Elucidation of magnetic cluster dynamics by developing a dynamic magnetic pair-density function analysis method

通过开发动态磁对密度函数分析方法来阐明磁团簇动力学

• 批准号: 22K04678
• 负责人: 社本 真一
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04678/
• 关键词: 中性子散乱; 動的磁気PDF解析法; 磁気クラスターダイナミクス; スピン揺らぎ; 大強度陽子加速器施設; 物質・生命科学実験施設; 動的磁気対相関関数解析法

磁石の性能は、電子の持つスピンの「揺らぎ」と関係しています。これまでこのスピン揺らぎの測定は、スピンに敏感な中性子散乱法により「分散」として測定されてきました。この「分散」は波の性質を持っており、波数とエネルギーとの関係を示しています。したがって、フーリエ変換により波数は距離に変換することができ、理解しやすくなります。しかし、これまで非弾性中性子磁気散乱の測定はデータ強度の不足により、フーリエ変換は困難でした。近年、大強度陽子加速器施設J-PARCの物質・生命科学実験施設（MLF）では、最終目標である1MWの中性子ビーム強度に到達しつつあります。今回、弱いデータ強度にも対応可能な新しい「動的磁気PDF解析法」ソフトウェアを開発し、高強度中性子データを用いることで、スピン揺らぎの対相関による観測に初めて成功しました。これまでフーリエ変換による解析法は二体分布関数（PDF）解析と呼ばれ、古くからありますが、最近の代表的なものに、1990年の米国アルゴンヌ国立研究所のデータを用いた結晶PDF解析法、1992年の英国ラザフォードアップルトン研究所のデータを用いた動的PDF解析法、2014年仏国のラウエランジュバン研究所のデータを用いた磁気PDF解析法の開発があります。これらはどれも世界的に有名な高強度中性子源施設での成果です。今回、動的磁気PDF解析法という最も強度的に難しい解析法に、日本のJ-PARC/MLFで、初めて成功したのです。今回開発した解析法やそれを組み込んだソフトウェアの妥当性を調べるために、これまでスピン波がよく調べられているFeTiO3という磁性体を調べ、0.3 nm離れた２つのスピン揺らぎの方向が、エネルギーにより同方向と反対方向の2種類のモードが存在することを観測しました。この研究成果は、昨年12月16日に論文発表と共に科学新聞で紹介されました。

磁铁的性能与电子自旋的“涨落”有关。到目前为止，自旋涨落都是使用对自旋敏感的中子散射来测量为“色散”。这种“色散”具有波动性，表现出波数与能量的关系。因此，可以通过傅里叶变换将波数转换为距离，从而更容易理解。然而，迄今为止，由于数据强度不足，傅里叶变换很难测量非弹性中子磁散射。近年来，高强度质子加速器设施J-PARC的材料与生命科学实验设施（MLF）已达到中子束强度1 MW的最终目标。这次，我们开发了一种新的“动态磁PDF分析”软件，可以处理弱数据强度，并利用高强度中子数据，首次成功观察到自旋涨落的成对相关性。使用傅里叶变换的分析方法被称为二体分布函数（PDF）分析，已经存在很长时间了，但最近的代表性方法是1990年使用美国阿贡国家实验室数据的晶体PDF分析方法。 ，动态PDF分析方法使用英国卢瑟福阿普尔顿研究所1992年的数据，磁性PDF分析方法使用法国劳尔朗之万研究所2014年的数据。所有这些成果都是在世界著名的高强度中子源设施上取得的。此次，日本J-PARC/MLF首次在动态磁PDF分析方法上取得成功，这是难度最高的分析方法。为了检验这次开发的分析方法和包含该方法的软件的有效性，我们研究了一种名为 FeTiO3 的磁性材料，迄今为止，我们观察到它的自旋波有两种类型，一种是自旋波。一个在同一方向，一个在相反方向。这项研究的结果于去年12月16日发表在一份科学报纸上。

项目成果

動的磁気対密度関数解析法の開発

动态磁对密度函数分析方法的发展

• 发表时间: 2023
• 作者: 飯田一樹;樹神克明;稲村泰弘;中村充孝;張烈錚;*社本真一
• 通讯作者: *社本真一

Magnon mode transition in real space

真实空间中的磁振子模态转变

• DOI: 10.1038/s41598-022-22555-9
• 发表时间: 2022-12-07
• 影响因子: 4.6
• 作者: Iida Kazuki;Kodama Katsuaki;Inamura Yasuhiro;Nakamura Mitsutaka;Chang Lieh;Shamoto Shin
• 通讯作者: Shamoto Shin