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論文

Anisotropic reconstructed silicon (110)-"16$$times$$2" surface

朝岡 秀人

2018 IEEE 8th International Conference on Nanomaterials; Applications & Properties (NAP 2018), Vol.3, 5 Pages, 2020/03

Control of low dimensional nanostructures on semiconductor surfaces is one of the most attractive studies. Among the semiconductor surfaces, a reconstructed Si(110)-"16$$times$$2" is a promising template for nanostructure, because of its one dimensional up-and-down terrace of 2.5 nm width. We succeeded in preparation of ordered Si, Ge(110)-"16$$times$$2" single-domain surfaces. One-dimensional structures with C$$_{60}$$ molecules and Si, Ge nanodot formed on the surfaces. Furthermore, we determined the initial oxidation and the oxide layer decomposition process on reconstructed Si(110)-"16$$times$$2" surface.

論文

Kinetics of silver photodiffusion into amorphous S-rich germanium sulphide; Neutron and optical reflectivity

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; Mitkova, M.*

Pure and Applied Chemistry, 91(11), p.1821 - 1835, 2019/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:58.76(Chemistry, Multidisciplinary)

Silver photodiffusion is one of the attractive photo-induced changes observed in amorphous chalcogenides. In this research, we focus on amorphous S-rich germanium sulphide and study the kinetics of the silver photodiffusion by neutron reflectivity, as well as optical reflectivity.

論文

グラフェンの結晶成長の熱放射光によるその場顕微観察

寺澤 知潮; 平良 隆信*; 小幡 誠司*; 斉木 幸一朗*; 保田 諭; 朝岡 秀人

Vacuum and Surface Science, 62(10), p.629 - 634, 2019/10

sp$$^{2}$$炭素原子で構成される単原子厚さのシートであるグラフェンは、この10年間で最も魅力的な材料である。グラフェンの特性の多くは単層の場合に顕著である。化学気相成長法(CVD)は、大面積で単層グラフェンを選択的に製造するために広く使用される。ここでは、グラフェンのCVD成長のその場観察を実現するために開発した「熱放射光学顕微鏡」を紹介する。熱放射像においてグラフェンをCu基板上の明るいコントラストとして観察する方法を示し、続いてその場観察によって明らかにされた成長機構、すなわち核形成点や律速過程を紹介する。最後に、Au基板上でのグラフェンのCVD成長において前処理手順によるグラフェンの放射率が変調を受けたという研究を紹介する。熱放射光学顕微鏡は、グラフェンの成長を観察するだけでなく、グラフェンの熱放射特性を明らかにするための方法としても期待される。

論文

Effect of hydrogen on chemical vapor deposition growth of graphene on Au substrates

寺澤 知潮; 平良 隆信*; 保田 諭; 小幡 誠司*; 斉木 幸一朗*; 朝岡 秀人

Japanese Journal of Applied Physics, 58(SI), p.SIIB17_1 - SIIB17_6, 2019/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

CuやAuなどのC固溶度が低い基板上への化学気相成長(CVD)は、単層グラフェンを大面積に選択的に成長させることが期待されている。Cu上においてはグラフェンのドメインサイズを制御するためにH$$_{2}$$がしばしば添加されるが、一方、Arは酸化に対して不活性であるため、AuはH$$_{2}$$を必要としない。そこでAu上のグラフェンの質を改善するためには、H$$_{2}$$の効果が明らかにされるべきである。ここでは熱放射光学顕微鏡を用いて、Au基板上のグラフェンのCVD成長に及ぼすH$$_{2}$$の影響を報告する。その場観察およびラマン分光法は、H$$_{2}$$が供給されたか否かがAu上のグラフェンの成長速度、熱放射コントラスト、および圧縮歪みに強く影響することを明らかにした。これらの効果は、H$$_{2}$$供給に依存したAu(001)の表面再構成によるものと考えた。我々の結果は将来の応用のためにAu上で高品質のグラフェン成長を達成するために不可欠である。

論文

グラフェンの結晶成長のふく射光によるその場顕微観察

寺澤 知潮; 斉木 幸一朗*; 保田 諭; 朝岡 秀人

第39回日本熱物性シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.262 - 264, 2018/11

炭素六員環格子からなる単原子厚のシートであるグラフェンはその高いキャリア移動度から次世代半導体として有望である。グラフェンは広い波長領域に渡って一層あたり2.3%の吸収率を示し、同等の放射率が期待される。本研究では光学顕微鏡によってグラフェンとCu基板のふく射光コントラストを得た。グラフェンの化学気相成長過程の解析から成長の律速段階を炭素のグラフェン格子への取り込みの過程であると決定した。本研究はふく射光コントラストのその場顕微観察が単原子厚の物質の結晶成長の解析に有効であることを示した。

論文

Absorbent property of fullerene for cesium isotope separation investigated using X-ray photoelectron spectroscopy

関口 哲弘; 横山 啓一; 魚住 雄輝*; 矢野 雅大; 朝岡 秀人; 鈴木 伸一; 矢板 毅

Progress in Nuclear Science and Technology (Internet), 5, p.161 - 164, 2018/11

長寿命放射性核種であるセシウム-135($$^{135}$$Cs)の除去に向け、Cs元素の同位体分離技術の確立を目指す。同位体選択的レーザー光分解により$$^{135}$$Cs原子が選択的に生成される。Cs原子($$^{135}$$Cs)とヨウ化セシウム分子($$^{133}$$CsI)との衝突による同位体交換を防ぐ目的で、Cs原子だけを選択的に捕集し、CsI分子を吸蔵しないような炭素材料の開発を行う。今回、吸蔵剤候補としてフラーレンC$$_{60}$$分子を用い、Csの深さ方向の濃度分布を評価する実験を行った。角度分解X線光電子分光法およびArイオンスパッター法を行い、室温におけるC$$_{60}$$固体へCs原子およびCsI分子がどの程度材料深部へ吸蔵されるかを調べた。CsI分子がC$$_{60}$$固体表面の浅い領域に堆積するのに対し、Cs原子はC$$_{60}$$固体深くに浸透するという実験結果を得た。Cs同位体分離のための選択吸蔵材料としてフラーレン固体が有望であることを示す結果である。

論文

Enhancement of Fe-N-C carbon catalyst activity for the oxygen reduction reaction; Effective increment of active sites by a short and repeated heating process

保田 諭; 内堀 揚介*; 分島 亮*; 日夏 幸雄*; 小河 浩晃; 矢野 雅大; 朝岡 秀人

RSC Advances (Internet), 8(66), p.37600 - 37605, 2018/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:69.16(Chemistry, Multidisciplinary)

本研究では、酸素還元活性サイトである、Fe原子が窒素ドープナノグラフェンに配位結合したFe-N-C活性サイトを、高比表面積の垂直配向カーボンナノチューブ(VA-CNT)表面に担持し、酸素還元反応(ORR)活性なFe-N-G担持/VA-CNT(Fe-N-G/VA-CNT)触媒を開発する設計指針を得る。これまで、FeおよびNを含む鉄フタロシアニン分子を前駆体とし、VA-CNT表面に吸着させ焼成することによりFe-N-G/VA-CNT触媒の開発に成功してきた。本申請案では、Fe-N-C構造形成のカギとなる触媒焼成条件がORR活性能に与える影響について精査した。その結果、短時間加熱と急冷を繰り返すプロセスでは、任意の繰返し数において、Fe-N-C活性サイトの構成元素であるFeおよびN原子の熱脱離が抑制され、Fe-N-C構造の質量密度の増加によるORR活性能の向上が観察された。この結果は、焼成時における熱履歴を制御することで高活性化が可能であり、非白金系ORR触媒実現のための設計指針を得ることができた。

論文

STM-induced SiO$$_{2}$$ decomposition on Si(110)

矢野 雅大; 魚住 雄輝*; 保田 諭; 朝岡 秀人; 塚田 千恵*; 吉田 光*; 吉越 章隆

e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 16, p.370 - 374, 2018/08

Real-time scanning tunneling microscope (STM) measurements are performed during the thermal decomposition of an oxide layer on Si(110). Voids in which only oxide is removed are formed during the real-time measurements, unlike the thermal decomposition in which bulk Si is desorbed with oxide. Analysis of the STM images reveals that the measurement induces the decomposition of the oxide layer resulting from electron injection into the defect sites. The activation energy of thermal decomposition decreases by 0.4 eV in the range of 700-780$$^{circ}$$C.

論文

Characterization of SiO$$_{2}$$ reduction reaction region at void periphery on Si(110)

矢野 雅大; 魚住 雄輝*; 保田 諭; 塚田 千恵*; 吉田 光*; 吉越 章隆; 朝岡 秀人

Japanese Journal of Applied Physics, 57(8S1), p.08NB13_1 - 08NB13_4, 2018/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:87.52(Physics, Applied)

We have observed time evolution of morphology and electronic state of oxide Si(110) during reduction process. We found metastable area and state by means of scanning tunneling microscope (STM) and X-ray photoemission spectroscopy (XPS), respectively.

論文

Uniform Si nano-dot fabrication using reconstructed structure of Si(110)

矢野 雅大; 魚住 雄輝*; 保田 諭; 朝岡 秀人

Japanese Journal of Applied Physics, 57(6S1), p.06HD04_1 - 06HD04_4, 2018/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:60.22(Physics, Applied)

We have observed oxide decomposition process on Si(110). We have succeeded to observe metastable area and state by means of scanning tunneling microscope (STM) and X-ray photoemission spectroscopy (XPS), respectively.

論文

Kinetics of silver photodiffusion into amorphous Ge$$_{20}$$S$$_{80}$$ films; Case of pre-reaction

坂口 佳史*; 花島 隆泰*; 青木 裕之; 朝岡 秀人; Simon, A.-A. A.*; Mitkova, M.*

Physica Status Solidi (A), 215(12), p.1800049_1 - 1800049_12, 2018/06

Silver photodiffusion into amorphous chalcogenide has attracted much attention because of its potential applications for example in memory devices. For its development, it is important to know how Ag ions diffuse in chalcogenide layers upon light exposure. In this paper, the photo-induced effect on pre-reacted films before light exposure, originating from Ag/Ge$$_{20}$$S$$_{80}$$/Si substrate and Ge$$_{20}$$S$$_{80}$$/Ag/Si substrate is investigated, using neutron reflectivity, X-ray reflectivity, and X-ray diffraction. Two types of pre-reacted films according to the original stacking order are obtained. In both cases, a pure Ag layer almost disappeared, and there is a small amount of monoclinic Ag$$_{2}$$S. The reaction time for the photodiffusion is shorter, in both cases, than that in Ag/Ge$$_{20}$$S$$_{80}$$ with a pure Ag layer, indicating a different reaction process. After prolonged light exposure, a uniform amorphous reaction layer is produced in the films originating from the Ag/Ge$$_{20}$$S$$_{80}$$/Si substrate, while both an amorphous reaction product and the Ag$$_{2}$$S fragments exist in the films originating from Ge$$_{20}$$S$$_{80}$$/Ag/Si substrate. The mechanism of the specific photo-reaction is discussed in terms of the role of the Ag$$_{2}$$S fragments.

論文

Silver photodiffusion into Ge-rich amorphous germanium sulfide; Neutron reflectivity study

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; Mitkova, M.*

Journal of Applied Physics, 122(23), p.235105_1 - 235105_12, 2017/12

 被引用回数:7 パーセンタイル:45.02(Physics, Applied)

Silver diffuses into chalcogenide films upon light exposure, and the kinetics of photodiffusion has been a subject of various investigations because of the difficulties in the ${it in situ}$ determination of the time-dependent Ag reaction and diffusion development in the chalcogenide layers. We report the results of time-resolved neutron reflectivity measurement of Ag/Ge$$_{40}$$S$$_{60}$$/Si substrates under light exposure to clarify the kinetics of Ag photodiffusion into Ge-rich Ge chalcogenides. It reveals that Ag ions diffuse all over the Ge chalcogenide host layer once Ag dissolves into the layer without forming a metastable reaction layer unlike the case of S-rich Ge chalcogenide such as Ge$$_{20}$$S$$_{80}$$. The decay curve suggests that the Ag dissolution is determined by two types of Ag capturing chalcogen sites. Also, the observed relaxation time showed anomalous chalcogenide layer thickness dependence. This is attributed to an additional diffusion-driven accelerating factor, which is unique to the silver photodiffusion. Furthermore, we observed indicative changes in the formation of an inhomogeneous in-plane structure at the Ag/chalcogenide interface. This would be related to the nucleation and growth of the Ag-dissolved reaction product.

論文

Si(111)7$$times$$7表面再構成過程のストレス変位

朝岡 秀人; 魚住 雄輝

表面科学, 37(9), p.446 - 450, 2016/09

表面に存在するストレスは成長原子の拡散、吸着過程などのカイネティクスを変化させるため、表面ストレスの解明・制御がナノ構造創製のために有力な手段となる。反射高速電子回折法と基板たわみ測定による、表面構造とストレスの同時観測により、水素終端Si(111)1$$times$$1表面へのGe成長に伴う水素脱離過程と、Si(111)7$$times$$7表面への水素原子の吸着過程のストレスをその場測定した。これらの結果、水素終端Si(111)1$$times$$1表面が、引っ張りストレスを有するSi(111)7$$times$$7表面から1.6-1.7N/m(=J/m$$^{2}$$)、or 1.3-1.4eV/(1$$times$$1 unit cell)表面エネルギーを緩和した状態であることが明らかとなり、表面数原子層で構成される微小領域の表面再構成構造に内在するストレスを捉えることに成功した。

論文

Silver photo-diffusion and photo-induced macroscopic surface deformation of Ge$$_{33}$$S$$_{67}$$/Ag/Si substrate

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 近藤 啓悦; 山崎 大; 曽山 和彦; Ailavajhala, M.*; Mitkova, M.*

Journal of Applied Physics, 120(5), p.055103_1 - 055103_10, 2016/08

 被引用回数:8 パーセンタイル:46.91(Physics, Applied)

Ge-chalcogenide films show various photo-induced changes, and silver photo-diffusion is one of them which attracts lots of interest. In this paper, we report how silver and Ge-chalcogenide layers in Ge$$_{33}$$S$$_{67}$$/Ag/Si substrate stacks change under light exposure in the depth by measuring time-resolved neutron reflectivity. It was found from the measurement that Ag ions diffuse all over the matrix Ge$$_{33}$$S$$_{67}$$ layer once Ag dissolves into the layer. We also found that the surface was macro-scopically deformed by the extended light exposure. Its structural origin was investigated by a scanning electron microscopy.

論文

Processes of silver photodiffusion into Ge-chalcogenide probed by neutron reflectivity technique

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Sheoran, G.*; Mitkova, M.*

Physica Status Solidi (A), 213(7), p.1894 - 1903, 2016/07

 被引用回数:7 パーセンタイル:51.47(Materials Science, Multidisciplinary)

アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)の中性子反射率測定を用いて、光照射によってAgが初期の急速な拡散から緩やかな拡散と2段階のプロセスを経て、界面の拡散層が形成されている様子を捉えた。

論文

Synthesis of heterostructured SiC and C-SiC nanotubes by ion irradiation-induced changes in crystallinity

田口 富嗣; 山本 春也; 樹神 克明; 朝岡 秀人

Carbon, 95, p.279 - 285, 2015/12

 被引用回数:8 パーセンタイル:61.92(Chemistry, Physical)

340KeVのSi$$^{+}$$イオン照射により、多結晶SiCナノチューブからアモルファスSiCナノチューブの合成に初めて成功した。また、マスクを用いたイオン照射により、一本のナノチューブ内に多結晶領域とアモルファス領域が混在する多結晶/アモルファスヘテロ構造SiCナノチューブの合成にも成功した。内部にカーボン層を有するC-SiCナノチューブについても、イオン照射を行った。その結果、照射前では、カーボン層間はチューブの長さ方向に平行であったが、照射後、チューブの径方向に平行になることから、イオン照射によりカーボン層間方向が90$$^{circ}$$傾くことを明らかにした。

論文

Measurement of transient photo-induced changes in thin films at J-PARC; Time-resolved neutron reflectivity measurements of silver photo-diffusion into Ge-chalcogenide films

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Ailavajhala, M.*; Wolf, K.*; et al.

JPS Conference Proceedings (Internet), 8, p.031023_1 - 031023_6, 2015/09

アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)の中性子反射率測定を用いて、光照射によってAgが、初期の急速な拡散によるAg-richな層の形成と、緩やかな拡散によるAg-poorな層の形成と、2段階のプロセスを経て拡散が進行していることを明らかにした。

論文

Surface stress measurement of Si(111) 7$$times$$7 reconstruction by comparison with hydrogen-terminated 1$$times$$1 surface

朝岡 秀人; 魚住 雄輝

Thin Solid Films, 591(Part B), p.200 - 203, 2015/09

Siなど半導体最表面は、表面ダングリングボンドの数を減少させるように独自の再構成構造を示すことから、バルクとは異なる独自のストレスが存在すると考えられてきた。我々はSi(111)7$$times$$7再構成表面に水素終端処理を施すことによって1$$times$$1バルク構造を作製し、最表面構造の違いによるストレスの実測を試みた。その結果、これまで理論計算でのみ得られていたSi(111)7$$times$$7再構成構造に存在する引張応力を実測することに成功し、成長形態と密接な関係がある表面ストレスの評価を可能とした。

論文

Dynamics of silver photo-diffusion into Ge-chalcogenide films; Time-resolved neutron reflectometry

坂口 佳史*; 朝岡 秀人; 魚住 雄輝; 川北 至信; 伊藤 崇芳*; 久保田 正人; 山崎 大; 曽山 和彦; Ailavajhala, M.*; Latif, M. R.*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 619(1), p.012046_1 - 012046_4, 2015/06

 被引用回数:8 パーセンタイル:1.93

アモルファスGeカルコゲナイド/銀の界面において光を照射すると拡散が促進される。非破壊かつ時間分解で観測できるJ-PARC(写楽)とISIS(INTER)の中性子反射率測定を用いて、拡散界面の解析を行った。その結果、光照射によって初期の急速なAg拡散によるAg-rich層の形成された後、その界面をほぼ一定に保ちながら、緩やかな拡散による第2のAg-poor層が形成される2段階のプロセスが進行していることが明らかになった。

論文

Crystal structure and electron density distribution analyses of Nd$$_{x}$$Ce$$_{1-x}$$O$$_{2-delta}$$ for electrolyte by Rietveld/ maximum entropy method

田口 富嗣; 井川 直樹; 美留町 厚; 朝岡 秀人; 三輪 周平; 逢坂 正彦

e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 13, p.339 - 342, 2015/06

希土類元素を添加したセリアはイオン伝導および電子伝導を有するが、電子伝導に対してイオン伝導の割合が高いセリアは燃料電池用固体電極材として利用される。本研究では、Nd$$_{2}$$O$$_{3}$$を添加したセリアについて、電子伝導を低く抑えるために重要な結晶中の電子伝導経路を特定するため、X線回折実験を実施し、Rietveld解析および最大エントロピー法解析を行った。本材料の結晶構造は基本的に無添加材と同じ構造を有し、CeとNdはランダムに4${it a}$サイトを占有し、酸素は8${it c}$サイトを占有する。また、4${it a}$-8${it c}$と8${it c}$-8${it c}$サイト間に電子の伝導経路が観察された。発表ではこれら結晶構造と電子伝導経路のNd添加量依存性についても議論する予定である。

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