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論文

Silicon avalanche photodiode linear-array detector with multichannel scaling system for pulsed synchrotron X-ray experiments

岸本 俊二*; 三井 隆也; 春木 理恵*; 依田 芳卓*; 谷口 敬*; 島崎 昇一*; 池野 正弘*; 斉藤 正俊*; 田中 真伸*

Journal of Instrumentation (Internet), 10(5), p.C05030_1 - C05030_6, 2015/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:55.5(Instruments & Instrumentation)

We developed an X-ray detector system using a 64-pixel silicon avalanche photodiode Si-APD linear array and fast pulse-counting electronics for multichannel scaling. The Si-APD linear array consists of 64 pixels each 0.01$$times$$0.02 cm$$^{2}$$ in size, with a pixel pitch of 0.015 cm and depletion depth of 0.001 cm. The fast electronics, consisting of an ultrafast application-specific integrated circuit and field-programmable gate arrays, can record both the position and timing of X-rays arriving at each pixel of the linear array with 1 ns pulse-pair resolution. The count distribution was measured using 14.4 keV synchrotron X-rays for nuclear resonant forward scattering experiments on $$^{57}$$Fe, and the spatial resolution was improved by inclining the detector. We also successfully measured amorphous alloy Fe$$_{78}$$Si$$_{9}$$B$$_{13}$$ during heating.

論文

Nuclear resonant scattering measurements on $$^{57}$$Fe by multichannel scaling with a 64 pixel silicon avalanche photodiode linear-array detector

岸本 俊二*; 三井 隆也; 春木 理恵*; 依田 芳卓*; 谷口 敬*; 島崎 昇一*; 池野 正弘*; 斉藤 正俊*; 田中 真伸*

Review of Scientific Instruments, 85(11), p.113102_1 - 113102_5, 2014/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:60.1(Instruments & Instrumentation)

We developed a silicon avalanche photodiode (Si-APD) linear-array detector for use in nuclear resonant scattering experiments using synchrotron X-rays. The Si-APD linear array consists of 64 pixels (pixel size: 0,01$$times$$0.02 cm$$^{2}$$) with a pixel pitch of 0.015 cm and depletion depth of 0.001 cm. An ultrafast frontend circuit allows the X-ray detector to obtain a high output. High-performance integrated circuits achieve multichannel scaling over 1024 continuous time bins with a 1 ns resolution for each pixel without dead time. The multichannel scaling method enabled us to record a time spectrum of the 14.4 keV nuclear radiation at each pixel with a time resolution of 1.4 ns (FWHM). This method was successfully applied to nuclear forward scattering and nuclear small-angle scattering on $$^{57}$$Fe.

論文

Observation of Barnett fields in solids by nuclear magnetic resonance

中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 家田 淳一; 春木 理恵*; 岡安 悟; 前川 禎通; 安岡 弘志; 齊藤 英治

Applied Physics Express, 7(6), p.063004_1 - 063004_4, 2014/06

 被引用回数:21 パーセンタイル:20.35(Physics, Applied)

電気的に中性な物体であっても、回転する物体中の粒子には磁場が生じることが予言されている。この磁場をバーネット磁場という。我々は核磁気共鳴法が固体中に生じたバーネット磁場を測定できることを示す。我々は試料とNMR検出コイルを同じ早さで回転させると核磁気モーメントの符号を反映したNMRシフトが生じることを見いだした。この結果はバーネット磁場の直接的証拠である。NMRを用いたバーネット磁場の測定は未知の核磁気モーメントの符号を決定できる。

論文

Ultracentrifuge experiment on AgI super-ionic conductor

小野 正雄; 岡安 悟; 井口 裕介*; 江坂 文孝; Bagum, R.*; 春木 理恵; 真下 茂*

Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan (Internet), 12(ists29), p.Tq_1 - Tq_3, 2014/04

これまでに固相の固溶系2成分合金や単体金属を遠心処理することで、固相中で元素や同位体組成を傾斜化できることを示した。ここで、2成分のイオン結晶の場合は、化学量論組成を保とうとする性質によって、たとえ遠心処理で分解を起こせたとしても元素組成を傾斜させることは難しいと考えられる。しかしながら、結晶中では自己拡散が起こっているので、元素組成を保ったままで、同位体組成を傾斜させることはできると考えられる。そこで我々は、遠心処理によって2成分のイオン結晶中で生じる同位体効果を調べるために、超イオン伝導体の$$alpha$$-AgIに関する超遠心実験を計画した。この超イオン伝導体$$alpha$$-AgIは、真性イオン結晶でありAgイオンの自己拡散が顕著であるため、この実験に最適である。研究の第一段階として、分解が生じない温度条件と遠心加速度条件の組み合わせを探る実験を行った。結果として、最大遠心加速度61万G、最高試料温度350$$^{circ}$$C、最大実験時間24時間の条件の組み合わせであれば、分解の起こらない実験が可能であることを確かめた。

論文

X-ray detection capability of a BaCl$$_{2}$$ single crystal scintillator

越水 正典*; 小野寺 和也*; 錦戸 文彦*; 春木 理恵; 澁谷 憲悟*; 岸本 俊二*; 浅井 圭介*

Journal of Applied Physics, 111(2), p.024906_1 - 024906_5, 2012/01

 被引用回数:13 パーセンタイル:39(Physics, Applied)

The X-ray detection capability of a scintillation detector equipped with a BaCl$$_{2}$$ single crystal was evaluated. The scintillation decay kinetics can be expressed by a sum of two exponential decay components. The fast and slow components have lifetimes of 1.5 and 85 ns, respectively. The total light output is 5% that of YAP:Ce. A subnanosecond timing resolution was obtained. The detection efficiency of a 67.41 keV X-ray is 87% for a detector equipped with a BaCl$$_{2}$$ crystal 6-mm thick. Thus, excellent timing resolution and high detection efficiency can be simultaneously achieved. Additionally, luminescence decay characteristics under vacuum ultraviolet excitation have been investigated. Radiative decay of self-trapped excitons is thought to be responsible for the fast scintillation component.

論文

Spin pumping efficiency from half metallic Co$$_2$$MnSi

中堂 博之; 安藤 和也*; 斉藤 今朝美*; 岡安 悟; 春木 理恵; 桜庭 裕弥*; 安岡 弘志; 高梨 弘毅; 齊藤 英治

Journal of Applied Physics, 109(7), p.073915_1 - 073915_4, 2011/04

 被引用回数:13 パーセンタイル:40.54(Physics, Applied)

スピン流の生成及び制御は、スピントロニクス研究分野の基本技術として重要である。近年、強磁性共鳴(FMR)を利用したスピンポンピングがスピン流を生成する手段としてスピントロニクスの基礎,応用研究に広く用いられるようになってきた。本研究では、強磁性材料として高スピン偏極Co$$_2$$MnSi(CMS)に着目し、スピンポンピング実験を行った。測定に用いた試料は単結晶CMS/Ptヘテロ構造薄膜である。CMS層で生成されたスピン流はPt層の逆スピンホール効果によって電流に変換されるので、電極間に生じた起電力を測定しCMSのスピン変換効率を見積もる。測定の結果、FMR共鳴磁場で起電力が最大になっており、磁場方向を反転させると起電力の符号は反転する。このことは逆スピンホール効果の幾何的要因を反映しており、CMSのスピンポンピングで生成されたスピン流がPt層に注入されたことを示唆している。見積もられたスピン変換効率はパーマロイより小さいことがわかった。このことから、スピン変換効率はバルクの分極率ではなく、界面の分極率が重要であると考えられる。

論文

Isotope distribution in pure indium after liquid-state centrifugation

小野 正雄; 岡安 悟; 江坂 文孝; 春木 理恵; 真下 茂*

Journal of the Japan Society of Microgravity Application, 28(2), p.S89 - S91, 2011/04

純インジウムを、遠心加速度82万g,溶融状態の温度300$$^{circ}$$Cで100時間遠心処理し、2次イオン質量分析器(CAMECA IMS-6f)で回収試料中の同位体比$$^{113}$$In/$$^{115}$$Inを測定した。同位体比は遠心加速度の方向に1.3%減少する方向で傾斜していた。この同位体比の傾斜は、重い$$^{115}$$Inが遠心加速度の向きに、軽い$$^{113}$$Inが遠心加速度と反対方向に移動した結果生じたものである。当該実験結果、及び、この現象を利用した同位体分離技術を開発するために必要な条件決定までの取り組みについて発表する。

論文

Investigation on new scintillators for subnanosecond time-resolved X-ray measurements

春木 理恵; 澁谷 憲悟*; 錦戸 文彦*; 越水 正典*; 依田 芳卓*; 岸本 俊二*

Journal of Physics; Conference Series, 217, p.012007_1 - 012007_4, 2010/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:40.37

We investigated new X-ray detectors for nuclear resonant scattering measurements with high energy X-rays. The organic-inorganic perovskite scintillator of phenethylamine lead halide ((C$$_{6}$$H$$_{5}$$C$$_{2}$$H$$_{4}$$NH$$_{3}$$)$$_{2}$$PbX$$_{4}$$) (X:Br, I) was used. These compounds have fast light emission due to an exciton. They include heavy atoms, which make the detector to have high efficiency to high energy X-rays. The merit of these scintillators is that we can make a thick crystal compared to a Si wafer which is used in an avalanche photo-diode detector. We successfully measured 67.41 keV X-ray signals, the energy of $$^{61}$$Ni nuclear resonant scattering, with high detection efficiency of 42.5% by the scintillator.

論文

Nuclear resonant scattering of synchrotron radiation by Yb nuclides

増田 亮*; 東谷口 聡*; 北尾 真司*; 小林 康浩*; 瀬戸 誠*; 三井 隆也; 依田 芳卓*; 春木 理恵*; 岸本 俊二*

Journal of the Physical Society of Japan, 75(9), p.094716_1 - 094716_4, 2006/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:87.14(Physics, Multidisciplinary)

Yb核種の放射光核共鳴散乱を初めて観測することに成功した。励起準備は$$^{171}$$Ybの第二励起状態及び$$^{172}$$Yb, $$^{174}$$Yb, $$^{176}$$Ybの第1励起状態の4つである。それぞれの励起状態のエネルギーと半減期は、$$^{171}$$Ybの第二励起状態、$$^{172}$$Yb, $$^{174}$$Yb, $$^{176}$$Ybの第1励起状態の順に、75.878$$pm$$0.007keV, 1.55$$pm$$0.12ns, 78.737$$pm$$0.004keV, 1.71$$pm$$0.13ns, 76.465$$pm$$0.006keV, 1.76$$pm$$0.04ns, 82.154$$pm$$0.006keV, 1.82$$pm$$0.09nsと見積もられた。Ybの放射光核共鳴散乱は、Ybを含む物質の研究に有益な測定手段となることが期待される。

論文

Site-specific phonon density of states discerned using electronic states

瀬戸 誠; 北尾 真司*; 小林 康浩*; 春木 理恵*; 依田 芳卓*; 三井 隆也; 石川 達雄*

Physical Review Letters, 91(18), p.185505_1 - 185505_4, 2003/10

 被引用回数:26 パーセンタイル:22.29(Physics, Multidisciplinary)

われわれは、放射光核共鳴非弾性散乱法と時間領域の核共鳴散乱測定法を組合せて利用することで、マグネタイトの幾何学的に異なるA,Bサイトに存在するFe元素の格子振動状態を分離測定することに世界で初めて成功した。このような元素とサイトを同時に特定したフォノン状態密度測定は中性子非弾性散乱法等では不可能なもので、副格子系材料の相転移機構の研究を格子振動の観点から、より精密に調べることができるようになった。

論文

Nuclear resonance scattering of synchrotron radiation by $$^{40}$$K

瀬戸 誠; 北尾 真司*; 小林 康浩*; 春木 理恵*; 三井 隆也; 依田 芳卓*; Zhang, X. W.*; 前田 豊*

Physical Review Letters, 84(3), p.566 - 569, 2000/07

 被引用回数:21 パーセンタイル:26.89(Physics, Multidisciplinary)

われわれは、大強度放射光X線を利用することにより、$$^{40}$$K原子の核共鳴準移の励起を行い、時間遅れを伴う散乱線の信号観測に初めて成功した。$$^{40}$$K原子は親核がないため、通常のメスバウアー分光実験を行うことのできない核種であるため、本実験の成功は、放射光によるK含有物質のメスバウアー分光実験を切り開くものであるといえる。

口頭

放射光核共鳴非干渉性散乱の共鳴核数に対する変化について

増田 亮; 北尾 真司*; 小林 康浩*; 瀬戸 誠*; Zhang, X.*; 岸本 俊二*; 春木 理恵*

no journal, , 

放射光核共鳴散乱法では、電荷状態や内部磁場などの電子系の状態の情報を得るために干渉性弾性散乱の時間スペクトルを観測する。一方、非干渉性弾性散乱はその時間スペクトルに電子状態を反映した時間構造が得られにくいため、あまり用いられてこなかった。しかし、2004年にCa$$^{57}$$FeO$$_3$$の磁気相転移の前後で行われた放射光核共鳴散乱実験において、非干渉性弾性散乱の強度が著しく変化することが報告され、その変化は磁気相転移に伴って起こった超微細構造の変化が非干渉性弾性散乱強度に影響を与えたものと考えられた。その変化を定量的に評価すべく、変化がメスバウアー有効厚に依存するとの考えに基づいて、$$^{57}$$Fe共鳴核の存在比に対する核共鳴非干渉性散乱強度の変化を検証する実験をFe$$_2$$O$$_3$$を用いて行った。また、共鳴核の量に対する非干渉性弾性散乱強度の評価の他、その評価法に基づいて、超微細構造の変化に対する非干渉性弾性散乱強度の変化についても検討した。

口頭

超重力場処理後の超イオン伝導体$$alpha$$-AgI中の同位体の空間分布

小野 正雄; Hao, T.; 岡安 悟; 井口 裕介*; 江坂 文孝; Bagum, R.*; 春木 理恵; 真下 茂

no journal, , 

われわれは、地上重力の数十万倍の強い遠心加速度場下の原子の沈降に関する研究を展開し、これまでに、固体合金中の異種原子の沈降現象や、単金属や合金中での同位体の沈降現象を確認してきた。本研究では、147$$^{circ}$$C以上で超イオン伝導性を示すヨウ化銀(AgI)に関して、温度220$$^{circ}$$C、最大遠心加速度40万G及び61万Gにて超遠心実験を行った(1G=地上重力)。超遠心後の試料についてのEPMAによる組成分析から、61万Gの遠心加速度場下でも試料全体でAgIの化学量論組成が保たれることがわかった。一方、二次イオン質量分析器(SIMS)を用いて超遠心後の試料断面のAgの同位体存在比の変動を調べたところ、40万G及び61万Gいずれの場合も、重力方向に$$^{109}$$Agが増加し、$$^{107}$$Agは減少する同位体存在比の空間分布変化が確認された(図は40万Gの場合)。これは、遠心力でヨウ素の副格子中のAgの自己拡散に方向性が生じ、重い$$^{109}$$Agが重力方向に移動し、チャージバランスが保たれるように逆方向に軽い$$^{107}$$Agが移動したものと考えられる。また、同位体比の空間分布変化はある重力場を境に変化が急激に顕著になることを見いだした(今回の実験条件では23万G付近)。

口頭

Ag isotope fractionation in a centrifuged $$alpha$$-AgI super-ionic conductor

小野 正雄; 岡安 悟; 井口 裕介*; 江坂 文孝; Bagum, R.*; 春木 理恵; 真下 茂*

no journal, , 

超イオン伝導体$$alpha$$-AgIに関して、最大遠心加速度61万G,温度220$$^{circ}$$C,遠心時間100時間の超遠心実験を行った。超遠心後の試料の組成と構造を、それぞれEPMA及び微小領域XRDにて調べたが、実験前後で有意な組成変化は生じておらず、61万Gの遠心加速度場条件下ではAgIの化学量論組成が保たれることがわかった。一方、二次イオン質量分析器(SIMS)を用いて超遠心後の試料断面のAgの同位体存在比分布を調べたところ、重力方向に$$^{109}$$Agが増加し、$$^{107}$$Agは減少する同位体存在比の空間分布変化が確認された。これは、遠心力によってIの副格子中のAgの拡散に方向性が生じ、重い$$^{109}$$Agが重力方向に移動し、チャージバランスが保たれるように逆方向に軽い$$^{107}$$Agが移動したものと考えられる。

口頭

ヨウ化カリウム溶液のI-127核共鳴準弾性散乱

春木 理恵; 今井 康彦*; 越水 正典*; 錦戸 文彦*; 澁谷 憲悟*; 黒葛 真行*; 依田 芳卓*; 岸本 俊二*

no journal, , 

核共鳴散乱は核種特有の共鳴エネルギーを用いるため、溶液中のイオンなどの微量な元素のダイナミクスを特定するのに有効である。本研究では、I-127の第1励起準位(57.6keV,半減期1.9ns)を用いたヨウ化カリウム溶液中の、ヨウ素の核共鳴準弾性散乱によるダイナミクスの研究を行った。57.6keVのX線の単色化には、サファイア単結晶の後方散乱モノクロメータを用いて、検出には高速シンチレータを用いた。ヨウ化カリウムからの核共鳴散乱スペクトルは、前方散乱による装置関数からの広がりを見せており、ヨウ素イオンの溶液中での拡散運動の大きさを示唆していると考えられる。

口頭

Co$$_2$$MnSiにおけるスピンポンピング

中堂 博之; 安藤 和也*; 斉藤 今朝美*; 岡安 悟; 春木 理恵; 桜庭 裕弥*; 安岡 弘志; 高梨 弘毅; 齊藤 英治

no journal, , 

スピン流の生成及び制御は、スピントロニクス研究分野の基本技術として重要である。近年、強磁性共鳴(FMR)を利用したスピンポンピングがスピン流を生成する手段としてスピントロニクスの基礎、応用研究に広く用いられるようになってきた。本研究では、強磁性材料として高スピン偏極Co$$_2$$MnSi(CMS)に着目し、スピンポンピング実験を行った。測定に用いた試料は単結晶CMS/Ptヘテロ構造薄膜である。CMS層で生成されたスピン流はPt層の逆スピンホール効果によって電流に変換されるので、電極間に生じた起電力を測定しCMSのスピン変換効率を見積もる。測定の結果、FMR共鳴磁場で起電力が最大になっており、磁場方向を反転させると起電力の符号は反転する。このことは逆スピンホール効果の幾何的要因を反映しており、CMSのスピンポンピングで生成されたスピン流がPt層に注入されたことを示唆している。スピン変換効率はパーマロイより小さいことがわかった。このことから、スピン変換効率はバルクの分極率ではなく、界面の分極率が重要であると考えられる。

口頭

Diffusive motion of atoms in a solution studied by nuclear resonant scattering

春木 理恵; 今井 康彦*; 依田 芳卓*; 越水 正典*; 錦戸 文彦*; 澁谷 憲悟*; 黒葛 真行*; 岸本 俊二*

no journal, , 

Nuclear resonant inelastic scattering is applied to various nuclei and materials with the progress of the third generation synchrotron facilities. In this presentation, we retrieved the previous formula of integration. The integration with wave functions is treated as Fourier transformation; which makes free from parameter limit. This analysis is applied to hexa-cyano complex in an aquious solution, in which iron atom and legand is strongly bonded and total complex system diffuses as a particle. This method also can be applied to nuclear resonant quasi-elastic scattering analysis using other nuclei, such as $$^{40}$$K, $$^{119}$$Sn, $$^{127}$$I and $$^{201}$$Hg with higher excitation energy or larger mass. Some noticeable points in handling the dynamics of the diffusing system in the analysis is discussed.

口頭

Isotope effect in AgI super-ionic conductor by centrifugation

小野 正雄; 岡安 悟; 井口 裕介*; 江坂 文孝; Bagum, R.*; 春木 理恵; 真下 茂*

no journal, , 

最大遠心加速度61万G, 温度200$$^{circ}$$C, 実験時間100時間の条件で、超イオン伝導体$$alpha$$-AgIを超遠心処理した。超遠心後の試料の組成と構造を、それぞれEPMA及び微小領域XRDにて調べた結果、実験前後で有意な組成変化は生じておらず、61万Gの遠心加速度場条件下では化学量論組成が保たれることを確かめた。続いて、二次イオン質量分析器(SIMS)を用いて超遠心後の試料断面の同位体組成分布を調べたところ、重力方向に$$^{109}$$Agが増加する同位体組成の空間分布変化が確認された。これは、Iの副格子中のAgイオンの拡散において、遠心力によって同位体効果が生じ、重い$$^{109}$$Agが重力方向に移動し、チャージバランスが保たれるように逆方向に軽い$$^{107}$$Agが移動したものと考えられる。

口頭

放射光X線時間分光実験のための鉛添加プラスチックシンチレータ特性評価

岸本 俊二*; 錦戸 文彦*; 春木 理恵; 越水 正典*

no journal, , 

鉛添加(5%(重量)程度)プラスチックシンチレータNE142(EJ256, 発光寿命1.7ns)を使ったX線検出器を放射光X線ビームによるメスバウアー分光法に用いて、ニッケル61(励起準位: 67.4keV、半減期:5.3ns)核共鳴散乱実験への応用を行っている。入射X線エネルギーを核共鳴準位にあわせ、ドップラーシフトによるメスバウアー吸収分光を行うもので、固体中の核共鳴元素について、磁性や価数など電子状態を調べることができる。即発電子散乱線から区別して励起原子核からの微弱$$gamma$$線を検出するため、サブナノ秒時間分解能や高エネルギーX線領域でも十分な検出効率を持つ時間検出器が必要とされる。メスバウアー分光法で重要な時間スペクトル測定の場合、ピークとその後の裾部分(ピークより10ns以後)とで5桁以上の計数値の比(peak/tail)が必要となる。そのためわれわれは、市販のプラスチックシンチレータNE142の形状・研磨の異なるものを用意して、特性評価を改めて行った。シンチレータの形状・研磨によって、波高分布と時間スペクトルを実験とシミュレーション(Geant4)とを併せて検討している。

口頭

核磁気共鳴法によるバーネット効果の観測

中堂 博之; 小野 正雄; 針井 一哉; 松尾 衛; 家田 淳一; 春木 理恵; 岡安 悟; 安岡 弘志; 前川 禎通; 齊藤 英治

no journal, , 

物体の回転運動によって生じる磁場(バーネット磁場)を核磁気共鳴(NMR)法を用いて観測した。磁気共鳴法を用いてバーネット磁場を観測する際に重要なことは、回転する試料と同じ角速度で回転する座標系から磁気共鳴を観測することである。この理由は、試料だけを回転した場合には試料と信号検出部(NMRコイル)に相対運動があるためにドップラー効果が生じ、回転する物体中の本来のNMR周波数を測定できないからである。これを克服するために、ワイアレス共振回路技術を応用し、NMRコイルを試料と同じ角速度で回転する方法(コイル回転法)を考案した。測定には鋭い共鳴線が得られる非磁性、絶縁体中の$$^7$$Li(LiF), $$^{19}$$F(LiF), $$^{23}$$Na(NaCl), $$^{115}$$In(InP), $$^{29}$$Si(Si), $$^{119}$$Sn(SnO$$_2$$)を用いた。すべての核種において、回転数に比例してNMR共鳴線がシフトすることがわかった。

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