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多重自由度相関研究グループ

(兼)グループリーダー
武田全康
マネージャー
長壁豊隆

研究テーマ及び業務

  1. 中性子・放射光を利用した強相関電子系の研究
  2. 中性子を利用した,各種機能性材料の評価技術の開発
  3. 相転移現象の理論的研究
  4. 偏極中性子利用技術などの,各種中性子散乱法の高度化に関する開発研究
  5. JRR-3に設置されている中性子分光器の維持・管理
  6. JRR-3で行われる施設共用実験の利用者支援
  7. JRR-3の実験試料環境の整備

研究内容

多重自由度相関研究グループは、量子ビームの中で、特に中性子と放射光を利用し、様々な物質が持つ性質・機能の発現機構を明らかにする研究を行っています。そのために、研究用原子炉JRR-3の炉室に設置されている3軸型偏極中性子分光器TAS-1 (詳細情報), ビームホールに設置されている3軸型冷中性子分光器LTAS (詳細情報), 3軸型中性子分光器TAS-2 (詳細情報), 多目的単色熱中性子実験ポートMUSASI (詳細情報), という多数の中性子散乱装置の維持管理、施設利用実験者の利用支援を行うとともに、偏極中性子散乱法に代表される、各種中性子散乱法の高度化にも積極的に取り組んでいます。また、J-PARCセンターと協力し、J-PARCの物質・生命科学実験施設(MLF)に設置されているチョッパー分光器(四季,アマテラス)、偏極中性子反射率計(写楽),単結晶回折計(千手)の利用研究を進めています。さらに、原子力機構が所有する大規模並列計算機を駆使し、スピングラスの相転移現象や、高分子というミクロな世界から宇宙の大規模構造という巨大な世界に共通する、パターン形成を探求しています。

最近の研究成果

○三角格子磁性体で「スピンカイラリティ」由来の強誘電性を立証

東京大学物性研究所、横浜国立大学大学院工学研究院と共同で、三角格子磁性体RbFe(MoO4)2において「スピンカイラリティ」に由来する強誘電性が現れることを、横浜国立大学のパルス強磁場発生装置と米国オークリッジ国立研究所の広角中性子回折装置を用いて初めて明らかにしました。これは、三角格子によるスピンカイラリティが物質の機能として現れた初めての例であり、従来の理論では説明できない全く新しいメカニズムによるものです。本研究の成果は、省エネルギーの次世代型メモリや新規の光学デバイスの開発につながると期待されます。
平成24年9月30日 プレス発表


○横滑り螺旋磁性と磁気交換相互作用による分極の区別に成功

東北大学との共同研究で,偏極中性子散乱と電気分極を同時測定する方法により、マルチフェロイック材料YMn2O5における分極発生メカニズムにおいて、横滑り螺旋構造から発生する分極と、磁気交換相互作用歪みから発生する分極の区別に成功しました。この物質は磁性と強誘電性が相互作用しあうことで、磁場による分極の変化、もしくは電場による磁性の変化(これを磁気電気効果といいます)が見られる物質群の一つで、その起源として、マンガンスピンの横滑り螺旋構造に由来するとするモデルと、それらスピン同士の交換相互作用により格子が歪むことに由来するモデルの2種類が提唱されてきましたが、結論は得られていませんでした。この研究では偏極中性子の特徴を生かし両者を区別することに成功し、またこの物質では両機構による分極が発生していることがわかりました。この結果は複数の分極発現機構が絡んだマルチフェロ現象の存在を明らかにした初めての例であると言えます。

グループメンバー

武田全康  (兼)グループリーダー (中性子散乱による材料研究)
長壁豊隆  マネージャー・TAS-2, TAS-1担当(中性子散乱による物性研究)
脇本秀一  研究主幹
[事業計画統括部派遣中]
(中性子・放射光による物性研究)
目時直人  研究主幹・MUSASI担当 (相転移およびパターン形成に関する理論的研究)
樹神克明  研究主幹・HRPD担当 (中性子散乱による物性研究)
深沢 裕   研究主幹 (中性子散乱による物性研究)
金子耕士   研究主幹・LTAS, BL18担当 (中性子・放射光による物性研究)
久保田正人 研究副主幹・TAS-2担当 (中性子・放射光を用いた材料研究)
山内宏樹   研究副主幹・LTAS担当 (中性子散乱による物性研究)
横田光史 特別嘱託 (相転移およびパターン形成に関する理論的研究)

論文リスト 2014−2015年度

1) Effects of geometrical frustration on spin glass transition, T. Yokota, Phys. Rev. E, 89, 012128 (2014).
2) Magnetic and electric properties of (LaMnO3)5(SrMnO3)5 superlattice revealed br resonant soft X-ray scattering, M. Kubota, H. Yamada, H. Nakao, J. Okamoto, Y. Yamasaki, A. Sawa, and Y. Murakami, Jpn. J. Appl. Phys., 53, 05FH07 (2014).
3) Single crystal neutron diffraction study of high neutron absorbing compound EuGa4, T. Kawasaki, K. Kaneko, N. Aso, A. Nakamura, M. Hedo, T. Nakama, K. Munakata, and T. Hanashima, JPS Conf. Proc., 1, 014009 (2014).
4) Anharmonic Pr guest modes in Pr(Os1-xRux)4Sn12 investigated by inelastic X-ray scattering, S. Tsutsui, K. Kaneko, R. Miyazaki, R. Higashinaka, Y. Aoki, R. Kobayashi, S. Wakimoto, A. Q. R. Baron, H. Sugawara, and H. Sato, JPS Conf. Proc., 3, 011060 (2014).
5) Field-induced order in heavy-fermion compound YbCo2Zn20, K. Kaneko, S. Raymond, E. Ressouche, G. Lapertot, T. Takeuchi, Y. Hirose, F. Honda, and Y. Onuki JPS Conf. Proc., 3, 011061 (2014).
6) Magnetic-field-enhanced antiferromagnetism in the noncentrosymmetric heavy-fermion superconductor CePt3Si, K. Kaneko, O. Stockert, B. Fak. S. Raymond, M. Skoulatos, T. Takeuchi, and Y. Onuki, Phys. Rev. B, 89, 241105 (2014).
7) Antiferromagnetic order of the Co2+ high-spin state with a large orbital angular momentum in La1.5Ca0.5CoO4, J. Okamoto, H. Nakao, Y. Yamasaki, H. Wadati, A. Tanaka, M. Kubota, K. Horigane, Y Murakami, and K. Yamada, J. Phys. Soc. Jpn., 83, 044705 (2014).
8) Influence of electron doping on magnetic order in CeRu2Al10, R. Kobayashi, K. Kaneko, K. Saito, J.-M. Mignot, G. Andre, J. Robert, S. Wakimoto, M. Matsuda, S. Chi, Y. Haga, T. D. Matsuda, T. Nishioka, M. Matsumura, H. Tanida, and M. Sera, J. Phys. Soc. Jpn., 83, 104707 (2014).
9) Spin-chirality-driven ferroelectricity on a perfect triangular lattice antiferromagnet, H. Mitamura, R. Watanuki, K. Kaneko, N. Oozaki, Y. Amou, S. Kittaka, R. Kobayashi, Y. Shimura, I. Yamamoto, K. Suzuki, S. Chi, and T. Sakakibara, Phys. Rev. Lett., 113, 147202 (2014).
10)Effects of exchange randomness on two-dimensional magnetic domain pattern dormation, T. Yokota, J. Magn. Magn. Mater., 385, 119-123 (2015).
11)2D neutron diffraction imaging on an ammonite, S. Shamoto, K. Kodama, T. Imaki, T. Nakatani, H. Oshita, N. Kaneko, K. Matuko, K. Sakamoto, K. Yamaguchi, and T. Otomo, JPS Conf. Proc., 1, 014011 (2014).
12)Instrument design and performance evaluation of a new single crystal neutron diffractometer SENJU at J-PARC, K. Oikawa, T. Kawasaki, T. Ohhara, R. Kiyanagi, K. Kaneko, I. tamura, T. Nakamura, M. Harada, A. Nakao, T. Hanashima, K. Munakata, H. Kimura, Y. Noda, M. Takahashi, and T. Kiyotani, JPS Conf. Proc., 1, 014013 (2014).
13)Spin polarized neutron scattering study on metal-insulator crossover in uranium dichalcogenide -US2, N. Metoki, H. Sakai, M. Suzuki, E. Yamamoto, Y. Haga, T. D. Matsuda, and S. Ikeda, JPS Conf. Proc., 3, 013011 (2014).
14)Studies of silver photo-diffusion dynamics in Ag/GexS1-x (x = 0.2 and 0.4) films using neutron reflectometry, Y. Sakaguchi, H.Asaoka, Y. Uozumi, Y. Kawakita, T. Ito, M. Kubota, D. Yamazaki, K. Soyama, M. Ailavajhala, M. R. Latif, and M. Mitkova, Canad. J. Phys., 92, 654-658 (2014).
15)201 of LaFeAsO1-xFx near the doping phase boundary, M. Hiraishi, R. Kadono, M. Miyazaki, I. Yamauchi, A. Koda, K. M. Kojima, M. Ishikado, S. Wakimoto, and S. Shamoto, J. Phys. Soc. Jpn., 83, 103707 (2014).
16)Anisotoropic magnetic form factor in a detwinned single crystal of BaFe2As2, K. Kodama, M. Ishikado, S. Wakimoto, K. Kihou, C. H. Lee, A. Iyo, H. Esaki, and S. Shamoto, Phys. Rev. B, 90, 144510 (2014).
17)High-energy magnetic excitations in overdoped La2-xSrxCuO4 studied by neutron and resonant inelastic X-ray scattering, S. Wakimoto, K. Ishii, H. Kimura, M. Fujita, G. Dellea, K. Kummer, L. Braicovich, G. Ghiringhelli, L. M. Debeer-Schmitt, and G. E. Granroth, Phys. Rev. B, 91, 184513 (2015).
18)入門講座 中性子実験装置「定常炉編」(8) 中性子反射率計, 武田全康, 山崎大, 日野正裕, 波紋, 24(3), 200-205 (2014).
19)Magnetic Field Dependence of the Canted Spin Moment around the Interface between Ferromagnetic Ni and Antiferromagnetic FeMn Revealed by the Polarized Neutron Reflectivity, K. Amemiya, M. Sakamaki, M. Mizusawa, and M. Takeda, JPS Conf. Proc., 8, 034004 (2015).
20)Neutron Scattering Study of Spin Fluctuations in La2−xSrxCuO4 by Four-Dimensional Mapping of Neutron Cross-Sections Using the 4SEASONS Chopper Spectrometer, S. Wakimoto, K. Ikeuchi, M. Arai, M. Fujita, R. Kajimoto, S. Kawamura, M. Matsuura, K. Nakajima, and K. Yamada, JPS Conf. Proc., 8, 034013 (2015).
21)Pressure-induced polar phases in multiferroic delafossite CuFeO2, N. Terada, D. D. Khalyavin, P. Manuel, T. Osakabe, P. G. Radaelli, and H. Kitazawa, Phys. Rev. B, 89, 220403 (2014).
22)陽極酸化皮膜を用いたガスケット絶縁技術の開発, 長壁豊隆, 加藤義博, 本元悟, 桑原慶太郎, 高圧力の科学と技術, 25(1), 57-63 (2015).
23)Local Structural Analysis by Using Atomic Pair Distribution Function on Mixed Valence Compound LiMn2O4, K. Kodama, N. Igawa, S. Shamoto, K. Ikeda, H. Ohshita, N. Kaneko, T. Otomo, K. Suzuya, A. Hoshikawa, and T. Ishigaki, JPS Conf. Proc., 3, 013012 (2014).
24)Superconductivity in Noncentrosymmetric Iridium Silicide Li2IrSi3, S. Pyon, K. Kudo, J. Matsumura, H. Ishii, G. Matsuo, M. Nohara, H. Hojo, K. Oka, M. Azuma, V. O. Garlea, K. Kodama, and S. Shamoto, J. Phys. Soc. Jpn., 83, 093706 (2014).
25)Nuclear and Electron Density Distributions of LiMn2O4 Analyzed by Combination of Rietveld/Maximum Entropy Method, N. Igawa, K. Kodama, A. Birumachi, and T. Taguchi, e-J. Surf. Sci. Nanotech., 13, 247-252 (2015).
26)Local Lattice Distortion Caused by Short-Range Charge Ordering in Transition Metal Oxides, K. Kodama, N. Igawa, S. Shamoto, K. Ikeda, H. Ohshita, N. Kaneko, T. Otomo, K. Suzuya, A. Hoshikawa, and T. Ishigaki, JPS Conf. Proc., 8, 034002 (2015).
27)Crystal Structures and Magnetic Properties of Nickel Chain Compounds PbM2Ni6Te3O18 (M = Mn, Cd), Y. Doi, R. Suzuki, Y. Hinatsu, K. Kodama, and N. Igawa, , 54, 10725-10731 (2015).
28)Synthesis of heterostructured SiC and C-SiC nanotubes by ion irradiation-induced changes in crystallinity, T. Taguchi, S. Yamamoto, K. Kodama, and H. Asaoka, Carbon, 95, 279-285 (2015).
29)Dynamics of silver photo-diffusion into Ge-chalcogenide films; Time-resolved neutron reflectometry, Y. Sakaguchi, H. Asaoka, Y. Uozumi, Y. Kawakita, T. Ito, M. Kubota, D. Yamazaki, K. Soyama, M. Ailavajhala, M. R. Latif, K. Wolf, M. Mitkova, and M. W. A. Skoda, J. Phys.: Conf. Ser., 619, 012046 (2015).
30)Measurement of transient photo-induced changes in thin films at J-PARC – Time-resolved neutron reflectivity measurements of silver photo-diffusion into Ge-chalcogenide films, Y. Sakaguchi, H. Asaoka, Y. Uozumi, Y. Kawakita, T. Ito, M. Kubota, D. Yamazaki, K. Soyama, M. Ailavajhala, K. Wolf, M. Mitkova, and M. W. A. Skoda, JPS Conf. Proc., 8, 031023 (2015).
31)三角格子反強磁性体のスピンカイラリティと強誘電性, 三田村裕幸, 綿貫竜太, 金子耕士, 榊原俊郎, 固体物理, 50(12), 821-832 (2015).
32)Neutron Diffraction of Ice in Hydrogels, Y. Sekine, T. Ikeda-Fukazawa, M. Aizawa, R. Kobayashi, S. Chi, J. A. Fernandez-Baca, H. Yamauchi, and H. Fukazawa, J. Phys. Chem. B, 118, 13453-13457, (2014).
33)Neutron Diffraction of Ice and Water in Hydrogels, Y. Sekine, R. Kobayashi, S. Chi, J. A. Fernandez-Baca, K. Suzuya, F. Fujisaki, K. Ikeda, T. Otomo, T. Ikeda-Fukazawa, H. Yamauchi, and H. Fukazawa, JPS Conf. Proc., 8, 033009 (2015).
34)Properties of Ferroelectric Ice, H. Fukazawa, M. Arakawa, H. Yamauchi, Y. Sekine, R. Kobayashi, Y. Uwatoko, S. Chi, and J. A. Fernandez-Baca, JPS Conf. Proc., 8, 033010 (2015).
35)Random Ising antiferromagnet on Bethe-like lattices with triangular loops, T. Yokota. Physica A, 447, 270-275 (2016).
36)SENJU: a new time-of-flight single-crystal neutron diffractometer at J-PARC, T. Ohhara, R. Kiyanagi, K. Oikawa, K. Kaneko, T. Kawasaki, I. Tamura, A. Nakao, T. Hanashima, K. Munakata, T. Moyoshi, T. Kuroda, H. Kimura, T. Sakakura, C.-H. Lee, M. Takahashi, K. - Ohshima, T. Kiyotani, Y. Noda, and M. Arai, J. Appl. Cryst., 49, 120-127 (2016).

外部資金 平成28年度以降

1)科研費 基盤研究(C)「磁気対相関関数を用いた局所磁気構造解析法の開発」平成28年度-平成30年度
2)科研費 基盤研究(C)「量子ビームを用いた巨大応答ナノドメインの階層的空間・時間相関の研究」平成27年度-平成29年度
3)科研費 基盤研究(C)「J-PARCとJRR-3の相補利用による高圧機能物性研究の展開」平成26年度-平成28年度

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