程序和抽象


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第一天,2021年2月1日

Yasutomo Uemra

上午8:15 - 9:05 AM ET

Yasutomo j . Uemura

哥伦比亚大学

μ子旋转松弛(Musr)和量子材料中的中子散射研究»

在量子材料研究中,μ子自旋弛豫(MuSR)测量可以在以下方面为中子散射研究提供重要的补充信息:

(1)不同的时间窗:MuSR对自旋波动率的灵敏度在10之间6到1011[/秒],覆盖比中子波动更慢(能量转移更低)的区域。
例如:稀合金自旋玻璃[1],NiGa2年代4[2],MNSI“部分订单”[3]

(2)Musr可以检测到非常小的静态磁矩,即使在高度无序/随机自旋配置中,核偶极矩的大小也是如此。
示例:在SR中打破的时间逆转对称性2RuO4UPt [4]3.[5];自旋眼镜[1]的细节

(3)中子散射布拉格峰强度与有序矩成正比年代平方乘以有序体积分数VMuSR可以提供独立的信息,在当地的命令矩大小和V.此功能有助于检测相分离和第一阶磁转换。
例如:莫特过渡系2O3., RENiO3.[6];静压[3]调节MnSi;在非常规超导体[7]中父态AFM和SC态之间的相边界

(4)与中子散射相比,MuSR可以更准确地证实静态磁阶的缺失。MuSR对缓慢自旋波动的敏感性有助于这一点。
例如:量子自旋液体[8,9];低维自旋系统[10],失意磁体

(5)用MuSR可以测定超导体的磁场穿透深度。由MuSR超流体密度推断的能量尺度可以与由中子散射推断的磁共振模式的能量尺度相结合
例如:高tc铜酸盐、FeAs、重费米子超导体[11]

(6)MUSR可以应用于厚度为200埃或更大的薄膜,如本次会议中的Prokscha介绍中将讨论。

(7)Musr即使使用多晶或粉末样品也可以提供必要的信息。所需的样本量为约100mg,其明显小于中子散射。
例如:有机导体[12,13],C60体系[14]

当合成一种未知磁性材料时,最明智的做法是先进行MuSR,然后对中子散射引起的自旋结构和自旋激发进行更详细的研究。在这个演示中,我想指出在相同材料上进行MuSR和中子散射的显著优点,并比较和结合他们的结果。在同一设施中拥有这两种能力将导致新型磁/超导量子系统的相当富有成效的研究

yj Uemura et al., Phys.;修订版B31, 546-563(1985)。
[2] Y. Nambu et al., PRL 115, 127202 (2015)
yj Uemura等,《自然物理学报》2007年第3期29-35页。
G.M. Luke等人,《自然》394(1998)558 - 561。
G.M. Luke等人,Phys。Rev. Lett. 71, 1466-1469(1993)。
[6] b.a randsen等人,自然通讯,7(2016)12519。
[7] Y.J. Uemura, Nature Materials 8(2009) 253-255及其参考文献。
yj Uemura et al., Phys.;Rev. Lett. 73, 3306-3309(1994)。
孟德尔等,Phys。Rev. 98,077204 (2002)
[10] K. Kojima等人。,phy。rev. lett。78,1787-1790(1997)。
[11] y.j. uemura,phy。Rev.材料3(2019)104801,以及其中的参考。
等。修订版B48, 7284-7296(1993)。
[13] F.L. Pratt et al., Nature 471, 612-616(2011)。
[14] Y.Takabayashi和K. Prassides,Philos。跨。R. SoC。A374,2010320(2016)和其中的参考文献。

小君Sugiyama美国东部时间上午9:05 - 9:55

小君Sugiyama

CROSS-Tokai

含有μ子的电池材料»

由于μ子自旋完全极化,μ子自旋旋转和弛豫(μ+SR)是一种非常强大和灵敏的工具,用于研究凝聚态中的局部磁场环境,甚至在零磁场[1]中。这一特性对于磁性材料的研究自然具有吸引力,但对于能源材料的研究,如电池材料和储氢材料的研究,通过观察核磁场也是必不可少的。通过使用这个特性,μ+SR区分了磁性材料顺磁状态下的核磁场和电子磁场。其实是跳扩散+离子在李X首席运营官2用μ成功测量+SR[2],尽管晶格中存在磁性钴离子。注意,锂核磁共振不能检测到锂在含有磁性离子的材料中的扩散。从那时起,许多电池材料都用μ进行了研究+SR为了确定内在跳跃扩散系数(DJ李)+, Na+,和K.+离子[3,4]。

由于MUON的质量大约是质子的大约1/9,因此人们有一个朴素的问题,MUON更加手机而不是李+和/或Na+在晶格。为了回答这个问题,本文对LiMnPO中的核磁动力学进行了研究4用正μ子和负μ子研究,即用m±SR. μ子扩散只能发生在μ中+SR,因为注入μ-在晶格位置形成稳定的介子原子,因此用μ测量的核磁场的任何动力学-SR一定是由Li扩散引起的。结果证实了在LiMnPO中μ子能够感知Li扩散4[5]。

预计电池材料上的μsr的未来方向之一是原位在电化学反应中使用先进质子加速器(如SNS)提供的高通量介子束测量[6]。新开发的多检测器计数系统提高了计数速率,使μ+每一个muOn脉冲测量Sr频谱,即J-Parc中的25Hz [7]。这将使我们能够测量化学扩散系数(DC)离子在电池材料中的应用。

A. Yaouanc和P. D. de Reotier,在μ旋转旋转,放松和共振:应用于凝聚物(牛津,牛津,2011)。
[2] j . Sugiyama等等。、phy。rev. lett。103147601(2009)。
[3] M. Månsson和J. Sugiyama, Phys。可控硅。88068509(2013)。
[4] N.松原,等等。、科学报告1018305(2020)。
[5] j . Sugiyama等等。、phy。Rev. Research.2,033161(2020)。
[6] j . Sugiyama等等。可持续能源和燃料3.956(2019)。
[7]西村,…杉山,在2020年秋季Phys会议摘要。Soc。日本。(2020).

∗电子地址:juns@triumf.caj_sugiyama@cross.or.jp




詹姆斯的主美国东部时间上午10:10 - 11:00

詹姆斯的主

ISIS中子和介子源

半导体和氧化物中的介子自旋弛豫»

氢是大多数半导体中普遍存在的杂质,是加工的结果,通常具有电活性。低浓度使直接测量变得困难。许多技术上重要的氧化物材料和绝缘体也含有氢作为杂质。正介子可以被认为是氢的轻同位素,并被用作氢的模型来确定其位置和电行为。这项测量使用了介子自旋与未配对电子或空穴之间的超精细耦合,从而揭示了该位置的细节和对称性。

介子和氢可以表现为具有紧凑电子波函数的深补偿中心,也可以表现为浅施主或浅受主。改变掺杂或温度,或照亮样品,将改变载流子浓度和由此产生的μ子位置电荷变化,可以检测到。

如果μ子响应被很好地描述,它就可以用来探测多余的载流子密度。这允许在用短激光脉冲注入过量载流子后测量载流子寿命。体积和表面复合机制可以分离。

光也可以直接与介子中心相互作用,使束缚电子电离进入传导带。这种光谱技术提供了另一种测量受体或给体能级的方法。

彼得•贝克

美国东部时间上午11点至11点50分

彼得•贝克

ISIS中子和介子源

离子扩散»

在过去的十年中,μ子已经发展成为一个重要的探测器,锂在电池材料中的扩散在原子尺度[1]。方法本身当然更普遍。它长期以来被应用于物质[2]中μ子的运动,最近被应用于像Mg这样不太常见的离子2+和我-(3、4)。这些技术的应用也很重要,而且越来越多。有些离子和锂离子一样简单+在研究中,有相似的矩大小和丰度,但其他的有低丰度或小的矩,这使得μ子的测量更具挑战性。

有了目前可用的数据速率,就有可能在合理的时间内进行详细的温度相关研究。这些现在揭示了一些材料[5]中多重扩散过程的细节。关于简单材料[2]中μ子运动的建模,在未来可能会被应用于分析来自这些更复杂材料的数据。

最近取得进展的另一个领域是在operando作为电化学电池的电池材料的测量是在梁上循环的[6,7]。这为细胞的制造提供了额外的挑战,因为感兴趣的材料在样本中所占的比例更小。我们能从材料的实际变化中了解到的东西远比我们能从材料的实际变化中了解到的东西大非原位样品。

未来的μ子源将提供更强的强度,在所有这些领域扩展这项技术的能力。以更高的速度收集数据,就有可能研究更困难的核,并与更高级的数据建模联系起来。更小的束尺寸可以允许使用更小质量的同位素富集样品,使使用电化学电池更容易,并允许更小体积的电池内探测。

[1] j . Sugiyama等等。、phy。rev. lett。103147601(2009)。
G. M.卢克等等。、phy。启B43.3284(1991)。
[3] r•贝利斯等等。,化学。板牙。32663(2020)。
[4] D.W. Ferdani等等。、能源环境。科学。122264(2019)。
[5]式样阿什顿等等。,J. Mater。化学。一种811545(2020)。
[6] I. McClelland等等。,(审查中的稿件)。
[7] i麦克勒兰德等等。(手稿在准备中)。

第二天,2021年2月2日

托马斯Prokscha

上午8:00 - 8:50ET.

托马斯Prokscha

保罗谢勒研究所

低能量μ»

低能量、带正电的自旋极化μ子(LE-m+),其能量可调范围在1到30 keV之间,允许将强大的自旋旋转技术(mSR)扩展到薄膜、异质结构界面、平均注入深度在5 nm到200 nm之间,具有纳米深度分辨率的近表面区域。登月舱的实现低能μ介子设施在2006 PSI, mSR的新时代已经开始nanometer-thin样品的表征,包括mSR的扩展应用到新的研究领域(例如邻近效应与多样化的物理性质包括拓扑材料层之间,从3D到2D系统的交叉、人工自旋系统、半导体界面缺陷、半导体中电荷载流子分布的控制操作等)。

除了凝聚态物质在薄膜和技术相关器件结构中的应用外,可以使用一束LE-m +粒子物理学的基本问题进行高精度的光谱实验μ子素(μ1 s-2s过渡和μ2 s兰姆移位)测试QED和提供更精确的值μ介子的质量,解决的一个重要标准模型参数μ介子g2谜。

此外,初始相空间较小的LE-m+束可以重新加速到数百keV或MeV能量。这么小的相空间光束可以聚焦在小束斑尺寸的订单数目,这将给mSR新方向的应用程序在小样本,横向扫描样品,填补之间的“范围差距”现在LE-m +梁(范围< 200 nm)和常规表面μ介子束(> 100毫米)。在J-PARC,这种重新加速的光束计划用于未来的μ子g-2和μ子电偶极矩(m-EDM)实验,以及未来的“μ子显微镜”。

目前正在追求各种方法来产生“膜状”或“超慢速”μONs。在LEM设施中,基于固体稀有气体调节剂的适度技术用于在10-20EV范围内产生连续的“骨骺”μONS,其静电高达30keV的后加速。在J-PARC的脉冲μON梁设施(Muse),通过从热钨箔发射的热μi云的激光电离产生约0.2eV能量的“超慢速”μONs(USM)。USM设施目前正在开发。在PSI,与“经典”适度技术相比,“Muco1”项目旨在更高的效率和更好的相位空间参数。该项目成功地证明了冷却过程,但是需要从冷却区域提取压缩光束仍然需要实现。

在提出这些方法的概述后,我将讨论最近的一些研究亮点Le-MSR应用程序,并且最近的初步MU 2S Lamb-Shift结果与迄今为止仅发布的测量值相比,精确的两种改进1984年。

斯蒂芬Blundell.美国东部时间上午8:50 - 9:40

Stephen j . Blundell

牛津大学

μ氟相互作用:用于探索后纵的模型量子系统»

在非磁性氟化物中,被注入的介子会在极接近电负性极强的氟化物离子时停止,或者经常在两个离子之间停止。氟核自旋和介子自旋之间的偶极相互作用产生了一个表征状态[1]的特征信号。剩下的氟核距离较远,通常被忽略,因为它们与介子的耦合较弱。我们的研究表明,恰当地考虑它们可以让我们对数据进行更详细的定量建模,更准确地理解停止点,并探索状态所持有的量子信息是如何随着时间[2]演变的。建模这些相当微妙的消相干效应是可能的,因为高速光束的进步,允许计数统计~109每次运行的数量在合理的时间内。将讨论高速μ子实验所开放的可能性,并为未来μ子源的高速束线路提供了强大的动机。

[与约翰·m·威尔金森共同完成的工作]Blundellμ介子文摘

J. H. Brewer, S. R. Kreitzman, D.R. Noakes, E. J. Ansaldo, D.R. Harshman, R. Keitel, Phys。启B337813(1986)。
J. M.威尔金森和S. J.布伦德尔,物理学家。rev. lett。125087201(2020)。

莎拉·邓西格美国东部时间上午10点至10点50分

莎拉·邓西格

Triousf / Simon Fraser大学

使用深度解析自旋共振技术从相关性到功能性»

常规核磁共振(NMR),μSR和β检测到的NMR技术的变体提供了冷凝物中局部磁环境的敏感探针。使用具有基本兴趣的化合物的实例,并且还可以具有数据存储和转移的实际应用,我描述了像μONs或8Li核这样的放射性物质如何用于探测磁激励的性质:

硫族铕长期以来被认为是经典的三维海森堡自旋系统的实验实现,具有简单的岩盐晶体结构。化合物EuO和EuS也是罕见的铁磁半导体,在局部性Eu之间有强烈的间接交换作用2+离子由电荷载体而不是超高速介导的。最近,由于它们对闪蒸应用的可能性,人工磁半导体异质结构产生了巨大的兴趣。一个候选人,euo1-X./ n-Si:As将模型铁磁体与用于实际器件的主要半导体相结合。

非平衡自旋布居的受控操纵是自旋电子学领域的核心。典型的使用巨磁电阻的设备(如硬盘读取头)或自旋转移转矩效应是基于自旋极化电子流。因此,自旋和电子输运没有被分离,器件受到电路电容、热产生和电子迁移的约束。最近,人们的注意力转向发展基于纯自旋或角动量电流的想法和系统,这可能是通过自旋泵浦产生的,它依赖于由射频共振磁场(FMR)激发的铁磁中诱导的磁化进动。磁化旋进通过向邻近的正常金属或“自旋汇”发射极化自旋电流来抑制。广泛应用于微波应用,铁磁性Y3.Fe.5O12(TC= 550 k)具有非常低的磁损失,是纯纺丝的蛋白质材料。

没有反对称的晶体材料可能会呈现出各种奇异的具有倾斜自旋结构的磁有序态,如螺旋态、圆锥态或“Skyrmions”(刺猬状自旋结构)的周期性阵列。界面的存在和像薄膜这样的限制几何形状的存在,极大地提高了Skyrmion相的稳定性,尽管其机制还不完全清楚。虽然热波动被认为是稳定了大量样品中的Skyrmion相,但磁激发谱随薄膜厚度的演化在很大程度上尚未被探索。由于易于移动Skyrmions的能力,它们的拓扑稳定性,它们的小尺寸(可能只有1纳米)和写和擦除单个Skyrmions的能力,这些材料在信息处理方面很有前景。

低频自旋动力学可以在薄膜内部进行局部研究,也可以使用深度分辨的低能量μSR进行近距离研究。互补的β-NMR测量,对更长的毫秒时间尺度上的自旋波动敏感,使研究底层衬底的动力学响应成为可能。在更广泛的背景下,自旋共振现象与广泛的中子散射研究进行了比较。因此,使用对频率和互反空间敏感的技术,提出了一个全面的帐户。