Transient µSRの開発に利用されたS1エリアのµSR測定装置「ARTEMIS」紙面奥に見える穴からミュオンが入射し、試料と温度計は装置の中心に写真の右または上から設置する。
大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構
J-PARCセンター
国立大学法人 茨城大学
国立大学法人 室蘭工業大学
本研究成果のストーリー
Question
素粒子ミュオンを試料に照射して行うミュオンスピン回転/緩和/共鳴（µSR）実験と呼ばれる手法では、大強度のビームを用いることで短時間で試料の構造を調べることができます。しかし試料の温度など環境調整に時間がかかり、調整中は測定が行えないことが問題でした。
Findings
試料環境の情報をリアルタイムで同時に取り込み、そのデータを測定後に整理する新手法で従来と同じ結果を得られることがわかりました。この新手法を Transient µSR と命名しました。
Meaning
この手法は日本が誇る世界最高強度のミュオンビームで絶大な効果を発揮し、試料環境を変化させながら高速にµSR測定が可能になり、また過渡的な現象も測定できるようになります。例えば、電池などを破壊せずに動作したまま測定することで電池研究の加速が期待できます。
概要
大強度陽子加速器施設（J-PARC ※1）物質・生命科学実験施設（MLF）のミュオン科学実験施設（MUSE) Sラインを使って、大強度パルスミュオンビームの利点を生かした測定手法であるTransient µSRを開発しました。ミュオンスピン回転/緩和/共鳴（µSR ※2）は、以前から物質の性質を調べる手段の一つとして用いられてきましたが、Transient µSRの発明によって試料環境の調整と測定を交互に行う必要がなくなり、例えば、物質の温度・磁場応答を高速に調べることが可能になり、また、経時変化する試料など過渡現象に対してもµSR実験が可能になります。Transient µSRは世界最高強度のビーム出力でこそ真価を発揮し、世界のµSR研究をリードする成果が期待されます。
※1．大強度陽子加速器施設（J-PARC）
高エネルギー加速器研究機構と日本原子力研究開発機構が茨城県東海村で共同運営している大型研究施設で、素粒子物理学、原子核物理学、物性物理学、化学、材料科学、生物学などの学術的な研究から産業分野への応用研究まで、広範囲の分野での世界最先端の研究が行われています。J-PARC内の物質・生命科学実験施設では、世界最高強度のミュオン及び中性子ビームを用いた研究が行われており、世界中から研究者が集まっています。
※2．ミュオンスピン回転/緩和/共鳴（µSR）
ミュオンはスピンという性質を持っており、スピンが磁場を感じるとスピンの向きが回転する。正ミュオンは約2.2マイクロ秒の寿命を持って崩壊し、スピンの方向に多く陽電子を放出するため、前後左右に飛んでいく陽電子数の違い（非対称度）を測定することでスピンの運動が分かり、物質内部の局所的な磁場構造を調べることができる。
研究グループ
高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 ミュオン科学研究系 西村昇一郎 特別助教
東北大学金属材料研究所 材料物性研究部 量子ビーム金属物理学研究部門 岡部博孝 特任助教
茨城大学 理工学研究科 量子線科学専攻 平石雅俊 研究員
室蘭工業大学 しくみ解明系領域 物理物質科学ユニット 宮崎正範 助教
高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 ミュオン科学研究系 中村惇平 技師
高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 ミュオン科学研究系 幸田章宏 教授
高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 ミュオン科学研究系 門野良典 特別教授
研究者からひとこと
KEK の西村 昇一郎 特別助教
これまで培ってきた解析技術とJ-PARC大強度ビームでのµSR測定が出会い、新測定法である試料環境の変化と非同期のデータ収集法を確立しました。これをTransient µSRと名付けました。この手法は世界最高のビーム強度を誇るJ-PARCにこそ相応しい手法です。
お問い合わせ先
高エネルギー加速器研究機構（KEK）広報室
Tel : 029-879-6047
e-mail : press@kek.jp
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