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草野 完也*; 一本 潔*; 石井 守*; 三好 由純*; 余田 成男*; 秋吉 英治*; 浅井 歩*; 海老原 祐輔*; 藤原 均*; 後藤 忠徳*; et al.
Earth, Planets and Space (Internet), 73(1), p.159_1 - 159_29, 2021/12
被引用回数：7 パーセンタイル：30.99(Geosciences, Multidisciplinary)PSTEPとは、2015年4月から2020年3月まで日本国内の太陽・地球惑星圏に携わる研究者が協力して実施した科研費新学術領域研究である。この研究枠組みから500以上の査読付き論文が発表され、様々なセミナーやサマースクールが実施された。本論文では、その成果をまとめて報告する。
松本 歩
レーザ加工学会誌, 23(3), p.222 - 231, 2016/10
本論文は、著者の博士論文の内容をまとめた総合論文である。本研究では、水中レーザ誘起ブレークダウン分光法(LIBS)の定量性向上を目的として、レーザアブレーション現象の解明に取り組んだ。主な成果として、水中微小プラズマに対して発光スペクトルの空間分解測定を行い、ターゲット由来の元素と溶液由来の元素の空間分布を明らかにした。この結果をもとに、検出位置を最適化すれば、共鳴線の自己吸収を十分に抑制できること、検出器の時間ゲートなしで先鋭な発光線が得られることを示した。次に、溶液由来の元素は、その濃度比を維持したままプラズマに移行することを見出し、アブレーション初期過程における液体の蒸発メカニズムと溶存種の内部標準としての可能性を示した。また、電解析出とLIBSを組み合わせることで、水中重金属イオンの高感度定量分析に成功した。このとき、ロングパルス照射による電極表面の熱伝導と構成原子の蒸発速度を考慮したモデルを構築し、析出物の組成比とプラズマ中の原子密度比の違いを補正した。これらの結果は、水中レーザプラズマの生成メカニズムに新たな知見を与えるとともに、水中LIBSの精度向上のための指針となり得る。
圓谷 志郎; Antipina, L. Y.*; Avramov, P.*; 大伴 真名歩*; 松本 吉弘*; 平尾 法恵; 下山 巖; 楢本 洋*; 馬場 祐治; Sorokin, P. B.*; et al.
Nano Research, 8(5), p.1535 - 1545, 2015/05
被引用回数：29 パーセンタイル：70.46(Chemistry, Physical)Direct growth of graphene on insulators is expected to yield significant improvements in performance of graphene-based electronic and spintronic devices. In this study, we successfully reveal atomic arrangement and electronic properties of the coherent heterostructure of single-layer graphene and 
-Al
O
(0001). In the atomic arrangement analysis of single-layer graphene on -AlO(0001), we observed apparently contradicting results. The in-plane analysis shows that single-layer graphene grows not in the single-crystalline epitaxial manner but in the polycrystalline form with two strongly pronounced preferred orientations. This suggests the relatively weak interfacial interactions to be operative. But, we demonstrate that there exists unusually strong physical interactions between graphene and -AlO(0001), as evidenced by the short vertical distance between graphene and -AlO(0001) surface. The interfacial interactions are shown to be dominated by the electrostatic force involved in the graphene 
-system and the unsaturated electrons of the topmost O layer of -AlO(0001) rather than the van der Waals interactions. Such feature causes hole doping into graphene, which gives graphene a chance to slide on the -AlO(0001) surface with a small energy barrier despite the strong interfacial interactions.
Avramov, P. V.*; Kuzubov, A. A.*; 境 誠司; 大伴 真名歩*; 圓谷 志郎; 松本 吉弘*; Eleseeva, N. S.*; Pomogaev, V. A.*; 楢本 洋*
Journal of Porphyrins and Phthalocyanines, 18(7), p.552 - 568, 2014/07
被引用回数：1 パーセンタイル：4.78(Chemistry, Multidisciplinary)A wide variety of planar and curved fused porphyrin/metalloporphyrin nanoclusters have been studied at the LC-GGA DFT level. It was found that curved and hollow-caged 0D and 1D nanoclusters are metastable and bear unique atomic and electronic structure and mechanical properties. Under different types of mechanical loads the nanoclusters display ultrastrong and superelastic properties. The curvature of the hollow cage nanoclusters leads to the redistribution of the metal d states near the Fermi level. The extremely high spin states allow one to use Fe-porphyrin nanoclusters as molecular supermagnets and logic quantum gates for holonomic quantum computations.
大伴 真名歩; 山内 泰*; Kuzubov, A. A.*; Eliseeva, N. S.*; Avramov, P.*; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; 楢本 洋*; 境 誠司
Applied Physics Letters, 104(5), p.051604_1 - 051604_4, 2014/02
被引用回数：12 パーセンタイル：43.44(Physics, Applied)六方晶窒化ホウ素(h-BN)はグラフェン・スピントロニクスのトンネルバリア材料として有望視されている。本研究ではスピン偏極準安定ヘリウム脱励起分光法(SPMDS)を用いて、Ni(111)上の単層h-BNのスピン分解バンド構造を調べた。SPMDSの最表面敏感性により、Ni 3
ピークの重複を受けずに部分的に占有されたギャップ内順位を検出できた。さらにこのギャップ内順位は大きなスピン偏極を持ち、Niの多数スピン側に偏極していることが示された。この正のスピン偏極は、h-BN/Ni(111)界面における-軌道混成によるものであると帰属できた。
松本 吉弘; 圓谷 志郎; 小出 明広*; 大伴 真名歩; Avramov, P.; 楢本 洋*; 雨宮 健太*; 藤川 高志*; 境 誠司
Journal of Materials Chemistry C, 1(35), p.5533 - 5537, 2013/09
被引用回数：36 パーセンタイル：77.12(Materials Science, Multidisciplinary)The spin-electronic structures across the interface between single-layer graphene and a Ni(111) thin film are explored by employing the depth-resolved X-ray absorption and magnetic circular dichroism spectroscopy with the atomic layer resolution. The depth-resolved Ni L-edge analysis clarifies that the Ni atomic layers adjacent to the interface show a transition of the spin orientation to the perpendicular one in contrast with the in-plane one in the bulk region. The C K-edge analysis reveals the intensifying of the spin-orbital interactions induced by the 
-d hybridization at the interface as well as out-of-plane spin polarization at the band region of graphene. The present study indicates the importance of the interface design at the atomic layer level for graphene-based spintronics.
interface in the Fe-doped C film境 誠司; 松本 吉弘; 大伴 真名歩; 圓谷 志郎; Avramov, P.; Sorokin, P. B.*; 楢本 洋*
Synthetic Metals, 173, p.22 - 25, 2013/06
被引用回数：3 パーセンタイル：13.76(Materials Science, Multidisciplinary)A process of tunneling conduction and the spin-dependent resistivity change (so-called tunneling magnetoresitance effect) in the Fe-doped C film with a granular structure is investigated for the current-into-plane device. Cooperative tunneling (cotunneling) through several Fe nanoparticles is suggested to be operative at temperatures lower than 20 K. By considering the effect of cotunneling on the magnetoresistance ratio, it is successfully shown that the spin polarization of tunneling electrons generated at the Fe/C interface is much higher than that in Fe crystal at low temperature in a similar fashion to that at the Co/C interface in the Co-doped C films. A strong temperature dependence of spin polarization is observed, suggesting possible influences by the thermally-induced disorders ascribed in the Fe atoms bonded with C in the C-Fe compound.
-BN/Ni nanocompositesAvramov, P.; Kuzubov, A. A.*; 境 誠司; 大伴 真名歩; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; 楢本 洋*; Eliseeva, N. S.*
Journal of Applied Physics, 112(11), p.114303_1 - 114303_10, 2012/12
被引用回数：18 パーセンタイル：56.44(Physics, Applied)Atomic and electronic structure of graphene/Ni(111), -BN/Ni(111) and graphene/-BN/Ni(111) nanocomposites with different numbers of graphene and -BN layers and in different mutual arrangements of graphene/Ni and -BN/Ni at the interfaces was studied using LDA/PBC/PW technique. For the sake of comparison, corresponding graphene, -BN and graphene/-BN structures without the Ni plate were calculated using the same technique. It was suggested that C-
:C-
and N-:B- configurations are energetically favorable for the graphene/Ni and -BN/Ni interfaces, respectively. The Ni plate was found to induce a significant degree of spin polarization in graphene and -BN caused by direct exchange interactions of the electronic states located on different fragments.
Avramov, P.; Fedorov, D. G.*; Sorokin, P. B.*; 境 誠司; 圓谷 志郎; 大伴 真名歩; 松本 吉弘; 楢本 洋*
Journal of Physical Chemistry Letters (Internet), 3(15), p.2003 - 2008, 2012/08
被引用回数：39 パーセンタイル：78.85(Chemistry, Physical)The atomic and electronic structure of narrow zigzag nanoribbons with finite length, consisting of graphene terminated by fluorine on one side, hexagonal ()-BN, and -SiC were studied with density functional theory. It is found that the asymmetry of nanoribbon edges causes a uniform curvature of the ribbons due to structural stress in the aromatic ring plane. Narrow graphene nanoribbons terminated with fluorine on one side demonstrate a considerable out-of-plane bend, suggesting that the nanoribbon is a fraction of a conical surface. It is shown that the intrinsic curvature of the narrow nanoribbons destroys the periodicity and results in a systematic cancellation of the dipole moment. The in- and out-of-plane curvature of thin arcs allows their closure in nanorings or cone fragments of giant diameter.
Antipina, L. Y.*; Avramov, P.; 境 誠司; 楢本 洋*; 大伴 真名歩; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; Sorokin, P. B.*
Physical Review B, 86(8), p.085435_1 - 085435_7, 2012/08
被引用回数：58 パーセンタイル：86.96(Materials Science, Multidisciplinary)The graphane with chemically bonded alkali metals (Li, Na, K) was considered as potential material for hydrogen storage. The ab initio calculations show that such material can adsorb as many as four hydrogen molecules per Li, Na, and K metal atom. These values correspond to 12.20, 10.33, and 8.56 wt% of hydrogen, respectively, and exceed the DOE requirements. The thermodynamic analysis shows that Li-graphane complex is the most promising for hydrogen storage with ability to adsorb three hydrogen molecules per metal atom at 300 K and pressure in the range of 5-250 atm.
-Co films with current-perpendicular-to-plane geometry境 誠司; 三谷 誠司*; 松本 吉弘; 圓谷 志郎; Avramov, P.; 大伴 真名歩; 楢本 洋*; 高梨 弘毅
Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 324(12), p.1970 - 1974, 2012/06
被引用回数：3 パーセンタイル：13.45(Materials Science, Multidisciplinary)Voltage-dependence of the tunneling magnetoresistance effect in the granular C-Co films has been investigated under the current-perpendicular-to-plane geometry. The transport measurements demonstrate that the granular C-Co films show unusually an exponential MR-V dependence. Small characteristic energies of less than 10's meV are derived from the temperature dependences of the characteristic voltage in the exponential relationship. Considering the voltage drops between Co nanoparticles and also the effect of cotunneling on the energy values, the characteristic energies for the voltage-induced degradation of the spin polarization are found to show a satisfactory agreement with that for the thermally-induced one. It can reasonably be expected that the onset of magnetic disorder to the localized d-electron spins at the interface region of the C-Co compound with Co nanoparticles will lead to the unusual voltage and temperature dependence of the MR ratio and the spin polarization.
圓谷 志郎; 松本 吉弘; 大伴 真名歩; Avramov, P.; 楢本 洋*; 境 誠司
Journal of Applied Physics, 111(6), p.064324_1 - 064324_6, 2012/03
被引用回数：21 パーセンタイル：61.33(Physics, Applied)近年、グラフェンなどのナノカーボンを用いたスピントロニクスが注目されている。これらの材料ではスピン-軌道相互作用が小さいことからスピン拡散長が増大し、その結果高いスピン輸送特性の実現が期待されている。本論文では、グラフェンの成長条件の最適化を行い、グラフェン層数の精密制御法を確立した。サファイア基板上にNi(111)薄膜をエピタキシャル成長した。同試料を600
Cに保持した状態で前駆体となるベンゼンガスを曝露しグラフェンを成長した。グラフェンの層数・結晶構造は原子間力顕微鏡及びラマン分光によりそれぞれ評価した。単層・2層の精密制御を行うことにより、グラフェンへのドーピング状態が均一になることを明らかにした。さらに、電子エネルギー損失分光によりグラフェン/Ni(111)を調べた結果、同界面における強い相互作用の存在を明らかにした。
松本 吉弘; 圓谷 志郎; 大伴 真名歩; Avramov, P.; 楢本 洋*; 雨宮 健太*; 境 誠司
no journal, ,
グラフェン-金属間の相互作用は、グラフェンのデバイス応用を実現するうえでの基礎的・技術的な観点から非常に興味深い。本研究では、グラフェン/強磁性金属界面の電子スピン状態を明らかにするため、Ni(111)面上に超高真空化学気相成長法により作成した単層グラフェン(SLG)構造について、深さ分解X線吸収(XAS)と磁気円二色性(XMCD)分光を用いた分光解析を行った。結果として、SLG由来の強いXMCD信号の検出に成功した。これは、Ni磁化によりSLG中にスピン偏極が誘起されていることを示唆する結果である。さらに、XMCD信号強度が検出深さに依存して大きく変化することも明らかとなった。Niの場合、界面に近いNi原子層の磁気モーメントが、試料内部のNi原子層の磁気モーメントと比べ2-3割減少していることが明らかとなった。これはC-Ni結合が形成されることで界面近くのNi原子層の磁気状態が大きく変化したことによるものと考えられる。
圓谷 志郎; Sorokin, B. P.*; Avramov, P.; 大伴 真名歩; 松本 吉弘; 成田 あゆみ; 平尾 法恵; 下山 巖; 関口 哲弘; 楢本 洋*; et al.
no journal, ,
近年、サファイアなどの絶縁体基板上にグラフェンを成長する試みが広く行われている。従来の触媒金属上への化学気相蒸着法によるグラフェン成長と異なり、成長後にグラフェンシートの絶縁体基板への転写プロセスを経ることなく素子化が可能になるため、基礎及び応用の観点から有望視されている。今回、同界面の原子構造・相互作用を直入射X線定在波法により明らかにした。グラフェン層のサファイア表面からの垂直方向の距離は2.6Aと見積もられた。これは分子間力が支配的であるバルクグラファイト中のグラフェンシートの層間距離やグラフェン/Ir(111)の界面距離(それぞれ約3.4A)よりも著しく小さい。グラフェン/サファイア界面における分子間力を超える相互作用の存在が示唆された。
圓谷 志郎; Sorokin, B. P.*; Avramov, P.; 大伴 真名歩; 松本 吉弘; 成田 あゆみ; 平尾 法恵; 下山 巖; 関口 哲弘; 楢本 洋*; et al.
no journal, ,
We have studied the vertical atomic structure of a single-layer graphene/a-AlO(0001) interface with element-sensitive normal incident X-ray standing wave spectroscopy. The vertical distance at the interface measures 0.26 nm. We consider that the small distance is caused by the strong interaction at the interface. An ab initio atomic and electronic structure calculation supports the existence of the strong interaction that originates from the electrostatic interaction between graphene -system and unsaturated electrons of surface oxygen layer rather than van der Waals interaction.
薄膜のポリマー化境 誠司; 谷本 久典*; 松本 吉弘; 圓谷 志郎; 大伴 真名歩; 新井 大二朗
no journal, ,
C分子が共有結合したCポリマーは特異な電子状態を持つことから、Cポリマー膜では通常のC膜とは異なる物性の発現が期待されている。C分子は光照射や高温高圧保持,電子線照射など種々の方法によってポリマー化することが知られており、中でも光照射法は作製コストやポリマー領域の制御といった点で有利である。しかしC膜への光の侵入長は数十nm程度であるため、成膜後に光照射した膜ではポリマー化は表面近傍のみであり、均質な膜とはならない。本研究では成膜中にその場紫外光照射することで膜厚約300nmのポリマー化C厚膜を作製し、XRD解析及びラマン散乱測定を行った。ポリマー化したC膜は最大4%程度格子が収縮しており、一般に光照射で生成するとされるC二量体よりも重合度の高い六量体程度のポリマーが生成していることが示唆された。
大伴 真名歩; 山内 泰*; 山村 野百合*; Avramov, P.; 松本 吉弘; 圓谷 志郎; 小出 明広*; 楢本 洋*; 雨宮 健太*; 藤川 高志*; et al.
no journal, ,
グラフェンはスピントロニクス材料として有望であるが、グラフェンへのスピン注入には酸化アルミニウム・酸化マグネシウムなどのトンネルバリアの挿入が不可欠である。本研究では酸化アルミニウム・酸化マグネシウムよりも成膜時のダメージが少ないバリア層材料として六方晶窒化ホウ素(h-BN)を提案し、その電子・スピン状態をX線吸収分光・X線吸収磁気円二色性測定により解析した。ホウ素のK吸収端と窒素のK吸収端において解析した結果、それぞれにおいてXMCDシグナルが観測された。多重散乱理論を用いたシミュレーション結果と照らし合わせた結果、窒素原子のみにスピン軌道相互作用を持たせても十分な大きさのXMCDシグナルが得られないことがわかった。これは周辺のNi原子の交換ポテンシャルによる散乱などの効果を考慮に入れなければならないことを示している。
境 誠司; 松本 吉弘; 圓谷 志郎; 大伴 真名歩; Avramov, P.
no journal, ,
Elucidations of the graphene/magnetic metal interfaces are of special importance in graphene spintronics, because the spin injection from magnetic electrodes is essential for the spintronics devices. In this study, we present our results on the electronic and magnetic states of the graphene/Ni(111) interface based on the depth-resolved XMCD spectroscopy and DFT calculations. For the monolayer graphene/Ni(111) thin film, the present analysis leads to the finding that the easy magnetization direction changes from in-plane to out-of-plane in the several atomic layers of Ni on the interface. The C K-edge XMCD analysi6s clarifies that the out-of-plane spin polarization and enlargement of the spin-orbit interaction are also induced in graphene on the interface.
松本 吉弘; 大伴 真名歩; Avramov, P.; 楢本 洋*; 境 誠司; 圓谷 志郎
no journal, ,
近年、グラフェンなどのナノカーボンを用いたスピントロニクスが注目されている。これらの材料ではスピン-軌道相互作用が小さいことからスピン拡散長が増大し、その結果高いスピン輸送特性の実現が期待されている。本発表では、グラフェンの成長条件の最適化を行い、グラフェン層数の精密制御法を確立した。サファイア基板上にNi(111)薄膜をエピタキシャル成長した。同試料を600Cに保持した状態で前駆体となるベンゼンガスを曝露しグラフェンを成長した。グラフェンの層数・結晶構造は原子間力顕微鏡及びラマン分光によりそれぞれ評価した。単層・2層の精密制御を行うことにより、グラフェンへのドーピング状態が均一になることを明らかにした。
松本 吉弘; 圓谷 志郎; 大伴 真名歩; Avramov, P.; 楢本 洋*; 境 誠司
no journal, ,
グラフェンは長いスピン拡散長や高いキャリア移動度を有するとされ、スピン輸送媒体としてのスピントロニクスへの応用が検討されている。グラフェンをベースとするスピントロニクスにおいて、強磁性電極からグラフェンへ効率的にスピン注入できることが重要な要素技術の一つとなる。しかし、これまでに報告されているグラフェン/強磁性金属(FM)界面を介したスピン注入効率には大きなばらつきがあり、期待される十分な物性は得られていない。以上の観点から、グラフェン/FM界面の電子・磁気状態の理解が重要と考えられるため、本研究ではナノメートルオーダーの深さ分解能を持つX線磁気円二色性(XMCD)測定手法により、Ni(111)薄膜上に単層グラフェン(SLG)をエピタキシャル成長させた二層構造の界面磁気状態の分光解析を行った。結果として、界面から約1ナノメートルの領域で、薄膜内部とは異なる電子スピンの配列状態が生じていることが明らかとなった。
