程序与摘要


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第1天至2021年2月1日

Yasutomo Uemra

上午8:15 - 9:05 AM ET

上村康夫

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) 不同的时间窗口:MuSR对自旋波动率的敏感度在10%到10%之间6.到1011[/秒],覆盖比中子波动慢(能量转移较低)的区域。
示例:稀释合金自旋玻璃[1],NiGa2.s4.[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中删除时间逆转对称性2.4.[4] ,UPt3.[5] ;旋转玻璃的详细信息[1]

(3) 中子散射布拉格峰强度与有序矩成正比s乘以有序体积分数的平方vM.MuSR可以提供关于局部有序力矩大小和尺寸的独立信息vM.此功能有助于检测相分离和第一阶磁转换。
示例:莫特过渡系统V2.O3.,雷尼奥3.[6] ;通过静水压力调节的MnSi[3];非常规超导体中原子力显微镜和SC态之间的相界[7]

(4) 与中子散射相比,MuSR可以更准确地确认静态磁序的缺失。MuSR对慢自旋波动的敏感性有助于实现这一点。
例子:量子自旋液体[8,9];低维自旋系统[10],受阻磁体

(5) 超导体的磁场穿透深度可由MuSR确定。从MuSR超流体密度推断出的能量标度可以与中子散射产生的磁共振模式的能量标度相结合
例如:高Tc铜氧化物、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的介绍。

(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。
示例:有机导体[12,13],C60系统[14]

合成未知磁性材料时,最明智的做法是首先进行MuSR,然后通过中子散射对自旋结构和自旋激发进行更详细的研究。在本演示中,我想指出在相同材料上执行MuSR和中子散射的显著优点,并比较和合并它们的结果。在同一设施中拥有这两种能力将导致对新型磁/超导量子系统的富有成效的研究

[1] Y.J.Uemura等人,《物理修订版B311546-563》(1985年)。
[2] Y.Nambu等人,PRL 115127202(2015年)
[3] Y.J.Uemura等人,《自然物理学》3(2007)29-35。
[4] G.M.Luke等人,《自然》394(1998)558-561。
[5] G.M.卢克等人,《物理》第71版,1466-1469(1993年)。
[6] B.A.Frandsen等人,《自然通讯》,7(2016)12519。
[7] Y.J.Uemura,《自然材料》8(2009)253-255及其参考文献。
[8] Y.J.Uemura等人,Phys。牧师。莱特。73, 3306-3309 (1994).
[9] P.Mendels等人,Phys。牧师。莱特。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以及其中的参考文献。
[12] L.P.Le等人,Phys。牧师。B487284-7296(1993年)。
[13] F.L.Pratt等人,《自然》第471612-616页(2011年)。
[14] Y.Takabayashi和K. Prassides,Philos。跨。R. SoC。A374,2010320(2016)和其中的参考文献。

杉山君东部时间上午9:05-9:55

杉山君

横渡东海

μ介子电池材料»

由于μ介子自旋完全极化,μ介子自旋旋转和弛豫(μ+SR)是一种非常强大敏感的工具,可以在浓缩事件中研究局部磁环境,即使在零磁场中也是如此[1]。该特征自然对磁性材料研究具有吸引力,而且通过观察核磁场,对能源材料研究,例如电池材料和储氢材料研究至关重要。通过使用此功能μ+SR区分了磁性材料顺磁状态下的核磁场和电子磁场。事实上,Li的跳跃扩散+锂离子X首席运营官2.用μ成功测量+SR[2],尽管晶格中存在磁性Co离子。请注意,Li NMR无法检测含磁性离子材料中的锂扩散。自那时起,许多电池材料已经用μ进行了研究+SR为了确定内在跳跃扩散系数(DJ)李的+,不适用+和K.+离子[3,4]。

由于MUON的质量大约是质子的大约1/9,因此人们有一个天真的问题,穆森比李更大+和/或不适用+为了回答这个问题,我们研究了LiMnPO中的核磁场动力学4.用正μ子和负μ子,即m±SR.Muon扩散只能发生在μ中+SR,因为注入的μ-在晶格位置形成一个稳定的μ介子原子,因此用μ测量核磁场的任何动力学-SR一定是由于Li扩散引起的。结果证实,μ介子能感知LiMnPO中的Li扩散4.[5].

预计电池材料上的未来μs的未来方向之一是原位使用先进质子加速器(如SNS)中提供的高通量μ子束进行电化学反应期间的测量[6]。最近开发的多探测器计数系统提高了计数率,μ+每一个muOn脉冲测量SR光谱,即J-PARC中的25Hz [7]。这将使我们能够测量化学扩散系数(DC)在不久的将来,离子在电池材料中的应用将越来越广泛。

[1] A.亚努阿纳克和P.D.德雷奥蒂埃μ旋转旋转,放松和共振:应用于凝聚物(牛津,牛津,2011年)。
[2] 杉山等等。,物理系。牧师。莱特。103, 147601 (2009).
[3] M.Månsson和J.Sugiyama,Phys.Scr。88., 068509 (2013).
[4] 松原,杉山等等。,科学报告10, 18305 (2020).
[5] 杉山等等。,物理。Rev. Research.2.,033161(2020)。
[6] 杉山等等。,可持续能源和燃料3., 956 (2019).
[7] 西村S.Nishimura,…杉山J在里面2020年秋季物理会议摘要。Soc。Jpn。(2020).

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




詹姆斯·洛德东部时间上午10:10-11:00

詹姆斯·洛德

ISIS中子和μ子源

半导体和氧化物中的μ子自旋弛豫»

氢是大多数半导体中普遍存在的杂质,经过处理后通常具有电活性。低浓度使直接测量变得困难。许多具有重要技术意义的氧化物材料和绝缘体中也含有氢作为杂质。正μ介子可被视为氢的轻同位素,即钕被用作氢的模型,以确定其位置和电行为。该测量利用μ子自旋和束缚在其上的未配对电子或空穴之间的超精细耦合,从而揭示了位置的细节和对称性。

μ子和氢可以作为具有紧凑电子波函数的深补偿中心,或作为浅施主或受主。改变掺杂或温度,或照亮样品,将改变载流子浓度,由此产生的μ子位置电荷变化可以被检测到。

如果μ介子响应具有良好的特性,那么它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多余载流子后测量载流子寿命。体复合和表面复合机制可以分开。

光也可以直接与μ子中心相互作用,使束缚电子电离进入导带。这种光谱技术提供了另一种测量受主或施主能级的方法。

彼得·贝加

东部时间上午11:00-11:50

彼得·贝加

ISIS中子和μ子源

离子扩散»

在过去的十年中,μ子已发展成为电池材料中锂原子扩散的重要探针[1]。该方法本身当然更为普遍。它长期以来一直应用于材料中μ子的运动[2],最近则应用于研究较少的离子,如镁2+而我-[3,4]。这些离子还具有重要且日益增长的技术应用。其中一些离子与锂离子一样简单+为了进行研究,我们使用了相似的矩大小和丰度,但其他的矩要么丰度低,要么矩小,这使得μ子测量更具挑战性。

利用目前可用的数据速率,可以在合理的时间内进行详细的温度相关研究。这些研究现在揭示了某些材料中多重扩散过程的细节[5]。关于在简单材料中模拟μ子运动的已知内容[2],将来可能应用于分析这些更复杂材料的数据。

最近取得进展的另一个领域是:操作数内当电化学电池在光束线上循环时,电池材料的测量[6,7]。这给细胞的制作带来了额外的挑战,因为感兴趣的材料在样品中所占的比例较小。然而,我们所能了解到的有关材料如何以其真实的方式变化的信息远远超过了从中获得的信息迁地样品。

未来更密集的μ子源有望在所有这些领域扩展该技术的能力。更高速率的数据收集打开了研究更困难的原子核并与更先进的数据建模相结合的可能性。更小的束流尺寸可允许使用远场sma的同位素富集样品更大的体积,使使用电化学电池更容易,并允许在电池内探测更小的体积。

[1] 杉山等等。,物理系。牧师。莱特。103, 147601 (2009).
[2] 卢克等等。,物理系。牧师。B43., 3284 (1991).
[3] 贝利斯博士等等。,化学物质。32, 663 (2020).
[4] 费尔达尼等等。,能源环境科学。12, 2264 (2019).
[5] T.E.阿什顿等等。,J. Mater。化学。一种8., 11545 (2020).
[6] I. McClelland等等。,(审查中的稿件)。
[7] 一、麦克莱兰等等。,(手稿正在准备中)。

第2天2021年2月2日

托马斯·普罗克什

上午8:00-8:50et.

托马斯·普罗克什

保罗·舍勒研究所

低能量μ»

低能、带正电的自旋极化μ子(LE-m+)的可调谐能量介于1千电子伏和30千电子伏之间,允许将强大的μ子自旋旋转技术(mSR)扩展到薄膜、异质结构界面、,以及在平均注入深度在5 nm到200 nm之间具有纳米深度分辨率的近表面区域。随着2006年PSI的低能μ介子设备LEM的实施,mSR在纳米薄样品表征方面的新时代已经开始,包括将mSR应用扩展到新的研究领域(例如,具有不同物理性质的层之间的邻近效应,包括拓扑材料、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剖面的受控操纵等)。

除了凝聚态物质在薄膜和技术相关器件结构中的应用外,LE-m+束还可以用于粒子物理的基本问题,方法是对μ离子进行高精度光谱实验(μ1s-2s跃迁和μ2s兰姆位移)为了测试QED并提供更精确的μ子质量值,这是解决μ子g-2之谜的一个重要标准模型参数。

此外,具有小初始相空间的LE-m+束可以再加速到数百keV或MeV能量。这种小相空间光束可以聚焦在1 mm2量级的小束斑尺寸上,这将为mSR在小样品、样品横向扫描和填补现有LE-m+光束(范围<200 nm)和传统表面μ子光束(范围>100 mm)之间的“范围间隙”方面的应用提供新的方向。在J-PARC,这种再加速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“巨大”或“超慢速”μONs。在LEM设施中,基于固态气体中间剂的适度技术用于在10-20eV范围内产生连续的“骨头”μONS,其静电高达30keV。在J-PARC的脉冲μON梁设施(Muse),通过从热钨箔发射的热μ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,“MUCOOL”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,但需要实现从冷却区域的压缩光束的提取。

在提出这些方法的概述之后,我将讨论最近的Le-MSR应用的研究亮点,并且最近的初步MU 2S Lamb-Shift结果与迄今为止仅发布的迄今为止的测量相比,精确的两种改进1984年。

斯蒂芬Blundell.东部时间上午8:50-9:40

斯蒂芬·J·布伦德尔

牛津大学

μ氟相互作用:用于探索后堵力的模型量子系统»

在非磁性氟化物中,注入的μ介子会停在非常接近高电负性氟离子的位置,或者经常停在两个氟离子之间。氟原子核自旋和μ子自旋之间的偶极相互作用产生了表征该状态的特征信号[1]。剩余的氟原子核距离更远,通常被忽略,因为它们与μ子的耦合较弱。我们表明,适当地考虑它们可以更详细地对数据进行建模,更准确地理解停止位置,并探索状态所持有的量子信息如何随时间演化[2]。模拟这些相当微妙的退相干效应是可能的,这是由于高速光束线的进步,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μON实验开放的可能性,并为未来μ子源的高速束线路提供了强烈的动机。

[与John M. Wilkinson进行的工作]布伦代尔μ介子摘要

[1] J.H.Brewer、S.R.Kreizman、D.R.Noakes、E.J.Ansaldo、D.R.Harshman和R.Keitel,Phys。牧师。B33, 7813 (1986).
[2] J.M.威尔金森和S.J.布伦代尔,Phys.Rev.莱特。125, 087201 (2020).

莎拉·邓西格东部时间上午10:00-上午10:50

莎拉·邓西格

Triousf / Simon Fraser大学

利用深度分辨自旋共振技术从关联到功能»

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,也可以具有实际应用的数据存储和转移,我描述了像μONs或8Li核这样的放射性物种如何探讨磁激励的性质:

铕硫族化合物长期以来被认为是经典3D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也是铁磁半导体的罕见例子,其中局域Eu之间存在强烈的间接交换相互作用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结合了一种模型铁磁体和用于实际器件的主要半导体。

非平衡自旋布居的受控操纵是自旋电子学领域的核心。利用巨磁电阻效应(如硬盘读取头)或自旋转移转矩效应的典型器件基于自旋极化电子流。因此,自旋和电子传输不会分离,器件受到电路电容、发热和电子迁移的限制。最近,人们的注意力转向发展基于纯自旋或角动量流的想法和系统,这可能是通过自旋泵产生的,自旋泵依赖于由射频共振磁场(FMR)激发的铁磁体中感应的磁化进动。磁化进动是通过向邻近的正常金属或“自旋汇”发射极化自旋电流来阻尼的。广泛应用于微波应用,铁氧体磁性3.Fe.5.O12(TC= 550 k)具有非常低的磁损失,是纯纺丝产生的蛋白型材料。

没有反转对称性的晶体材料可能表现出各种奇异的磁有序态,具有倾斜的自旋结构,如螺旋、锥形态或周期性的“Skyrmion”阵列,一种类似刺猬的自旋结构。界面的存在和薄膜等受限几何结构导致Skyrmion相的稳定性大大增强,尽管其机制尚未完全了解。虽然热波动被认为可以稳定大块样品中的Skyrmion相,但磁激发谱的演变薄膜厚度在很大程度上尚未被探索。由于能够轻松移动Skyrmion,拓扑稳定性好,尺寸小(可能小于1nm),并且能够写入和擦除单个Skyrmion,这些材料在信息处理方面很有希望。

利用深度分辨低能μSR,可以局部和近端研究薄膜内的低频自旋动力学。互补β-NMR测量对更长毫秒时间尺度上的自旋波动敏感,可以在更宽的范围内研究底层衬底的动力学响应背景下,将自旋共振现象与广泛的中子散射研究进行了比较。因此,使用对频率和倒数空间都敏感的技术,给出了一个全面的解释。