Electrical conductivity through a single atomic step measured with the proximity-induced superconducting pair correlation

Kim, H.*; Lin, S.-Z.*; Graf, M.*; 宮田 佳典*; 永井 佑紀; 加藤 岳生*; 長谷川 幸雄*

Physical Review Letters, 117(11), p.116802_1 - 116802_5, 2016/09

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.117.116802

近年、物質の表面や界面に原子層数層程度の金属的電子伝導領域を作成しコントロールすることが可能となり、それらを用いた革新的デバイス作製へ向けて世界中で盛んに研究が行われている。特に、Si基盤上に再構成されたSi(111)表面(SiC)は、様々な原子層を載せることで電気抵抗ゼロを示すなど多彩な物性を示す。本論文では、このSiCの原子層のステップ状構造における電気伝導率を測定するための手法を開発したことを報告する。その際、PbのナノアイランドをSiC上に載せ低温で超伝導化させてその超伝導近接効果を走査型トンネル顕微鏡を用いて調べた。なお、上記課題の解決にあたり、走査型トンネル顕微鏡によって得られた測定データと超伝導近接効果を記述する理論計算を比較することで、原子層のステップ状構造の電気伝導率を決めることができた。これらの結果は、界面や表面を利用したデバイス開発に資する成果であり、広く原子力分野の材料開発のためのシミュレーション基盤開発にも資する成果である。

Imaging Josephson vortices on the surface superconductor Si(111)-()-In using a scanning tunneling microscope

吉澤 俊介*; Kim, H.*; 川上 拓人*; 永井 佑紀; 中山 知信*; Hu, X.*; 長谷川 幸雄*; 内橋 隆*

Physical Review Letters, 113(24), p.247004_1 - 247004_5, 2014/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.247004

物質の表面や界面で生じる超伝導は、その二次元性やコントロール性などにより、高い超伝導転移温度の実現が期待され、盛んに研究がなされている。特に、Siの表面上にInの単層膜を作製すると、そのIn原子層においてゼロ抵抗を示し超伝導状態になることが知られている。そこで、本論文では、走査型トンネル顕微鏡による磁場中の表面測定と理論計算の比較を行った。なお、上記課題の解決にあたり、Si表面上に存在するステップ状構造を超伝導体の繋がりとしてモデル化し機構の有するスーパーコンピュータBX900でシミュレーションを実行することにより、実験結果と定性的に一致する結果を得ることができた。特に、実験で見られているステップ境界においてトラップされた磁束が、通常の磁束ではなく高温超伝導体で典型的に見られるジョセフソン磁束となっていることを明らかにした。これらの結果は、超伝導体の基礎物性を明らかにするのみならず、界面や表面を利用したデバイス開発に資する成果であり、広く原子力分野の材料開発のためのシミュレーション基盤開発にも資する成果である。

Electron compound nature in a surface atomic layer of a two-dimensional hexagonal lattice

松田 巌*; 中村 史一*; 久保 敬祐*; 平原 徹*; 山崎 詩郎*; Choi, W. H.*; Yeom, H. W.*; 成田 尚司*; 深谷 有喜; 橋本 美絵*; et al.

Physical Review B, 82(16), p.165330_1 - 165330_6, 2010/10

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.165330

一価金属の共吸着でSi(111)表面上に形成される超構造は、表面状態の電子数と吸着金属の原子数の割合が常に一定で形成される。このことは、超構造が電子化合物の特性を持つことを意味している。われわれは、二次元表面合金相である超構造の安定性を調べるために、Hume-Rothery型化合物における代表的な2つの理論、Jones model及びpseudopotential modelを用いて解析を行った。解析の結果、二次元表面合金相においてはJones modelが破綻しており、pseudopotential modelにおける二次元の表面状態電子を介した中距離原子間相互作用の重要性を見いだした。

実機シュラウド材の3次元アトムプローブ分析(受託研究)

近藤 啓悦; 根本 義之; 三輪 幸夫; 加治 芳行; 塚田 隆; 永井 康介*; 長谷川 雅幸*; 大久保 忠勝*; 宝野 和博*

JAEA-Research 2006-013, 39 Pages, 2006/12

JAEA-Research-2006-013.pdf:4.57MB

沸騰水型軽水炉(BWR)炉心シュラウドなどにおいて低炭素オーステナイト系ステンレス鋼の応力腐食割れ(SCC)発生が報告されている。機構解明のためにBWR炉心シュラウドから採取されたサンプル(SUS316L)の3次元アトムプローブ分析を行った。その結果、粒内において偏析及び析出物生成,スピノーダル分解などに伴う溶質元素の不均一分布は観察されなかった。また、結晶粒界の分析の結果、粒界において原子層レベルでも明確なCrの欠乏層が存在しなかったことから、低炭素ステンレス鋼のSCCにはCr欠乏による耐食性劣化とは異なるき裂進展機構が存在することが明確に示された。他の溶質元素についてはMo及びSiが、粒界において従来のFE-TEM/EDSによって分析された濃度値よりも高濃度で濃縮している可能性が示唆された。

Estimation of activity and dose distributions around a proton linac induced by beam spill

中島 宏; 笹本 宣雄; 坂本 幸夫; 草野 譲一; 長谷川 和男; 半田 博之*; 林 克己*; 山田 弘文*; 阿部 輝男*

Journal of Nuclear Science and Technology, 37(Suppl.1), p.870 - 874, 2000/03

https://doi.org/10.1080/00223131.2000.10875014

中性子科学研究計画では、大強度陽子線形加速器の建設を計画している。この線形加速器の保守にあたっては、"Hands-on-Maintenance"が提案されている。この保守を可能にする線量及び放射能レベルを達成するための目安として、1W/mのビームロス率が採用されようとしている。しかし、この値は経験によるものであって、実験や計算によって確認されたものではない。そこで、NMTC/JAERI97及びDCHAIN-SPを用いて、このビームロス率により加速管及びその周囲に生じる放射能分布を計算した。さらに、QAD-CGGP2を用いて、加速管周囲の線量分布を計算した。その結果、1年間の運転直後の放射能レベルは、最大で数kBq/gであることから、1W/mのビームロス率で"Hands-on-Maintenance"が可能であることを明らかにした。

パンケーキ巻線方式による中心ソレノイド・コイルの設計

吉田 清; 西 正孝; 辻 博史; 佐々木 崇*; 保川 幸雄*; 塚本 英雄*; 田戸 茂*; 重中 顕*; 住吉 幸博*; 長谷川 満*

日本原子力学会誌, 37(10), p.938 - 947, 1995/00

https://doi.org/10.3327/jaesj.37.938

国際核融合実験炉(ITER)の中心ソレノイドCSコイルにはパンケーキ巻線方式とレヤー巻線のいずれの製作法を採用すべきかの議論があった。コイルの電磁力支持法は、CSコイルを中心支柱としてTFコイルの向心力を支持するバッキング支持法を前提とした場合、レヤー巻は巻線内の機械的均一性に優れるが、製作法に未解決な問題点が多い。一方、パンケーキ巻は製作性には優れるが、導体接続場所がコイルの外周側になるため、TFコイルの向心力支持のための機械的問題がある。本紙では、いくつかの新たな技術を採用して、パンケーキ巻線をバッキング支持方式に適用できないかを検討した結果を報告する。

Mechanical test ofsuperconducting magnet system for fusion experimental reactor

杉本 誠; 吉田 清; 長谷川 満*; 小泉 興一; 中嶋 秀夫; 今野 雅行*; 伊藤 郁夫*; 榊 喜善*; 保川 幸雄*; 佐々木 崇*; et al.

Fusion Technology 1990, p.1530 - 1534, 1991/00

核融合実験炉(FER)用超電導磁石システムの支持構造物の機械試験を行なった。FER用超電導磁石システムには巨大な電磁力が作用する。このため構造支持に不可欠のものであるが、炉の構造上充分な空間を確保できぬ可能性があるため、種々の検討が行われている。本発表では、トロイダルコイルのトーラス構造、シェアパネル支持およびポロイダルコイルの剛性に関する実験を行い、これらの構造支持物の健全性評価及び実機応用について考察を行なった。FERのTFコイル支持では、ウエッジ支持およびシェアパネル支持が提唱されている。これらは巨大の圧縮力、およびせん断力をうける。このためウェッジ支持部では摩擦力を有効に利用した支持法について検討を行なった。ポロイダルコイルについてはCSコイル、EFコイルの剛性評価を定量的に検討した。

Relativistic soft X-ray harmonics beam characterizing by high performance imaging using sub-micron resolution LiF detectors

Pikuz, T.; Faenov, A.*; Pirozhkov, A. S.; 錦野 将元; 長谷川 登; Esirkepov, T. Z.; 小瀧 秀行; 林 由紀雄; 小倉 浩一; Koga, J. K.; et al.

no journal, , 

We demonstrated that sub-micron resolution, high dynamic range LiF detectors, based on the formation under EUV and soft X-ray irradiation of optically active color centers, allowed applying a single shot imaging technique for characterizing relativistic high order harmonic beams, generated by an oscillating electron spikes formed in underdense gas jet plasma created by relativistically self-focusing laser pulses. The LiF film was used for near-field diffraction imaging of the HOH beam and investigation of its coherent properties. The focusability of the HOH beam was investigated using spherical Mo/Si mirror and LiF crystal. Using such technique the sizes and complexity of the HOH source structure have been measured.

On-axis and off-axis high order harmonics generation by relativistic laser in gas jet target

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Pikuz, T.; Faenov, A. Ya.*; 小倉 浩一; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; Ragozin, E. N.*; Neely, D.*; et al.

no journal, , 

We have recently discovered a new regime of high-order harmonic generation by multi-TW femtosecond lasers focused to gas jet targets, where comb-like spectra with hundreds of harmonic orders, reaching the photon energy of 500 eV, including the "water window" spectral range, were generated by either linearly or circularly polarized pulses. In this presentation we describe the results of new experiments with the J-KAREN laser in KPSI, JAEA, namely (1) the discovery of a strong off-axis XUV high-order harmonics emission, (2) the detailed study of the high-resolution on-axis harmonics spectra, and (3) the measurements of the harmonics source size and angular divergence which allow more accurate estimate of the peak spectral brightness, much more favorable compared to the previous conservative estimates.

High-order harmonics from singularities of relativistic plasma

Pirozhkov, A. S.; 神門 正城; Esirkepov, T. Z.; Pikuz, T. A.*; Faenov, A. Ya.*; 小倉 浩一; 林 由紀雄; 小瀧 秀行; Ragozin, E. N.*; Neely, D.*; et al.

no journal, , 

We have discovered a new regime of high-order harmonic generation in gas jet targets driven by multi-TW femtosecond lasers. In this presentation, we discuss the results of recent experiments demonstrating bright off-axis () XUV harmonic emission. High-resolution harmonic source imaging reveals that the radiation is emitted by tiny sub-m sources, in accordance with the model prediction.