Einstein-de Haas nanorotor

泉田 渉*; 奥山 倫*; 佐藤 健太郎*; 加藤 岳生*; 松尾 衛

Physical Review Letters, 128(1), p.017701_1 - 017701_6, 2022/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.128.017701

We propose a nanoscale rotor embedded between two ferromagnetic electrodes that is driven by spin injection. The spin-rotation coupling allows this nanorotor to continuously receive angular momentum from an injected spin under steady current flow between ferromagnetic electrodes in an antiparallel magnetization configuration. We develop a quantum theory of this angular-momentum transfer and show that a relaxation process from a precession state into a sleeping top state is crucial for the efficient driving of the nanorotor by solving the master equation. Our work clarifies a general strategy for efficient driving of a nanorotor.

Local fields at nonmagnetic impurity sites in a perovskite

佐藤 渉*; 小松田 沙也加*; 長 明彦; 佐藤 哲也; 大久保 嘉高*

Hyperfine Interactions, 237(1), p.113_1 - 113_6, 2016/12

https://doi.org/10.1007/s10751-016-1325-2

局所磁気および構造の研究を目的に、ペロブスカイト型マンガン酸化物 ( 250K)に導入したCd ( Cd)およびCd( In)プローブ核における磁気超微細場と電場勾配を、時間微分摂動角相関分光法を用いて測定した。77Kの強磁性相において、La/Ca Aサイト上の非磁性Cd核では、ごくわずかなsupertransferred magnetic hyperfine field(SMHF)(0.014T)が明確な電場勾配とともに観察された。この現象は、我々が以前AサイトのCeプローブ核について測定した大きな磁気超微細場(=6.9T)が、隣接するMnイオンからのSMHFによって配向された4スピンの寄与に由来することを示唆している。

Particle induced X-ray emission-computed tomography analysis of an adsorbent for extraction chromatography

佐藤 隆博; 横山 彰人; 喜多村 茜; 大久保 猛; 石井 保行; 高畠 容子; 渡部 創; 駒 義和; 加田 渉*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 371, p.419 - 423, 2016/03

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2015.09.076

The cross-sectional distribution of neodymium (Nd) simulating minor actinides (MA) in a minute globular adsorbent of less than 50 m in diameter was measured using PIXE (particle induced X-ray emission)-CT (computed tomography) with a 3-MeV proton microbeam for the investigation of residual MA in extraction chromatography of spent fast reactor fuel. The measurement area was 100 100 m corresponding to 128 128 pixels of projection images. The adsorbent target was placed on an automatic rotation stage with 9 step. Forty projections of the adsorbent were finally measured, and image reconstruction was carried out by the modified ML-EM (maximum likelihood expectation maximization) method. As a result, the cross-sectional distribution of Nd in the adsorbent was successfully observed, and it was first revealed that Nd remained in the region corresponding to internal cavities of the adsorbent even after an elution process. This fact implies that the internal structure of the adsorbent must be modified for the improvement of the recovery rate of MA.

Fabrication of microstructures embedded in SC-CVD diamond with a focused proton microbeam

加田 渉*; 神林 佑哉*; 三浦 健太*; 猿谷 良太*; 久保田 篤志*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 神谷 富裕; 花泉 修*

Key Engineering Materials, 643, p.15 - 19, 2015/05

http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.643.15

Micro-processing procedures have been extensively studied using a Proton Beam Writing (PBW) technique in order to fabricate two or three dimensional microscopic patterns in single-crystal chemical vapor deposition (SC-CVD) diamonds. In this study, various microscopic patterns were drawn on SC-CVD diamonds (3.0 mm 3.0 mm 0.5 mm IIa single-crystal) at various fluences with PBW using 0.75 and 3 MeV proton beams. The beam conditions of PBW other than the beam energy were as follows; a beam size of 1 m, a scanning area of 800 m 800 m and beam current of up to 100 pA. From the result of the observations based on the optical and electrical modification of SC-CVD, the microscopic patterns were fabricated in the diamonds by the micro-processing procedure varying fluence and beam energy. This result demonstrated that the micro-processing procedure with PBW enables us to fabricate the two or three dimensional microscopic patterns, which are optically and electrically modified, in SC-CVD diamonds by optimizing fluence and beam energy.

Development of embedded Mach-Zehnder optical waveguide structures in polydimethylsiloxane thin films by proton beam writing

加田 渉*; 三浦 健太*; 加藤 聖*; 猿谷 良太*; 久保田 篤志*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 石井 保行; 神谷 富裕; 西川 宏之*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 348, p.218 - 222, 2015/04

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2014.12.041

The Mach-Zehnder (MZ) optical structures were previously fabricated in a Poly-methyl-methacrylate (PMMA) thin film by Proton Beam Writing (PBW). The enhancement of optical transmittance in the structures is, however, required for industrial use. In this study, the MZ optical waveguides have been fabricated in a poly-dimethyl-siloxane (PDMS) thin film which has the higher optical permeability. The PDMS films were spin-coated on a silicon wafer (40 20 0.5 mm) with a thickness of approximately 30 m. The MZ waveguides were drawn by a 750 keV proton microbeam of 1m in diameter having the penetration depth of 18 m with fluence of 40-100 nC/mm. The beam writing was carried out combining an electric scanner and a mechanical sample-stage. The observation of the single-mode light propagation of 1.55 m fiber-laser in the MZ waveguides indicated that the optical transmittance have been successfully enhanced using PDMS.

TIARAサイクロトロンにおけるマイクロビーム形成・シングルイオンヒット技術の開発

横田 渉; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 吉田 健一; 舟山 知夫; 坂下 哲哉; et al.

JAEA-Technology 2014-018, 103 Pages, 2014/09

JAEA-Technology-2014-018.pdf:123.66MB

日本原子力研究開発機構高崎量子応用研究所のイオン照射研究施設(TIARA)では、イオンビームを利用する主要な研究課題である生物細胞放射線影響評価研究と宇宙用半導体耐放射線性評価研究を推進するため、TIARAのサイクロトロンで加速した数百MeV重イオンビームを磁気レンズで集束させて直径1m以下のマイクロビームに形成する技術を世界で初めて実現した。更に、これを用いて1個のイオンをビーム径の空間精度で照準するシングルイオンヒットを可能にした。この過程で、TIARAの静電加速器で完成した数MeVイオンのマイクロビーム形成・シングルイオンヒット技術を活かしたビーム集束装置、ビーム照準・計測技術や、1mへの集束に必要なエネルギー幅の狭い数百MeV重イオンビームを加速するためのサイクロトロンに特有な技術を開発した。また、開発途中に利用研究の実験に試用することにより、本技術の適用性を適宜評価しその改良を行うことで、利用研究の試用実験を軌道に乗せることができた。本報告書は、およそ10年に亘るこれらの技術・装置開発の過程及び成果を、試用実験における評価とともにまとめたものである。

Real-time single-ion hit position detecting system for cell irradiation

佐藤 隆博; 江夏 昌志; 加田 渉*; 横山 彰人; 神谷 富裕

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 332, p.242 - 244, 2014/08

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2014.02.070

AA new real-time single-ion hit position detecting system was developed to be replaced with SSNTD (Solid State Nuclear Track Detector) for cell irradiation experiments because SSNTD takes several minutes for off-line etching. The new real-time system consists of a 1-mm-thick CaF(Eu) scintillator, an optical microscope with a 10 objective lens and a high-gain CCD (Charge Coupled Device) or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) camera. Each ion of 260-MeV neon passing through a 100-m-thick SSNTD sheet was detected using the real-time system in a performance test for the spatial resolution. The FWHMs of the distances between positions detected by the real-time system and the centers of the etch pits on SSNTD were 4.9 and 11.4 m in x- and y-axis directions, respectively. The result shows that the system is useful for typical cultured cells of a few tens of micrometers.

Continuous observation of polarization effects in thin SC-CVD diamond detector designed for heavy ion microbeam measurement

加田 渉*; 岩本 直也; 佐藤 隆博; 小野田 忍; Grilj, V.*; Skukan, N.*; 江夏 昌志; 大島 武; Jaki, M.*; 神谷 富裕

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 331, p.113 - 116, 2014/07

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2013.11.040

本研究では、局所的に高線量を与える重イオンを検出するダイヤモンド検出器を開発している。本報告では、その一環として行ったイオンの照射効果を調べる実験の結果を述べる。核子当り数MeVの重イオンマイクロビームを50m厚の単結晶CVDダイヤモンド膜に入射させ、各イオンが誘起するパルス信号を、イオンビーム誘起電荷測定装置を用いて連続的に測定した。この結果、信号の強度が一時的に低下する分極効果と呼ばれる現象が確認された。また、この現象はイオンビームの照射量だけではなく、フルエンス率にも依存することが確かめられた。分極効果は単位体積・時間当たりのエネルギー付与に閾値を有する物理現象であることから、重イオンがダイヤモンド中の比較的深いエネルギー準位にある欠陥と相互作用している可能性があることが分った。これとともに、重イオンビームにより単結晶ダイヤモンド内部に引き起こされる分極効果について、基板への印加電圧やフルエンス率とウェハ内に生じる誘起電荷の関係を明らかにすることにより、後者の計測に基づく計測技術を確立した。

High-resolution ion luminescence analysis with external proton microbeam probe

加田 渉; 横山 彰人; 江夏 昌志; 佐藤 隆博; 神谷 富裕

International Journal of PIXE, 23(1&2), p.47 - 53, 2014/05

https://doi.org/10.1142/S0129083513400068

イオンビーム照射時に試料中の原子に起こる励起・脱励起過程から、イオン誘起発光(Ion Luminescence: IL)が生じる。ILの波長分光を行うことで、照射位置に存在する試料構成元素の化学状態の取得が可能である。しかしながら、ビーム径数マイクロメートルの集束ビーム照射条件下では、ILの発光量は極めて微量であり、これを利用した化学状態分析・イメージング技術はまだ十分に確立できていない。本研究では、ILを利用した高空間分解能な化学状態イメージング技術を実現するため、イオンマイクロビーム照射条件下でも高感度にILを検出できる能力を持った顕微分光系の開発を行った。集束ビーム照射領域からのILのみを高効率で集光する顕微光学系を新たに開発し、試料と光子検出器との間に設置した。このILは、高分解能のグレーティング素子(波長分解能0.5nm)及び高感度光子計数装置を用いて分光される。標準試料を用いた測定では、新規開発した顕微光学系を用いた場合、一般的な顕微光学系を用いた場合に対し、300-850nmの波長範囲で3桁以上高い検出感度を有することが確認できた。

Fast single-ion hit system for heavy-ion microbeam at TIARA cyclotron, 6

横田 渉; 佐藤 隆博; 奥村 進; 倉島 俊; 宮脇 信正; 柏木 啓次; 吉田 健一; 江夏 昌志; 横山 彰人; 加田 渉*; et al.

JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 160, 2014/03

https://doi.org/10.11484/jaea-review-2013-059

原子力機構のTIARAサイクロトロンのHXコースに設置された重イオンマイクロビーム用高速シングルイオンヒットシステムにおいて、マイクロビーム及びシングルイオンヒットの質や利便性を向上させる技術開発を継続して行った。シングルイオンヒット位置のリアルタイム検出技術の開発では、増幅率810の超高感度EMCCD(Electron Multiplying CCD)カメラと光学顕微鏡とを組合せて感度と集光率の双方を高めた検出システムを構築して、シングルイオンによるCaFのシンチレーションの位置検出をリアルタイムで可能にし、目的を達成した。また、SEM(Secondary Electron Microprobe)を用いた従来方式では2次電子放出率が低いために計測できない320MeV-Cビームの大きさを、本システムを用いた調整により10m10mに集束することに初めて成功した。