中性子三軸分光器 TAS-1 日本原子力研究開発機構 中性子三軸分光器の TAS-1 は物質を構成する 原子や、原子が有する磁石の性質であるスピン の構造、および、運動（時間で揺らぐ様子）を 観測するための装置です。また、中性子が有す る磁石の性質を利用した偏極中性子散乱を行う ことにより、物質が有する複雑な磁気構造（ス ピン配列）を解明することが可能です。 TAS-1 は JRR-3 の炉室に設置されているため、 中性子強度が高く、散乱強度の弱い磁気揺らぎ や格子振動の観測に優れています。また、特定 のエネルギーの中性子を取り出すためのモノク ロメータと、物質で散乱された中性子のエネル ギーを解析するアナライザーに、集光型の Cu ホ イスラー合金を用いることにより、高品質な偏 極中性子ビームを利用することができます。そ のため、らせん構造やジグザグ構造といった複 雑な磁気構造を有する新規な磁性材料の研究に 適しています。図 1 に TAS-1 の外観写真を示し ます。 中性子三軸分光器としては TAS-1 の他に、極 低温、超高圧、高磁場といった特殊な試料環境 下での測定が可能な TAS-2 分光器と、冷中性子 を利用することで高いエネルギー分解能での測 定を実現する LTAS 分光器があります。 図 1 TAS-1 の外観写真 Fe16N2 を主成分とする Fe-N 磁性微粒子に対 する偏極中性子回折実験の結果を図 2 に示しま す。この微粒子は球状であるにも拘らず，磁気 武田全康 異方性が大きいこと，Fe-N を基板上に作成した 薄膜試料では，巨大磁気モーメントの存在を示 唆する報告があり，球状粒子でも巨大磁気モー メントの存在に興味が持たれています。しかし、 Fe-N 微粒子の表面を非磁性ラミネート層で覆う 必要があり、この厚みを正確に決定する方法が ないため、他の磁化測定法では正味の Fe-N 微粒 子の磁気モーメントの大きさを定量的に評価す ることが困難でした。試料はラミネート層を含 む直径約 20nm の球状粒子で、10kOe の外部磁 場を加えて測定しました。 図 2 の横軸は 2θ で、縦軸は 120 秒あたりの中 性子カウント数です。図には結晶構造、磁気構 造を反映する Bragg 散乱ピークが観測されます。 これらの回折ピークでは、中性子スピンが磁化 と平行 I+か反平行 I-によって強度比（反転比） が異なりますが、試料が強磁性成分を持つと、I+ と I- に差が見られるのが偏極中性子回折法の一 つの特徴です。これらの強度比を解析すること により、この試料では Fe16N2 の持つ磁気モー メントは純鉄の持つ磁気モーメント(2.2 ボーア 磁子)とほぼ同じ大きさを有し、巨大磁気モーメ ントが存在しないことや、粒径が小さくなった ことによる磁気モーメントの減少もないことを 一意的に決定することができました。 図２ Fe16N2 磁性微粒子の偏極中性子回折 プロファイル
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