの要求を直接きくことができるというメリットがある。一方で、MLFのSEチームは、より高度なSE機器を使った実験を可能にするため、共通のSE機器を整備している。本レポートでは、最近のMLFにおけるSE機器の現状が紹介される。中性子装置BL11, BL19, BL21, BL17で用いられるSE機器と、SEチームによって最近整備された機器に焦点をあてる。
Li, B.*; 川北 至信; 河村 聖子; 菅原 武*; Wang, H.*; Wang, J.*; Chen, Y.*; 河口 沙織*; 河口 彰吾*; 尾原 幸治*; et al.
Nature, 567(7749), p.506 - 510, 2019/03
冷却は現代社会では、世界における25-30%の電力が空調や食料保存に用いられるように、重要である。従来の気化、圧縮で冷却を行う方法は、温暖化などの観点から限界が来ている。有望な代替手段として固体の熱量効果を用いた冷却方法が注目を集めている。しかしながら、この方法は、現在候補に挙げられている物質ではエントロピー変化の小ささや巨大な磁場を必要とするところなどから性能に限界がある。そこで我々は柔粘性結晶における圧力誘起の相転移で冷却が起こる巨大圧力熱量効果を報告する。柔粘性結晶の一つであるネオペンチルグリコールのエントロピー変化は室温近傍において単位キログラム、単位温度あたり、約389ジュールであった。圧力下の中性子散乱実験の結果から、そのような巨大圧力熱量効果は分子配向の非秩序化、巨大な圧縮率、極めて非線形性の強い格子ダイナミクスの組み合わせに由来することが明らかになった。我々の研究により、柔粘性結晶における巨大圧力熱量効果発現の微視的機構が明らかとなり、次世代の固体を使った冷却技術の確立に筋道を付けることができた。
Ti
O
門脇 広明*; 脇田 美香*; F
k, B.*; Ollivier, J.*; 河村 聖子; 中島 健次; Lynn, J. W.*
Physical Review B, 99(1), p.014406_1 - 014406_12, 2019/01
非弾性中性子散乱を用いてフラストレーションのあるパイロクロア酸化物TbTiO (x = -0.007, 0.000, and 0.003)単結晶試料の磁気相関を測定した。この系は、量子スピン液体と四重極秩序状態を示すものである。実験結果とRPAを使った解析結果を議論する。量子スピン液体状態では対称性の破れが生じており、古典的なRPAの範囲を超えた議論が必要なことが示唆される。
富安 啓輔*; 伊藤 菜緒子*; 岡崎 竜二*; 高橋 佑生*; 小野寺 貢*; 岩佐 和晃*; 野島 勉*; 青山 拓也*; 大串 研也*; 石川 喜久*; et al.
Advanced Quantum Technologies (Internet), 1(3), p.1800057_1 - 1800057_7, 2018/12
スピンクロスオーバーとしても知られるスピン状態転移は、様々な物質において重要な役割をもつ。理論的に、低スピンと高スピン状態の境界近傍では、従来とは異なる物理状態を引き起こすと予想されている。しかしながら、外場を印加せずに、基底状態としてほぼ縮退した臨界の状態を実現する系は、いまだに実験的には確認されていない。本研究は、LaCoO
へのSc置換が、非磁性の低スピン状態を不安定化させ、トランスポートギャップのエンハンスメントと磁気格子膨張、Co-O距離の縮みを伴う異常な常磁性状態を生み出すことを明らかにした。これらの現象は、通常の低スピン・高スピン状態の混合状態ではよく説明できず、スピン状態転移の境界で生じる量子重ね合わせで記述することができる。
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。
iron-based superconductor LaFePO
石角 元志*; 社本 真一; 樹神 克明; 梶本 亮一; 中村 充孝; Hong, T.*; Mutka, H.*
Scientific Reports (Internet), 8, p.16343_1 - 16343_6, 2018/11
パーセンタイル：100(Multidisciplinary Sciences)磁気揺らぎはBCS理論に従わない非従来型超伝導で最も可能性のある機構として重要な役割を担うと考えられてきた。今回、これまで磁気ゆらぎが見つかっていない5Kという低い超伝導転移温度の鉄リン系超伝導体LaFePOで、30-50meVの高エネルギーで磁気ゆらぎを見つけた。これはこれまで考えられてきた高エネルギー磁気揺らぎで、高い超伝導転移温度になるという考えとは矛盾することから、超伝導機構の理解に向けて重要な発見である。
寺田 典樹*; Qureshi, N.*; Chapon, L. C.*; 長壁 豊隆
Nature Communications (Internet), 9, p.4368_1 - 4368_9, 2018/10
パーセンタイル：100(Multidisciplinary Sciences)We have succeeded in carrying out the first spherical neutron polarimetry (SNP) experiments in conjunction with the application of pressure, working with the multiferroic delafossite CuFeO and using the newly developed nonmagnetic hybrid anvil high pressure cell (HAC). This work determined the detailed magnetic structures in the pressure-induced ferroelectric phases of this material, as well as nonpolar phases at ambient pressure. The present study provides evidence that SNP measurements are viable even in combination with high pressure conditions.
中島 健次; 河村 聖子; 菊地 龍弥*; 古府 麻衣子; 川北 至信; 稲村 泰弘; 神原 理*; 青山 和弘*; 若井 大介*; 原田 正英; et al.
Journal of Physics; Conference Series, 1021(1), p.012031_1 - 012031_5, 2018/06
We report recent issues that have been encountered by AMATERAS, which is a cold-neutron disk-chopper spectrometer installed at the Materials and Life Science Experimental Facility at J-PARC. After the last ICANS meeting held in 2014, AMATERAS has continued its user program. On the other hand, the spectrometer has faced several problems, such as a weak shield at the beam dump, failure of one of the chopper disks and many such problems, which we are currently investigating. Further, several instrumental improvements have been performed, such as background reduction, fixing badly designed parts and other such improvements. Our extensive experience obtained in the period of more than 7 years on one of the world's first pulse-shaping chopper spectrometers may help other researchers who are operating or planning to construct similar spectrometers.
岩佐 和晃*; 伊賀 文俊*; 茂吉 武人*; 中尾 朗子*; 大原 高志
Journal of the Physical Society of Japan, 87(6), p.064705_1 - 064705_5, 2018/06
パーセンタイル：100(Physics, Multidisciplinary)The magnetic-ordered state of a single-crystal sample of TbB has been studied with the high-precision neutron diffraction instrument SENJU installed at BL18 of the Materials and Life Science Facility in J-PARC. We observed new Bragg-reflection spots characterized by a propagation vector 
= (1/4, 1/4, 0) below the N
el temperature 
20 K, in addition to the 
= (1/4, 1/4. 1/2) reported in the previous literatures. Because X-ray Thomson scattering measurements do not detect the superlattice reflections at 13 K, is a new magnetic-ordering propagation vector. The magnetic multi-q structure of TbB is similar to that of CeB, whereas the ratio of the amplitude to that of qM1 is smaller than in CeB. The combination of and is expected to assist the 
= (1/2, 0, 0) lattice modulation.
Sr
CuO
池内 和彦*; 菊地 龍弥*; 中島 健次; 梶本 亮一; 脇本 秀一; 藤田 全基*
Physica B; Condensed Matter, 536, p.717 - 719, 2018/05
被引用回数：1 パーセンタイル：63.1(Physics, Condensed Matter)銅酸化物高温超伝導体の過剰ドープ領域における低エネルギーの磁気励起の構造の詳細を調べるために、我々は、LaSrCuOの中性子非弾性散乱実験を行った。過去に報告されたように、非整合な磁気相関に対応した
= (0.5 
, 0.5)/(0.5, 0.5 )を中心とした磁気励起を明瞭に観測した。それに加えて、
を中心とした円環状の励起も観測された。円環の半径(
=0.109)は、磁気相関の非整合性(=0.118)より小さい。このことは、円環状の磁気励起は非整合な磁気相関とはその原因を異にしていることを示唆している。LaSr
CuOの磁気励起はこのように2種類の励起を持つことが示唆される。
Sr
Cu
Fe
O池内 和彦*; 菊地 龍弥*; 中島 健次; 梶本 亮一; 脇本 秀一; 藤田 全基*
Journal of Physics; Conference Series, 969(1), p.012024_1 - 012024_5, 2018/04
Inelastic neutron scattering experiments were performed to investigate the effect of Fe substitution on the magnetic excitation spectra in a heavily hole-doped cuprate system LaSrCuFeO. Well-defined low-energy magnetic excitations, associated with a static magnetic order, were observed at the incommensurate (IC) positions. The incommensurability of 0.144 (r.l.u) was larger than that of 
0.125 (r.l.u) in LSCO with 
= 0.25, suggesting an increase of incommensurability by Fe substitution. In addition to the obvious effect on IC excitations, we show the emergence of ring-shaped magnetic excitations by Fe-substitution. These results are incompatible with a simple pinning scenario of the stripe order, which is characterized by local spin correlations. The metallic aspect of the low-energy part of the magnetic excitation, which underlies high-temperature superconductivity in over-doped cuprate systems, would be enhanced/induced by Fe substitution.
社本 真一; 伊藤 孝; 大西 弘明; 山内 宏樹; 稲村 泰弘; 松浦 直人*; 赤津 光洋*; 樹神 克明; 中尾 朗子*; 茂吉 武人*; et al.
Physical Review B, 97(5), p.054429_1 - 054429_9, 2018/02
被引用回数：1 パーセンタイル：100(Materials Science, Multidisciplinary)イットリウム鉄ガーネットの核および磁気構造と全マグノン分散を中性子散乱により調べた。低エネルギーの分散は強磁性マグノンで期待されるように14meVまで2次関数の分散を示した。
積分した動的磁化率
"(
)の虚部は低エネルギーで平方根のエネルギー依存性を示した。"()から絶対値でマグノン状態密度を求めた。その値は理論的に予想されるマグノン分散でひとつのカラリティーモードに対応する。
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。
熊田 高之
電子スピンサイエンス, 15(Autumn), p.86 - 91, 2017/10
付加価値の高い機能性材料開発の現場では、物理・化学的性質が異なる複数の素材をナノレベルで混合させることで互いの短所を補い長所を引き出した複合材料の開発が繰り広げられている。その複合材料の開発においては、成分間の相互作用を決定づける絡み合い構造の最適化がカギとなる。スピンコントラスト法とよばれる偏極中性子と水素核偏極試料を用いた構造解析法は、複合材料開発の指針となる成分毎のナノ構造および空間配置の決定を実現するものである。
松本 貴裕*; 大原 高志; 杉本 秀彦*; Bennington, S. M.*; 池田 進*
Physical Review Materials (Internet), 1(5), p.051601_1 - 051601_6, 2017/10
We identified twin split scattering spectra in hydrogen-terminated nanocrystalline silicon by using inelastic neutron scattering spectroscopy. A standard theoretical analysis based on the localized wave function of hydrogen in not sufficient to explain this duality. We show that this duality originates from the cooperative motion of hydrogen and silicon.
CoSbO
伊藤 沙也*; 栗田 伸之*; 田中 秀数*; 河村 聖子; 中島 健次; 伊藤 晋一*; 桑原 慶太郎*; 加倉井 和久*
Nature Communications (Internet), 8, p.235_1 - 235_6, 2017/08
被引用回数：11 パーセンタイル：19.69(Multidisciplinary Sciences)A spin-1/2 triangular-lattice Heisenberg antiferromagnet (TLHAF) is a prototypical frustrated quantum magnet, which exhibits remarkable quantum many-body effects that arise from the synergy between spin frustration and quantum fluctuation. The ground-state properties of a spin-1/2 TLHAF are theoretically well understood. However, magnetic excitations are less well understood and the theoretical consensus is limited. The experimental study of the magnetic excitations in spin-1/2 TLHAFs has also been limited. Here we show the whole picture of magnetic excitations in the spin-1/2 TLHAF BaCoSbO investigated by inelastic neutron scattering. Significantly different from the theory, the excitation spectra have a three-stage energy structure. The lowest first stage is composed of dispersion branches of single-magnon excitations. The second and third stages are dispersive continua accompanied by columnar continuum extending above 10 meV, which is six times larger than the exchange interaction J=1.67 meV. Our results indicate the necessity of a new theoretical framework.
O
by dynamical Jahn-Teller effect蒲沢 和也*; 石角 元志*; 河村 聖子; 川北 至信; 加倉井 和久*; 中島 健次; 佐藤 正俊*
Physical Review B, 95(10), p.104413_1 - 104413_7, 2017/03
被引用回数：2 パーセンタイル：66.33(Materials Science, Multidisciplinary)A powder inelastic neutron-scattering study of HoBaFeO (HBFO) revealed characteristic magnetic excitations associated with geometrical spin frustration. Dispersionless excitations in energy (
) and wave-vector (
) space are observed at several discrete energies. Some of them can be attributed to crystal-field excitations of Ho
in octahedral symmetry, but the others are explained instead by the vibronic state of the Fe
dynamical Jahn-Teller effect with orbit-spin coupling, indicating interaction among the spin, the orbital, and the lattice degree of freedom. The antiferromagnetic HBFO lattice has cubic symmetry, and both Fe and Fe reside on corner-sharing tetrahedra with a number ratio of 3:1. Even though Fe is a Jahn-Teller active ion in tetrahedral symmetry, the system does not exhibit any static lattice distortion to the lowest temperature studied (4 K). The observed excitations can be understood by considering the dynamical interaction among spin-orbital-lattice degrees of freedom, indicating that spin fluctuation due to the frustration effect induces the dynamical Jahn-Teller effect, although in most cases a Jahn-Teller active ion Fe takes the static Jahn-Teller effect in a magnetic oxide system.
稲村 泰弘; 伊藤 崇芳*; 鈴木 次郎*; 中谷 健
JAEA-Testing 2016-001, 91 Pages, 2016/06
JAEA-Testing-2016-001.pdf:2.38MB
万葉ライブラリとは、J-PARCの物質生命科学実験施設(MLF)において実施される中性子散乱実験にて得られたデータの解析に使用されるソフトウェアの開発基盤(フレームワーク)を提供するものである。このフレームワークはMLFで稼働する多くのビームラインで動作する必要があり、中性子実験データの処理に対して共通に使用される機能と各装置の仕様にあわせたソフトウェア開発に使用される。このフレームワークは、様々な次元のヒストグラムを入れる容器、データコンテナを中心として構成されている。データコンテナは、多次元ヒストグラムのエラー伝搬機能付きの四則演算、メタデータの保管、ファイルの読み書きなどの機能を持つ。万葉ライブラリはC++言語で作成しているのが、ユーザーインターフェースとしてPythonを選択し、Pythonの環境から万葉ライブラリを容易に呼び出す仕組みを導入している。これらの特徴を生かして、すでに様々なデータ処理・解析コードが多数開発されており、現在のMLFの多数の装置において解析作業の要として動作している。本報告書は万葉ライブラリを初めて使用するユーザーのための利用マニュアルである。
