東北⼤学

中性⼦散乱物性研究グループ 令和3年度

活動報告

ACTIVITY REPORT
Tohoku University
Neutron Science Groups#072022

中性⼦で⾒る物質の 静 と 動⽬次
・研究組織紹介
佐藤研究室
藤⽥研究室

……2
……2

⽊村研究室
・グループ活動

……3
……4

巻頭⾔
2021年にJRR-3が再稼働して2年が経とうとしています．各装置担当者は，10数年ぶりに稼働する装置の再⽴ち上げ，再整備に追われていたことと思います．そんな中でも，研究成果が順調に出てきていることは，特筆に値します．⼀⽅で，⼈材不⾜・疲弊，新しいサイエンスの開拓など，課題は⼭積しています．中性⼦コミュニティーの皆が幸せになれるよう，短期的・中⻑期的視野で，中性⼦利⽤のあり⽅を模索していきたいですね．
⽊村 宏之
Neutron Science Groups | 01多元物質科学研究所 スピン量⼦物性研究分野
理学研究科物理学専攻 スピン量⼦物性研究グループ
http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/tj_sato/u 概要
佐藤卓研究室では電⼦スピンの多体相関に基づく新奇な量⼦相の探索とその解明を⽬材しています.
最近では反転対称性の⽋如の素励起への影響や特殊な対称性に起因する⾮⾃明な秩序変数の相関発達等にも興味を持って研究を進めています. 主な実験⼿段は中性⼦⾮弾性散乱です．他にも帯磁率，電気抵抗，X線構造解析等のバルク測定および構造評価⼿法を総合的に⽤いて研究を推進しています．
u メンバー構成
教授: 1名，助教: 1名，PD: 1名, 秘書: 1名，
D4: 2名, M2: 2名, M1: 1名

Fig. 1: Au-Ga-Tb 磁性準結晶の粉末中性⼦回折測定結果．
最低温(T = 3.5 K < TC) で多くの磁気ピークが観測されたが，そのうち半数程度には6次元磁気指数がアサインされ準結晶起源であることがわかる．(R. Tamura et al.,JACS 143, 19938 (2021).)

佐藤 卓 研究室
佐藤研究室の⾒学や共同研究をご希望の⽅は，下記までご連絡下さい. mail: taku@tohoku.ac.jp

u 研究成果Ø 準結晶とは回折斑点がデルタ関数的であるにもかかわらず，3次元空間中の並進対称性とは相⼊れない回転対称性を有する固体物質群です．準周期構造が並進対称性をあらわには持たないことから，固体物理の基礎概念（例えばブロッホの定理）の適⽤外であることはすぐに分かります．このため準結晶の物性は⼤きな興味を持って研究されてきました．準結晶の磁性もその⼀つです．
Ø 理論的には数々の興味深い磁性現象の提案があるものの，実験的には磁性準結晶はランダム磁性体と同様なスピングラス的振る舞いを⽰していました．このため準周期性が⻑距離磁気秩序を阻害する可能性が議論されていました．
Ø 最近我々は東京理科⼤学⽥村グループと共同で準結晶磁性体の⻑距離磁気秩序を世界で初めて確認しました(Fig. 1)．この実験的発⾒は準周期構造中にも⻑距離磁気秩序が形成しうることを実験的に⽰した⼤きな進展だと考えられます．
Ø 準周期構造中の磁気構造解析法はまだ誰も⼿をつけていない問題です．また，準周期磁性体の秩序化に際する臨界現象も興味深い問題です．このように新しい課題が続々考えられます．
Ø 4G-GPTAS を⽤いた共同利⽤: 熱中性⼦3軸分光機
4G-GPTASは好調に運転を続けております．最近では，古い制御システムの抜本的改善に取り組むべくEPICS を⽤いた制御システムへの移⾏を段階的に開始しました．また，科研費基盤Aの採択に伴い回折検出器の導⼊も視野に⼊れております．今後もGPTASのご利⽤をどうぞよろしくお願いいたします．
https://gptas.tagen.tohoku.ac.jp

⾦属材料研究所 量⼦ビーム⾦属物理学研究部⾨
理学研究科物理学専攻 スピン構造物性グループ
u 概要
u 研究成果
⾦属材料研究所に属する藤⽥研究室は，同所のØ 層状銅酸化物は，伝導⾯であるCuO2 ⾯周辺の局所
60年に渡る中性⼦散乱研究を受け継いでいます．
構造が物性に影響を与えます．頂点酸素がないTʼ構
充実したスタッフ体制で，中性⼦の他にミュオンや造と呼ばれる銅酸化物では，元素置換を施していな放射光X線などの量⼦ビームを利⽤し， 「”うごき”いR2CuO4（Rは希⼟類元素）でも超伝導が発現す（ダイナミクス）と”はたらき“（物性・機能）」をるとされ，その機構が注⽬されています．Tʼ構造のキーワードに研究を展開しています．特に，スピン
La1.8Eu0.2CuO4 と Pr2CuO4 の 焼 成 直 後 （ asや格⼦の揺らぎの情報をもとに，⾼温超伝導体やスsintered）試料は，ともに超伝導を⽰しませんが，ピントロニクス物質，重い電⼦系物質で発現する量還元アニール処理により前者は超伝導化します．⼀⼦現象の起源の解明を⽬指しています．
⽅，後者はアニール後も⾮超伝導体のままで，この当研究室では単結晶合成にも精⼒的に取り組んで違いが含有する酸素量の違いによるものか，それとます．また試料合成の専⾨家からも純良試料を頂き，も本質的に違う物性を有することを反映しているの試料と量⼦ビーム実験を架け橋として国内外の多くか，決着していません．その解決には，結晶構造中の研究グループと共同研究をさせて頂いております．の各酸素サイトの情報が必要です．我々は両物質にu メンバー構成（24名）
対して中性⼦回折実験を⾏い，結晶構造を解析しま
教授: 1名, 准教授: 1名, 助教: 2名, 特任助教: 2名,した．その結果，両物質のas-sintered試料を⽐べ
秘書: 2名, D3: 4名, D2: 4名, D1: 1名, M2: 3名,
ると，各酸素サイトの占有率がほぼ同じであること，
M1: 3名，研究⽣: 1名（2022年9⽉現在）
またアニールによる酸素の変化も同程度であること
Neutron Science Groups | 02多元物質科学研究所 構造材料物性研究分野
理学研究科物理学専攻 結晶構造物性グループ
http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/kimura/

⽊村 宏之 研究室
⽊村研究室の⾒学や，共同研究をご希望の⽅は，気軽に下記までご連絡下さい．
mail: hiroyuki.kimura.b5@tohoku.ac.jp

u 概要
u 研究成果
⽊村研究室では，放射光・X線・中性⼦・ミュオØ 遷移⾦属酸化物において, d電⼦間のクーロン相互作ンを⽤いて，固体中の原⼦核や電⼦，スピンの配⽤や電⼦状態の不安定性により, 新たな化学結合が列・分布、そしてそれらの運動を調べ，物質が⽰す形成されることがあり, 近年, 相関電⼦の⾃⼰組織
マクロな現象のメカニズムを微視的に解き明かす研化現象として注⽬を集めています. 超⾼圧合成法を究をしています．「今まで⾒えなかったものを観⽤いて得られるイルメナイト型酸化物MgVO3においる」をキーワードに，強相関電⼦系物質や強誘電体，て，隣接するV4+ イオン同⼠が近づき、V-V⼆量体超伝導体，有機導体などの超精密な構造解析を⾏い，が形成される現象を発⾒しました．放射光X線回折諸物性の起源解明を⽬指しています．と物性測定の結果，この現象の微視的起源が，V4+量⼦ビームのより⾼度な相補利⽤，X線回折装置の3d軌道間に形成される新たな分⼦軌道によることや中性⼦回折装置の開発・⾼度化，⾼精度・⾼確度を明らかにしました．（H. Yamamoto et al, J.
測定⼿法，解析⼿法の確⽴を⽬指し，⽇々研究を進Am. Chem. Soc. 144, 3, 1082 (2022).）
めています．
u メンバー構成
教授: 1名，助教: 2名，技術補佐員: 1名，名誉教授: 1名，M2: 1名，B4: 1名

Fig. 3: イルメナイト型酸化物MgVO3の結晶構造中で形成されるV-V⼆量体.

Fig. 2: ⽊村研究室が管理運営している中性⼦単結晶構造解析装置FONDER（左）と，現在開発中の⼤⾯積中性⼦⼆次元3He検出器を⽤いた中性⼦カメラ（右）．

u FONDERの中性⼦共同利⽤
令和3年度から再稼働した，Fig. 1左写真の中性⼦単結晶構造解析装置は順調に全国共同利⽤として運⽤されています．この装置を利⽤した共同研究を随時募集しております．装置に関する詳しい情報は，http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/kimura/fonderに記載されています．

藤⽥研究室の⾒学や研究に関するご相談は，下記までお問い合わせ下さい．
研究室や学⽣からの研究⽣活の紹介は，オンラインでも⾏っています．
mail: fujita@tohoku.ac.jp，HP: http://qblab.imr.tohoku.ac.jp

藤⽥ 全基 研究室ことがわかりました．従って，アニール後の電⼦状態の違いは、酸素量の違いではなく，両物質に固有の性質であると考えられます．
3000

as-sintered Pr2CuO4
2000

RTExp.
Calc.

10000La/EuCuO(1)
O(2)
O(3)

3000

Ar-annealed Pr2CuO4
2000

RTExp.
Calc.

Fig. ６: 藤⽥研究室が管理している中性⼦三軸分光器AKANEの写真(左)とAKANEで測定した銅酸化物⾼温超伝導体のフォノン分散(右) 。

10000020406080
1002θ (deg.)

120140Fig. 4: Tʼ構造銅酸化物の結晶構造（左）とHERMESで得 た Pr2CuO4 の 中 性 ⼦ 粉 末 回 折 パ タ ー ン （ 右 ） ． M.
Fujita et al., J. Phys. Soc. Jpn. 90, 105002 (2021).

Ø T1-2 AKANEでは，2022年度に標準的な⾮弾性散乱実験が⾏えるようになりました．制御⽤のソフトウェアも⼀新し，最先端の研究が可能です．また，10 年 前 と 様 変 わ り し た 6G TOPAN お よ び T1-3
HERMESでも装置の調整が進んでおり， 多数の実験が実施されています．
Neutron Science Groups | 03

グループ活動2021
セミナー・ワークショップ■ 第19回セミナー 2021年12⽉10⽇(⾦)
【講師】Muhammad Zafur（NIMS，北海道⼤学 D3）【題⽬】Theoretical implications for spin and bond-charge excitations in electron-doped cuprates■ 第20回セミナー 2021年12⽉23⽇(⾦)
【講師】鈴⽊慎太郎（東京理科⼤学マテリアル創成⼯学科 助教）【題⽬】超伝導を⽰すTsai型準結晶関連物質の探索■ 第16回中性⼦ワークショップ/IMRワークショップ（オンライン開催） 2022年2⽉15⽇(⽕)，16⽇(⽔)
【題名】⼆⼤中性⼦源（J-PARC, JRR-3）を活⽤する偏極中性⼦スピン科学の推進

Students Workshop
博⼠学⽣を中⼼とした学⽣4名が，国際ワークショップ ”Spintronics with Quantum Beams”を主催しました．
（開催⽇︓2022年10⽉5⽇）ポスターセッション，オーラルセッションともに活発が議論がありました．また，東北⼤学の材料科学国際拠点シンポジウム（開催⽇︓2022年10⽉25⽇28⽇）では，D1のPang Xiaoqiさん（スピン構造物性グループ）が学⽣セッションを開き，取りまとめ役を務めました．
国際ワークショップを進⾏する学⽣

粉末回折測定合同研修会
放射光，中性⼦ビームの双⽅による構造解析を通じて，連携的量⼦ビーム利⽤の⼀助とすることを⽬的に，総合科学研究機
構，⾼輝度光科学研究センター（JASRI），東北⼤⾦属材料研究所が協⼒して，施設横断合同研修会を開催しました．放射光
回折実験はSpring-8にて，中性⼦回折実験は10年振りに運転が再開したJRR-3のHERMESにて，2022年11⽉17⽇に⾏いました．6名のご参加を頂き，好評を得ました．

合同研修会参加者

施設インターンシップ
M2の川⼜雅広君とD2の梅本好⽇古君（いずれもスピン構造物性グループ）が，CROSS研究⽣としてMLFの中性⼦⼩⾓・広⾓散乱装置「⼤観」で活動しました．⼤⽯⼀城さんのご指導の下，CROSS開発課題の「偏極解析によるカイラル磁性体の探索」及び「中性⼦準弾性⼩⾓散乱実験⼿法の開発」に⼀年間，参加するとともに，それぞれの⼀般課題も実施しました．

JRR-3装置群

インターンシップに参加した学⽣の実習⾵景

利⽤者を迎えて実験を進めています．2023年度の利⽤について公募がございますので（11⽉30⽇締切） ，ふるってご応募下さい．https://sites.google.com/view/issp-nsl/ ⾦属材料研究所ではGIMRTによる⽀援プログラムもご活⽤頂けます．http://gimrt.www.imr.tohoku.ac.jp
東北⼤学中性⼦散乱物性研究グループ 活動報告 第7号
2022年11⽉1⽇ 発⾏
編集︓藤⽥全基，⾦野友紀
発⾏︓東北⼤学中性⼦散乱物性研究グループ〒980-8577 宮城県仙台市⻘葉区⽚平2-1-1
東北⼤学 ⾦属材料研究所
TEL/FAX︓022-215-2037/2036

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