【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.16】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24QS0102

利用課題名 / Title

ガンマ線光子相関時間測定系の開発研究V

利用した実施機関 / Support Institute

量子科学技術研究開発機構 / QST

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

放射光/ Synchrotron radiation,メスバウアー分光/ Mossbauer spectroscopy,スピン制御/ Spin control

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

瀬戸 誠

所属名 / Affiliation

京都大学複合原子力科学研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

山下 拓之,北尾 真司,小林 康浩

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

三井 隆也,藤原 孝将

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

QS-111：放射光メスバウアー分光装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

本研究は、原子核への外部磁場およびオングストロームオーダー高精度位置制御による動的摂動により、コヒーレントガンマ線光子のエネルギー・偏光・時間構造を制御し、その変化をエネルギー領域で観測することを目的とした。同時にこのような測定の自由度を上げて研究を大きく進展させるために、制御のための外部摂動パラメータなどを事前に設定して測定条件を制限しなくても、測定後にそれらの条件を組み合わせて選択を可能とする自由度の高い測定系の開発を実施することも目的とした。

実験 / Experimental

試料には⁵⁷Feでエンリッチした弱強磁性のFeBO₃単結晶を用いた。FeBO₃は、外部からの弱い印加磁場によりFeの量子化軸を揃えることが可能であるが、外部磁場方向を変化させることにより数ns程度で量子化軸のスイッチングが可能である。これを利用して一定方向の定常外部磁場を印加した単結晶に対して、放射光入射による核励起と相関を持ったタイミングで定常外部磁場よりも強い高速パルス磁場を印加することでFe量子化軸方向を変化させる。そして、その量子化軸の変化が実際に生じていることをエネルギー領域で観測した。測定は量子科学技術研究機構の専用ビームラインBL11XUで行った。 今回の実験では、エネルギー領域でのメスバウアースペクトル測定を行うため、⁵⁷FeBO₃単結晶を用いた核モノクロメーターを利用した。この場合、入射光はπ偏光となるため、定常磁場を水平方向に印加することで磁場の一様性が十分であれがFeBO₃の量子化軸はほぼ垂直方向となり、Δm = 1の遷移が許容となる。この状態で定常磁場よりも強い幅200 nsのパルス磁場を定常磁場と90°をなす方向に印加した。

結果と考察 / Results and Discussion

このような磁場反転の効果を観測するために開発を行ったインターフェースと高速マルチチャンネルスケーラー（MCS）を用い、放射光タイミング信号、パルス磁場印加用のファンクションジェネレータからの制御信号、パルス磁場発生を確認するためのプローブコイルからの信号、メスバウアースペクトル測定のためのエネルギー走査信号およびアバランシェ・フォトダイオード（APD）検出器で観測した信号との相関情報収集を行った。その結果から、パルス磁場印加中のメスバウアースペクトルを再構成したところ、パルス磁場を印加する前の状態からΔm = 0の遷移状態へと変化することを明確に確認することができた。（Fig.1）。さらなる詳細な結果については現在解析中である。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 核モノクロメータを用いて測定を行った、パルス磁場により90°磁場方向回転を行った⁵⁷FeBO₃のメスバウアースペクトル。

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

学位論文：Hiroyuki Yamashita, "Development of measuring method of gamma-ray waveform transmitted through vibrating nuclear resonant absorber for study of quantum applications", 博士論文（京都大学）(2025).

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件