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論文

Graphene growth and carbon diffusion process during vacuum heating on Cu(111)/Al$$_{2}$$O$$_{3}$$ substrates

小川 修一*; 山田 貴壽*; 石塚 眞治*; 吉越 章隆; 長谷川 雅考*; 寺岡 有殿; 高桑 雄二*

Japanese Journal of Applied Physics, 52(11), p.110122_1 - 110122_8, 2013/11

 被引用回数:17 パーセンタイル:61.53(Physics, Applied)

In this study, behavior of carbon atoms in annealing/cooling process of graphene/Cu(111) substrates is investigated using photoelectron spectroscopy and secondary ion mass spectrometry. After growth of graphene on Cu(111) surfaces, Cu$$_{2}$$O was formed at the graphene/Cu interface during transportation through the atmosphere. The Cu$$_{2}$$O layer completely disappeared by vacuum annealing at 773 K. Graphene was decomposed and carbon atoms diffuse into the Cu substrate by elevation of temperature up to 1223 K. When the sample was cooled down, the carbon atoms did not segregate on the surface and remain in the Cu substrate. This result indicates the carbon atoms easily diffuse into Cu substrates in vacuum annealing while the amount of diffused carbon atoms in the chemical vapor deposition (CVD) process is smaller, suggesting that the barrier layer which prevents from the diffusion of C atoms exists on Cu surfaces at the graphene CVD growth.

論文

Vacuum annealing formation of graphene on diamond C(111) surfaces studied by real-time photoelectron spectroscopy

小川 修一*; 山田 貴壽*; 石塚 眞治*; 吉越 章隆; 長谷川 雅考*; 寺岡 有殿; 高桑 雄二*

Japanese Journal of Applied Physics, 51(11), p.11PF02_1 - 11PF02_7, 2012/11

 被引用回数:25 パーセンタイル:72.24(Physics, Applied)

To clarify the graphene formation process on a diamond C(111) surface, changes in the chemical bonding states by annealing in vacuum were investigated by photoelectron spectroscopy using synchrotron radiation. It is difficult to study the formation of sp$$_{2}$$-bonded carbon atoms on a diamond C(111) surface because the peak of the sp$$_{2}$$ component overlaps the peak of the surface sp$$_{3}$$ component as a result of the 2$$times$$1 reconstruction. Therefore, we focused on the shift in the C 1s photoelectron spectra and energy loss spectra caused by band bending depending on the temperature. As a result, we found that graphitization on the diamond C(111) surface began at approximately 1120 K, which was lower than that for an SiC substrate. The photoelectron spectra indicated that a buffer layer composed of sp$$_{2}$$-bonded carbon atoms existed at the interface between the graphene and diamond C(111) surface.

論文

リアルタイム光電子分光によるグラフェン・オン・ダイヤモンド形成過程の観察

小川 修一*; 山田 貴壽*; 石塚 眞治*; 渡辺 大輝*; 吉越 章隆; 長谷川 雅考*; 寺岡 有殿; 高桑 雄二*

表面科学, 33(8), p.449 - 454, 2012/08

絶縁膜上グラフェンの形成は次世代カーボントランジスタ作製に不可欠である。グラフェンの下地絶縁膜として、バンドギャップや絶縁破壊電圧がSiCよりも大きいダイヤモンドが注目されているが、非破壊でダイヤモンド表面のグラフェン形成を評価することが難しいため、ダイヤモンド表面におけるグラフェン形成過程は未だ明らかになっていない。そこで本研究ではバンドベンディングによる光電子スペクトルのシフトに着目し、グラフェン形成過程を調べた。その結果、ダイヤモンドC(111)表面のグラファイト化は約1120K以上で進行することがわかった。この温度はSiC(0001)表面におけるグラフェン形成温度よりも低温である。また、グラフェン/ダイヤモンド界面には遷移層が存在することが確認された。

論文

Source development and novel applications of laser-driven plasma X-ray lasers in JAEA

河内 哲哉; 長谷川 登; 錦野 将元; 石野 雅彦; 今園 孝志; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 岸本 牧; 越智 義浩; 田中 桃子; et al.

X-Ray Lasers 2010; Springer Proceedings in Physics, Vol.136, p.15 - 24, 2011/12

本講演では、原子力機構におけるレーザー駆動X線レーザーの光源開発及び利用研究に関する最新の成果を報告する。利用研究の対象は物質科学,レーザー加工,X線イメージング,生体細胞の放射線損傷等と多岐に渡っている。物質科学への応用に関しては、強誘電体の相転移直上での格子揺らぎの時間相関を初めて観測した。レーザー加工に関しては、短パルスレーザー照射時の試料表面電子融解現象をX線レーザー干渉計で観察した。軟X線回折イメージングに関しては、静止したサンプルの微細構造の観察結果とともに、将来的なポンププローブ観察への計画を紹介する。また、X線レーザーの集光性能を利用した細胞損傷効果の基礎実験では、DNAの2本鎖切断の観察結果とKeV領域のインコヒーレントX線照射の場合との比較を議論する。

論文

Development of the X-ray interferometer and the method of spatial and temporal synchronization of XRL and optical pulse

長谷川 登; 越智 義浩; 河内 哲哉; 寺川 康太*; 富田 卓朗*; 山本 稔; 錦野 将元; 大場 俊幸; 海堀 岳史; 今園 孝志; et al.

X-Ray Lasers 2010; Springer Proceedings in Physics, Vol.136, p.353 - 358, 2011/12

レーザー照射によるプリアブレーション過程の解明は、非熱的加工及び微細加工等の応用に対して重要である。われわれが開発したプラズマ軟X線レーザーは物質表面の微細構造の観測に適した短い波長(13.9nm)とダイナミクスの観測に適した短いパルス幅(7ps)を有する。本研究では、ナノスケールのダイナミクスを観測するために、軟X線レーザーを用いた干渉計の開発を行うとともに、軟X線レーザーと他のレーザーとの空間及び時間同期に関する研究を行った。ダブルロイズ反射鏡を用いることにより、深さ方向1nmの分解能を持つ干渉計の開発に成功した。空間同期に関しては、軟X線に感度を有するシンチレーターを用いることにより、50micron以下の精度でのアライメントを実現した。また時間同期に関しては、薄膜ターゲットを利用したプラズマゲートによるX線レーザーと他のレーザーとの時間同期に関する基礎実験を行ったので、これを報告する。

論文

Development of a specimen holder combined with ultra thin film laser plasma X-ray source for compact contact-type soft X-ray microscope to observe hydrated living biologocal cells

石野 雅彦; 加道 雅孝; 篠原 邦夫*; 山本 容正*; 平井 到*; 岸本 牧; 錦野 将元; 長谷川 登; 保 智己*; 安田 恵子*; et al.

Proceedings of SPIE Europe Optics + Optoelectronics 2011, Vol.8139, p.81390R_1 - 81390R_8, 2011/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01

金の極薄膜ターゲットは強力な「水の窓」領域の軟X線を発生することから、軟X線顕微鏡のプラズマX線光源として適している。薄膜ターゲット背面からの発光を用いることにより、光源と試料間の距離を短縮することが可能となり、結果として試料を照射する光量を増加させることができる。光源と試料ホルダを組合せることにより、簡便な顕微鏡を設計することも可能となる。また、試料ホルダと光源以外のいかなる光学素子も必要としないので、光量減少の原因となる要素を排除することもできる。われわれは金薄膜ターゲットを組み込んだ細胞用試料ホルダの開発を行い、これを用いて生きた細胞のX線像を撮影することに成功した。本研究で開発した光源一体型試料ホルダは、実験室サイズのコンパクト軟X線顕微鏡を開発するうえで、中心要素となると期待されている。

報告書

塩素フリー無機高分子系Mo吸着剤の開発

木村 明博; 谷本 政隆; 石田 卓也; 土谷 邦彦; 長谷川 良雄*; 菱沼 行男*; 鈴木 将*

JAEA-Technology 2011-012, 17 Pages, 2011/06

JAEA-Technology-2011-012.pdf:1.72MB特願 2010-263801   公報

$$^{99}$$Mo-$$^{rm 99m}$$Tcジェネレータ用のMo吸着剤として高分子ジルコニウム化合物(PZC)が開発された。しかしながら、PZCは腐食性ガスを発生する等の欠点があり、これらの欠点を改善するため、新たな無機高分子系吸着剤として、チタンをベースとした高分子チタニウム化合物(PTC)の開発に着手した。試作したPTCの性能を確認するため、$$^{99}$$Mo吸着及び$$^{rm 99m}$$Tc溶離試験を行った。その結果、吸着性能については、PZCに劣るものの、溶離率及び溶離特性についてはPZCを上回る性能を持つことが確認できた。

論文

Observations of the intense soft X-ray emissions from ultra thin Au films irradiated with high contrast laser pulses

石野 雅彦; 加道 雅孝; 錦野 将元; 篠原 邦夫*; 保 智己*; 安田 恵子*; 長谷川 登; 岸本 牧; 大場 俊幸; 河内 哲哉

Proceedings of SPIE, Vol.7589, p.75891B_1 - 75891B_8, 2010/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:74.53

酸素と炭素のK殻吸収端に挟まれた「水の窓」と呼ばれる軟X線を利用する軟X線顕微鏡は、水溶液中の生きた細胞を高い空間分解能で観察する技術であり、細胞構造や構造変化に伴う機能発現の解明に役立つ手段として期待されている。生きた細胞を100nm以下の空間分解能で観察するためには、試料上で10$$^{5}$$個/$$mu$$m$$^{2}$$を越える光量のX線が必要となることから、短パルスX線光源には非常に高強度のレーザープラズマX線源が求められる。そのため、レーザー光からX線への変換効率が高い光源の開発やX線光源を試料に近づけるなどの工夫が必要となる。高強度短パルスX線光源の開発を目的として、極薄膜ターゲットを用いたレーザープラズマX線源の特性評価を行った。ターゲットとして窒化シリコン膜上に数十nmから数百nmの膜厚を持つ金を成膜した薄膜ターゲットを用意し、Nd:glassレーザーを金の薄膜に集光照射することにより発生する軟X線を裏面から計測した。その結果、発光強度とスペクトル分布に膜厚依存性が確認できた。測定から、金薄膜により入射レーザーのエネルギーが消費され、レーザーが高い効率で軟X線に変換されていることを示唆する結果が得られた。

論文

Demonstration of a fully spatial coherent X-ray laser at 13.9 nm

錦野 将元; 田中 桃子; 越智 義浩; 岸本 牧; 石野 雅彦; 長谷川 登; 加道 雅孝; 助川 鋼太*; 河内 哲哉; 永島 圭介

IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 10(6), p.1382 - 1387, 2004/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:46.5(Engineering, Electrical & Electronic)

過渡励起方式のX線レーザーは単色性・高輝度・短パルスと優れた特性を持ち、X線顕微鏡やX線干渉計測などの応用研究への利用が期待されるが、その空間コヒーレンスはその応用に対し、未だ十分ではなかった。光量子科学研究センターではX線レーザーの指向性や空間コヒーレンスを向上させるため、ある程度の距離を離して配置した2個のターゲットを用いるダブルターゲット方式により高コヒーレントX線レーザーの発生実験を行った。その結果、非常に指向性の良いX線レーザーを発生させることに成功し、このX線レーザーが空間的にフルコヒーレントな状態であることを確認した。また、このフルコヒーレントX線レーザーの高出力化に関する実験も行い、増幅ターゲットプラズマにより約1000倍の増幅と最大出力0.2マイクロジュールが得られた。

論文

Development of a full spatial coherent X-ray laser at 13.9 nm and its applications

永島 圭介; 田中 桃子; 錦野 将元; 岸本 牧; 加道 雅孝; 河内 哲哉; 長谷川 登; 越智 義浩; 助川 鋼太*; Tai, R.; et al.

Applied Physics B, 78(7), p.927 - 932, 2004/05

波長13.9ナノメートルでの空間フルコヒーレントX線レーザーの開発に成功した。この実験は、2つのレーザー媒質を用いて、第1の媒質から得られるシード光を第2の媒質で増幅するもので、ビーム発散角が0.2ミリラジアンという極めて指向性の高いX線ビームが生成された。この発散角は、回折限界の2倍以内である。シード光は第2媒質中で屈折の影響無しに増幅されており、増幅係数はセンチメートル当たり約8であった。また、可視度の測定から、空間コヒーレンス長がビーム径より大きいことがわかった。こうした空間コヒーレンスの高いX線レーザーの応用研究として、強誘電体であるチタン酸バリウムの表面分域構造の観測を行い、キュリー温度近傍での分域構造の変化を明らかにした。

論文

High-precision measurement of the wavelength of a nickel-like silver X-ray laser

長谷川 登; 河内 哲哉; 内海 隆行*; 佐々木 明; 田中 桃子; 加道 雅孝; 助川 鋼太*; Lu, P.; 岸本 牧; Tai, R.; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, Part 1, 43(5A), p.2519 - 2522, 2004/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:46.04(Physics, Applied)

X線レーザーの発振波長の精密な情報は、X線レーザーの応用を行う際に極めて重要である。特にニッケル様銀X線レーザーの発振波長は高効率の反射鏡が既に開発されている応用に適した波長領域である。さらに、多電子系原子過程のシミュレーションによる発振波長の予測値と実測値との一致が十分に成されていない波長領域であり、その標準値として利用が可能である。今回、X線レーザー発振線の2次光を観測することで波長分解能の向上を行うとともに、波長校正用の光源としてヘリウムガスプラズマからの発光線を用いることで波長校正の精度の向上を行い、従来よりも高い精度で発振波長を決定することに成功した。測定されたX線レーザーの中心波長は13.887nmであり、われわれの行ったシミュレーションによる発振波長の予測値と測定誤差範囲内で一致した。これにより、他の発振線についても従来よりも高精度の予測が可能であることが示された。

論文

Development of a laser-pumped X-ray laser with full spatial coherence

永島 圭介; 田中 桃子; 錦野 将元; 岸本 牧; 加道 雅孝; 河内 哲哉; 長谷川 登; 越智 義浩; 助川 鋼太*; Tai, R.

プラズマ・核融合学会誌, 80(3), p.236 - 240, 2004/03

空間フルコヒーレントX線レーザーの開発に初めて成功した。このX線レーザーは、波長13.9ナノメートルで、ビーム発散角0.2ミリラジアンという極めて指向性を有する。実験では、2つのレーザー媒質を用いて、第1の媒質から得られるシード光を第2の媒質で増幅した。この場合、第2媒質は空間フィルターとして機能している。観測されたビーム発散角は、回折限界の2倍以内である。シード光は第2媒質中で屈折の影響無しに増幅されており、第2媒質の増幅領域は、ターゲット表面から離れた低密度領域に生成されている。また、可視度の測定から、空間コヒーレンス長がビーム径より大きいことが明らかになった。

論文

Demonstration of a soft-X-ray laser at 13.9 nm with full spatial coherence

錦野 将元; 田中 桃子; 永島 圭介; 岸本 牧; 加道 雅孝; 河内 哲哉; 助川 鋼太*; 越智 義浩; 長谷川 登; 加藤 義章

Physical Review A, 68(6), p.061802_1 - 061802_4, 2003/12

 被引用回数:60 パーセンタイル:89.82(Optics)

過渡励起方式のX線レーザーは単色性・高輝度・短パルスと優れた特性を持ち、X線顕微鏡やX線干渉計測などの応用研究への利用が期待されている。光量子科学研究センターではX線レーザー(波長13.9nm)の指向性や空間コヒーレンスを向上させるため、ある程度の距離を離して配置した2個のターゲットを用いるダブルターゲット方式により高コヒーレントX線レーザーの発生実験を行った。その結果、従来よりも1桁程度発散角の小さい(ビーム発散角0.2mrad)、非常に指向性の良いX線レーザーを発生させることに成功した。今回、ダブルスリットを用いたyoungの干渉実験により、ダブルターゲット増幅X線レーザーの空間コヒーレンスの計測を行った。X線レーザーの空間コヒーレンス度は、ダブルスリットによって形成される干渉縞の可視度から評価することができ、このX線レーザーの空間コヒーレンス長が、垂直方向・鉛直方向ともにX線レーザーのビーム径よりも長いフルコヒーレントな状態であることを確認した。

論文

X-ray laser beam with diffraction-limited divergence generated with two gain media

田中 桃子; 錦野 将元; 河内 哲哉; 長谷川 登; 加道 雅孝; 岸本 牧; 永島 圭介; 加藤 義章

Optics Letters, 28(18), p.1680 - 1682, 2003/09

 被引用回数:64 パーセンタイル:90.71(Optics)

高強度で高コヒーレントなパルスX線源は材料・生物分野に有用な光源とされており、そのような光源を実験室規模で実現しうるX線レーザーは精力的に研究されてきた。中でも過渡利得方式によるX線レーザー発生は、小型で短波長X線レーザーを実現しており、高い利得、数ピコ秒程度のパルス幅などの特徴を持っている。しかしながらこの方式では、利得が大きいために短い媒質長で飽和増幅に達してしまうことや、プラズマの密度勾配による屈折の効果になどにより、ビーム発散角が10mrad程度と大きく空間コヒーレンスも他方式と比べて低いという難点があった。今回われわれは、2つの利得媒質を用いることにより、波長13.9nmのX線レーザーをビーム発散角0.2mrad(回折限界の1.8倍)で発振することに成功した。このX線レーザーは、最初の媒質から発生させたパルスX線種光を2つ目の媒質で増幅させるという方法で発生させている。X線種光を空間的・時間的にコントールして2つ目の媒質に入射することにより、媒質中でX線が屈折する効果を抑え、発散角が広がるのを防いでいる。

論文

Development of a pumping laser system for X-ray laser research

河内 哲哉; 加道 雅孝; 田中 桃子; 長谷川 登; 永島 圭介; 助川 鋼太*; Lu, P.; 高橋 謙二郎; 難波 愼一; 小池 雅人; et al.

Applied Optics, 42(12), p.2198 - 2205, 2003/04

 被引用回数:27 パーセンタイル:73.19(Optics)

X線レーザー研究専用の、2つのチャープパルス増幅ビームからなるNd:ガラスレーザーを開発した。このレーザーは、各々のビームにおいて最大20J, 1.3ピコ秒の出力を持ち、プリパルスのパルス幅を調整するための特徴的な可変機能を持っている。このレーザーシステムと収差を持たない線集光システムを用いることにより、ニッケル様銀X線レーザーの高効率な増幅に成功した。

論文

Picosecond snapshot of the speckles from ferroelectric BaTiO$$_{3}$$ by means of X-ray lasers

Tai, R.; 並河 一道*; 岸本 牧; 田中 桃子; 助川 鋼太*; 長谷川 登; 河内 哲哉; 加道 雅孝; Lu, P.; 永島 圭介; et al.

Physical Review Letters, 89(25), p.257602_1 - 267602_4, 2002/12

 被引用回数:38 パーセンタイル:81.01(Physics, Multidisciplinary)

温度に対する無秩序表面ドメイン構造の振舞を調べるためにピコ秒X線レーザースペックル計測が初めて行われた。フェロエレクトリックドメインによって引き起こされた過渡的な表面構造はキューリー温度へ向かっての温度増加に伴い減少し、キューリー温度以上で完全に消滅する。c/aドメインの空間的な配置の急激な変化は、キューリー温度より2度以下から始まることが観測された。そしてそこでは、平気的なドメインの大きさは(Tc-T)$$^{0.37pm0.02}$$により減少することがわかった。キューリー温度近くのパラ状態において存在すると考えられていながら、従来の手法では不可能であった分極クラスターの観察を遂行できる見通しが得られた。

論文

Demonstration of a transient-gain nickel-like xenon-ion X-ray laser

Lu, P.; 河内 哲哉; 岸本 牧; 助川 鋼太*; 田中 桃子; 長谷川 登; 鈴木 将之; Tai, R.; 加道 雅孝; 永島 圭介; et al.

Optics Letters, 27(21), p.1911 - 1913, 2002/11

 被引用回数:8 パーセンタイル:40.36(Optics)

ガスパフターゲットを用いて過渡利得励起方式のNi様XeイオンのX線レーザーにおいて高い利得係数での発振を実証した。X線レーザープラズマは、進行波励起方式で、線集光したパルス幅3ピコ秒のポンプレーザーをガスパフターゲットに照射することにより生成した。全ポンプエネルギーは18Jであった。Xeプラズマから波長9.98nm(4d-4p, J=0-1遷移)の強い発振線が観測され、利得係数は17.4[1/cm]であった。さらに、波長9.64 nmの発振線においても利得係数5.9[1/cm]が観測された。

論文

Gain saturation of nickel-like silver and tin X-ray lasers by use of a tabletop pumping laser system

河内 哲哉; 加道 雅孝; 田中 桃子; 佐々木 明; 長谷川 登; Kilpio, A.*; 難波 慎一; 永島 圭介; Lu, P.; 高橋 謙次郎; et al.

Physical Review A, 66(3), p.033815_1 - 033815_7, 2002/09

 被引用回数:85 パーセンタイル:93.49(Optics)

銀及び錫のスラブターゲットに線集光したCPAガラスレーザー光(時間幅4ピコ秒のプリパルスと加熱パルス。パルス間隔1.2ナノ秒)を照射した。本実験ではレーザーの集光光学系に階段ミラーを導入することにより励起光を疑似進行波とし、それにより波長13.9nmと12.0nmの過渡励起電子衝突レーザーにおいて飽和増幅を達成した。利得係数は銀レーザーで35 [1/cm],錫レーザーで30[1/cm]であった。入力エネルギーは各々12J及び14Jであり、小型励起光源を用いた過渡励起電子衝突レーザーとしては最短波長での飽和増幅である。実験的に評価した飽和強度と理論計算による予測との比較から、X線レーザーの線幅としてイオン温度に起因する不均一拡がりと、レーザー準位の衝突励起脱励起に起因する衝突拡がりの両方が、ニッケル様イオンレーザーの場合には重要であることを見い出した。流体コードと衝突輻射モデルを組み合わせた計算に、この線幅の効果を取り入れることにより、実験的に観測されたレーザー線利得の発生位置及びその利得係数の大きさをほぼ再現することができた。

論文

過渡的衝突励起方式によるX線レーザー開発

永島 圭介; 河内 哲哉; 加道 雅孝; 田中 桃子; 長谷川 登; 助川 鋼太*; 難波 慎一; Tang, H.; 大道 博行; 加藤 義章

プラズマ・核融合学会誌, 78(3), p.248 - 255, 2002/03

超短パルスレーザーシステムを励起光源に用いて過渡的衝突励起方式による小型のX線レーザー開発を行っている。励起レーザー光はチタン,銀,スズといった金属ターゲット上に直線状に集光している。これにより、32.6nm(チタン),13.9nm(銀),11.9nm(スズ)の波長でX線レーザーの発振に成功している。さらに、こうしたX線レーザーの空間コヒーレンスを向上させるために高コヒーレントシード光の増幅実験を計画している。

論文

Near field imaging of the transient collisional excitation Ni-like Ag X-ray laser

田中 桃子; 河内 哲哉; 加道 雅孝; 長谷川 登; 助川 鋼太*; Lu, P.; 永島 圭介; 加藤 義章; 竹中 久貴*

Surface Review and Letters, 9(1), p.641 - 644, 2002/02

 被引用回数:12 パーセンタイル:54.02(Chemistry, Physical)

X線レーザーの近視野像をとることは、X線レーザーを集光して用いる利用実験を行ううえで不可欠であり、X線レーザーの高度化を行ううえで必要なゲイン領域の形状などについての情報を与える。X線レーザー研究グループでは過渡利得型電子衝突励起方式により、ネオン様チタン,ニッケル様銀,ニッケル様スズなどの発振に成功している。この会議では、X線多層膜ミラーを用いてニッケル様銀レーザー(波長13.9nm)の近視野像を観測した結果について報告する。ターゲット長を変えてイメージをとった結果、ターゲット表面から30~50$$mu$$mでX線が増幅されていく様子が観測された。利得領域は数10$$mu$$m程度の大きさで、内部に局所的にX線の強い領域がいくつか存在した。また、進行波励起を導入した実験でも同様の結果が得られた。

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