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論文

Activation and control of visible single defects in 4H-, 6H-, and 3C-SiC by oxidation

Lohrmann, A.*; Castelletto, S.*; Klein, J. R.*; 大島 武; Bosi, M.*; Negri, M.*; Lau, D. W. M.*; Gibson, B. C.*; Prawer, S.*; McCallum, J. C.*; et al.

Applied Physics Letters, 108(2), p.021107_1 - 021107_4, 2016/01

 被引用回数:26 パーセンタイル:81.53(Physics, Applied)

Creation and characterisation of single photon emitters near the surface of 4H- and 6H-silicon carbide bulk substrates and 3C-SiC epitaxially grown on silicon substrates were investigated. These single photon emitters can be created and stabilized by thermal annealing in an oxygen atmosphere at temperatures above 550 $$^{circ}$$C. Hydrofluoric acid (HF) treatment is shown to effectively annihilate the emission from defects and to restore an optically clean surface. However, the emission from the defects can be obtained after re-oxidation above 550 $$^{circ}$$C. By measuring using standard confocal microscopy techniques, the excited state lifetimes for the emitters are found to be in the nanosecond regime in all three polytypes, and the emission dipoles are aligned with the lattice.

論文

Single-photon emitting diode in silicon carbide

Lohrmann, A.*; 岩本 直也*; Bodrog, Z.*; Castelletto, S.*; 大島 武; Karle, T. J.*; Gali, A.*; Prawer, S.*; McCallum, J. C.*; Johnson, B. C.*

Nature Communications (Internet), 6, p.7783_1 - 7783_7, 2015/07

 被引用回数:110 パーセンタイル:96.86(Multidisciplinary Sciences)

A new single photon source (SPS) was found in hexagonal silicon carbide (SiC), and the luminescence from the SPS could be controlled by the operation of the pn diode. The SPS showed electro-luminescence (EL) with spectra between 700 and 850 nm (zero phonon line: 745 nm) and the EL could be easily observed at even room temperature (RT). Also, the SPS has very high thermal stability and can be observed even after 1800 $$^{circ}$$C annealing. The luminescence from the SPS was also observed by photo-luminescence measurements at RT. From Ab initio calculation, it was proposed that the silicon antisite defects beneath cubic SiC inclusion are a reasonable structure for the SPS although the identification of the SPS has not yet done.

論文

Room temperature quantum emission from cubic silicon carbide nanoparticles

Castelletto, S.*; Johnson, B. C.*; Zachreson, C.*; Beke, D.*; Balogh, I.*; 大島 武; Aharonovich, I.*; Gali, A.*

ACS Nano, 8(8), p.7938 - 7947, 2014/08

Single Photon Sources (SPSs) in cubic (3C) Silicon Carbide (SiC) Nano Particles (NPs) were investigated. As a result, photo luminescence (PL) with broad emission at wavelength ranges between 600 and 800 nm was observed from 3C-SiC NPs at room temperature. The second order photon auto-correlation measurements revealed that defect with the PL characteristic is SPSs. The intensity and stability of the PL increased when samples were irradiated with electrons and subsequently annealed at 500 $$^{circ}$$C. From PL measurements at low temperature and theoretical analysis using spin-polarized density functional theory, the defect can be identified as carbon-antisite carbon-vacancy pair (C$$_{Si}$$V$$_{C}$$).

論文

A Silicon carbide room-temperature single-photon source

Castelletto, S.*; Johnson, B.*; Ivady, V.*; Stavrias, N.*; 梅田 享英*; Gali, A.*; 大島 武

Nature Materials, 13(2), p.151 - 156, 2014/02

 被引用回数:312 パーセンタイル:99.38(Chemistry, Physical)

単一フォトンの発生や検出は量子力学の実験的な基盤や計測理論に重要な役割を示す。また、効率的、高品質の単一発光源は量子情報等の実現にとって不可欠と考えられている。本研究では、室温においても非常に明るく安定な炭化ケイ素(SiC)中の単一発光源の形成と同定に成功した。この単一発光源はSiC中のシリコンサイトを炭素で置換した炭素アンチサイト(C$$_{Si}$$)と炭素空孔(V$$_{C}$$)の複合欠陥(C$$_{Si}$$V$$_{C}$$)として知られる点欠陥であり、高純度SiCに対して、電子線照射と照射後の熱処理を組み合わせることで形成が可能となる。非常に明るい光源(2$$times$$10$$^{6}$$ counts/s)であり、キャビティーの使用が無い場合においても高い量子効率が得られる。

論文

Detection of atomic spin labels in a lipid bilayer using a single-spin nanodiamond probe

Kaufmann, S.*; Simpson, D. A.*; Hall, L. T.*; Perunicic, V.*; Senn, P.*; Steinert, S.*; McGuinness, L. P.*; Johnson, B. C.*; 大島 武; Caruso, F.*; et al.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 110(27), p.10894 - 10898, 2013/07

 被引用回数:81 パーセンタイル:92.61(Multidisciplinary Sciences)

The detection of gadolinium (Gd) spin labels in an artificial cell membrane under ambient conditions was demonstrated using a single-spin nanodiamond sensor which is negatively charged nitrogen vacancy centers in nanodiamond. Changes in the spin relaxation time (T1) of the sensor located in the lipid bilayer were optically detected using a confocal microscope system. As a result, T1 decreased with increasing proximal Gd labels. The detection of such small numbers of spins in a model biological setting opens a new pathway for in-situ nanoscale detection of dynamical processes in biology.

論文

ISSCREM: International Space Station Cosmic Radiation Exposure Model

El-Jaby, S.*; Lewis, B. J.*; Tomi, L.*; Sihver, L.*; 佐藤 達彦; Lee, K. T.*; Johnson, A. S.*

Proceedings of IEEE Aerospace Conference 2013 (Internet), 18 Pages, 2013/03

国際宇宙ステーション(ISS)の軌道と太陽活動周期から、ISS内に滞在する宇宙飛行士の被ばく線量を評価する半経験モデルISSCREMを開発した。本モデルは、組織等価ガス比例計数管(TEPC)で測定した銀河宇宙線(GCR)及び捕捉放射線(TR)による実用線量当量を、それぞれ精度10%及び20%の範囲内で再現することが可能である。また、報告者が行った放射線輸送計算コードPHITSを用いた解析結果と組合せることにより、宇宙飛行士のリスク評価で必要となる実効線量当量も導出することができる。

論文

ENDF/B-VII.1 nuclear data for science and technology; Cross sections, covariances, fission product yields and decay data

Chadwick, M. B.*; Herman, M.*; Oblo$v{z}$insk$'y$, P.*; Dunn, M. E.*; Danon, Y.*; Kahler, A. C.*; Smith, D. L.*; Pritychenko, B.*; Arbanas, G.*; Arcilla, R.*; et al.

Nuclear Data Sheets, 112(12), p.2887 - 2996, 2011/12

 被引用回数:1623 パーセンタイル:100(Physics, Nuclear)

原子力科学・技術の利用分野ための評価済み核データライブラリーENDF/B-VII.1を公開した。米国核データ評価委員会が中心となって評価・整備したこの最新ライブラリーは、前バージョン(ENDF/B-VII.0)公開以後に得られた原子核理論や実験に関する知見を反映した中性子断面積,共分散,核分裂収率や崩壊データ等を格納している。ライブラリーの主な更新内容は、核種数の拡大、共分散データの拡充、R行列理論に基づく軽核の共鳴パラメータ評価、中重核やアクチノイドデータの改訂等である。核外輸送コードMCNPによるベンチマーク解析を行った結果、臨界予測性能等のパフォーマンスが向上した。

論文

Plasma boundary and first-wall diagnostics in ITER

Pitcher, C. S.*; Andrew, P.*; Barnsley, R.*; Bertalot, L.*; Counsell, G. G.*; Encheva, A.*; Feder, R. E.*; 波多江 仰紀; Johnson, D. W.*; Kim, J.*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 415(Suppl.1), p.S1127 - S1132, 2011/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Materials Science, Multidisciplinary)

ITER plasma boundary and first-wall diagnostics are summarized in terms of their physical implementation and physics motivation. The challenge of extracting diagnostic signals while maintaining nuclear shielding is discussed, as well as the problems associated with high levels of erosion and redeposition.

論文

Event structure and double helicity asymmetry in jet production from polarized $$p + p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review D, 84(1), p.012006_1 - 012006_18, 2011/07

 被引用回数:25 パーセンタイル:72.31(Astronomy & Astrophysics)

重心エネルギー200GeVでの縦偏極陽子陽子衝突からのジェット生成のイベント構造と二重非対称($$A_{LL}$$)について報告する。光子と荷電粒子がPHENIX実験で測定され、イベント構造がPHYTIAイベント生成コードの結果と比較された。再構成されたジェットの生成率は2次までの摂動QCDの計算で十分再現される。測定された$$A_{LL}$$は、一番低い横運動量で-0.0014$$pm$$0.0037、一番高い横運動量で-0.0181$$pm$$0.0282であった。この$$A_{LL}$$の結果を幾つかの$$Delta G(x)$$の分布を仮定した理論予想と比較する。

論文

Identified charged hadron production in $$p + p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 and 62.4 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review C, 83(6), p.064903_1 - 064903_29, 2011/06

 被引用回数:156 パーセンタイル:99.42(Physics, Nuclear)

200GeVと62.4GeVでの陽子陽子の中心衝突からの$$pi, K, p$$の横運動量分布及び収量をRHICのPHENIX実験によって測定した。それぞれエネルギーでの逆スロープパラメーター、平均横運動量及び単位rapidityあたりの収量を求め、異なるエネルギーでの他の測定結果と比較する。また$$m_T$$$$x_T$$スケーリングのようなスケーリングについて示して陽子陽子衝突における粒子生成メカニズムについて議論する。さらに測定したスペクトルを二次の摂動QCDの計算と比較する。

論文

Azimuthal correlations of electrons from heavy-flavor decay with hadrons in $$p+p$$ and Au+Au collisions at $$sqrt{s_{NN}}$$ = 200 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Aramaki, Y.*; et al.

Physical Review C, 83(4), p.044912_1 - 044912_16, 2011/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:52.71(Physics, Nuclear)

重いフレーバーのメソンの崩壊からの電子の測定は、このメソンの収量が金金衝突では陽子陽子に比べて抑制されていることを示している。われわれはこの研究をさらに進めて二つの粒子の相関、つまり重いフレーバーメソンの崩壊からの電子と、もう一つの重いフレーバーメソンあるいはジェットの破片からの荷電ハドロン、の相関を調べた。この測定は重いクォークとクォークグルオン物質の相互作用についてのより詳しい情報を与えるものである。われわれは特に金金衝突では陽子陽子に比べて反対側のジェットの形と収量が変化していることを見いだした。

論文

Measurement of neutral mesons in $$p$$ + $$p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 GeV and scaling properties of hadron production

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review D, 83(5), p.052004_1 - 052004_26, 2011/03

 被引用回数:149 パーセンタイル:98.49(Astronomy & Astrophysics)

RHIC-PHENIX実験で重心エネルギー200GeVの陽子陽子衝突からの$$K^0_s$$, $$omega$$, $$eta'$$$$phi$$中間子生成の微分断面積を測定した。これらハドロンの横運動量分布のスペクトルの形はたった二つのパラメーター、$$n, T$$、のTsallis分布関数でよく記述できる。これらのパラメーターはそれぞれ高い横運動量と低い横運動量の領域のスペクトルを決めている。これらの分布をフィットして得られた積分された不変断面積はこれまで測定されたデータ及び統計モデルの予言と一致している。

論文

Overview of high priority ITER diagnostic systems status

Walsh, M.*; Andrew, P.*; Barnsley, R.*; Bertalot, L.*; Boivin, R.*; Bora, D.*; Bouhamou, R.*; Ciattaglia, S.*; Costley, A. E.*; Counsell, G.*; et al.

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/03

The ITER device is currently under construction. To fulfil its mission, it will need a set of measurement systems. These systems will have to be robust and satisfy many requirements hitherto unexplored in Tokamaks. Typically, diagnostics occupy either a removable item called a port plug, or installed inside the machine as an intricate part of the overall construction. Limited space availability has meant that many systems have to be grouped together. Installation of the diagnostic systems has to be closely planned with the overall schedule. This paper will describe some of the challenges and systems that are currently being progressed.

論文

Defining the infrared systems for ITER

Reichle, R.*; Andrew, P.*; Counsell, G.*; Drevon, J.-M.*; Encheva, A.*; Janeschitz, G.*; Johnson, D. W.*; 草間 義紀; Levesy, B.*; Martin, A.*; et al.

Review of Scientific Instruments, 81(10), p.10E135_1 - 10E135_5, 2010/10

 被引用回数:23 パーセンタイル:71.53(Instruments & Instrumentation)

ITER will have wide angle viewing systems and a divertor thermography diagnostic which shall provide infrared coverage of the divertor and large parts of the first wall surfaces with spatial and temporal resolution adequate for operational purposes and higher resolved details of the divertor and other areas for physics investigations. We propose specifications for each system such that they jointly respond to the requirements. Risk analysis driven priorities for future work concern mirror degradation, interfaces with other diagnostics, radiation damage to refractive optics, reflections and the development of calibration and measurements methods for varying optical and thermal target properties.

論文

Effects of ripple-induced ion thermal transport on H-mode plasma performance

L$"o$nnroth, J.-S.*; Parail, V.*; Hyn$"o$nen, V.*; Johnson, T.*; Kiviniemi, T.*; 大山 直幸; Beurskens, M.*; Howell, D.*; Saibene, G.*; de Vries, P.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 49(3), p.273 - 295, 2007/03

 被引用回数:14 パーセンタイル:45.66(Physics, Fluids & Plasmas)

JET/JT-60U比較実験の結果をMHD安定性の観点から説明できるかどうか試みた結果、実験結果を再現することはできなかった。そこで、リップル損失がHモード性能に与える影響について調べた結果、熱化イオンのリップル損失がHモードプラズマの性能に敏感に影響を与えることがわかった。軌道追跡計算の結果、拡散的な輸送は径方向に広範囲に渡るイオン熱拡散係数に影響を与えること、非拡散的な輸送は周辺部に局在していることがわかった。非拡散的な損失に対応するエネルギーのシンク項を導入したシミュレーションコードを用いて、ELM周波数の増加とペデスタル性能の劣化を再現することができた。

報告書

In-plant Measurements of Gamma-ray Transmissions for Precise K-edge and Passive Assay of Plutonium Concentration and Isotopic Fractions in Product Solutions

Russo, P. A.*; Hsue, S. T.*; Sprinkle, J. K. Jr.*; Johnson, S. S.*; 朝倉 祥郎*; 近藤 勲*; 舛井 仁一*; 庄司 和弘*

PNC TN841 82-10, 76 Pages, 1982/08

PNC-TN841-82-10.pdf:4.87MB

None

口頭

Results of the variable toroidal field ripple experiments in JET

Saibene, G.*; McDonald, D. C.*; Beurskens, M.*; Salmi, A.*; Lonnroth, J. S.*; Parail, V.*; de Vries, P.*; Andrew, Y.*; Budny, R.*; Boboc, A.*; et al.

no journal, , 

本発表は0.08%から約1%までトロイダル磁場リップルの振幅を変化できるJETにおけるリップル実験の結果を報告するものである。リップルがペデスタルとコアプラズマに与える影響をq$$_{95}$$=3$$sim$$3.6のELMy Hモードプラズマで測定した。Hモード特性の変化は明確であるが、閉じ込め性能が劣化する物理機構は明確でない。プラズマ密度の減少や閉じ込め性能劣化は0.5%程度のリップルで観測されるが、その閾値はプラズマパラメータで変化する。リップルはペデスタル圧力とELMにも影響を与える。また、プラズマ回転もリップルの影響を強く受ける。

口頭

電子線照射を用いた炭化ケイ素中の単一フォトン源の形成

大島 武; Johnson, B. C.*; Castelletto, S.*; Ivady, V.*; Stavrias, N.*; 梅田 享英*; Gali, A.*

no journal, , 

固体中の単一発光中心の有するスピンや発光を制御することで、従来の半導体デバイスの演算能力を遥かに凌ぐ量子コンピューティングや、高輝度かつナノレベルのサイズ制御でフォトニクスを実現しようという試みが行われている。そこで本研究では、SiCを母材とした量子コンピューティングやフォトニクスに応用可能な単一発光中心の探索を行った。その結果、半絶縁性(SI)六方晶(4H)SiC基板に2MeVのエネルギーの電子線照射及び300$$^{circ}$$Cでの熱処理を行うことで、室温においても非常に高い輝度で発光する新たな欠陥が生成されることを見出した。低温におけるフォトルミネッセンス(PL)測定により、この欠陥はABラインとして報告されている640$$sim$$680nm付近にピーク(ゼロフォノンライン)を有する発光中心であることが判明した。更に、共焦点蛍光顕微鏡(CFM)を用いたアンチバンチング測定及び理論計算を行うことで、この欠陥は単一発光中心であり、正に帯電した炭素アンチサイト-炭素空孔ペア(C$$_{Si}$$V$$_{C}$$$$^{+}$$)であると帰結された。

口頭

SiC中の単一発光源となる欠陥の探索

大島 武; 小野田 忍; 牧野 高紘; 岩本 直也*; Johnson, B. C.*; Lohrmann, A.*; Karle, T.*; McCallum, J. C.*; Castelletto, S.*; 梅田 享英*; et al.

no journal, , 

固体中の単一発光源(SPS)の有するスピンや発光を制御することで、量子コンピューティングやフォトニクスを実現しようという試みが行われている。本研究ではSiCを母材としたSPSの探索を行った。半絶縁性(SI)六方晶(4H)SiC基板に室温にて2MeVのエネルギーの電子線照射後、Ar中、30分間の熱処理を行った。室温又は低温におけるフォトルミネッセンス(PL)測定及び室温における共焦点蛍光顕微鏡(CFM)を用いたアンチバンチング測定によりSPSを探索した。1$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$の電子線照射後に300$$^{circ}$$Cで熱処理を行った試料に対して80KでのPL測定を行ったところ、850$$sim$$950nm付近にSi空孔が起因のVラインと呼ばれるPL発光が、650$$sim$$700nm付近にC$$_{Si}$$V$$_{C}$$起因のABラインと呼ばれる二種類のPL発光が観測された。ABラインの発光を有する欠陥中心に対して、CFMを用いて室温でアンチバンチグ測定を行った結果、C$$_{Si}$$V$$_{C}$$が単一発光源であることが判明した。また、これまでSteedsらによりABラインは中性のC$$_{Si}$$V$$_{C}$$と主張されていたが、ab initio計算から、この波長領域にPL発光を持つためには正に帯電しているC$$_{Si}$$V$$_{C}$$であるという結果を得た。

口頭

高温熱処理したSiC中に存在する単一光子源

大島 武; Lohrmann, A.*; Johnson, B. C.*; Castelletto, S.*; 小野田 忍; 牧野 高紘; 武山 昭憲; Klein, J. R.*; Bosi, M.*; Negri, M.*; et al.

no journal, , 

量子スピントロニクスや量子フォトニクスへの応用が期待される炭化ケイ素半導体(SiC)中の単一光子源(SPS)に関して、デバイス作製の際に用いる高温熱処理といったプロセス後にも安定に存在するSPSの探索を行った。共焦点蛍光顕微鏡(CFM)観察の結果、1600$$^{circ}$$C以上での熱処理後も550$$sim$$600nmの波長帯に室温においても高輝度で発光特性を示すSPSが存在することが確認された。加えて、未熱処理のSiC基板のCFM観察を行ったところ、非常に少量ではあるが同様なSPSが存在することも判明したが、発光は不安定であり、数秒間の観察中に発光が消失してしまうことが見いだされた。そこで、熱処理温度(酸素中、5分間)とSPSの発光の安定性の関係を調べたところ、550$$^{circ}$$C以上の熱処理で発光が安定化することが明らかとなった。

口頭

Visible range photoluminescence from single photon sources in 3C, 4H and 6H silicon carbide

Lohrmann, A.*; Castelletto, S.*; Klein, J. R.*; Bosi, M.*; Negri, M.*; Lau, D. W. M.*; Gibson, B. C.*; Prawer, S.*; McCallum, J. C.*; 大島 武; et al.

no journal, , 

The single photon sources (SPSs) in the visible spectral region were fabricated near the surface of semi-insulating (SI) 4H-silicon carbide (SiC), SI 6H-SiC substrates and 3C-SiC epitaxial films by annealing in dry oxygen. The photoluminescence (PL) with high intensity was observed from samples after oxygen annealing above 550 $$^{circ}$$C although blinking characteristics of PL were observed from samples annealed below 550 $$^{circ}$$C. Also, the samples annealed above 550 $$^{circ}$$C showed blinking characteristics after removing oxygen atoms terminating the surface by HF-etching. Therefore, we can conclude that the oxygen termination is important to obtain stable PL characteristics from the SPSs near the surface of SiC.

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