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論文

PANDORA Project for the study of photonuclear reactions below $$A=60$$

民井 淳*; Pellegri, L.*; S$"o$derstr$"o$m, P.-A.*; Allard, D.*; Goriely, S.*; 稲倉 恒法*; Khan, E.*; 木戸 英治*; 木村 真明*; Litvinova, E.*; et al.

European Physical Journal A, 59(9), p.208_1 - 208_21, 2023/09

光核反応は原子核構造の観点からも応用の観点からも重要であるにも関わらず、その反応断面積は未だに不定性が大きい。近年、超高エネルギー宇宙線の起源を探るために、鉄よりも軽い原子核の光核反応断面積を正確に知る必要が指摘されている。この状況を打破するため、原子核物理の実験、理論、宇宙物理の共同研究となるPANDORAプロジェクトが始まった。本論文はその計画の概要をまとめたものである。原子核実験ではRCNP、iThembaによる仮想光子実験とELI-NPによる実光子実験などが計画されている。原子核理論では、乱雑位相近似計算、相対論的平均場理論、反対称化分子動力学、大規模殻模型計算などが計画されている。これらで得られた信頼性の高い光核反応データベースと宇宙線伝搬コードを組み合わせ、超高エネルギー宇宙線の起源の解明に挑む。

論文

Photoelectron diffraction from laser-aligned molecules with X-ray free-electron laser pulses

中嶋 享*; 寺本 高啓*; 赤木 浩; 藤川 高志*; 間嶋 拓也*; 峰本 紳一郎*; 小川 奏*; 酒井 広文*; 富樫 格*; 登野 健介*; et al.

Scientific Reports (Internet), 5, p.14065_1 - 14065_11, 2015/09

 被引用回数:37 パーセンタイル:83.67(Multidisciplinary Sciences)

X線自由電子レーザーを利用することで、レーザーによって整列したI$$_{2}$$分子からのX線光電子回折(XPD)パターンを観測した。X線自由電子レーザーの偏光方向に整列したI$$_{2}$$分子のXPDは我々の理論計算とよく一致した。さらに、実験で得られるXPDを分子構造決定に利用する際の適応基準を提案した。

論文

Spin orientation transition across the single-layer graphene/nickel thin film interface

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:32 パーセンタイル:77.13(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 $$Pi$$-d hybridization at the interface as well as out-of-plane spin polarization at the $$Pi$$ band region of graphene. The present study indicates the importance of the interface design at the atomic layer level for graphene-based spintronics.

論文

Local structures and magnetic properties of fullerene-Co systems studied by XAFS and XMCD analyses

北條 育子*; 小出 明広*; 松本 吉弘; 丸山 喬*; 永松 伸一*; 圓谷 志郎; 境 誠司; 藤川 高志*

Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 185(1-2), p.32 - 38, 2012/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:7.2(Spectroscopy)

In this work we have measured Co K- and L$$_{2,3}$$-edge X-ray absorption near edge structure (XANES) and Co L$$_{2,3}$$-edge X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) spectra, and also carried out their calculations for C$$_{60}$$Co$$_x$$ compounds. The observed XANES and XMCD are sensitive to the Co concentration. In the low density region ($$x$$=1.0-1.5), one Co is surrounded by three C$$_{60}$$ balls. The Co L$$_{2,3}$$-edge XMCD analyses gives the spin magnetic moment on Co in the range 0.5-0.9 $$mu_B$$.

論文

多重散乱理論によるCo-C$$_{60}$$薄膜のXAS解析

北條 育子*; 松本 吉弘; 丸山 喬*; 永松 伸一*; 圓谷 志郎; 境 誠司; 小西 健久*; 藤川 高志*

Photon Factory News, 29(1), p.20 - 25, 2011/05

本研究では多重散乱理論を用いてフラーレン(C$$_{60}$$)-コバルト(Co)化合物のX線吸収スペクトルの理論的解析を行った。その結果、同化合物の構造が3個のC$$_{60}$$分子間にCo原子がp-d結合により配位した局所構造を有すること、化合物中のCo原子の濃度に依存して、同局所構造が発達することが明らかになった。さらに、得られた構造をもとに分子軌道計算を行った結果、同化合物は多数スピン、少数スピンによりバンドギャップが異なる磁性半導体であることが示された。トンネル磁気抵抗効果に関する実験で示唆されたトンネル電子の高スピン偏極率は、このような電子構造を有する化合物がスピンフィルターとして作用して生じる可能性が考えられる。

口頭

巨大TMR効果に影響を及ぼすC$$_{60}$$-Co化合物の電子/スピン状態,2

松本 吉弘; 境 誠司; 圓谷 志郎; 永松 伸一*; 北條 育子*; 藤川 高志*; 島田 敏宏*; 楢本 洋*; 前田 佳均; 横山 利彦*

no journal, , 

2006年以降、われわれはC$$_{60}$$-Co化合物のマトリックス中にCo結晶粒が分散するC$$_{60}$$-Coグラニュラー薄膜で、巨大トンネル磁気抵抗(TMR)効果($$Delta$$R/R$$_{min}$$=$$sim$$1000%)が生じることを明らかにしてきた。最近の分光研究から、C$$_{60}$$-Co化合物中に存在する局在dスピンにより、C$$_{60}$$-Co化合物/Co結晶粒界面に高偏極スピン状態が誘起されることがTMR効果発現の原因と推測されている。したがって、C$$_{60}$$-Co薄膜で生じるスピン依存伝導機構を理解するには、C$$_{60}$$-Co化合物の電子/スピン状態を明らかにすることが極めて重要である。本研究では、組成比の異なるC$$_{60}$$-Co化合物(C$$_{60}$$Co$$_{x}$$, x$$<$$5)について放射光による分光解析を行った。結果として、C$$_{60}$$-Co化合物中のCo原子は2価の低スピン状態(Co(II)LS, d$$^{7}$$)で、かつ同スピン間にxの値に応じて反強磁性的なスピン間相互作用が存在していること、一方でC$$_{60}$$-Co化合物中の局在dスピンとCo結晶粒との界面で強磁性的なスピン相互作用が生じていることが明らかとなった。

口頭

シンクロトロン放射光による分子スピントロニクス材料の元素選択的磁気状態分光

松本 吉弘; 圓谷 志郎; 楢本 洋*; 境 誠司; 島田 敏宏*; 横山 利彦*; 藤川 高志*

no journal, , 

本研究では、Co組成比の異なるC$$_{60}$$Co$$_{x}$$(x$$<$$5)試料についてX線吸収分光、及び、磁気円二色性分光を行った。併せて、TMR効果の発現機構解明には、Co結晶粒界面近傍でのC$$_{60}$$-Co化合物中の局在dスピン状態に関する知見が不可欠であることから、Ni(111)基板上に成膜したC$$_{60}$$-Co化合物層(膜厚: 3nm)についても同様の分光解析を行った。結果として、Ni基板上のC$$_{60}$$-Co化合物層では、Niを磁化させた状態でのゼロ磁場MCD測定において、厚いC$$_{60}$$-Co化合物層(膜厚: 30nm)とは異なる強いMCD信号が観測された。これはC$$_{60}$$-Co化合物/Niの層間に強磁性的なスピンカップリングが存在することを示しており、同様の相互作用がC$$_{60}$$-Co化合物/Co結晶粒界面においても生じていると推測される。

口頭

High interface spin polarization and its mechanism in fullerene-magnetic metal systems

境 誠司; 三谷 誠司*; 松本 吉弘; 大伴 真名歩; 圓谷 志郎; Avramov, P.; 楢本 洋*; 藤川 高志*

no journal, , 

Voltage-dependence of the TMR effect was investigated for the granular C$$_{60}$$-Co films. It was successfully demonstrated that the large TMR is attributed to the very high spin polarization of tunnelling electrons at the C$$_{60}$$-Co compound/Co interface. In order to study the mechanism of the spin polarization, the electronic and magnetic states of the C$$_{60}$$-Co compound at the interface with magnetic metals (Ni) were investigated by the X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) spectroscopy. It was revealed that the region of the C$$_{60}$$-Co compound within 3 nm from the interface is ferromagnetically coupled with Ni due to the indirect exchange interaction mediated by C$$_{60}$$. This ferromagnetic coupling is able to give rise to the high spin polarization in connection with the spin-filtering effect of the C$$_{60}$$-Co compound.

口頭

X-ray absorption and magnetic circular dichroism signals from hexagonal boron nitride/Ni(111) interface

大伴 真名歩; 松本 吉弘; 山村 野百合*; 圓谷 志郎; Avramov, P.; 楢本 洋*; 雨宮 健太*; 藤川 高志*; 境 誠司

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。

口頭

High spin polarization of tunnelling electrons at the interfaces in fullerene-magnetic metal systems

境 誠司; 松本 吉弘; 大伴 真名歩; 圓谷 志郎; Avramov, P.; 楢本 洋*; 藤川 高志*

no journal, , 

In the present study, voltage-dependence of the TMR effect was investigated for the granular C$$_{60}$$-Co films with the current-perpendicular-to-plane geometry. It is revealed that the MR ratio conforms to the exponential MR-V relationship down to zero bias voltage. By considering the possible MR enhancement by higher-order cotunnelling, it is successfully demonstrated that the large TMR is attributed to the very high spin polarization (P = 0.8) of tunnelling electrons generated at the C$$_{60}$$-Co compound/Co interface. The ferromagnetic exchange coupling at the interface and the interlaryer electronic interaction are able to give rise to the high spin polarization in connection with the theoretically predicted spin-filtering effect of the C$$_{60}$$-Co compound.

口頭

六方晶窒化ホウ素-磁性金属界面のスピン偏極状態

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。

口頭

Spin orientation transition across the graphene/nickel thin film interface

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

no journal, , 

The spin-polarized 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 $$pi$$-d hybridization at the interface as well as out-of-plane spin polarization at the $$pi$$ band region of graphene. The present study indicates the importance of the interface design at the atomic layer level for graphene-based spintronics.

口頭

原子層スケールでみたグラフェン/ニッケル界面の電子スピン状態

境 誠司; 松本 吉弘*; 圓谷 志郎; 楢本 洋*; 小出 明広*; 藤川 高志*; 山内 泰*; 雨宮 健太*

no journal, , 

グラフェンは、長距離スピン輸送の実現や分子性材料をスピントロニクスに用いるためのベース材料として注目されている。本研究では、グラフェン基デバイスの基本構造であるグラフェン/磁性金属界面の電子スピン状態を、原子層スケールの深さ分解能を有する深さ分解X線磁気円二色性分光とスピン偏極He原子線による最表面スピン検出法を用いて調べた。その結果、単層グラフェン(SLG)/Ni(111)界面から数原子層の領域で、Ni薄膜の容易磁化方向が面内から面直方向に変化することが明らかになった。一方、SLGは、界面のNi原子層との相互作用により伝導を担う$$pi$$バンドの電子状態が変化しNiと逆向きのスピン偏極を生じることやスピン軌道相互作用の増大が生じることが分かった。

口頭

Spin orientation and electronic states at graphene/nickel interface

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

no journal, , 

グラフェン基スピントロニクスデバイスの特性を司るグラフェン/磁性金属界面の電子・スピン状態について、深さ分解X線磁気円二色性分光による調査を行った。その結果、グラフェン/ニッケル界面においてニッケル中の電子スピン(磁化)の安定な配置が面直方向に変化する特異な物性(界面誘起垂直磁気異方性)が生じることが明らかになった。さらに、界面における相互作用によりグラフェンの電子状態が変化し磁性を帯びることも分かった。

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