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Nguyen, P. L.; 大道 博行; 松永 幸大; 羽成 敏秀; 寺田 隆哉; 山田 知典; 河内 哲哉
no journal, ,
Laser irradiation techniques for removing degraded parts of concrete structure such as tunnel's concrete of railways safely and efficiently is an urgent task, since the significant defects in wall concrete have been detected in the JR West tunnels, Japan. In this work, the characteristic of hole drilled into concrete and the material removal mechanism corresponding to the temperature of surface concrete during laser drilling were investigated by using high speed camera and thermography. The QCW (Quasi continuous wave) fiber laser system having compact dimensions was used in this experiment allowing for a maximum peak power of 1.5 kW and average power of 150 W, operating at 1070 nm. Results show that the melt concrete is removed from the interaction zone both in vapor and melt liquid state. Also the melt concrete expulsion has a significant effect of variation in peak power and pulse duration. In addition, the penetration depth was achieved on 20 mm thick with peak power of 1600 W within 10 s. This basic study of pulsed laser drilling provides useful information to control and enhance the performance for laser irradiation on concrete.
7再構成構造面内のストレス測定魚住 雄輝; 朝岡 秀人
no journal, ,
Si(111)表面ではダイマーやアドアトム形成により表面エネルギーが減少した再構成構造を形成し、バルクと異なる表面特有のストレスを有することがD.Vanderbiltによる理論計算によって示されている。前回の報告では、Si(111)77基板および水素終端処理を施したH-Si(111)11基板にMBE法によりGe(111)55再構成構造を形成し、両基板の表面ストレス値を比較することでSi(111)77再構成構造とH-Si(111)11構造の差が1.6N/mであることを実験値として得た。今回、室温および380
Cに加熱したSi(111)77基板に原子状水素が吸着する過程をRHEEDと表面ストレス測定法によるその場観察を実施した。その結果、表面構造がSi(111)77からSi(111)11に変化し、Si表面の水素終端化を確認した。表面ストレス測定では原子状水素吸着と同時に表面ストレスが緩和する様子を捉え、原子状水素吸着時に発生する欠陥が最も抑制され、かつモノハイドライドで終端される5,000Langmuir条件で1.7N/mを示した。本結果は、理論計算値と良い一致を示しており、Si(111)77再構成構造形成時の表面ストレス値を実測することに成功した。
坪内 雅明; 永島 圭介; 吉田 芙美子; 越智 義浩; 圓山 桃子
no journal, ,
これまで、高強度テラヘルツ光発生用デバイスとしてFabry-Perot型接触型回折格子の開発を行ってきた。波面傾斜用の回折格子とTHz光発生用LiNbO
結晶を一体化した接触型回折格子を実現するにあたり、波面傾斜光を高効率で生成させるためにFabry-Perot干渉を用いている。本デバイス開発において見つかった本デバイスの特徴を紹介すると共に、本質的な問題点とその解決方法について議論する。
吉越 章隆; 塩飽 秀啓; 小林 徹; 下山 巖; 松村 大樹; 辻 卓也; 西畑 保雄; 矢板 毅; 小暮 敏博*; 甕 聡子*; et al.
no journal, ,
福島第一原子力発電所の事故以降、数
m以下の粘土鉱物(アルミノシリケート)中の放射性Csの吸着状態に関する基礎研究が除染などの観点から重要となっている。そのため、サブmの空間分解能で分析対象物に狙いを定めたピンポイント化学分析が必要となっている。本発表では、SPring-8のBL17SUのPEEM装置を用いたCs含有粘土鉱物に対するナノスケール局所化学状態分析の取り組みを紹介する。
20nm域分光計測のための酸化物膜付加高回折効率回折格子小池 雅人; 長野 哲也*
no journal, ,
鉄鋼材料に添加されたボロン(B)は数十ppmの添加で焼き入れ特性などを大幅に改善でき、例えば車両用鋼板では強度を保ったままの軽量化が可能となるが、製鋼工程では数ppmレベルでのB添加量の正確な制御が必要とされている。さらに、ボロン化合物に対する詳細な電子構造解析への強い要望がある。著者らはB-K発光(6.76nm)周辺の波長域において従来の金等の金属単層膜を用いたラミナー型回折格子の回折効率を飛躍的に高める新しい物理現象に基づく方法を発見した。この現象は、全反射の起きる斜入射領域において、格子溝上の金属層上にさらに消衰係数の小さい(透明な)高密度材料膜を一定の厚さ形成することにより発現する。この透明な高密度材料は、真空と金属層の中間の屈折率を有することが望ましい。この観点から従来から光学薄膜として一般によく使われている酸化物膜についての探索を行った。その結果、TiO
, CeO等は、この基準を満たす有望な候補であることがわかった。数値計算の結果、6.76nmでの回折効率は、TiO, CeOの双方の場合22%であり、Niの15.6%やAuの14.1%からの大幅な向上が期待される。
鈴井 伸郎
no journal, ,
東京電力福島第一原子力発電所事故由来の放射性セシウムによる農地汚染により、農業にとって放射線は負のイメージを持ってしまった。一方で、農学の研究分野において、放射線を用いた化学分析技術は、強力な研究ツールとして利用されていることから、農業にとって放射線は不可欠な存在と言える。植物RIイメージング研究グループでは、ポジトロン放出(
崩壊)核種とpositron-emitting tracer imaging system(PETIS)と呼ぶプラナー型のポジトロンイメージング装置を用いて、生きた植物体における栄養・有害元素の動態を非破壊的に可視化する研究を行っている。本発表では、有害元素カドミウムをPETISで可視化した研究を中心に、放射線イメージングの農学への応用例について紹介する。
O
膜の作製における照射の効果藤田 将弥*; 朝岡 秀人; 山口 憲司
no journal, ,
イオンビームスパッタ蒸着法によりErOターゲットをO
イオンでSi基板上に蒸着すると、ErOが優勢な薄膜が生成するものの、ErSiの生成を抑えることができず、単相膜の作製には至っていない。一方、Si基板のスパッタ・エッチ(SE)処理条件の違いが、基板とFeの反応により生成する-FeSi薄膜の結晶構造に影響するとする従来の結果にならって、照射により基板での表面拡散を制御し、ErSiの生成を抑制できないかと考えた。実験では、まず、常温で3keVのNe
ビームをフルエンス; (a)3.710
Ne cm
もしくは、(b)3.710
Ne cmでSi(100)基板をスパッタ処理した後、800
Cでアニールした。その後、ErOをターゲットとし、Si基板上に700Cで蒸着した。一部の実験では蒸着後も700Cで加熱を継続した。薄膜の結晶構造はX線回折(XRD)によって評価した。実験結果によると、SE処理時の照射フルエンスに関係なく、700Cでの加熱時間とともにErO膜の配向性は向上する傾向を示したものの、これまでと同様ErSi相の成長もみられ、完全な単相膜の実現には至らなかった。
岡田 美智雄*; 津田 泰孝*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆
no journal, ,
次世代のナノ配線材料や新規太陽電池の基板として銅(Cu)をベースとしたナノ構造は有用であることが期待されている。腐食過程としての酸化過程を解明し、耐腐食性の高い材料を開発することが求められている。ここでは、Cuを含有するCuAu合金表面の極薄酸化膜生成反応における合金化の効果についてバルクAu含有量依存性を調べたので報告する。
nダイオード中の欠陥準位佐藤 真一郎; Schmieder, K.*; Hubbard, S.*; Forbes, D.*; Warner, J.*; 大島 武; Walters, R.*
no journal, ,
電子の3次元的な量子閉じ込め効果を利用したIII-V族半導体量子ドット(Quantum Dot: QD)デバイスは、次世代超高効率太陽電池への応用が期待されている。QD太陽電池の実用化にあたっては、QDを高密度に多数積層させる必要があり、近年では歪補償層の導入などによって格子定数の異なるQD層を積層欠陥なしに多数積層できるようになってきた。しかし、単結晶デバイスと比較すれば依然として多くの結晶欠陥が含まれており、それらがキャリア捕獲準位(欠陥準位)となってデバイス特性に悪影響を及ぼしている。今回、積層した量子ドット層中に存在する欠陥準位を明らかにするために、有機金属気相成長(MOVPE)法によってn型ベース層内にInAs量子ドット層を10層埋め込んだGaAs pnダイオード(QDデバイス)を作製し、DLTS(Deep Level Transient Spectroscopy)測定を行った。これを、InAs量子ドットを含まないGaAs pnダイオード(参照デバイス)と比較したところ、QDデバイスには参照デバイスには見られない正孔捕獲準位および電子捕獲準位が存在することを見出した。以上より、これら捕獲準位を低減することがQDデバイスの特性改善に必要であると結論できた。
線照射したSiC MOSFETの電気的特性評価松田 拓磨; 横関 貴史; 三友 啓; 村田 航一; 牧野 高紘; 武山 昭憲; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.
no journal, ,
福島第一原子力発電所事故の収束に向けた研究開発の一環として、炭化ケイ素(SiC)金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の耐放射線性強化に関する研究を推進しており、これまでに150Cでの高温照射により特性劣化が抑制されることを見出している。今回は、SiC MOSFETの高温下線照射効果のメカニズム解明のため、MOSFETと同じプロセスで作製したSiC MOSキャパシタに150Cで線照射を行い、高周波キャパシタンス-電圧(C-V)測定の変化を調べた。その結果、照射量の増加とともにC-V曲線は形状(傾き)を変化させずに負電圧側にシフトする振る舞いを示すこと、シフト量は室温照射に比べて少ないことが明らかとなった。C-V曲線のシフトはゲート酸化膜中の固定電荷の発生に、傾きの変化はSiCと酸化膜の界面準位の発生に由来することから、高温下における線照射効果は主に酸化膜中に発生する固定電荷に起因するが、その発生量は室温に比べて少ないため特性劣化が抑制されると結論できた。
圓谷 志郎; 本田 充紀; 滝沢 優*; 下山 巖; 楢本 洋*; 境 誠司; 社本 真一
no journal, ,
酸化グラフェンはグラフェンの大量合成を可能にする素材として研究が進んでいる物質である。発表者らは、基板上に形成した酸化グラフェン薄膜に金属イオンを吸着させ、吸着状態を表面科学手法により調べることにより、酸化グラフェンへの吸着機構を探索している。本研究では、サファイア基板上に作製した単層酸化グラフェン薄膜への原子構造やセシウムの吸着状態についてXAFSやXPSを用いて探索した。単層酸化グラフェンはサファイア基板上にCVD法で成長した単層グラフェンを酸化することにより作製した。Cs吸着前後の電子状態や原子構造を炭素および酸素のK吸収端(立命館大学SRセンター)、セシウムL3吸収端XAFS(KEK PF)により評価した。その結果、単層酸化グラフェン中のCOOHにセシウムが吸着することや酸化グラフェン1kgに対して650-850gものセシウムを吸着できることを明らかにした。
佐々木 拓生; 出来 亮太; 高橋 正光
no journal, ,
窒化ガリウム(GaN)の初期成長ひずみは、結晶成長メカニズムの理解だけでなく、各種光・電子デバイスの構造設計のための基本情報となる。そこで、本研究はGaNの初期成長ひずみを測定するため、放射光を用いたその場X線回折を実施した。その結果、初期成長における格子定数の変化は面内方向に比べ、面内垂直方向で著しく、ポアソン比で決まる従来の弾性変形とは異なる挙動を示すことを見いだした。弾性ひずみに加えて、結晶中へのアンチサイト欠陥の取り込みを仮定した静水圧ひずみを考慮することで、実験結果を再現できた。このことから、GaNの初期成長は弾性変形に加え、点欠陥の取り込みが作用している可能性を示唆した。
高橋 正光; 佐々木 拓生; 出来 亮太*
no journal, ,
放射光X線を用いた窒化物半導体のMBE成長過程のその場測定について報告する。放射光施設SPring-8のビームラインBL11XUでは、従来、GaAsなどのヒ素化合物やアンチモン化合物用のMBEチェンバーとX線回折計が一体化した装置を用いて、放射光X線回折による成長過程の研究を行ってきた。新たに製作された窒化物半導体MBE装置は、X線回折計とのインターフェースが従来のヒ素化合物MBEと共通になるように設計されている。そのため、ビームライン光学系およびX線回折計は共通に使い、MBEチェンバー部分のみを交換することによって、窒化物半導体の結晶成長についてもさまざまなX線測定を行うことができるようになった。RHEEDと比べ、X線では、三次元的な原子構造・ひずみが評価できること、多重散乱の影響を受けない高精度な定量的評価ができることなどの利点がある。X線反射率・微小角入射X線回折測定なども行うことができ、成長膜のひずみ・表面モフォロジー・表面界面の原子配列・ナノ構造の三次元的解析などのその場解析が可能である。
酒井 卓郎; 安田 良; 飯倉 寛; 松林 政仁
no journal, ,
X線や荷電粒子, 中性子などの検出素子として蛍光体は広く利用されているが、その空間分解能と検出効率(感度)は蛍光体の厚さによって大きく制限される。従来、発表者らはプロトンマイクロビームによる微細加工技術を利用して、微細な周期構造を有する蛍光板の開発を行ってきたが、新たにキャピラリプレートを利用した蛍光板の作成に成功した。キャピラリプレートは、周期的な細管構造を有するガラス基板であり、外径や孔径、厚さなど複数の仕様で市販されている。今回、蛍光板の作成に利用したのは、孔径
25m、厚さ1mm、外径25mm(浜松ホトニクス社製J5112-25D25U1TB)である。この細管構造に蛍光体粉末(ZnS(Ag)、平均粒径7m)を充填し、片面にアルミ蒸着を行った。蛍光体充填後のキャピラリプレートを光学顕微鏡で観察した結果、ほぼ全ての細管が蛍光体粉末で満たされているのが確認できた。蛍光板としての特性評価はX線を用いて行った。この蛍光板は、その構造的特徴から、特に高エネルギー荷電粒子やX線などの透過力の強い放射線に対して、高感度と高い空間分解能を両立していることが想定される。
出来 亮太*; 佐々木 拓生; 高橋 正光
no journal, ,
GaAs(001)基板上のInGaAs膜は、In組成が約25%以下では二次元成長をし、それ以上ではStranski-Krastanov成長と呼ばれる島状成長をすることが知られている。In組成の違いにより成長様式に違いが生じる原因をさぐるため、大型放射光施設SPring-8・BL11XUの分子線エピタキシー装置-X線回折計複合システムを用いて、InGaAs成長中にX線逆格子マッピングのその場測定を行った。得られた逆格子マップのピーク位置や強度分布からIn組成や歪み緩和率が算出された。
河野 七瀬; 板倉 隆二; 坪内 雅明
no journal, ,
本研究では、シリコン内に光誘起させたキャリアに、テラヘルツ光を対向に照射し、そのドップラー反射を観測した。特に、キャリアを生成するための励起光強度依存性を調査することで、励起光強度が強くなるとともにドップラー反射による周波数シフトが増加することがわかった。さらに、周波数シフトは、ある励起光強度以上になると一定の値に近づくことを示し、上記の結果から、"有効キャリア膜厚"を定義し、光誘起キャリアとテラヘルツ光との相互作用について明らかにした。
金崎 真聡*; 神野 智史*; 榊 泰直; 近藤 公伯; 小田 啓二*; 山内 知也*; 福田 祐仁
no journal, ,
クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速実験では、高エネルギーイオンの加速に伴って、最大200MeV、レーザー1ショットあたり約1nCの電子が加速されていることが明らかとなっている。このような電子線が実験装置を構成する物質に入射した場合、制動放射により光子を放出し、その光子は光核反応によって中性子を放出するため、固体飛跡検出器CR-39を用いたレーザー加速イオン計測のノイズになるという問題が生じる。本研究では、モンテカルロ粒子輸送計算コードPHITSを用いて、実験で発生する電子線に起因した光中性子の空間分布を評価し、CR-39上に中性子に起因するエッチピットが形成されないような検出器体系の設計を行った。
佐々木 明; 砂原 淳*; 西原 功修*
no journal, ,
EUV光源の特性の評価と最適化のため、プラズマ流体シミュレーションに気液相転移の過程を考慮した理論的検討、数値モデリングを行っている。Sn液滴をレーザーで照射すると、加熱による沸騰、衝撃波による破砕の過程や、いったん気化したSnが膨張、冷却する間に凝縮するなどのさまざまな過程で微粒子が発生すると考えられる。流体とともに動くラグラジアンメッシュを用い、それを各時刻、場所の温度、密度において熱力学的に与えられる気液の比に従って動的に分割することにより、微粒子や気泡の分布を直接取り扱うモデルを構築した。固体・液体および気体についてそれぞれ理想的な状態の存在比をファンデルワールスモデルによって求め、その間の転移過程において、前後の自由エネルギー(熱, ひずみ, 表面エネルギー)が保存されるように定式化した。このようなモデルについて、Sn液滴の分散に対応する条件で検証を行っているので報告する。
木全 哲也*; 加藤 翔*; 八巻 徹也; 山本 春也; 箱田 照幸; 小林 知洋*; 寺井 隆幸*
no journal, ,
固体高分子形燃料電池におけるカソードの酸素還元触媒として、高い活性と耐久性を持つPtナノ微粒子が求められている。本研究では、グラッシーカーボン(GC)担体のイオンビーム改質による触媒高活性化を目指して、照射によるPtナノ微粒子の化学状態変化をX線光電子分光(XPS)法で調べた。実験では、380keV Arを5.010
ions/cm
のフルエンスで照射したGC基板上にPtナノ微粒子をスパッタ蒸着し、そのPt 4f及びC 1s XPSスペクトルを取得した。その結果、Arビーム照射したGCとPtナノ微粒子との界面にはPt-C結合が形成され、イオンビームによる担体改質がPtの電子状態に影響を及ぼすことが明らかになった。
境 誠司; Majumdar, S.*; 圓谷 志郎; Avramov, P.*; 深谷 有喜; 楢本 洋*; 山内 泰*
no journal, ,
グラフェンは、長距離・高速スピン輸送材料としてスピン論理デバイスや分子スピントロニクス素子への応用が期待されている。同応用を実現するためには、グラフェンのキャリアのスピン偏極状態を人為的に制御する技術が必要である。そのためのアプローチとして、酸化物磁性体からの磁気近接効果の利用が提案されている。本研究では、酸化物磁性体による磁気近接効果の検証を目的に、最表面原子層の電子スピン状態の選択的検出が可能なスピン偏極準安定原子脱励起分光(SPMDS)によるグラフェン/ハーフメタル酸化物磁性体LSMO(La
Sr
MnO)接合の電子スピン状態の直接観測を試みた。その結果、グラフェンの伝導を担う
バンドに、顕著なスピン偏極を観測することに成功した。本結果により酸化物磁性体による磁気近接効果の確証が得られたことで、今後、同効果のメカニズムの解明や素子応用の研究が発展することが期待できる。