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論文

Experimental study on interfacial area transport of two-phase bubbly flow in a vertical large-diameter square duct

Shen, X.*; 孫 昊旻; Deng, B.*; 日引 俊*; 中村 秀夫

International Journal of Heat and Fluid Flow, 67(Part.A), p.168 - 184, 2017/10

主に4センサープローブを用いて、鉛直大口径正方形管内における上昇気泡流に関する実験的研究を実施した。流れ方向3断面における、局所界面積濃度、ボイド率、3次元気泡速度、気泡径を計測した。界面積輸送方程式やその中の気泡合体分裂モデルは、二相流における界面積濃度の予測に多用されてきたものの、主に円管や小口径管の二相流実験から構築されており、大口径正方形管に対する適応性の検証がされていない。そこで本研究では、大口径正方形管で取得したデータベースを用いて、既存の1次元1グループ界面積輸送方程式の気泡合体分裂モデルの大口径正方形管への適応性を評価した。最良のモデルに基づく予測と実験結果との誤差は25%であることを示した。

論文

Axial flow characteristics of bubbly flow in a vertical large-diameter square duct

Shen, X.*; 孫 昊旻; Deng, B.*; 日引 俊*; 中村 秀夫

Proceedings of 17th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal Hydraulics (NURETH-17) (USB Flash Drive), 14 Pages, 2017/09

4センサープローブを用いて、鉛直大口径正方形ダクト内における上向き気泡流の実験的研究を行った。流れ方向3断面における局所界面積濃度、3次元気泡速度ベクトルと気泡径等を計測した。取得したボイド率、局所界面積濃度、3次元気泡速度ベクトルと気泡径等により、流れの挙動に関する有益な情報を提供できるだけでなく、界面積濃度輸送方程式内のソースとシンク項の機構論的モデルの高度化にとって重要なデータベースとなる。

論文

Gas-liquid bubbly flow structure in a vertical large-diameter square duct

Shen, X.*; 孫 昊旻; Deng, B.*; 日引 俊*; 中村 秀夫

Progress in Nuclear Energy, 89, p.140 - 158, 2016/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:17.95(Nuclear Science & Technology)

4センサープローブを用いて、鉛直大口径正方形管内の上昇気液二相流の局所構造を計測した。球形と非球形気泡を区別する4センサープローブの計測手法を適用し、局所3次元気泡速度ベクトル、気泡径と界面積濃度を計測した。液相流量が低い時と高い時、局所ボイド率と界面積濃度はそれぞれ中心ピークと壁ピークの分布を示した。断面内における横方向気泡速度は、断面の対称的な8分の1三角領域内を循環する2次流れの存在を示し、その大きさは液相速度の上昇とともに増加した。本データに対して、既存ドリフトフラックスモデルや界面積濃度の相関式の比較を行い、適応性を検証した。

論文

Diluted ferromagnetic semiconductor Li(Zn,Mn)P with decoupled charge and spin doping

Deng, Z.*; Zhao, K.*; Gu, B.; Han, W.*; Zhu, J. L.*; Wang, X. C.*; Li, X.*; Liu, Q. Q.*; Yu, R. C.*; 後神 達郎*; et al.

Physical Review B, 88(8), p.081203_1 - 081203_5, 2013/08

 被引用回数:50 パーセンタイル:6.49(Materials Science, Multidisciplinary)

We report the discovery of a diluted magnetic semiconductor, Li(Zn,Mn)P, in which charge and spin are introduced independently via lithium off-stoichiometry and the isovalent substitution of Mn$$^{2+}$$ for Zn$$^{2+}$$, respectively. Isostructural to (Ga,Mn)As, Li(Zn,Mn)P was found to be a ${it p}$-type ferromagnetic semiconductor with excess lithium providing charge doping. First-principles calculations indicate that excess Li is favored to partially occupy the Zn site, leading to hole doping. Ferromagnetism with Curie temperature up to 34 K is achieved while the system still shows semiconducting transport behavior.

論文

Orientation of silicon phthalocyanine thin films revealed using polarized X-ray absorption spectroscopy

関口 哲弘; 馬場 祐治; 下山 巖; 平尾 法恵; 本田 充紀; Deng, J.*

Photon Factory Activity Report 2012, Part B, P. 68, 2013/00

有機半導体の表面分子配向は電子デバイスの性能向上の上で不可欠である。スピンコート法によりシリコンフタロシアニン二塩化物(SiPcCl$$_{2}$$)薄膜をグラファイト上に作製し、大気圧下で加熱(350度)を行った。角度分解X線吸収端微細構造(NEXAFS)法とXPS法により生成物薄膜の分子配向と組成を調べた。Si 1s吸収端のNEXAFSスペクトルは角度依存を示し、表面反応生成物が分子配向していることを示した。ab initio分子軌道法計算との比較により生成物は水和重合生成物(SiPcO)nに類似した構造であると推察した。

論文

Nonlinear simulation of energetic particle modes in JT-60U

Bierwage, A.; 相羽 信行; 篠原 孝司; 藤堂 泰*; Deng, W.*; 石川 正男; 松永 剛; 矢木 雅敏

Proceedings of 24th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2012) (CD-ROM), 8 Pages, 2012/10

Energetic particle mode (EPM) dynamics are simulated using a global nonlinear hybrid code (MEGA). The scenario considered is based on JT-60U shot E039672, just before the onset of a so-called Abrupt Large Event (ALE). The simulation model is gradually extended towards a more realistic representation of the JT-60U plasma, including realistic geometry, realistic pressure, and realistic fast ion distributions. It is found that the mode structure and frequency of the EPM is very robust and can be reproduced by simple models. In contrast, accurate prediction of the growth rate, fluctuation amplitude and fast ion transport may require realistic models. The progress made - in particular, the use of realistic geometry and a realistic fast ion distribution computed by an orbit-following Monte-Carlo code - constitutes an important step forward towards predictive simulations and integrated modelling of energetic particle dynamics in burning plasmas, such as in ITER and DEMO.

論文

Nonlinear simulation of energetic particle modes in high-beta tokamak plasma

Bierwage, A.; 相羽 信行; 藤堂 泰*; Deng, W.*; 石川 正男; 松永 剛; 篠原 孝司; 矢木 雅敏

Plasma and Fusion Research (Internet), 7, p.2403081_1 - 2403081_4, 2012/07

The global hybrid code MEGA is used to study the dynamics of energetic particle modes (EPM) in parameter regimes close to the onset of ideal magnetohydrodynamic (MHD) ballooning instability. This work is motivated by observations of energetic-particle-driven modes in the wall-stabilized regime (so called EWM) in JT-60U, the physics of which have not been fully understood yet. In this study, nonlinear simulations of energetic particle modes (EPM, high frequency, 40-60 kHz) are carried out under conditions, where EWM (low frequency, 1-3 kHz) are observed. Although, EPM are unlikely to interact with EWM directly, the energetic particle transport caused by EPM may affect the total pressure profile and, hence, the stability of kink-ballooning modes, which are thought to be the fundamental modes underlying EWM. The dynamics of EPM near ideal MHD ballooning stability boundary is examined for the first time.

論文

Li(Zn,Mn)As as a new generation ferromagnet based on a I-II-V semiconductor

Deng, Z.*; Jin, C. Q.*; Liu, Q. Q.*; Wang, X. C.*; Zhu, J. L.*; Feng, S. M.*; Chen, L. C.*; Yu, R. C.*; Arguello, C.*; 後神 達郎*; et al.

Nature Communications (Internet), 2, p.1425_1 - 1425_5, 2011/08

 被引用回数:98 パーセンタイル:6.28(Multidisciplinary Sciences)

(Ga,Mn)Asは典型的な強磁性III-V族半導体として知られている。これは3価のGa原子を2価のMnで置き換えたものであるが、化学的溶解度が限られているため準安定であり、薄膜でしか製作できないものであった。また電子ドープも行うことができなかった。この困難な条件を超えるため、Masekらは理論的にI-II-V族半導体LiZnAsを提案した。この物質では原子価が等しい(Zn,Mn)の置き換えによる磁性の発現とLi濃度を過剰あるいは不足させることによるキャリアードープを独立に制御可能である。本研究では世界で初めてバルクな状態でのLi$$_{1+y}$$(Zn$$_{1-x}$$Mn$$_x$$)Asの合成に成功した。わずかにLiを過剰にすることで、50Kまでの温度で強磁性が現れること、またp型のキャリアーを持つことが観測され、これらの結果を報告した。

論文

Orientation of Si phthalocyanine investigated by X-ray absorption spectroscopy and molecular orbital calculation

関口 哲弘; 馬場 祐治; 下山 巖; 本田 充紀; 平尾 法恵; 成田 あゆみ; Deng, J.*

Surface and Interface Analysis, 42(6-7), p.863 - 868, 2010/06

 パーセンタイル:100(Chemistry, Physical)

有機半導体は豊富な資源,印刷技術が使える、電子物性が多様などが期待される次世代デバイスである。良質な有機半導体はよく分子配向した「核」として薄膜上に生じ始める。発表者は直線偏光の放射光と光電子顕微鏡を組合せた新しい装置を開発中である。その方法ではX線吸収スペクトルに現れる共鳴ピークを解釈する必要がでてくる。そのため大きな有機半導体分子の内殻電子励起状態を求めるため等価内殻近似に基づいて分子軌道法による理論計算を行った。計算結果をもとにグラファイト上に吸着したSiフタロシアニン分子の配向構造を決定した。分子軌道計算により電子励起状態の対称性を帰属することが配向角度を決めるうえで重要であることを示した。

論文

Real-time observation on surface diffusion and molecular orientations for phthalocyanine thin films at nanometer spacial resolution

馬場 祐治; 関口 哲弘; 下山 巖; 本田 充紀; 平尾 法恵; 成田 あゆみ; Deng, J.

Surface Science, 603(16), p.2612 - 2618, 2009/08

 被引用回数:5 パーセンタイル:69.61(Chemistry, Physical)

金表面にパターン状に蒸着したシリコンフタロシアニン2塩化物薄膜の電子構造と分子配向を、新しく開発した軟X線励起光電子顕微鏡(PEEM)によりナノメートルスケールで実時間観察した。Si K-吸収端のX線吸収スペクトルの偏光依存性から、5層蒸着したシリコンフタロシアニン2塩化物は、薄膜全体としては表面に平行であることがわかった。室温でのPEEM観察では、マイクロパターンが明瞭に認められたが、高温に加熱すると表面拡散が起こり、均一となった。このとき、清浄な金表面に拡散した分子は、逆に表面に垂直であることを示唆する結果が得られた。このようなナノメートルスケールにおける分子配向の変化は、分子-分子間相互作用と表面-分子間相互作用の大きさによって決定されることを明らかにした。

論文

Chemical-state-selective observations on Si-SiO$$_{rm x}$$ at nanometer scale by photoelectron emission microscopy combined with synchrotron radiation

馬場 祐治; 関口 哲弘; 下山 巖; 本田 充紀; 平尾 法恵*; Deng, J.; 成田 あゆみ

Journal of Physics; Conference Series, 100, p.012015_1 - 012015_4, 2008/00

 被引用回数:1 パーセンタイル:39.28

放射光軟X線と光電子顕微鏡を組合せることにより、ナノメートルスケールの化学結合状態分布を観察するための装置を開発し、シリコン化合物に応用した。試料には、7.5ミクロン周期のパターンを持つシリコン酸化物,シリコン窒化物,有機シリコン化合物を用いた。Si K-吸収端付近で放射光のエネルギーを掃引することにより、化学結合状態(シリコンの原子価状態)に依存した画像をナノメートルスケールで観察することに成功した。また、SiとSiO$$_{2}$$が交互に並んだマイクロパターン試料について、加熱による化学結合状態変化を観察した。その結果、700度から酸素原子の横方向の拡散が始まることがわかった。拡散の途中でSiとSiO$$_{2}$$界面の化学結合状態を詳細に観察したところ、界面にSiOなどの中間の原子価状態は存在せず、酸素の拡散はSi原子が一気に4個の酸素原子と配位することにより起こることがわかった。発表では固体表面上に作成した有機シリコン化合物(シリコンフタロシアニン塩化物)の化学結合状態観察と加熱による横方向の拡散についても報告する。

論文

Effect of substrates on the molecular orientation of silicon phthalocyanine dichloride thin films

Deng, J.; 馬場 祐治; 関口 哲弘; 平尾 法恵*; 本田 充紀

Journal of Physics; Condensed Matter, 19(19), p.196205_1 - 196205_11, 2007/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:63.97(Physics, Condensed Matter)

種々の基板表面に蒸着したシリコンフタロシアニン塩化物の配向性について、直線偏光放射光を用いたX線吸収端微細構造(NEXAFS)により調べた。基板としては、化学的に不活性で、かつ表面の形状が異なる3種の基板、すなわち高配向性グラファイト(HOPG)、多結晶金、導電性透明酸化物のインジウムスズ酸化物(ITO)の3種類を用いた。Si K-吸収端のNEXAFSスペクトルの偏光依存性から、1層から5層程度の薄膜はいずれの基板表面においても、基板におおよそ平行に蒸着することがわかった。偏光依存性を定量的に解析した結果、HOPG表面における分子の傾きは2$$^{circ}$$であり、これはHOPG表面が完全に平坦であることに起因すると結論した。一方、ITO表面では分子の平均傾き角は26$$^{circ}$$であった。走査型原子間力顕微鏡(AFM)による観測の結果、表面の凹凸の水平方向の周期は数ナノメーターであり、フタロシアニン分子の大きさよりはるかに大きいことがわかった。このことから、表面の形状により決定される1層目の分子の向きが、2層目以降の蒸着層の配向性を決定することが明らかになった。

論文

Orientation of thin films synthesized from silicon phthalocyanine dichloride on a highly oriented pyrolytic graphite investigated using near edge X-ray absorption fine structure

Deng, J.; 関口 哲弘; 馬場 祐治; 平尾 法恵*; 本田 充紀

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 46(2), p.770 - 773, 2007/02

 被引用回数:1 パーセンタイル:93.57(Physics, Applied)

直線偏光放射光を用いたX線吸収端微細構造法により、有機デバイスの候補材料として期待されているシリコンフタロシアニン化合物薄膜の配向性について調べた。高配向性グラファイト表面に、スピンコート法によりシリコンフタロシアニン2塩化物の溶液を滴下した後、空気中で345$$^{circ}$$Cに加熱することにより、Si-C結合が解裂し、空気中の酸素によりSi-Oに変化することがわかった。この試料のについて、直線偏光した放射光を用いたSi $$K$$-吸収端のX線吸収端微細構造スペクトルを測定した結果、Si 1sから価電子帯の非占有軌道への共鳴吸収ピークの強度に顕著な偏光依存性が認められた。偏光解析の結果、Si-N結合軸は表面に平行に近いのに対して、Si-O軸は表面に垂直に近いことがわかった。この結果から、(1)シリコンフタロシアニン2塩化物はシリコンフタロシアニン酸化物結晶を容易に合成するためのよい前駆体であること,(2)この方法で作成したシリコンフタロシアニン酸化物薄膜は基板表面に対して配向しているため良質な電子物性を持つ有機薄膜となりうること、の2点が明らかとなった。

口頭

Synchrotron radiation studies of the orientation of thin silicon phthalocyanine dichloride film on HOPG substrate

Deng, J.; 関口 哲弘; 馬場 祐治; 平尾 法恵*

no journal, , 

放射光軟X線を用いたX線吸収分光法及びX線光電子分光法により、有機ELデバイスなど有機機能性薄膜材料としての応用が期待されているシリコンフタロシアニン分子薄膜の配向性について調べた。高配向性グラファイト(HOPG)基板上に、シリコンフタロシアニン二塩化物のヘキサン溶液を滴下した後、空気中で345$$^{circ}$$Cに加熱した試料では、Si-Cl結合が解裂してSi-O結合に変化することがわかった。この試料のSi及びCl K-吸収端のX線吸収スペクトルには放射光の入射角依存性が明瞭に認められた。偏光解析の結果、Si-N結合は表面に平行であるのに対し、Si-O結合は表面に垂直であることが明らかとなった。

口頭

Chemical-state-selective mappings for silicon compounds by PEEM combined with synchrotron soft X-ray excitation at the Si K-edge

馬場 祐治; 関口 哲弘; 下山 巖; 平尾 法恵*; Deng, J.

no journal, , 

放射光軟X線によるX線吸収分光法(XAFS)と光電子顕微鏡(PEEM)を組合せることにより、固体表面の原子価状態に依存した局所分析手法を開発し、同法をシリコン化合物の表面分析に応用した。紫外光源を用いた予備実験では、同手法は30ナノメートル以下の空間分解能を持つことがわかった。次にシリコン表面に7.5ミクロンの間隔を持つSiとSiO$$_{2}$$から成る平坦なマイクロパターンを作成し、Si K-吸収端領域の放射光軟X線を用いて像観察を行った。X線のエネルギーをSiのXAFSスペクトルにおけるSi 1s$$rightarrow$$sigma*共鳴吸収ピーク(1840eV)に合わせた場合と、SiO$$_{2}$$のXAFSスペクトルにおけるSi 1s$$rightarrow$$sigma*共鳴吸収ピーク(1847eV)に合わせた場合では、像の輝度が反転した。像の各ドメインにおける輝度をX線エネルギーに対してプロットした結果、全電子収量法で測定したSi及びSiO$$_{2}$$のXAFSスペクトルと同様な曲線が得られた。このことから、開発した手法は、化学結合状態のみに依存した像観察及び各ドメインにおける顕微XAFS測定に有効であることがわかった。

口頭

金表面上におけるアミノ酸単分子層の化学吸着

本田 充紀; 馬場 祐治; 平尾 法恵*; Deng, J.; 関口 哲弘

no journal, , 

近年のナノテクノロジー技術の向上により、有機分子が大きな関心を集めている。有機分子は分子1個で1つの機能を担うことが可能で、将来の分子素子の実現に向けた研究が盛んに行われている。例えば金属-分子の吸着構造に関して、Au-S系の研究はベンゼンジチオールを用いた金属-分子-金属構造のドナーアクセプターを光励起などで起こす非常に興味深い系であるが、その金属-分子間の界面に関する情報については詳しくわかっていない。われわれは、金表面において、S原子を含むアミノ酸であるL-cysteine分子の吸着状態についてXPSなどの手法を用いて検討してきた。今回金表面を用いて(a)L-cysteine monolayer, (b)L-cysteine multilayerの試料を作成し、NEXAFS測定及びXPS測定を行った。多層膜において、2474eVに現れるピークは、S1s$$rightarrow$$$$sigma$$$$^{*}$$(S-C)への遷移に起因するピークである。ところが、単層膜ではこのピークは2484eVに観測され、単分子層と多層膜においてS K吸収端が大きく異なるという特徴的な結果が得られた。また、XPS測定結果においても、S1sのピークが単層膜と多層膜で、単層膜のピークが8eV高結合エネルギー側に化学シフトした位置に現れることを確認した。以上の結果から、化学結合に起因する電子がS原子から金原子側へ供与され、非常に強い結合が形成されていることがわかった。

口頭

光電子顕微鏡によるSi-SiO$$_{2}$$化学結合状態に依存したマッピング

平尾 法恵*; 馬場 祐治; 関口 哲弘; 下山 巖; 本田 充紀; Deng, J.

no journal, , 

半導体素子の微細化に伴いSi-SiO$$_{2}$$界面等、Siの原子価状態分布をナノメートルオーダーで明らかにすることが重要になっている。化合物の内殻吸収端のエネルギーは、化学結合状態によって数eVほどシフトするので、エネルギー可変の放射光軟X線と光電子顕微鏡を組合せることにより、化学結合状態に依存したマッピング測定が可能と考えられる。そこで、Si 1s軌道のケミカルシフトを利用したSi化合物の化学結合状態に依存したマッピング測定を試みた。試料はシリコン単結晶基板表面にO$$_{2}$$$$^{+}$$イオンを注入することにより作成したSi-SiO$$_{2}$$マイクロパターンを用いた。光電子顕微鏡で得られたナノメートルオーダーの画像の各点における輝度の放射光エネルギー依存性を測定したところ、それぞれの点において、SiO$$_{2}$$又はSiのXANESスペクトルと類似した曲線が得られた。以上のことから、ケミカルシフトを使ったナノメートルオーダーの化学結合状態マッピング測定が可能であることがわかった。

口頭

固体表面上におけるアミノ酸分子の吸着状態

本田 充紀; 馬場 祐治; 平尾 法恵*; Deng, J.; 関口 哲弘

no journal, , 

生体分子を用いて分子センサーや分子素子を設計するには、金属-分子界面についての原子レベルでの研究が必要不可欠である。分子素子として注目をあびている金-イオウの化学吸着を利用した金属-分子界面も、その結合状態については詳しくわかっていない。そこで本研究では金表面とイオウを含むアミノ酸の結合状態について検討した。今回、金表面にイオウを含むアミノ酸であるL-システインを多分子層及び単分子層作成し、軟X線吸収分光(NEXAFS)測定及びX線光電子分光(XPS)測定を用いて詳しく調べた。その結果、多層膜において、2474eVに現れるK吸収端は、S1s$$rightarrow$$$$sigma$$$$^{*}$$(S-C)への遷移に起因するピークであるが、単層膜ではこのK吸収端は2484eVに観測され、S K吸収端が大きく異なるという特徴的な結果が得られた。XPS測定結果においても、S1sのピークが、単層膜で8eV高結合エネルギー側に化学シフトした位置に現れることを確認した。以上の結果から、化学結合に起因する電子がS原子から金原子側へ供与されることにより、S 1s軌道が深くなり、8eVもの強い結合により化学吸着が形成されていることがわかった。

口頭

イオウ-金属界面の結合状態に関するNEXAFS解析

本田 充紀; 馬場 祐治; 平尾 法恵*; Deng, J.; 関口 哲弘

no journal, , 

生体を構成する物質にはタンパク質があり、その種類は10万種類とも言われている。そのタンパク質を構成しているユニットは、わずか20種類のアミノ酸であるが、アミノ酸の種々の性質でさえ、界面の結合状態により非常に大きく左右される。そのため、吸着分子の界面の結合状態を詳しく知ることは、非常に重要なことであり、今回、S原子を含むアミノ酸のL-システインと金の吸着を用いて、イオウ-金属界面の結合状態をNEXAFS解析により詳しく調べた。その結果、L-システインが金に単分子層吸着した状態では、非常に特異な結合を形成していることがわかった。それは、L-システイン中のS原子が金に電子供与することによりS 1s軌道が深く潜り込み、イオウ-金原子間の結合が強くなり、S K吸収端が大きくなるという特徴的な結果である。それにより8eVの化学シフトが起こり強固な化学吸着を形成していることが明らかになった。

口頭

軟X線領域の顕微XAFSによるSi化合物の化学結合状態マッピング

平尾 法恵*; 馬場 祐治; 関口 哲弘; 下山 巖; 本田 充紀; Deng, J.

no journal, , 

表面・薄膜機能性材料の開発において、メゾスコピック領域の形状,元素分布,磁気構造などとともに化学結合状態分布の解析が重要である。内殻軌道のエネルギーは化学結合状態によって変化するので、エネルギー可変の放射光と光電子顕微鏡を組合せることにより、化学結合状態に依存したマッピング測定が可能と考えられる。そこで、Si 1s軌道のケミカルシフトに注目し、Si化合物の化学結合状態に依存したマッピング測定を試みた。試料はシリコン単結晶基板表面にO$$^{2+}$$イオンを注入することにより作成したSi-SiO$$_{2}$$マイクロパターンを用いた。光電子顕微鏡で得られたナノメートルオーダーの画像の各点における輝度の放射光エネルギー依存性を測定したところ、それぞれの点において、SiO$$_{2}$$又はSiのXANESスペクトルと類似した曲線が得られた。以上のことから、ケミカルシフトを使ったナノメートルオーダーの化学結合状態マッピング測定が可能であることがわかった。

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