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論文

FE-SEM observations of multiple nanohillocks on SrTiO$$_{3}$$ irradiated with swift heavy ions

喜多村 茜; 石川 法人; 近藤 啓悦; 藤村 由希; 山本 春也*; 八巻 徹也*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 44(3), p.85 - 88, 2019/06

高速重イオンがセラミックスに真上から入射すると、イオン一つに対してヒロック(ナノメートルサイズの隆起物)が一つ表面に形成される。一方で近年、SHIがチタン酸ストロンチウム(SrTiO$$_{3}$$)や酸化チタン(TiO$$_{2}$$)の表面をかするように入射した場合、表面にはイオンの飛跡に沿って連続的に複数個のヒロックが形成されると報告された。これらは原子間力顕微鏡(AFM)を用いて観察されており、観察結果にはAFMのプローブ寸法由来の測定誤差を含んでいる。そこで本研究では、ヒロックのサイズより十分小さい分解能(1.5nm)を有し、非接触で観察可能な電界放出形走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて連続ヒロックを観察し、形状の違いを検討した。SrTiO$$_{3}$$はNbを添加することで電気伝導性が発現する。SrTiO$$_{3}$$(100)とNbを0.05wt%添加した単結晶SrTiO$$_{3}$$(100)に対し、350MeVのAuビームを、単結晶表面に対するイオンの入射角が2度以下となるよう照射した。照射後のFE-SEM観察によって、SrTiO$$_{3}$$(100)表面には長さ数百nmにわたって直径20nmのヒロックが連続的に形成されていた一方で、Nbを添加したSrTiO$$_{3}$$(100)表面では、ほぼ同じ長さで凹状に溝が形成されていることがわかった。これらの形状の違いは電気伝導性とそれによる熱伝導性の違いが起因し、イオントラックの温度が融点付近になるSrTiO$$_{3}$$(100)ではヒロックが、昇華温度にまで上昇するNb添加SrTiO$$_{3}$$(100)では溝ができると考えられる。

論文

X-ray absorption study of platinum nanoparticles on an ion-irradiated carbon support

垣谷 健太*; 木全 哲也*; 八巻 徹也*; 山本 春也*; 松村 大樹; 田口 富嗣*; 寺井 隆幸*

Radiation Physics and Chemistry, 153, p.152 - 155, 2018/12

 パーセンタイル:100(Chemistry, Physical)

The chemical state and local structure of 2.6-nm-sized platinum (Pt) nanoparticles on an ion-irradiated glassy carbon (GC) substrate were investigated by X-ray absorption fine structure measurements. The partial oxidation of the Pt nanoparticles was confirmed by the peak intensity in the near-edge region of the absorption spectrum. The analysis of the extended region revealed a higher coordination number and shorter bond length of Pt-Pt compared to those of the Pt nanoparticles on the non-ion-irradiated GC. Thus, Pt nanoparticles on the ionirradiated GC substrate were found to hold a rigid metallic coordination during the oxidation.

論文

Synthesis of heterostructured SiC and C-SiC nanotubes by ion irradiation-induced changes in crystallinity

田口 富嗣; 山本 春也; 樹神 克明; 朝岡 秀人

Carbon, 95, p.279 - 285, 2015/12

 被引用回数:4 パーセンタイル:72.5(Chemistry, Physical)

340KeVのSi$$^{+}$$イオン照射により、多結晶SiCナノチューブからアモルファスSiCナノチューブの合成に初めて成功した。また、マスクを用いたイオン照射により、一本のナノチューブ内に多結晶領域とアモルファス領域が混在する多結晶/アモルファスヘテロ構造SiCナノチューブの合成にも成功した。内部にカーボン層を有するC-SiCナノチューブについても、イオン照射を行った。その結果、照射前では、カーボン層間はチューブの長さ方向に平行であったが、照射後、チューブの径方向に平行になることから、イオン照射によりカーボン層間方向が90$$^{circ}$$傾くことを明らかにした。

論文

Size and dopant-concentration dependence of photoluminescence properties of ion-implanted phosphorus- and boron-codoped Si nanocrystals

中村 俊博*; 安達 定雄*; 藤井 稔*; 杉本 泰*; 三浦 健太*; 山本 春也

Physical Review B, 91(16), p.165424_1 - 165424_8, 2015/04

 被引用回数:10 パーセンタイル:36.72(Materials Science, Multidisciplinary)

半導体ナノ結晶は量子閉じ込め効果などサイズに起因したユニークな物性を示すことから、その不純物ドーピングによる新たな電気的及び光学的特性の発現が期待される。本研究では、発光素子への応用が期待されているシリコン(Si)ナノ結晶を対象に、イオン注入法によりリン(P)とホウ素(B)を共ドープし、フォトルミネッセンス(PL)特性のサイズ(平均値: 3.5, 4.4, 5.2nm)、ドープ量(0.1-4.5$$times$$10$$^{16}$$cm$$^{-2}$$)依存性を調べた。その結果、Siナノ結晶のサイズや不純物のドープ量が増加するとともに、発光ピークの低エネルギー側へのシフトが観測された。したがって、このピークはバンド間遷移による発光と同定でき、サイズやドープ量の変化によりバンドギャップが減少していると考えることができる。このようなバンド間遷移に加え、イオン注入に伴い形成された欠陥を介した発光も見出し、Siナノ結晶における精密な発光特性制御の可能性を示した。

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

Characterization of Pt and Pd epitaxial films on sapphire substrates by RBS/channeling

山本 春也; 箱田 照幸; 吉川 正人

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 129, 2015/03

白金(Pt),パラジウム(Pd)等は、有機水素化合物の脱水素触媒や高分子形燃料電池の酸素還元触媒などに用いられる触媒材料であり、高活性な触媒材料の研究開発を進めるためには、触媒反応過程を理解するとともに結晶方位を制御した高い結晶性のエピタキシャル膜が必要とされる。本研究では、サファイア単結晶基板上にスパッタリング法により成膜中の基板温度をパラメータとし、X線回折法及びラザフォード後方散乱(RBS)法により、作製した厚さ100nmのPt及びPdのエピタキシャル膜の結晶方位、深さ方向の結晶性を評価した。その結果、(0001)面のサファイア基板上に基板温度600$$^{circ}$$C及び500$$^{circ}$$CでPt及びPdを蒸着することにより結晶性の高いPt(111)膜及びPd(111)膜が形成できることがわかった。さらに、基板温度600$$^{circ}$$Cでサファイア基板上に厚さ約1nmのPt(111)のバッファー層を設けることより、基板温度300$$^{circ}$$CでAu(111)膜が形成できることがわかった。

論文

Development of a scintillator for single-ion detection

横山 彰人; 加田 渉*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 山本 春也; 神谷 富裕; 横田 渉

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 168, 2015/03

サイクロトロンでは、数百MeV以上の重イオンマイクロビームを用いたシングルイオンヒット技術が生物細胞などの照射実験で利用されており、高精度位置検出が必要とされている。しかし、現状の固体飛跡検出器では 照射後の薬品による表面処理と顕微鏡での照射位置の観察に時間を要し、リアルタイムでの検出が困難であった。そこで、ビームモニタに利用されているZnS等の発光体などを試用したが発光強度や位置分解能が十分ではなかった。本研究では、単結晶サファイアに賦活剤として注入するEuイオンの量や熱処理条件等の調整により、強いイオンルミネッセンス(Ion Luminescence: IL)を発する試料の開発と発光検出装置の感度試験を行った。予備実験として調製試料の表面にレーザー照射することにより、電子励起過程を伴って発光するフォトルミネッセンス(Photoluminescence: PL)を測定した結果、表面から30nm$$sim$$70nmにEuを7.5ions/nm$$^{3}$$を注入した後に、600$$^{circ}$$Cで30分間熱処理した試料のPL強度が最大だった。また、同試料を用いた発光検出装置の感度試験では、260MeV Neイオンを1秒間に200個のフルエンス率で1点照射することによってILを捕えることができた。しかしながら、シングルイオンヒット実験では、ビーム電流量が数cps程度と低いことから、感度の向上のために賦活剤の濃度の調整などの改良を今後行う。

論文

Defect structure analysis of heterointerface between Pt and CeO$$_{rm x}$$ promoter on Pt electro-catalyst

府金 慶介*; 森 利之*; Yan, P.*; 増田 卓也*; 山本 春也; Ye, F.*; 吉川 英樹*; Auchterlonie, G.*; Drennan, J.*

Applied Materials & Interfaces, 7(4), p.2698 - 2707, 2015/02

 被引用回数:15 パーセンタイル:31.35(Nanoscience & Nanotechnology)

白金-酸化セリウム(Pt-CeO$$_{rm x}$$(1.5$$leq$$$$times$$$$leq$$2))は、Ptカソードよりも高い酸素還元反応活性を示すことから、固体高分子形燃料電池のカソード極に使用する電極材料として有望視されている。本研究では、Pt-CeO$$_{rm x}$$の高い酸素還元活性の発現に関係しているとして考えられているPt-CeO$$_{rm x}$$ヘテロ界面の微細構造を明らかにすることを目的に、パルスレーザー蒸着法により導電性を有するNb:SrTiO$$_{3}$$単結晶基板上にCeO$$_{rm x}$$のエピタキシャル膜を形成し、さらにCeO$$_{rm x}$$膜上に含浸法によりPt粒子を形成してPtとCeO$$_{rm x}$$界面構造が単純化されたPt-CeO$$_{rm x}$$薄膜カソードを作製した。透過型電子顕微鏡によるPt-CeO$$_{rm x}$$界面の構造評価及び電気化学測定による酸素還元反応活性評価、さらに格子動力学計算結果との比較により界面構造を調べた結果、Pt-CeO$$_{rm x}$$界面に形成されるPt$$^{2+}$$-O$$^{2-}$$-酸素欠陥-セリウム欠陥構造が高い酸素還元活性の発現に関係していることが示唆された。

論文

Structural and gasochromic properties of WO$$_{3}$$ films prepared by reactive sputtering deposition

山本 春也; 箱田 照幸; 宮下 敦巳; 吉川 正人

Materials Research Express (Internet), 2(2), p.026401_1 - 026401_8, 2015/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:85.43(Materials Science, Multidisciplinary)

有機ハイドライド(シクロヘキサン等)は、水素を可逆的に放出・吸蔵できることから水素の貯蔵・輸送媒体として有望視されている。しかし、揮発した有機ハイドライドは、可燃性ガスであるため、漏洩する有機ハイドライドを安全に検知するセンサーの開発が求められている。本研究では、揮発した有機ハイドライドを光学的に検知できる材料の開発を目的に、反応性スパッタリング法を用いて石英基板上に三酸化タングステン膜を成膜時の基板温度(300$$sim$$550$$^{circ}$$C)及び膜厚($$sim$$2$$mu$$m)をパラメータに作製し、濃度5%のシクロヘキサンに対する着色特性を系統的に調べた。その結果、基板温度が400$$sim$$450$$^{circ}$$Cで形成される(001)結晶配向した柱状構造から成る厚さ1$$mu$$m程度の三酸化タングステン膜が光学検知に適していることを明らかにした。

論文

Development of real-time position detection system for single-ion hit

横山 彰人; 加田 渉*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 山本 春也; 神谷 富裕; 横田 渉

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 332, p.334 - 336, 2014/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:85.28(Instruments & Instrumentation)

サイクロトロンでは、数百MeV以上の重イオンマイクロビームを用いたシングルイオンヒット技術が生物細胞などの照射実験で利用されており、高精度位置検出が必要とされている。しかし、現状の固体飛跡検出器では照射後の薬品による表面処理と顕微鏡での照射位置の観察に時間を要し、リアルタイムでの検出が困難であった。そこで、ビームモニタに利用されているZnS等を試用したが発光強度や位置分解能が十分ではなかった。本研究では、単結晶サファイアに賦活剤として注入するEuイオンの量や熱処理条件等の調整により、イオン入射方向に強いイオンルミネッセンス(Ion Luminescence: IL)を発する試料を開発できると考え、試料の調製、高感度な発光検出装置の構築を行った。調製試料の評価には、予備実験として試料表面にレーザーを照射することにより、ILと同様に電子励起過程を伴って発光するフォトルミネッセンス(Photoluminescence: PL)を実施した。この結果、表面から30nm$$sim$$70nmにEuを7.5ions/nm$$^{3}$$を注入した後、600$$^{circ}$$Cで30分間熱処理した試料のPL強度が最大だった。また、同試料を用いた発光検出装置の感度試験では、200cps以上の酸素イオンの照射によってILを捕えることができた。しかしながら、シングルイオンヒット実験では、ビーム電流量が数cps程度と低いため、今後賦活剤の濃度等の調製や開口の大きな対物レンズへの変更による感度向上などの改良を行う。

論文

Plasmonic cyclohexane-sensing by sputter-deposited Au nanoparticle array on SiO$$_{2}$$

川口 和弘*; 山本 春也; 吉川 正人; 高廣 克己*

Thin Solid Films, 562, p.648 - 652, 2014/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:84.41(Materials Science, Multidisciplinary)

シクロヘキサンに代表される有機ハイドライドは、水素を可逆的に放出・吸蔵できることから水素の貯蔵・輸送媒体として有望視されている。しかし、揮発した有機ハイドライドは、可燃性ガスであることから、漏洩した有機ハイドライドを安全に検知するセンサーの開発が課題の一つとなっている。本研究では、配列した金ナノ粒子で発現する表面プラズモン共鳴吸収特性が表面吸着物により変化する現象を利用した有機ハイドライド検知材料の開発を目的に、スパッタリング法を用いて石英基板上に基板温度、蒸着量をパラメータに金ナノ粒子を形成し、シクロヘキサンに対するプラズモン共鳴吸収特性を調べた。その結果、成膜時の基板温度: 300$$^{circ}$$C、蒸着量: 4.4$$times$$10$$^{16}$$atoms/cm$$^{2}$$で形成した金ナノ粒子がシクロヘキサンに対して高い検知性能を示し、室温で爆発限界(1.3vol%)以下の0.5vol%の検知が可能であることを見出した。

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

Production of nano-sized platinum-particle films using low energy electron beams

箱田 照幸; 山本 春也; 有谷 博文*; 吉川 正人

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 127, 2014/03

放射線還元法は水中の貴金属イオンを還元析出させて微粒子を作製できる方法である。われわれは、これまでに試みられたことのなかった低エネルギー電子線を用いて、エタノールを含む水中の貴金属イオンの放射線還元を試行したところ、その水溶液表面に貴金属微粒子からなる薄膜が形成されることを初めて見いだした。本研究では、この薄膜の原子組成,生成量,化学組成をラザフォード後方散乱法で、その構造を電子顕微鏡により調べ、薄膜の形成条件、原子組成や構造の解明を目指した。1mmol/Lの塩化白金酸イオンとOHラジカル捕捉剤である0.5-20v%のエタノールを含む水溶液に、電子の水中飛程が20$$mu$$mの低エネルギー電子線を2kGy照射して得た薄膜を調べた結果、薄膜形成には低濃度エタノールが不可欠であった。また、得られた薄膜が2-5nmの金属Pt粒子が互いに接合して連なった網目状構造物であることが初めてわかった。このことから、低エネルギー電子線による放射線還元法が、蒸着法でしか形成できなかった薄膜状貴金属の新規作製法となる可能性があることがわかった。

論文

Preparation of gasochromic MoO$$_{3}$$ films by reactive sputtering deposition

山本 春也; 箱田 照幸; 吉川 正人

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 123, 2014/03

シクロヘキサンなどに代表される有機ハイドライドは、水素を可逆的に放出・吸蔵できることから水素の貯蔵・輸送媒体として有望視されている。しかし、揮発した有機ハイドライドは、可燃性ガスであるため、漏洩する有機ハイドライド及び水素を安全に検知するセンサーの開発が水素社会を実現するうえでの課題の一つとなっている。本研究では、揮発した有機ハイドライド及び水素を光学的に検知できるガスクロミック材料の開発を目的に、反応性スパッタリング法を用いて成膜中の石英基板温度(室温-400$$^{circ}$$C)及び成膜後の熱処理温度($$sim$$400$$^{circ}$$C)をパラメータに三酸化モリブデン(MoO$$_{3}$$)膜を作製し、走査型電子顕微鏡観察, X線回折法,ラザフォード後方散乱法により薄膜試料の表面形態,結晶構造,組成,膜厚などの評価を行うとともに、試料表面に白金(Pt)触媒を担持し、濃度5%のシクロヘキサンに曝した際に生じる着色特性の変化を調べた。その結果、基板温度: 300$$^{circ}$$Cで成膜し、空気中において250$$^{circ}$$Cで熱処理して作製した(011)結晶配向した単斜晶のMoO$$_{3}$$膜がシクロヘキサンに対して光学検知に十分な着色特性を示すことがわかった。

論文

Development of scintillator for detention of single-ion

横山 彰人; 加田 渉*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 山本 春也; 神谷 富裕; 横田 渉

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 164, 2014/03

サイクロトロンでは、数百MeV以上の重イオンマイクロビームを用いたシングルイオンヒット技術が生物細胞などの照射実験で利用されており、高精度位置検出が必要とされている。しかし、現状の固体飛跡検出器では照射後の薬品による表面処理と顕微鏡による照射位置の観察に時間を要し、リアルタイムの検出が困難であった。そこで、これにかわりビームモニタに利用されているZnS等発光体を検出器として試用したが発光強度や位置分解能が十分ではなかった。本研究では、単結晶サファイアに賦活剤として注入するEuイオンの量や熱処理条件等の調整により、強いイオンルミネッセンス(Ion Luminescence: IL)を発する試料を開発できると考え、試料の調製を行った。調製試料の評価には、予備実験として試料表面にレーザー照射することにより、ILと同様に電子励起過程を伴って発光するフォトルミネッセンス(Photoluminescence: PL)測定を実施した。この結果、表面から30nm-70nmにEuを7.5ions/nm$$^{3}$$を注入した後、600$$^{circ}$$Cで30分間熱処理した試料のPL強度が最大だった。また、同試料を用いた酸素イオン照射によるIL検出実験では、200cps未満ではILを検出できなかったが、それ以上の照射から検出することができた。しかしながら、一般的なシングルイオンヒット実験におけるビーム電流量は数cps程度と低いことから、不十分であり、今後感度の向上のために賦活剤の濃度の調整などの改良を行う。

論文

プロトン注入とレーザー照射を組み合わせた難加工性サファイア基板の微細加工

石山 新太郎; 大場 弘則; 山本 春也; 菖蒲 敬久

化学工学論文集, 40(2), p.131 - 136, 2014/03

 パーセンタイル:100(Engineering, Chemical)

世界で初めて0.3MeVで加速したプロトンを注入したサファイア基板に対してArFレーザー照射を行うことにより、プロトン注入深さ1$$mu$$m$$times$$幅50$$sim$$80$$mu$$mの量子ビーム融合化による微細加工に成功した。本技術は、プロトン注入サファイアが200nmの紫外可視光を吸収する特性を利用してサファイア内部のプロトン注入領域を局部的にArFエキシマレーザーにより微細加工する方法である。これにより、サファイア単結晶基板からの大面積サファイア単結晶薄膜の作成なども可能となる。

論文

Epitaxial transformation of hcp-fcc Ti sublattices during nitriding processes of evaporated-Ti thin films due to nitrogen-implantation

Chen, Y.*; Feng, X.*; 粕壁 善隆*; 山本 春也; 吉川 正人; 藤野 豐*

Journal of Alloys and Compounds, 577(Suppl.1), p.S18 - S24, 2013/11

 パーセンタイル:100(Chemistry, Physical)

本研究では、原子力機構のイオン導入型400kV電子顕微鏡を利用して、チタン蒸着膜への窒素イオン注入窒化過程におけるチタン副格子の六方最密-面心立方(hcp-fcc)構造変化を、透過型電子顕微鏡法及び電子エネルギー損失分光法によりその場観察・評価し、分子軌道計算による電子状態の評価と合わせて窒化チタン薄膜の形成機構及び配向の制御性に関する知見を得てきた。本発表では、窒素イオン注入によるチタン薄膜の窒化過程と電子構造から考察したhcp-fccエピタキシャル構造変態について報告する。

論文

Preparation of tungsten carbide nanoparticles by ion implantation and electrochemical etching

加藤 翔; 八巻 徹也; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.149 - 152, 2013/11

 パーセンタイル:100(Instruments & Instrumentation)

本研究では、イオン注入と電気化学エッチングを組合せて、グラッシーカーボン基板上に炭化タングステン(WC)のナノ微粒子を作製した。実験では、100keV W$$^+$$をグラッシーカーボン基板に照射して注入試料を作製した後、水酸化ナトリウム水溶液中で注入試料の表面をアノード酸化によりエッチングした。試料の分析にはX線光電子分光(XPS), ラザフォード後方散乱分析(RBS), 透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた。XPS, RBSの結果から、試料中でWCが形成されていたことと、電気化学エッチングによってその高濃度導入面が表面に露出したことが確認できた。断面TEMによって直径約10nmのナノ微粒子が表層に存在している様子が観察された。

論文

Characterization of epitaxial transformation phenomena induced by the interaction of implanted N-ions with Ti thin films

粕壁 善隆*; 霜田 拓悠*; Chen, Y.*; 山本 春也; 吉川 正人; 藤野 豐*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 315, p.131 - 135, 2013/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:84.29(Instruments & Instrumentation)

不定比化合物である窒化チタンは、チタンと窒素の組成比によって導電性が大きく変化する。新たな電子材料素材といて期待されている反面、導電性を左右するチタンの窒化物形成過程における原子レベルの結晶構造の変化と結合状態の変化の関係は十分には理解されていない。本研究では、イオン導入型400kV電子顕微鏡を利用して、エピタキシャル成長させたチタン薄膜に窒素注入を行い、その窒化過程を透過電子顕微鏡法でその場観察しながら、電子エネルギー損失分光法(EELS)による評価を行った。得られた結果を分子軌道計算による電子状態の評価と合わせて調べた結果、チタン薄膜にイオン注入された窒素により引き起こされるエピタキシャル構造変態に関して、EELSの解析結果からN/Ti$$sim$$0.25以上の原子数比で窒素が注入されるとチタン副格子の六方最密充填構造(hcp)-面心立方格子構造(fcc)エピタキシャル構造変態が生じるなど、チタンの窒化過程に関して新たな知見か得られた。

論文

Nanoparticle formation by tungsten ion implantation in glassy carbon

加藤 翔; 八巻 徹也; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 38(1), p.81 - 84, 2013/03

本研究では、タングステンイオンを未研磨のグラッシーカーボン基板に注入することによって、ナノ微粒子を作製した。注入イオンのエネルギーは100keV、フルエンスは$$2.4times10^{16}$$から$$1.8times10^{17}$$ions/cm$$^2$$の範囲であった。試料の分析にはX線光電子分光,ラザフォード後方散乱分析,回転ディスク電極法による対流ボルタンメトリー,電界放出型電子顕微鏡を用いた。顕著なスパッタリング効果によって、注入イオン分布が変化するとともに、基板内へ導入可能なタングステン量は約$$6times10^{16}$$ions/cm$$^2$$が上限であった。形成された微粒子はタングステンカーバイドであり、その直径は10nm程度で面内に一様に分布していた。

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