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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

Asymmetric structure of germanene on an Al(111) surface studied by total-reflection high-energy positron diffraction

深谷 有喜; 松田 巌*; Feng, B.*; 望月 出海*; 兵頭 俊夫*; 社本 真一

2D Materials (Internet), 3(3), p.035019_1 - 035019_7, 2016/09

 被引用回数:20 パーセンタイル:16.62(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究では、全反射高速陽電子回折(TRHEPD)法を用いて、アルミニウム基板上のゲルマネン(グラフェンのゲルマニウム版)の構造決定を行った。測定した回折スポット強度の非対称性から、ゲルマネンの構造が$$<110>$$方向に対して鏡面対称性を持たないことがわかった。動力学的回折理論に基づく強度解析から、単位格子当たり1個のゲルマニウム原子が真空側に突出する非対称な構造であることがわかった。これは、これまでに提案されている2個のゲルマニウム原子が突出した対称的な構造モデルとは異なる。これまでに報告された他の実験結果は、今回決定した構造モデルにより説明可能である。

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

Spacing between graphene and metal substrates studied with total-reflection high-energy positron diffraction

深谷 有喜; 圓谷 志郎; 境 誠司; 望月 出海*; 和田 健*; 兵頭 俊夫*; 社本 真一

Carbon, 103, p.1 - 4, 2016/07

 被引用回数:9 パーセンタイル:38.68(Chemistry, Physical)

本研究では、全反射高速陽電子回折法を用いて、貴金属および遷移金属基板上のグラフェンの構造を調べた。動力学的回折理論に基づく構造解析から、CuおよびCo基板上のグラフェンの高さをそれぞれ3.34${AA}$および2.06${AA}$と決定した。Cu基板上のグラフェンの高さはグラファイトの層間距離に近く、グラフェン・Cu基板間の相互作用は非常に弱いことがわかった。一方、Co基板上のグラフェンの高さは、Cu基板上のものに比べ1${AA}$以上も低く、Co基板上のグラフェンは基板と強く相互作用していることが実験的に確かめられた。

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

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

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

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

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

Charge transfer and structure of K/Si(111)-$$2sqrt{3}times2sqrt{3}$$-B surface studied by reflection high-energy positron diffraction

深谷 有喜; 望月 出海; 河裾 厚男

Physical Review B, 86(3), p.035423_1 - 035423_5, 2012/07

 被引用回数:5 パーセンタイル:68.39(Materials Science, Multidisciplinary)

反射高速陽電子回折を用いて、K/Si(111)-$$2sqrt{3}times2sqrt{3}$$-B表面の原子配置とK原子からの電荷移動を調べた。基板であるSi(111)-$$sqrt{3}timessqrt{3}$$-B表面にK原子が吸着すると、111ブラッグ反射のピーク位置が低角側にシフトすることがわかった。このことは、K原子の吸着により平均内部ポテンシャルが変化したことを示している。表面ダイポールの形成を考えると、この変化はK原子1個あたり1個の電荷移動に対応することがわかった。またロッキング曲線の解析から、最表面K原子とSiアドアトムの高さをそれぞれ、Si第一層から2.96${AA}$と2.51${AA}$と決定した。この大きなSiアドアトムの構造緩和は、最近の理論的予測と一致している。さらに、$$sqrt{3}timessqrt{3}$$から$$2sqrt{3}times2sqrt{3}$$へ相転移すると、最表面K原子が無秩序化することがわかった。したがって、この相転移は秩序無秩序型であることがわかった。

論文

Atomic configuration and phase transition of Pt-induced nanowires on a Ge(001) surface studied using scanning tunneling microscopy, reflection high-energy positron diffraction, and angle-resolved photoemission spectroscopy

望月 出海; 深谷 有喜; 河裾 厚男; 矢治 光一郎*; 原沢 あゆみ*; 松田 巌*; 和田 健*; 兵頭 俊夫*

Physical Review B, 85(24), p.245438_1 - 245438_6, 2012/06

 被引用回数:14 パーセンタイル:36.67(Materials Science, Multidisciplinary)

走査型トンネル顕微鏡,反射高速陽電子回折,角度分解光電子分光を用いてGe(001)表面上のPt吸着ナノワイヤーの原子配置と相転移について調査した。理論計算から提案されていた、頂上のGeダイマー鎖が2層目のPt列を架橋するよう配置したモデルが基本構造であることがわかった。低温(80K以下)では、Geダイマーは表面垂直方向に交互に傾き(asymmetric)、このためp(4$$times$$4)周期が形成される。高温(110K以上)では、それらのGeダイマーは水平(asymmetric)になり、p(4$$times$$2)周期が形成される。この相転移現象において、Geダイマー鎖に起因した電子状態は、電子エネルギー的に深く分散していたものが、Fermi準位近傍まで上昇する。

論文

Structural phase transition of Pt/Ge(001) surface studied by reflection high-energy positron diffraction

望月 出海; 深谷 有喜; 河裾 厚男

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 137, 2012/01

Ge(001)表面に一原子層程度のPtを吸着させると、欠陥なくサブミクロンの長さに達する一次元原子鎖構造が形成される。この原子鎖は約80Kを境にパイエルス転移する報告があるが、その原子配置や相転移による原子変位は解明されていない。これまでわれわれは、反射高速陽電子回折(RHEPD)法を用いた一波条件ロッキング曲線の解析から、高さ方向の原子配置に関して、Vanpouckeらが提案したNWモデルで説明されることを示してきた。しかし、彼らはPt被覆率の異なるNWモデルを提案し、相転移がPt被覆率の変化に由来すると主張している。そこで今回は、多波条件のRHEPD構造解析から、正確な原子配置とPt被覆率の決定、そして相転移前後の原子変位について解明を試みた。RHEPDロッキング曲線と、Pt被覆率の異なるNWモデル(0.75, 0.8125, 0.875ML)を用いた動力学計算の比較から、0.8125, 0.875MLの両モデルは全反射領域などの形状を再現できないのに対して、0.75MLは曲線をよく再現できることがわかった。また理論計算は最表面Geダイマー原子間に高さ差のないモデルを支持するのに対して、われわれの結果は高さ差のあるモデルを支持する結果が得られた。すなわち原子配置は0.75MLのNWモデルでおおむね適切だが、最表面に非対称Geダイマーが配置したp(4$$times$$4)構造であることがわかった。この起源については電荷密度波や格子エネルギーなどの要因が考えられる。

論文

Doppler broadening of annihilation radiation measurements on 3$$d$$ and 4$$f$$ ferromagnets using polarized positrons

河裾 厚男; 前川 雅樹; 深谷 有喜; 薮内 敦; 望月 出海

Physical Review B, 85(2), p.024417_1 - 024417_6, 2012/01

 被引用回数:13 パーセンタイル:39(Materials Science, Multidisciplinary)

$$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga線源からの偏極陽電子を用いて3$$d$$強磁性体(Fe,Co,Ni)と4$$f$$強磁性体(Gd,Tb,Dy)の磁場中におけるドップラー拡がりスペクトルの測定を行った。得られたスペクトルの磁場依存性は、明瞭に異なる変化を示すことがわかった。これらは、それぞれの物質のバンド構造の違いを反映していることが解明された。Gdの磁性は5$$d$$電子を媒介とした4$$f$$電子の磁気秩序に起源があるが、陽電子は5$$d$$電子の偏極効果を検出していることがわかった。3$$d$$強磁性体のスペクトルの磁場効果は室温以下の温度ではほとんど変化しないが、4$$f$$強磁性体のそれは強磁性相転移に伴って変化することが明らかになった。

論文

Spin-polarized positron annihilation measurements of polycrystalline Fe, Co, Ni, and Gd based on Doppler broadening of annihilation radiation

河裾 厚男; 前川 雅樹; 深谷 有喜; 薮内 敦; 望月 出海

Physical Review B, 83(10), p.100406_1 - 100406_4, 2011/03

 被引用回数:18 パーセンタイル:30.21(Materials Science, Multidisciplinary)

高スピン偏極陽電子源$$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Gaを用いて磁場中で測定したFe, Co, Ni及びGd多結晶の消滅光子ドップラー拡がりスペクトルは、明瞭な磁場反転非対称性を示した。磁場極性反転の差分スペクトルは、陽電子と電子の偏極を考慮した第1原理計算により再現された。Fe, Co及びNi試料の磁場反転非対称性の大きさは、これらの有効磁化に比例することが知られた。Fe試料のドップラー拡がりスペクトルの磁場依存性は磁化曲線に擬えるヒステリシスを示した。これらの結果はスピン偏極陽電子消滅が磁性体の研究に有用であることを示唆している。

口頭

New positron beam studies of surface low-dimensional systems and magnetic substances

河裾 厚男; 前川 雅樹; 深谷 有喜; 薮内 敦; 望月 出海

no journal, , 

原子力機構において進行中の2つの研究プロジェクト(反射高速陽電子回折による表面低次元物質の研究、及び、スピン偏極陽電子ビームの開発と磁性材料への応用)の現状についてレビューする。前者については、反射高速陽電子回折の原理と回折過程におけるエネルギー損失などについて述べるとともに、シリコン表面上に形成したインジウム原子鎖構造の金属絶縁体転移について報告する。後者については、加速器を用いた$$^{68}$$Ge線源の製造とこれより得られる陽電子のスピン偏極率測定の結果について述べるとともに、この偏極陽電子を使った磁性体(Fe, Co, Ni, Gd)の陽電子消滅測定の結果について報告する。

口頭

スピン偏極陽電子と磁性電子の対消滅過程

河裾 厚男; 前川 雅樹; 薮内 敦; 深谷 有喜; 望月 出海

no journal, , 

$$^{68}$$Geから放出される高スピン偏極陽電子を用いて、磁場中でのFe, Co, Niの陽電子消滅測定を行った。その結果、消滅$$gamma$$線ドップラー拡がりスペクトル(電子運動量分布)の磁場反転非対称性が観測された。これは、磁性電子と陽電子消滅過程に起因する。この結果を踏まえて、スピン偏極陽電子の磁性電子研究における可能性について検討する。

口頭

反射高速陽電子回折によるPt/Ge(001)表面の一次元原子鎖の構造解析

望月 出海; 深谷 有喜; 河裾 厚男

no journal, , 

Ge(001)面に1/4原子層のPtを吸着させると、単原子幅の一次元金属的原子鎖構造が形成する。この原子鎖における金属-絶縁体転移や擬一次元的な電子物性の解明が求められる一方で、原子配置についても議論されている。最近の第一原理計算の結果は、これまでPtダイマー列と考えられていた原子鎖がGeダイマー列であることを示唆しているが、未だ結論されていない。本研究では、最表面構造に敏感な反射高速陽電子回折(RHEPD)を用いて、Pt/Ge(001)表面のRHEPD強度のロッキング曲線を測定し、動力学的回折理論に基づいた一次元原子鎖の構造解析を行った。Pt/Ge(001)表面から得られたRHEPDロッキング曲線は、従来のPtダイマー列モデル(HD Model)を想定した動力学的計算とは一致しなかった。これに対してGeダイマー列モデル(TDC Model)は、ロッキング曲線をおおむね再現することができた。今後、原子位置やデバイ温度などのパラメータを最適化する必要があるものの、RHEPDによる結果はPt/Ge(001)表面の一次元原子鎖がGeダイマーで構成されていることを示している。

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