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論文

Research progress at the Slow Positron Facility in the Institute of Materials Structure Science, KEK

兵頭 俊夫*; 和田 健*; 望月 出海*; 木村 正雄*; 峠 暢一*; 設楽 哲夫*; 深谷 有喜; 前川 雅樹*; 河裾 厚男*; 飯田 進平*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 791(1), p.012003_1 - 012003_8, 2017/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:9.52

本論文では、高エネルギー加速器研究機構(KEK)物質構造科学研究所(IMSS)低速陽電子実験施設(SPF)で得られた最近の成果を報告する。全反射高速陽電子回折(TRHEPD)実験では、ルチル型TiO$$_{2}$$(110)($$1times2$$)表面、Cu(111)およびCo(0001)基板上のグラフェン、Al(111)基板上のゲルマネンの構造を明らかにした。ポジトロニウム負イオン(Ps$$^{-}$$)ステーションでは、Ps$$^{-}$$の共鳴状態の観測に成功した。ポジトロニウム飛行時間測定(Ps-TOF)ステーションでは、ポジトロニウムの生成効率の増大とポジトロニウム生成・放出過程におけるエネルギー損失を観測した。陽電子ビームラインにパルスストレッチングセクションが導入され、陽電子ビームのパルス幅が1.2$$mu$$sから20msまで可変になった。

論文

全反射高速陽電子回折(TRHEPD)法によるルチル型TiO$$_{2}$$(110)(1$$times$$2)表面の構造決定

望月 出海*; 有賀 寛子*; 深谷 有喜; 和田 健*; 前川 雅樹*; 河裾 厚男*; 設楽 哲夫*; 朝倉 清高*; 兵頭 俊夫*

表面科学, 37(9), p.451 - 456, 2016/09

本論文では、30年間構造が確定しなかった、触媒の担体として知られるルチル型の二酸化チタン表面の構造解析について報告する。全反射高速陽電子回折(TRHEPD)を用いて、陽電子の回折スポット強度の視射角依存性の測定および、動力学的回折理論に基づく強度解析を行った。その結果、最近Wangらが理論的に提唱した構造モデルを用いると実験結果をよく説明できることがわかった。

論文

Structure determination of the rutile-TiO$$_{2}$$(110)-(1$$times$$2) surface using total-reflection high-energy positron diffraction (TRHEPD)

望月 出海*; 有賀 寛子*; 深谷 有喜; 和田 健*; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 設楽 哲夫*; 朝倉 清高*; 兵頭 俊夫*

Physical Chemistry Chemical Physics, 18(10), p.7085 - 7092, 2016/03

 被引用回数:8 パーセンタイル:35.16(Chemistry, Physical)

本研究では、全反射高速陽電子回折(TRHEPD)法を用いて、30年来議論が続くルチル型の二酸化チタン表面の原子配置を決定した。陽電子の反射強度の入射角依存性を測定し、様々な構造モデルを仮定した計算結果との比較を行った。構造解析の結果、OnishiとIwasawaが提唱した構造モデルに最表面の酸素原子の非対称性を取り入れることにより、実験結果をよく説明できることがわかった。

論文

Effect of magnetic field on positron lifetimes of Fe, Co and Ni

Li, H.; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 谷村 直樹*

Journal of Physics; Condensed Matter, 27(24), p.246001_1 - 246001_5, 2015/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:60.4(Physics, Condensed Matter)

Positron lifetime spectra of Fe, Co and Ni were measured under magnetic field using a $$^{22}$$Na source. Very small but distinguishable difference of positron lifetime upon magnetic field reversal was observed suggesting the existence of two bulk lifetimes associated with majority and minority spin electrons. Using two spin-dependent Fe bulk lifetimes, the difference Doppler broadening of annihilation radiation spectra between majority and minority spin electrons were also examined. Agreement between experiment and theory indicates that spin-polarized positron annihilation spectroscopy may have potential in investigation of spin-aligned electron momentum distribution.

論文

Charge-to-spin conversion and spin diffusion in Bi/Ag bilayers observed by spin-polarized positron beam

Zhang, H. J.; 山本 春也; Gu, B.; Li, H.; 前川 雅樹; 深谷 有喜; 河裾 厚男

Physical Review Letters, 114(16), p.166602_1 - 166602_5, 2015/04

 被引用回数:23 パーセンタイル:11.79(Physics, Multidisciplinary)

スピン偏極陽電子ビームを用いた最表面ポジトロニウム消滅過程の観測を通じて、Bi/Ag二層膜中のラシュバ-エデルシュタイン効果に伴う電荷-スピン変換の直接検出に初めて成功した。同一の通電方向に対して、BiとAgの表面では逆のスピン偏極が得られた。スピン偏極率は、膜の厚さが増すとともに指数関数的に減少することが知られた。以上の結果は、Bi/Ag界面で生成したスピンが、両層を通じて最表面に伝導・蓄積することを示している。

論文

Doppler-broadening of annihilation radiation spectroscopy under high magnetic field using a longitudinally spin-polarized slow positron beam

前川 雅樹; Zhang, H.; Li, H.; 深谷 有喜; 河裾 厚男

JJAP Conference Proceedings, Vol.2 (Internet), p.011305_1 - 011305_7, 2014/11

A spin-polarized positron beam generated using a $$^{22}$$Na source, solid neon moderator and magnetic lens was developed. The beam diameter, beam flux and spin polarization were 0.5 mm, 1$$times$$10$$^5$$ e$$^+$$ s$$^{-1}$$ and 27 %, respectively. An electromagnet system, which can generate $$pm$$1 T magnetic field, was also developed and equipped with the beam apparatus. Using this apparatus, Doppler broadening of annihilation radiation spectra under a high magnetic field were measured for bulk polycrystalline Fe, Co and Ni samples and a thin film Co$$_2$$MnSi sample. These spectra showed a clear asymmetry upon field reversal.

論文

Total reflection high-energy positron diffraction; An Ideal diffraction technique for surface structure analysis

深谷 有喜; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 望月 出海*; 和田 健*; 設楽 哲夫*; 一宮 彪彦*; 兵頭 俊夫*

Applied Physics Express, 7(5), p.056601_1 - 056601_4, 2014/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:35.48(Physics, Applied)

本研究では、全反射条件下におけるSi(111)-$$7times7$$再構成表面からの反射高速陽電子回折(RHEPD)パターンが、結晶内部のバルク原子からの寄与を含まないことを報告する。このことは、バルク原子を含む通常の試料の測定においても、最表面原子の情報のみを反映した回折パターンを観測可能であることを意味する。

論文

Reflection high-energy positron diffraction study on the first surface layer

深谷 有喜; 前川 雅樹; 望月 出海*; 和田 健*; 兵頭 俊夫*; 河裾 厚男

Journal of Physics; Conference Series, 505, p.012005_1 - 012005_6, 2014/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:37.67

反射高速陽電子回折(RHEPD)は、陽電子の全反射が存在するため、最表面を研究する上で非常に有力な手法である。全反射条件下では、陽電子の結晶表面への侵入深さは約0.2nmと見積もられる。この深さは、1-2原子層分に相当する。したがって、RHEPDは表面敏感であり、最表面の原子配置を精度よく決定することができる。本講演では、$$^{22}$$Na線源を用いたRHEPD実験により明らかにした2つの表面系を取り上げる。1つはSi(111)-$$8times2$$-In表面でありロッキング曲線の解析から、基底構造がヘキサゴン構造から構成されることを明らかにした。もう1つはSi(111)-$$sqrt{21}timessqrt{21}$$-Ag表面であり、パターン解析から最表面のAg原子の配置を明らかにした。最近、我々は高エネルギー加速器研究機構(KEK)の低速陽電子実験施設にて、電子線形加速器を用いて発生した高強度・高輝度陽電子ビームを利用した新たなRHEPD装置を開発した。全反射条件下におけるSi(111)-$$7times7$$表面からの微弱な分数次の回折スポットの観測に成功した。この新たなRHEPD装置を用いた最表面構造解析の展開についても報告する。

論文

Spin polarizations of positron beams generated using electrostatic and magnetic transportation systems with $$^{68}$$Ge and $$^{22}$$Na sources

前川 雅樹; 深谷 有喜; Zhang, H.; Li, H.; 河裾 厚男

Journal of Physics; Conference Series, 505, p.012033_1 - 012033_4, 2014/04

 被引用回数:5 パーセンタイル:6.32

Spin polarizations of electrostatic positron beams generated using a $$^{68}$$Ge and a $$^{22}$$Na sources with tungsten moderators were 47% and 30%, respectively. A comparable spin polarization (27%) was obtained with much reduced beam diameter (0.5 mm), when electromagnetic lenses, a $$^{22}$$Na source and a tungsten moderator were used. Replacing the tungsten moderator with a solid neon moderator in this system, the beam flux was significantly enhanced with maintaining the spin polarization. The Doppler broadening of annihilation radiation spectra of polycrystalline Fe measured using the above beams showed clear asymmetry upon field reversal.

論文

Total reflection high-energy positron diffraction (TRHEPD)

兵頭 俊夫*; 深谷 有喜; 前川 雅樹; 望月 出海*; 和田 健*; 設楽 哲夫*; 一宮 彪彦*; 河裾 厚男

Journal of Physics; Conference Series, 505(1), p.012001_1 - 012001_5, 2014/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:9.06

反射高速陽電子回折(RHEPD)は1992年に提唱され、1998年に初めて実証された。それ以来、RHEPDは表面科学の分野へ多くの寄与を果たしている。最近、原子力機構のRHEPD装置を高エネルギー加速器研究機構低速陽電子実験施設に移設し、輝度増強した高強度陽電子ビームラインへの接続を行った。この陽電子ビームの高強度化により、鮮明なRHEPDパターンが得られるようになった。Si(111)-$$7times7$$表面をテスト試料として用い、RHEPDパターンの観測を行った。陽電子のエネルギーは10kVに設定した。このエネルギーでは、全反射の臨界角は2$$^{circ}$$となる。全反射条件下の視射角1.3$$^{circ}$$で観測したRHEPDパターンは、計算結果と非常によく一致することが分かった。全反射したRHEPDパターンは、本質的に付着原子と表面第一層の原子だけで決定できることも分かった。この手法により、最表面から内部へ向かった表面近傍の構造解析が可能である。我々はこの手法を全反射陽電子回折法と呼ぶ。

論文

Current-induced spin polarization on metal surfaces probed by spin-polarized positron beam

Zhang, H.; 山本 春也; 深谷 有喜; 前川 雅樹; Li, H.; 河裾 厚男; 関 剛斎*; 齊藤 英治*; 高梨 弘毅*

Scientific Reports (Internet), 4, p.4844_1 - 4844_5, 2014/04

 被引用回数:23 パーセンタイル:17.13(Multidisciplinary Sciences)

Current-induced spin polarization (CISP) on the outermost surfaces of Au, Cu, Pt, Pd, Ta, and W nanoscaled films were studied using a spin-polarized positron beam. The Au and Cu surfaces showed no significant CISP. In contrast, the Pt, Pd, Ta, and W films exhibited large CISP (3 to 15% per input charge current of 10$$^{5}$$ A/cm$$^{2}$$) and the CISP of Ta and W were opposite to those of Pt and Pd. The sign of the CISP obeys the same rule in spin Hall effect suggesting that the spin-orbit coupling is mainly responsible for the CISP. The magnitude of the CISP is explained by the Rashba-Edelstein mechanism rather than the diffusive spin Hall effect. This settles a controversy, that which of these two mechanisms dominates the large CISP on metal surfaces.

論文

Structure of silicene on a Ag(111) surface studied by reflection high-energy positron diffraction

深谷 有喜; 望月 出海*; 前川 雅樹; 和田 健*; 兵頭 俊夫*; 松田 巌*; 河裾 厚男

Physical Review B, 88(20), p.205413_1 - 205413_4, 2013/11

 被引用回数:48 パーセンタイル:7.17(Materials Science, Multidisciplinary)

電子線形加速器ベースの輝度増強された高強度の陽電子ビームを用いた反射高速陽電子回折法により、Ag(111)表面上のシリセンの構造を決定した。ロッキング曲線の解析から、シリセンはバックリングした構造を持つことが明らかになり、その上層と下層の間隔は0.83${AA}$であることが分かった。またシリセンの下層と第一Ag層の間隔は、2.14${AA}$ と決定した。これらの値は、0.05${AA}$の誤差範囲内で、以前の理論研究により予測されていた値とよく一致することが分かった。

論文

Current-induced spin polarization on a Pt surface; A New approach using spin-polarized positron annihilation spectroscopy

河裾 厚男; 深谷 有喜; 前川 雅樹; Zhang, H.; 関 剛斎*; 吉野 達郎*; 齊藤 英治*; 高梨 弘毅*

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 342, p.139 - 143, 2013/09

 被引用回数:12 パーセンタイル:37.89(Materials Science, Multidisciplinary)

電流通電下にある白金超薄膜表面におけるスピン偏極陽電子消滅を観測した。その結果、表面で形成されるオルソポジトロニウムの強度が通電方向に応じて変化することが明らかになった。この結果は、通電下において白金表面の伝導電子がスピン偏極していることを示唆している。その場合、伝導電子のスピン偏極率は1%以上であると推定される。

論文

Development of spin-polarized slow positron beam using a $$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga positron source

前川 雅樹; 深谷 有喜; 薮内 敦; 望月 出海; 河裾 厚男

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 308, p.9 - 14, 2013/08

 被引用回数:10 パーセンタイル:22.62(Instruments & Instrumentation)

A $$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga positron source was produced from the $$^{69}$$Ga(p,2n)$$^{68}$$Ge nuclear reaction by irradiating a GaN substrate with 20 MeV protons. Fast positrons from the source were converted to slow positrons using tungsten meshes and foils and were then electrostatically transported to the sample chamber. The spin polarization of the positron beam was determined as 47 $$pm $$8% from the magnetic field dependence of the para-positronium intensity in fused silica. The Doppler broadening of the annihilation radiation spectra of polycrystalline Fe showed asymmetry upon field reversal. The spin-polarized positron beam generated by the $$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga source may be applicable to study the magnetic properties associated with surfaces, interfaces, and thin films.

論文

Spin-polarized positron annihilation spectroscopy for spintronics applications

河裾 厚男; 深谷 有喜; 前川 雅樹; 望月 出海; Zhang, H.

Journal of Physics; Conference Series, 443(1), p.012084_1 - 012084_4, 2013/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:23.54

スピン偏極陽電子はスピントロニクス研究に有用である。われわれは、スピン偏極陽電子源を製造するとともに、それを用いたスピン偏極陽電子ビームの開発を行っている。スピン偏極陽電子消滅の基礎を構築するために、各種の強磁性体について陽電子消滅ドップラー拡がり測定を行ったところ、電子運動量分布が磁場反転効果を示すことが確認された。さらに、白金における電流誘起スピン蓄積効果を調べたところ、最表面において強いスピン蓄積が起こっていることを初めて見いだした。

論文

Reflection high-energy positron diffraction; The Past 15 years and the future

深谷 有喜; 前川 雅樹; 望月 出海; 和田 健*; 兵頭 俊夫*; 河裾 厚男

Journal of Physics; Conference Series, 443(1), p.012068_1 - 012068_6, 2013/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:2.3

結晶表面上に異種原子を吸着させることにより、バルク構造とは異なったさまざまな表面超構造を作製することが可能である。これらの表面超構造は、パイエルス不安定性、モット絶縁化、バイポーラロン形成、ラシュバ効果などさまざまな興味深い物性を示す。この物性を理解するには、表面超構造の原子配置の決定が最も基本的かつ重要なことである。反射高速陽電子回折(RHEPD)は、表面第一層で全反射が起こるため、表面敏感なツールである。最表面構造とその動的過程を調べるために、われわれは$$^{22}$$Na線源を用いたRHEPD装置を開発した。最近、われわれは高エネルギー加速器研究機構(KEK)の低速陽電子施設において、リニアックにより発生した高強度陽電子ビームを利用した新しいRHEPD装置の開発に展開している。現在、これまで捉えることのできなかった表面超構造に由来する高次の回折スポットの観察に成功している。本発表では、これまでのRHEPD実験の成果と今後の発展について報告する。

論文

Observation of spatial distribution of vacancy defects in semiconductor by positron microscope and electron beam induced current measurement

前川 雅樹; 河裾 厚男

Journal of Physics; Conference Series, 443, p.012041_1 - 012041_4, 2013/06

 パーセンタイル:100

A complementary study of vacancy defects in Si substrates by using scanning positron microscope (SPM) and electron beam induced current (EBIC) method were demonstrated for the same samples and in the same chamber. Both the S parameter and EBIC contrast were found to be enhanced in the regions containing vacancy defects introduced by ion implantation. That is, the SPM provides a criterion if the spatially resolved carrier recombination centres by the EBIC method are originating from vacancy defects or not.

論文

Location and size of nanoscale free-volume holes in crosslinked-polytetrafluoroethylene-based graft-type polymer electrolyte membranes determined by positron annihilation lifetime spectroscopy

澤田 真一; 薮内 敦*; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 前川 康成

Radiation Physics and Chemistry, 87, p.46 - 52, 2013/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:46.51(Chemistry, Physical)

固体高分子型燃料電池用の電解質膜はナノメートルスケールの自由空孔を有しており、この空孔構造が膜の燃料ガス透過性に影響を及ぼすと考えられる。そこで本研究では、陽電子消滅寿命(PAL)測定法により、架橋ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を基材とするグラフト電解質膜の自由空孔構造を調べた。その結果、電解質膜内には0.11と0.38nm$$^{3}$$という異なる体積の自由空孔が存在することがわかった。架橋PTFE膜及びスチレングラフト膜のPAL測定結果と比較することで、小さな空孔はPTFE結晶及びグラフト鎖領域に位置し、大きな空孔はPTFEの非晶領域に位置することから、ガス透過性の抑制には非晶領域の空隙率低下が重要であるとの知見を得た。

論文

Suppression of vacancy aggregation by silicon-doping in low-temperature-grown Ga$$_{1-x}$$Cr$$_{x}$$N

薮内 敦*; 前川 雅樹; 河裾 厚男; Zhou, Y.-K.*; 長谷川 繁彦*; 朝日 一*

Applied Physics Letters, 102(14), p.142406_1 - 142406_4, 2013/04

 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

Effect of Si doping on low-temperature grown GaCrN films has been investigated by positron annihilation spectroscopy. In undoped GaCrN films grown at 540 $$^{circ}$$C, vacancy clusters with sizes of V$$_6$$-V$$_{12}$$ were found to be responsible for positron trapping. Such vacancy clusters were considerably suppressed in Si-doped GaCrN films grown at 540 $$^{circ}$$C, although divacancies (V$$_{Ga}$$V$$_N$$) still survived. The Si-doping may be one possible way to suppress vacancy aggregation during low temperature crystal growth, and the further methods to remove divacancies are required.

報告書

Microstructures observations and positron annihilation spectroscopic measurements of ZrC layers fabricated by Japan Atomic Energy Agency in recent R&D

相原 純; 植田 祥平; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 沢 和弘

JAEA-Review 2012-047, 34 Pages, 2013/02

JAEA-Review-2012-047.pdf:19.96MB

2004年から2008年にかけて、日本原子力研究開発機構(JAEA)は、革新的高温ガス炉燃料として有望なZrC被覆燃料粒子の製造技術開発を行った。具体的には、ZrC被覆層の性能に悪影響を及ぼす過剰炭素の少ないZrC被覆の200gバッチまでのプロセスのR&Dを臭化物法で、核燃料ではなくその模擬材を用いて行っていた。本稿において著者らは、製造されたさまざまなZr/C比を持つZrC層の微細構造及び陽電子消滅測定結果、及びそれらに対する、実際の燃料の焼成を模擬した熱処理の影響について、既に幾つかの論文に報告されている事柄をまとめる。R&Dの最初期には被覆温度が振動していた。この問題を解決した後、さまざまな温度でZrC被覆試験を行い、過剰炭素の少ないZrC層を被覆できる温度を探索した。次の段階においては、定比に近いZrC層とOPyC層の連続被覆に成功した。しかし、等しいC/Zr比及びZrC密度を持つにもかかわらず、熱処理によって著しいZrC結晶成長が起こったバッチと起こらなかったバッチが存在した。これらのバッチ間の差は、陽電子消滅測定によって検出された。この結果は、PASがZrC被覆燃料粒子の品質管理に適用できる可能性があることを示すものである。

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