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論文

Total-reflection high-energy positron diffraction (TRHEPD) for structure determination of the topmost and immediate sub-surface atomic layers

深谷 有喜; 河裾 厚男*; 一宮 彪彦*; 兵頭 俊夫*

Journal of Physics D; Applied Physics, 52(1), p.013002_1 - 013002_19, 2019/01

 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

最近、物質の表面構造を調べることを目的に、全反射高速陽電子回折(TRHEPD)法を開発した。TRHEPD法は反射高速電子回折(RHEED)の陽電子版である。入射する視射角に依存して、陽電子は物質表面で全反射もしくは、表面下数層に徐々に侵入する特徴がある。したがって、深いバルクからの影響なしに、最表面およびその直下の構造についての情報を得ることができる。本レビュー論文では、TRHEPDの特徴と固体表面および2次元物質の構造決定に適用した例について報告する。

論文

Research progress at the Slow Positron Facility in the Institute of Materials Structure Science, KEK

兵頭 俊夫*; 和田 健*; 望月 出海*; 木村 正雄*; 峠 暢一*; 設楽 哲夫*; 深谷 有喜; 前川 雅樹*; 河裾 厚男*; 飯田 進平*; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 791(1), p.012003_1 - 012003_8, 2017/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:9.52

本論文では、高エネルギー加速器研究機構(KEK)物質構造科学研究所(IMSS)低速陽電子実験施設(SPF)で得られた最近の成果を報告する。全反射高速陽電子回折(TRHEPD)実験では、ルチル型TiO$$_{2}$$(110)($$1times2$$)表面、Cu(111)およびCo(0001)基板上のグラフェン、Al(111)基板上のゲルマネンの構造を明らかにした。ポジトロニウム負イオン(Ps$$^{-}$$)ステーションでは、Ps$$^{-}$$の共鳴状態の観測に成功した。ポジトロニウム飛行時間測定(Ps-TOF)ステーションでは、ポジトロニウムの生成効率の増大とポジトロニウム生成・放出過程におけるエネルギー損失を観測した。陽電子ビームラインにパルスストレッチングセクションが導入され、陽電子ビームのパルス幅が1.2$$mu$$sから20msまで可変になった。

論文

全反射高速陽電子回折(TRHEPD)法によるルチル型TiO$$_{2}$$(110)(1$$times$$2)表面の構造決定

望月 出海*; 有賀 寛子*; 深谷 有喜; 和田 健*; 前川 雅樹*; 河裾 厚男*; 設楽 哲夫*; 朝倉 清高*; 兵頭 俊夫*

表面科学, 37(9), p.451 - 456, 2016/09

本論文では、30年間構造が確定しなかった、触媒の担体として知られるルチル型の二酸化チタン表面の構造解析について報告する。全反射高速陽電子回折(TRHEPD)を用いて、陽電子の回折スポット強度の視射角依存性の測定および、動力学的回折理論に基づく強度解析を行った。その結果、最近Wangらが理論的に提唱した構造モデルを用いると実験結果をよく説明できることがわかった。

論文

Structure determination of the rutile-TiO$$_{2}$$(110)-(1$$times$$2) surface using total-reflection high-energy positron diffraction (TRHEPD)

望月 出海*; 有賀 寛子*; 深谷 有喜; 和田 健*; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 設楽 哲夫*; 朝倉 清高*; 兵頭 俊夫*

Physical Chemistry Chemical Physics, 18(10), p.7085 - 7092, 2016/03

 被引用回数:8 パーセンタイル:35.16(Chemistry, Physical)

本研究では、全反射高速陽電子回折(TRHEPD)法を用いて、30年来議論が続くルチル型の二酸化チタン表面の原子配置を決定した。陽電子の反射強度の入射角依存性を測定し、様々な構造モデルを仮定した計算結果との比較を行った。構造解析の結果、OnishiとIwasawaが提唱した構造モデルに最表面の酸素原子の非対称性を取り入れることにより、実験結果をよく説明できることがわかった。

論文

スピン偏極陽電子ビームの応用研究

河裾 厚男

放射線と産業, (139), p.18 - 22, 2015/12

スピン偏極陽電子ビームを用いた強磁性材料のバンド構造に関する研究、及び、最表面における電流誘起スピン蓄積に関する研究について平易に解説する。スピン偏極陽電子をハーフメタルとして期待されるCo$$_{2}$$MnSiとCo$$_{2}$$MnAlに打込み、消滅$$gamma$$線のドップラー拡がりスペクトルを観測した。その結果、これら合金のバンド構造がCo-Mn間の無秩序化に対して安定であることが知られた。また、バンド理論との比較からCo$$_{2}$$MnSiが高いハーフメタル性を持っていることが分かった。Au, Cu, Pt, Pd, TaそしてW薄膜表面における電流誘起スピン蓄積をポジトロニウム消滅法により観測した。その結果、AuとCuではスピン蓄積が非常に小さいのに対して、それら以外の薄膜については数%オーダーのスピン蓄積が見られた。また、PtとPd対WとTaでは、同じ電流の向きに対して誘起されるスピン偏極の方向が異なることが分かった。これらは電流誘起スピン蓄積が、スピン軌道相互作用によってもたらされていることを示唆している。

論文

Effect of magnetic field on positron lifetimes of Fe, Co and Ni

Li, H.; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 谷村 直樹*

Journal of Physics; Condensed Matter, 27(24), p.246001_1 - 246001_5, 2015/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:60.4(Physics, Condensed Matter)

Positron lifetime spectra of Fe, Co and Ni were measured under magnetic field using a $$^{22}$$Na source. Very small but distinguishable difference of positron lifetime upon magnetic field reversal was observed suggesting the existence of two bulk lifetimes associated with majority and minority spin electrons. Using two spin-dependent Fe bulk lifetimes, the difference Doppler broadening of annihilation radiation spectra between majority and minority spin electrons were also examined. Agreement between experiment and theory indicates that spin-polarized positron annihilation spectroscopy may have potential in investigation of spin-aligned electron momentum distribution.

論文

Charge-to-spin conversion and spin diffusion in Bi/Ag bilayers observed by spin-polarized positron beam

Zhang, H. J.; 山本 春也; Gu, B.; Li, H.; 前川 雅樹; 深谷 有喜; 河裾 厚男

Physical Review Letters, 114(16), p.166602_1 - 166602_5, 2015/04

 被引用回数:23 パーセンタイル:11.79(Physics, Multidisciplinary)

スピン偏極陽電子ビームを用いた最表面ポジトロニウム消滅過程の観測を通じて、Bi/Ag二層膜中のラシュバ-エデルシュタイン効果に伴う電荷-スピン変換の直接検出に初めて成功した。同一の通電方向に対して、BiとAgの表面では逆のスピン偏極が得られた。スピン偏極率は、膜の厚さが増すとともに指数関数的に減少することが知られた。以上の結果は、Bi/Ag界面で生成したスピンが、両層を通じて最表面に伝導・蓄積することを示している。

論文

Enhanced damage buildup in C$$^{+}$$-implanted GaN film studied by a monoenergetic positron beam

Li, X. F.*; Chen, Z. Q.*; Liu, C.*; Zhang, H.; 河裾 厚男

Journal of Applied Physics, 117(8), p.085706_1 - 085706_6, 2015/02

 被引用回数:19 パーセンタイル:18.22(Physics, Applied)

280keV炭素イオン注入によりGaN中に導入される損傷を低速陽電子ビームを用いて研究した。陽電子消滅$$gamma$$線エネルギースペクトルのドップラー拡がりから、原子空孔クラスターが導入されていることが分かった。800$$^{circ}$$Cのアニールにより、それらはマイクロボイドに成長し、1000$$^{circ}$$Cのアニールでも残留することが明らかになった。透過電子顕微鏡観察の結果、損傷層は非晶質化していることが分かった。GaN中におけるイオン注入によるマイクロボイドの形成と非晶質化は、炭素イオンに特有の現象と考えられる。

論文

放射性同位体を用いたスピン偏極陽電子ビーム

河裾 厚男

陽電子科学, (4), p.9 - 22, 2015/02

本稿では、放射性同位体から生ずる陽電子のスピン偏極性、スピン偏極陽電子ビームの開発、スピン偏極陽電子消滅の基礎、及び、スピン偏極ポジトロニウム測定による金属表面の電流誘起スピン蓄積の研究、について解説する。

論文

Doppler-broadening of annihilation radiation spectroscopy under high magnetic field using a longitudinally spin-polarized slow positron beam

前川 雅樹; Zhang, H.; Li, H.; 深谷 有喜; 河裾 厚男

JJAP Conference Proceedings, Vol.2 (Internet), p.011305_1 - 011305_7, 2014/11

A spin-polarized positron beam generated using a $$^{22}$$Na source, solid neon moderator and magnetic lens was developed. The beam diameter, beam flux and spin polarization were 0.5 mm, 1$$times$$10$$^5$$ e$$^+$$ s$$^{-1}$$ and 27 %, respectively. An electromagnet system, which can generate $$pm$$1 T magnetic field, was also developed and equipped with the beam apparatus. Using this apparatus, Doppler broadening of annihilation radiation spectra under a high magnetic field were measured for bulk polycrystalline Fe, Co and Ni samples and a thin film Co$$_2$$MnSi sample. These spectra showed a clear asymmetry upon field reversal.

論文

Total reflection high-energy positron diffraction; An Ideal diffraction technique for surface structure analysis

深谷 有喜; 前川 雅樹; 河裾 厚男; 望月 出海*; 和田 健*; 設楽 哲夫*; 一宮 彪彦*; 兵頭 俊夫*

Applied Physics Express, 7(5), p.056601_1 - 056601_4, 2014/05

 被引用回数:12 パーセンタイル:35.48(Physics, Applied)

本研究では、全反射条件下におけるSi(111)-$$7times7$$再構成表面からの反射高速陽電子回折(RHEPD)パターンが、結晶内部のバルク原子からの寄与を含まないことを報告する。このことは、バルク原子を含む通常の試料の測定においても、最表面原子の情報のみを反映した回折パターンを観測可能であることを意味する。

論文

Reflection high-energy positron diffraction study on the first surface layer

深谷 有喜; 前川 雅樹; 望月 出海*; 和田 健*; 兵頭 俊夫*; 河裾 厚男

Journal of Physics; Conference Series, 505, p.012005_1 - 012005_6, 2014/04

 被引用回数:1 パーセンタイル:37.67

反射高速陽電子回折(RHEPD)は、陽電子の全反射が存在するため、最表面を研究する上で非常に有力な手法である。全反射条件下では、陽電子の結晶表面への侵入深さは約0.2nmと見積もられる。この深さは、1-2原子層分に相当する。したがって、RHEPDは表面敏感であり、最表面の原子配置を精度よく決定することができる。本講演では、$$^{22}$$Na線源を用いたRHEPD実験により明らかにした2つの表面系を取り上げる。1つはSi(111)-$$8times2$$-In表面でありロッキング曲線の解析から、基底構造がヘキサゴン構造から構成されることを明らかにした。もう1つはSi(111)-$$sqrt{21}timessqrt{21}$$-Ag表面であり、パターン解析から最表面のAg原子の配置を明らかにした。最近、我々は高エネルギー加速器研究機構(KEK)の低速陽電子実験施設にて、電子線形加速器を用いて発生した高強度・高輝度陽電子ビームを利用した新たなRHEPD装置を開発した。全反射条件下におけるSi(111)-$$7times7$$表面からの微弱な分数次の回折スポットの観測に成功した。この新たなRHEPD装置を用いた最表面構造解析の展開についても報告する。

論文

Spin polarizations of positron beams generated using electrostatic and magnetic transportation systems with $$^{68}$$Ge and $$^{22}$$Na sources

前川 雅樹; 深谷 有喜; Zhang, H.; Li, H.; 河裾 厚男

Journal of Physics; Conference Series, 505, p.012033_1 - 012033_4, 2014/04

 被引用回数:5 パーセンタイル:6.32

Spin polarizations of electrostatic positron beams generated using a $$^{68}$$Ge and a $$^{22}$$Na sources with tungsten moderators were 47% and 30%, respectively. A comparable spin polarization (27%) was obtained with much reduced beam diameter (0.5 mm), when electromagnetic lenses, a $$^{22}$$Na source and a tungsten moderator were used. Replacing the tungsten moderator with a solid neon moderator in this system, the beam flux was significantly enhanced with maintaining the spin polarization. The Doppler broadening of annihilation radiation spectra of polycrystalline Fe measured using the above beams showed clear asymmetry upon field reversal.

論文

Total reflection high-energy positron diffraction (TRHEPD)

兵頭 俊夫*; 深谷 有喜; 前川 雅樹; 望月 出海*; 和田 健*; 設楽 哲夫*; 一宮 彪彦*; 河裾 厚男

Journal of Physics; Conference Series, 505(1), p.012001_1 - 012001_5, 2014/04

 被引用回数:4 パーセンタイル:9.06

反射高速陽電子回折(RHEPD)は1992年に提唱され、1998年に初めて実証された。それ以来、RHEPDは表面科学の分野へ多くの寄与を果たしている。最近、原子力機構のRHEPD装置を高エネルギー加速器研究機構低速陽電子実験施設に移設し、輝度増強した高強度陽電子ビームラインへの接続を行った。この陽電子ビームの高強度化により、鮮明なRHEPDパターンが得られるようになった。Si(111)-$$7times7$$表面をテスト試料として用い、RHEPDパターンの観測を行った。陽電子のエネルギーは10kVに設定した。このエネルギーでは、全反射の臨界角は2$$^{circ}$$となる。全反射条件下の視射角1.3$$^{circ}$$で観測したRHEPDパターンは、計算結果と非常によく一致することが分かった。全反射したRHEPDパターンは、本質的に付着原子と表面第一層の原子だけで決定できることも分かった。この手法により、最表面から内部へ向かった表面近傍の構造解析が可能である。我々はこの手法を全反射陽電子回折法と呼ぶ。

論文

Current-induced spin polarization on metal surfaces probed by spin-polarized positron beam

Zhang, H.; 山本 春也; 深谷 有喜; 前川 雅樹; Li, H.; 河裾 厚男; 関 剛斎*; 齊藤 英治*; 高梨 弘毅*

Scientific Reports (Internet), 4, p.4844_1 - 4844_5, 2014/04

 被引用回数:23 パーセンタイル:17.13(Multidisciplinary Sciences)

Current-induced spin polarization (CISP) on the outermost surfaces of Au, Cu, Pt, Pd, Ta, and W nanoscaled films were studied using a spin-polarized positron beam. The Au and Cu surfaces showed no significant CISP. In contrast, the Pt, Pd, Ta, and W films exhibited large CISP (3 to 15% per input charge current of 10$$^{5}$$ A/cm$$^{2}$$) and the CISP of Ta and W were opposite to those of Pt and Pd. The sign of the CISP obeys the same rule in spin Hall effect suggesting that the spin-orbit coupling is mainly responsible for the CISP. The magnitude of the CISP is explained by the Rashba-Edelstein mechanism rather than the diffusive spin Hall effect. This settles a controversy, that which of these two mechanisms dominates the large CISP on metal surfaces.

論文

Structure of silicene on a Ag(111) surface studied by reflection high-energy positron diffraction

深谷 有喜; 望月 出海*; 前川 雅樹; 和田 健*; 兵頭 俊夫*; 松田 巌*; 河裾 厚男

Physical Review B, 88(20), p.205413_1 - 205413_4, 2013/11

 被引用回数:48 パーセンタイル:7.17(Materials Science, Multidisciplinary)

電子線形加速器ベースの輝度増強された高強度の陽電子ビームを用いた反射高速陽電子回折法により、Ag(111)表面上のシリセンの構造を決定した。ロッキング曲線の解析から、シリセンはバックリングした構造を持つことが明らかになり、その上層と下層の間隔は0.83${AA}$であることが分かった。またシリセンの下層と第一Ag層の間隔は、2.14${AA}$ と決定した。これらの値は、0.05${AA}$の誤差範囲内で、以前の理論研究により予測されていた値とよく一致することが分かった。

論文

Current-induced spin polarization on a Pt surface; A New approach using spin-polarized positron annihilation spectroscopy

河裾 厚男; 深谷 有喜; 前川 雅樹; Zhang, H.; 関 剛斎*; 吉野 達郎*; 齊藤 英治*; 高梨 弘毅*

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 342, p.139 - 143, 2013/09

 被引用回数:12 パーセンタイル:37.89(Materials Science, Multidisciplinary)

電流通電下にある白金超薄膜表面におけるスピン偏極陽電子消滅を観測した。その結果、表面で形成されるオルソポジトロニウムの強度が通電方向に応じて変化することが明らかになった。この結果は、通電下において白金表面の伝導電子がスピン偏極していることを示唆している。その場合、伝導電子のスピン偏極率は1%以上であると推定される。

論文

Development of spin-polarized slow positron beam using a $$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga positron source

前川 雅樹; 深谷 有喜; 薮内 敦; 望月 出海; 河裾 厚男

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 308, p.9 - 14, 2013/08

 被引用回数:10 パーセンタイル:22.62(Instruments & Instrumentation)

A $$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga positron source was produced from the $$^{69}$$Ga(p,2n)$$^{68}$$Ge nuclear reaction by irradiating a GaN substrate with 20 MeV protons. Fast positrons from the source were converted to slow positrons using tungsten meshes and foils and were then electrostatically transported to the sample chamber. The spin polarization of the positron beam was determined as 47 $$pm $$8% from the magnetic field dependence of the para-positronium intensity in fused silica. The Doppler broadening of the annihilation radiation spectra of polycrystalline Fe showed asymmetry upon field reversal. The spin-polarized positron beam generated by the $$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga source may be applicable to study the magnetic properties associated with surfaces, interfaces, and thin films.

論文

Spin-polarized positron annihilation spectroscopy for spintronics applications

河裾 厚男; 深谷 有喜; 前川 雅樹; 望月 出海; Zhang, H.

Journal of Physics; Conference Series, 443(1), p.012084_1 - 012084_4, 2013/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:23.54

スピン偏極陽電子はスピントロニクス研究に有用である。われわれは、スピン偏極陽電子源を製造するとともに、それを用いたスピン偏極陽電子ビームの開発を行っている。スピン偏極陽電子消滅の基礎を構築するために、各種の強磁性体について陽電子消滅ドップラー拡がり測定を行ったところ、電子運動量分布が磁場反転効果を示すことが確認された。さらに、白金における電流誘起スピン蓄積効果を調べたところ、最表面において強いスピン蓄積が起こっていることを初めて見いだした。

論文

Reflection high-energy positron diffraction; The Past 15 years and the future

深谷 有喜; 前川 雅樹; 望月 出海; 和田 健*; 兵頭 俊夫*; 河裾 厚男

Journal of Physics; Conference Series, 443(1), p.012068_1 - 012068_6, 2013/06

 被引用回数:11 パーセンタイル:2.3

結晶表面上に異種原子を吸着させることにより、バルク構造とは異なったさまざまな表面超構造を作製することが可能である。これらの表面超構造は、パイエルス不安定性、モット絶縁化、バイポーラロン形成、ラシュバ効果などさまざまな興味深い物性を示す。この物性を理解するには、表面超構造の原子配置の決定が最も基本的かつ重要なことである。反射高速陽電子回折(RHEPD)は、表面第一層で全反射が起こるため、表面敏感なツールである。最表面構造とその動的過程を調べるために、われわれは$$^{22}$$Na線源を用いたRHEPD装置を開発した。最近、われわれは高エネルギー加速器研究機構(KEK)の低速陽電子施設において、リニアックにより発生した高強度陽電子ビームを利用した新しいRHEPD装置の開発に展開している。現在、これまで捉えることのできなかった表面超構造に由来する高次の回折スポットの観察に成功している。本発表では、これまでのRHEPD実験の成果と今後の発展について報告する。

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