仁科加速器科学研究センター

英国ラザフォードアップルトン研究所（RAL）の陽子加速器（ISIS）に建設したミュオン施設を用いて、素粒子ミュオンを世界最高レベルのパルス状ビームで発生させ、物質との相互作用を通じて局所磁場の大きさや揺らぎを実時間で測定できるミュオンスピン緩和法（μSR法）を用いた物質内部磁場構造解析を行っています。また超低エネルギーミュオンビーム発生や負ミュオンを用いた陽子半径測定に必要な技術を開発します。
μSR法は、物質の電子状態が絶縁性・伝導性や超伝導状態・磁気秩序状態体、さらには特殊な共鳴状態を引き起こす機構を解明します。三角格子状態を有する有機磁性体の電子基底状態が、1次元的な電子スピン共鳴状態が実際の系に存在することを初めて検証しました。また、計算科学の手法を応用し、理研のクラスター式計算機を活用することによって、物質中のミュオン位置を計算するより現実的な手法を開発しました。この計算科学の手法を実験結果に応用することによって、これまで得ることが困難であった超微細相互作用の定量的情報を得ることを可能にしました。
一方、表面・界面の物理研究や素粒子研究に応用する超低エネルギーミュオンビームの強度を増強する技術を開発します。超低速ミュオンビーム源の有力候補となるエアロジェル標的にレーザーを用いた微細加工を施したところ、熱ミュオニウムの生成効率を10倍に向上させることに成功しました。また熱ミュオニウムのイオン化効率をこれまでの100倍に増加するレーザーシステムの製作をほぼ完了し、試験調整中です。

研究テーマ

ミュオンスピン緩和法（μSR法）を用いた物質科学

超低エネルギーミュオンビーム発生と表面科学への応用

ミュオン触媒d-t核融合

ミュオン原子X線測定と応用

主要論文

K. Mukai, Y. Aoki, D. Andraica, A. Amato, I. Watanabe, S.R. Giblin, and J. Sugiyama.:
"Thermally Activated Spin Fluctuations in Stoichiometric LaCoO2"
Phys. Rev. B 89, 094406 (2014)

H. Guo, K. Matsuhira, I. Kawasaki, M. Wakeshima, Y. Hinatsu, I. Watanabe, and Z. Xu.:
"Magnetic Order in Pyrochlore Iridate Nd2Ir2O7 Probed by Muon Spin Relaxation"
Phys. Rev. B 88, 060441(R)-1-5(2013)

I. Kawasaki, I. Watanabe, H. Amitsuka, H. Tanida, and Y. Ohnuki.:
"Superconducting Properties of Noncentrosymmetric Superconductor LaPt3Si Studied by Muon Spin Spectroscopy"
J. Phys. Soc. Jpn. 82, 084713-1-6 (2013)

S. Wenner, R. Holmestad, K. Matsuda, K. Nishimura, T. Matsuzaki, D. Tomono, F.L. Pratt, and C.D. Marioara.:
"Probing Defects in Al-Mg-Si Alloys Using Muon Spin Relaxation"
Phys. Rev. B 86, 104201-1-7 (2012)

Y. Tanabe, T. Adachi, K. Suzuki, Y. Koike, T. Kawamata1, Risdiana, T. Suzuki1, and I. Watanabe.:
"Similarity between Ni- and Zn-Impurity Effects on the Superconductivity and Cu-spin Correlation in La-214 High-T_c Cuprates: Review Based on the Hole Trapping by Ni"
Phys. Rev. B 83, 144521-1-6 (2011)

F.L. Pratt, P.J. Baker, S.J. Blundell, T. Lancaster, S. Ohira-Kawamura, C. Baines, Y. Shimizu, K. Kanoda, and I. Watanabe.:
"Magnatic-Field-Induced Quantum-Phase-Transition in the Spin-Liquid Phase of a Frustrated Magnet"
Nature 471, 612-616 (2011)

G. A. Beer, et al.:
"Enhancement of Muonium Emission Rate from Silica Aerogel with a Laser-Ablated Surface"
Prog. Theor. Exp. Phys. 2014, 091C01

P. Bakule, et al.:
"Measurement of muonium emission from silica aerogel"
Prog. Theor. Exp. Phys. 2013, 103C01

P. Bakule, O. Sukhorukov, K. Ishida, F.L. Pratt, D. Fleming, T. Momose, Y. Matsuda, and E. Torikai.:
"First Accurate Experimental Study of Mu Reactivity from a State-Selected Reactant in the Gas Phase: the Mu + H_2{1} Reaction Rate at 300 K"
J. Phys. B (At. Mol. Opt.) 48, 045204 (2015)

Bakule, P., Matsuda, Y., Miyake, Y., Nagamine, K., Iwasaki, M., Ikedo, Y., Shimomura, K., Strasser, P., and Makimura, S.:
"Pulsed source of ultra low energy positive muons for near-surface mSR studie"
Nuclear Instruments and Methods in Physical Research B 266, 335-346 (2008)