1. No category

様々な中性子源を利用して成果を上げるには
佐藤 卓
東北大学多元物質科学研究所
京大炉におけるビーム利用のための次期中性子源検討3ワークショプ
2015/01/16 KUR 事務棟大会議室
様々な中性子源？
DATE
FACILITY SPECT.
TYPE
SUCCESS?
PAPER?
11/10/10
ANSTO
ECHIDNA
powder
x
x
11/10/13
ORNL
CTAX
3axis
x
x
11/10/17
ORNL
CTAX
3axis
o
o
12/02/19
J-PARC
HRC
chopper
x
x
12/05/15
ORNL
CTAX
3axis
?
x
12/08/15
ORNL
WAND
powder
o
under way
12/10/31
J-PARC
AMATER
chopper
o
under way
12/11/20
ORNL
WAND
powder
o
under way
12/11/21
ORNL
CTAX
3axis
o
under way
13/03/04
J-PARC
AMATER
chopper
o
x
13/03/11
J-PARC
SHRPD
powder
o
under way?
13/03/18
NIST
BT7
3axis
o
under way?
13/04/06
J-PARC
HRC
chopper
x
x
13/05/20
J-PARC
AMATER
chopper
o
underway
様々な中性子源？
DATE
FACILITY SPECT.
TYPE
SUCCESS?
PAPER?
13/05/21
J-PARC
HRC
chopper
x
x
13/07/04
ORNL
HB-1
3axis
o
under way
13/07/06
ORNL
HB-3a
4circle
o
under way
13/07/08
ORNL
CTAX
3axis
o
under way
13/11/01
BATAN
TAX
3axis(advice o
x
13/11/13
HANARO
CTAS
3axis(test)
o
x
14/01/09
NIST
DCS
chopper
x
x
14/01/24
LANL
NPDF
powder
o
under way
14/01/30
HANARO
CTAS
3axis(test)
o
x
14/02/22
HANARO
CTAS
3axis(test)
o
x
14/03/19
J-PARC
HRC
chopper
x
x
14/03/21
J-PARC
TAIKAN
sans
o
under way
14/03/27
J-PARC
AMATER
chopper
o
under way
14/03/30
J-PARC
NOVA
powder
o
under way
様々な中性子源？
DATE
FACILITY
SPECT.
TYPE
SUCCESS?
PAPER?
14/03/31
J-PARC
DNA
chopper(BS) x
x
14/05/13
ORNL
HB-3a
4circle
o
under way
14/06/13
NIST
NG3
sans
x
x
14/07/16
ANSTO
QUOKKA
sans
x
x
14/10/13
BATAN
TAS
3axis(advice o
x
14/11/05
J-PARC
DNA
chopper(BS) o
not yet
14/11/19
J-PARC
HRC
chopper
?
?
14/11/23
J-PARC
NOVA
powder
o
not yet
14/12/01
ORNL
CTAX
3axis
x
x
14/12/08
ANSTO
ECHIDNA
powder
o
not yet
様々な中性子源？

パルスと定常を両方使用する


最高パワー施設だけを使用している訳ではない



パルスだけではなかなか難しい
パルス非弾性実験はやはりPowerが鍵になるので強い方が良い
（しかし、弾性散乱ならLANSCE でも十分なデータが取れ
た）
定常施設は強度より分光器と装置責任者できまる



NIST MACS vs ORNL CTAX
NIST vs HANARO and BATAN
ANSTO の微妙な立ち位置
様々な中性子源を使用して成果は上がったのか？


様々な中性子源を使用して成果をあげる事はとても難し
い！
実験には：



a) は大体成功する



a)サンプルだけ持って行けばできる実験
b)色々と難しいセットアップが必要な実験
MnSb2O6磁気構造解析
Au-Si-Tb磁気構造解析
b) はまず成功しない



MnSiスカーミオンの電流実験
Cu2OSeO3 の電場下実験
…
MnSb2O6 magnetic structure analysis
Collaborators

Neutron Scattering

IMRAM, Tohoku University



Oak Ridge National Laboratory




Taku J Sato
Yusuke Nambu
Tao Hong
Masaaki Matsuda
Huibo Cao
Sample Preparation and Bulk Measurements

University of Tokyo and RIKEN




Masataka Kinoshita
Shinichiro Seki
Shintaro Ishiwata
Yoshinori Tokura
Crystal structure of MnSb2O6

Distorted triangular lattice stacking along c axis

Space group: non-centrosymmetric (chiral) P321
Introduction -- Two types of LR asymmetry in
magnetic structures -
Helical or cycloidal spin structure


Absence of inversion symmetry


εH
the degeneracy will be removed
Only a few examples to date…


+q and –q degeneracy
MnSi
Triangular spin structure:


-q
+q
+
Chirality can be defined for spins in a triangle
Single chirality may be selected at low temperatures
εT
-
Experimental details

Single crystalline sample



Flux growth
Sample mass: 41.94mg
Neutron diffraction experiments

Polarized neutron experiment: HB-1@ONRL






Unpolarized 4-circle experiment: HB-3A@ORNL



λ = 1.5424Å
Monochromator: Si 222 (λ/2 ~ 2%)
Supplemental cold neutron experiment: CTAX@ORNL




Collimations: 48’-open-80’-open (3axis)
Ef = 13.5meV (double PG filter)
Monochromator and analyzer: Heusler
h0l and hhl zones with polarization dependence and analysis
Depolarizer after sample
Collimations: G-open-80’-open
Monochromator and analyzer: PG 002
Ef = 5meV (cooled Be filter after sample)
Closed-cycle 4He refrigerator: Tmin ~ 4K
Refined magnetic structure

Refined magnetic structure (one domain)
Top view
Side view
Refined magnetic structure

Refined magnetic structure (one domain)
Top view
Spin structure
Side view
Au-Si-Tb 近似結晶の磁気構造解析



K. Hiroto, K. Tokiwa, and R. Tamura (TUS)
T. J. Sato (IMRAM)
H. Cao (ORNL)
背景
Tsai型クラスター
4面体
12面体
正20面体スピンクラスター
20･12面体
菱形30面体
Tsai型クラスター固体を、
正20面体スピンクラスター固体
と見做せる
正20面体スピン構造に起因した
磁気秩序に期待
Earlier powder diffraction study
Au-Si-Tb approximant: icosahedral cluster of Tb3+ ions
Gebresenbut et al., JPCM 26 322202 (2014)
磁気構造解析
回折データから物理的な磁気構造を構築
: 磁気モーメントがそれぞれ最も近い主軸を向き、
(個々の磁気モーメントが[1 0 0]を向く)
: 結晶全体の磁化容易軸は[1 1 1]となる
7.58 µB/Tb3+
9.0 µB/Tb3+ (theol.)
|Fmag calc |2
200200 reflections
Rw = 0.0577
100
0
0
100 2
|Fmag obs |
200
Skyrmion dynamics




Y. Nambu, D. Higashi, D. Okuyama, T. J. Sato
(IMRAM)
K. Ohishi, S. Takata, and J. Suzuki (J-PARC)
S. Seki, A. Kikkawa, Y. Taguchi, Y. Tokura (RIKEN)
Q. Ye, and P. Butler (NIST)
MnSiの電流下小角散乱

ヘリカル磁性体に現れるスキルミオン格子構造

MnSi: 極めてよく知られていた遍歴電子磁性体


B20 (空間群P213)
強磁性相互作用とDM相互作用：ヘリカルスピン構造
Muhlbauer et al. Science
323 915 (2009)
Skyrmion を動かす事ができるか？

Numerical simulation (LLG)
Iwasaki et al., Nature Communications 4 1463 (2013)
Experiment?

NIST/NG3

電流導入リードはNIST側で作成 (10Aリード)
電流導入リードからの熱流入が大きすぎて温度下がらず

実験は完全に大失敗…

現在電流導入リード付きクライオスタットを再設計中

Cu2OSeO3 の電場下小角散乱

絶縁体化合物で初めてのスカーミオン格子

マルチフェロイック物質
電場でのスカーミオン格子操作の可能性？
ジュール熱を伴わないので応用的にも興味深い

高電場下小角散乱



J-PARC/TAIKAN


2度目で成功
ANSTO/QUOKKA

1度目失敗
Experimental (Cu2OSeO3)

Small Angle Neutron Scattering experiment at BL15 TAIKAN, J-PARC
2013B0052 (continued)
assigned beam time: 3 days (Dec 7-10, 2014)

Single crystal (unshaped): ~ 330 mg
grown by S. Seki

H (1T electromagnet) // ki // [110]

E (Matsusada HJPM-3R1) // [001] ⊥ ki
sapphire plate
glued by CYTOP
(F-based adhesive)
22
H20S Ag paste
Cernox
w/ N grease
Obtained phase diagram
S. Seki et al., Phys. Rev. B 85, 220406(R) (2012).

T-gap due to inexperienced wiring works of the CCR

Each point counts for ~3 min,
まとめ

中性子散乱実験において挑戦的な研究を阻むものは

フォーマリズム
距離（移動距離）
付き合いの薄さ

実は、中性子束はあまり関係なかったりする。


c.f. PSI
特殊環境の重要性
磁場、電場、低温、圧力、光、雰囲気
フレキシビリティー
申請時期、サイクルだけの問題ではなくて、、、