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論文

Magnetic patterning of FeRh thin films by energetic light ion microbeam irradiation

小出 哲也*; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 齋藤 勇一; 神谷 富裕; 大河内 拓雄*; 小嗣 真人*; 木下 豊彦*; 中村 哲也*; 岩瀬 彰宏*; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 53(5S1), p.05FC06_1 - 05FC06_4, 2014/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:56.09(Physics, Applied)

MeVエネルギー領域の荷電粒子ビーム照射による金属表面の改質に関する研究を行っている。これまでに、イオンビーム照射によりFeRh合金の磁性を反強磁性状態から強磁性状態に構造変化なく変化できることを見いだした。今回、TIARAの軽イオンマイクロビームを用いたFeRh合金薄膜上へのミクロンサイズの磁性パターン作製を試みた。まず、エネルギー2MeVのプロトンマイクロビームにより膜厚30nmのFeRh合金薄膜に様々なパターンの描画を行い、その後、SPring8における放射光を用いた光電子顕微鏡観察によって磁気ドメイン構造の観察を行った。その結果、ドットや直線,文字などのマイクロメートルサイズの強磁性パターンを試料表面に描画することに成功した。また、照射量により磁化の大きさを制御することに成功し、イオンマイクロビームが、局所的な磁性状態制御に有用な手段であることを示した。

論文

Study on ferromagnetic ordering of FeRh thin films induced by energetic heavy ion irradiation by means of X-ray magnetic circular dichroism

愛甲 一馬*; 唐木 淳志*; 奥田 修一*; 齋藤 勇一; 神谷 富裕; 中村 哲也*; 木下 豊彦*; 岩瀬 彰宏*; 松井 利之*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 314, p.99 - 102, 2013/11

 被引用回数:3 パーセンタイル:67.8(Instruments & Instrumentation)

The ion irradiation induced magnetic state of the FeRh thin films with 10 MeV Iodine ion beam has been investigated by the measurements of a superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer and soft X-ray magnetic circular dichroism (XMCD). It was clearly shown in the magnetization loops by SQUID measurements that the ion irradiation induced ferromagnetic state in the FeRh thin films even below room temperature. This was also confirmed by the XMCD measurements. However ion irradiation fluence dependence on magnetic state at the sample surface measured by XMCD was totally different from that by use of SQUID. Moreover, it was revealed by XMCD sum rule analysis that the ion irradiation induced ferromagnetism of FeRh thin films was mainly dominated by the spin moment.

論文

Epitaxy of graphene on 3C-SiC(111) thin films on microfabricated Si(111) substrates

井出 隆之*; 川合 祐輔*; 半田 浩之*; 吹留 博一*; 小嗣 真人*; 大河内 拓雄*; 遠田 義晴*; 木下 豊彦*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 51(6), p.06FD02_1 - 06FD02_4, 2012/06

 被引用回数:7 パーセンタイル:63.85(Physics, Applied)

Epitaxy of graphene on 3C-SiC(111) formed on microfabricated Si(111) has been demonstrated. Through observations with optical microscopy, micro-Raman spectroscopy, low-energy-electron diffraction, and photoelectron spectroscopy, it is confirmed that the epitaxial graphene is Bernal-stacked with a buffer layer present between the graphene and the 3C-SiC film, which can lead SiC film, which can lead to opening of the band gap necessary for logic operations. The quality of the graphene is improved with the shrinkage of patterned terrace. These results indicate that GOS using substrate microfabrication is a promising method for the realization of graphene-based devices.

論文

MFM and PEEM observation of micrometre-sized magnetic dot arrays fabricated by ion-microbeam irradiation in FeRh thin films

愛甲 一馬*; 唐木 淳志*; 松井 利之*; 岩瀬 彰宏*; 佐藤 隆博; 高野 勝昌*; 江夏 昌志; 齋藤 勇一; 神谷 富裕; 大河内 拓雄*; et al.

Journal of Synchrotron Radiation, 19(2), p.223 - 226, 2012/03

 被引用回数:6 パーセンタイル:62.38(Instruments & Instrumentation)

FeRh thin films were irradiated with 10 MeV iodine ion microbeam to produce the lateral magnetic modification in micron-meter scale. Two-dimensional magnetic dot arrays with the dimension of approximately 2$$times$$4 $$mu$$m$$^2$$ as well as 10$$times$$10 $$mu$$m$$^2$$ were successfully produced on the FeRh surface, which was observed by magnetic force microscopy. The results of the photoelectron emission microscopy combined with X-ray magnetic circular dichroism reveal that the easy axis of the magnetization of the ion beam irradiated ferromagnetism in the FeRh thin films lies in the film planes along the $$<$$001$$>$$ direction of the MgO substrates.

論文

Controls over structural and electronic properties of epitaxial graphene on silicon using surface termination of 3C-SiC(111)/Si

吹留 博一*; 阿部 峻佑*; 高橋 良太*; 今泉 京*; 猪俣 州哉*; 半田 浩之*; 齋藤 英司*; 遠田 義晴*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; et al.

Applied Physics Express, 4(11), p.115104_1 - 115104_3, 2011/11

 被引用回数:31 パーセンタイル:19.59(Physics, Applied)

Epitaxial graphene on Si (GOS) using a heteroepitaxy of 3C-SiC/Si has attracted recent attention owing to its capability to fuse graphene with Si-based electronics. We demonstrate that the stacking, interface structure, and hence, electronic properties of GOS can be controlled by tuning the surface termination of 3C-SiC(111)/Si, with a proper choice of Si substrate and SiC growth conditions. On the Si-terminated 3C-SiC(111)/Si(111) surface, GOS is Bernal-stacked with a band splitting, while on the C-terminated 3C-SiC(111)/Si(110) surface, GOS is turbostratically stacked without a band splitting. This work enables us to precisely control the electronic properties of GOS for forthcoming devices.

論文

Control of epitaxy of graphene by crystallographic orientation of a Si substrate toward device applications

吹留 博一*; 高橋 良太*; 阿部 峻佑*; 今泉 京*; 半田 浩之*; Kang, H. C.*; 唐澤 宏美*; 末光 哲也*; 尾辻 泰一*; 遠田 義晴*; et al.

Journal of Materials Chemistry, 21(43), p.17242 - 17248, 2011/11

 被引用回数:27 パーセンタイル:30.81(Chemistry, Physical)

Graphene is a promising material in the next-generation devices. Large-scale epitaxial graphene should be grown on Si substrates to take over the accumulated technologies for integrated devices. We have for this reason developed epitaxy of graphene on Si (GOS) and device operation of the backgate field-effect transistors (FETs) using GOS has been confirmed. It is demonstrated in this paper that the GOS method enables us to tune the structural and electronic properties of graphene in terms of the crystallographic orientation of the Si substrate. Furthermore, it is shown that the uniformity of the GOS process within a sizable area enables us to reliably fabricate topgate FETs using conventional lithography techniques. GOS can be thus the key material in the next-generation devices owing to the tunability of the electronic structure by the crystallographic orientation of the Si substrate.

論文

Electronic structure of aluminium trihydride studied using soft X-ray emission and absorption spectroscopy

竹田 幸治; 斎藤 祐児; 齋藤 寛之; 町田 晃彦; 青木 勝敏; 山上 浩志; 室 隆桂之*; 加藤 有香子*; 木下 豊彦*

Physical Review B, 84(15), p.153102_1 - 153102_4, 2011/10

 被引用回数:6 パーセンタイル:66.74(Materials Science, Multidisciplinary)

軟X線発光分光と吸収分光を用いて、アルミニウム水素化物($${alpha}$$-AlH$$_{3}$$)の電子状態の研究を行った。その結果、Al 3$$p$$部分状態密度を明らかにした。またAl金属と比較することにより、$${alpha}$$-AlH$$_{3}$$の電子状態にはエネルギーギャップが形成されると同時に、Al 3$$p$$電子数が増加していることがわかった。またこの結果はバンド計算による定性的な説明ができることも確かめられた。以上のことから、$${alpha}$$-AlH$$_{3}$$の水素原子とアルミニウム原子の結合は共有結合が重要であることを明らかにした。

論文

Electronic structure of lithium amide

鎌倉 望; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 山上 浩志; 坪田 雅己*; Paik, B.*; 市川 貴之*; 小島 由継*; 室 隆桂之*; 加藤 有香子*; et al.

Physical Review B, 83(3), p.033103_1 - 033103_4, 2011/01

 被引用回数:5 パーセンタイル:71.04(Materials Science, Multidisciplinary)

高容量水素貯蔵材料として期待されている軽元素系水素化物であるリチウムアミドの電子構造についてN 1$$s$$軟X線発光,吸収分光により研究を行った。発光スペクトルの価電子帯上端と吸収スペクトルの伝導帯下端との間には絶縁体であるリチウムアミドのバンドギャップが観測されている。発光スペクトルによって得られた価電子帯は鋭い3ピークが価電子帯上端から約8eVまでのエネルギー範囲に分布している。バンド計算との比較から発光スペクトルの高結合エネルギー側のピークは水素との混成状態によるものであることがわかる。この状態についてはバンド計算よりも高結合エネルギー側に位置しているが、軟X線発光,吸収分光により得られたリチウムアミドの電子構造はバンド計算とほぼ一致することが明らかとなった。

論文

Photoemission and ion-scattering study of Ce/Ni(110) and Ce/Cu(110) systems

岡根 哲夫; 山田 みつき*; 鈴木 章二*; 佐藤 繁*; 木下 豊彦*; 柿崎 明人*; 石井 武比古*; 小林 峰*; Shimoda, S.*; Iwaki, M.*; et al.

Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 80, p.241 - 244, 1996/05

 被引用回数:4 パーセンタイル:72.97(Spectroscopy)

ニッケル及び銅の単結晶表面にセリウムを蒸着した系の電子状態を、X線光電子分光並びにシンクロトロン放射を利用した真空紫外光電子分光により調べた。この系では界面において原子の拡散が起こる結果、希土類金属-遷移金属合金から成る表面相が形成されることを確認した。そこで、構成原子の試料表面から深さ方向についての分布を調べるために中エネルギーイオン散乱実験も行った。実験の結果、ニッケル表面上にセリウムを蒸着した系では、セリウム4f準位と伝導電子帯の間の混成強度が表面層におけるセリウム濃度と強い相関関係を有していることを見出した。一方銅の表面にセリウムを蒸着した系においては、この混成強度が表面層でのセリウム濃度にほとんど依存しないことが解った。

口頭

軟X線発光分光によるアルミ水素化物の電子状態の研究

竹田 幸治; 岡根 哲夫; 藤森 伸一; 保井 晃; 斎藤 祐児; 山上 浩志; 齋藤 寛之; 室 隆桂之*; 加藤 有香子*; 木下 豊彦*

no journal, , 

軽金属水素化物は水素吸蔵の重量比が大きいことから、クリーンエネルギー社会におけるエネルギー貯蔵材料として注目されている。実用材料として利用するためには、水素の吸蔵・放出のメカニズムを理解する必要があり、電子状態を明らかにすることが重要である。今回われわれは高圧合成に世界で初めて成功したアルミ水素化物AlH$$_{3}$$に注目した。この物質の電子状態の理論的研究は盛んに行われているが、電子状態に関する実験データは皆無である。そこで、われわれは軟X線発光(XES)実験により、価電子帯におけるAl 3p部分電子状態密度を、そして蛍光収量法での、Al 1s吸収(XAS)実験により伝導帯におけるAl 3p部分電子状態密度を抽出し、それらの結果をAl単体金属の結果と比較し、AlH$$_{3}$$の電子状態に関する情報を初めて得た。AlにおいてXESスペクトルとXASスペクトルの交点(フェルミ準位)が、XASスペクトルの中点になるようにすべてのスペクトルを表示している。これからAlH$$_{3}$$においていはエネルギーギャップが開いていること、Alに比べてAl 3p部分状態密度が増大していることがわかった。

口頭

Study of the electronic structure of AlH$$_{3}$$ using soft X-ray emission and absorption spectroscopy

竹田 幸治; 斎藤 祐児; 山上 浩志; 齋藤 寛之; 町田 晃彦; 青木 勝敏; 室 隆桂之*; 加藤 有香子*; 木下 豊彦*

no journal, , 

金属水素化物はエネルギー貯蔵材料として注目されている。本研究では高圧合成に成功したAlH$$_{3}$$について、軟X線発光分光及び軟X線内殻吸収実験を行うことにより、Al 3p電子の非占有・占有電子状態を初めて実験的に明らかにした。またAl金属との比較により、Alの3pが水素化によって増加することを見いだした。この傾向はバンド構造計算の結果とも一貫していることがわかった。

口頭

面方位回転エピタキシャル成長3C-SiC(111)/Si(110)薄膜上グラフェン成長過程のLEED、SR-XPS観察

高橋 良太*; 半田 浩之*; 阿部 峻佑*; 猪俣 州哉*; 今泉 京*; 吹留 博一*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 小嗣 真人*; 大河内 拓雄*; et al.

no journal, , 

3C-SiC(111)/Si(110)薄膜表面にエピタキシャルグラフェンを高品質に形成できることを見いだしている。今回、このグラフェン形成過程を低エネルギー電子回折(LEED)と放射光X線光電子分光(SR-XPS)を用いて詳細に評価した。1250$$^{circ}$$Cのグラフェン化アニール後、LEEDパタンはグラフェンの(1$$times$$1)パタンへと変化した。一方、SR-XPSの結果から、グラフェン/SiC界面には界面層が存在しないことがわかった。これらの知見は既に多数報告されているバルクSiC結晶基板C面(4H, 6H-SiC(000-1))のグラフェン形成過程と同一である。また、3C-SiC(111)/Si(110)表面がC終端であるとのD$$_{2}$$-TPD観察とも矛盾しない。したがって、Si(110)基板上3C-SiC(111)薄膜はC原子終端であり、その表面のグラフェンはturbostratic stackingをしながら形成されることが明らかになった。

口頭

リチウムアミドの電子状態

鎌倉 望; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; 山上 浩志; 坪田 雅己*; Paik, B.*; 市川 貴之*; 小島 由継*; 室 隆桂之*; 木下 豊彦*

no journal, , 

リチウムアミド(LiNH$$_{2}$$)は高容量水素貯蔵材料として期待されている軽元素系水素化物である。本研究では絶縁体であるリチウムアミドの電子状態を軟X線発光分光(XES)・吸収分光(XAS)によって研究を行った。SPring-8の光エネルギーh$$nu$$=425eVの軟X線を用いたXESと蛍光収量法によるN 1$$s$$ XASにより、占有準位,非占有準位のN 2$$p$$部分状態密度を調べた。実験によって得られたN 1$$s$$ XES, XASスペクトルにはLiNH$$_{2}$$のバンドギャップが観測されており、XESスペクトルで得られた占有準位のN 2$$p$$部分状態密度は3ピークが価電子帯上端から約-8eVの範囲に広がっている。これらの特徴はLiNH$$_{2}$$に対するバンド計算とおおむね一致している。バンド計算との比較からXESスペクトルの高結合エネルギー側に観測されている水素との結合状態等LiNH$$_{2}$$の電子状態について議論する。

口頭

3C-SiC(100)/Si(100)薄膜上グラフェン形成過程のLEED及びSR-XPS観察

猪俣 州哉*; 半田 浩之*; 阿部 峻佑*; 高橋 良太*; 今泉 京*; 吹留 博一*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 小嗣 真人*; 大河内 拓雄*; et al.

no journal, , 

Si(100)基板上に形成した3C-SiC(100)薄膜の熱処理によって形成されるグラフェンの表面原子配列を低エネルギー電子回折(LEED)法で、表面原子組成と化学結合状態を放射光X線光電子分光(SR-XPS)法で評価した。LEEDからグラフェンは下地のSiC(100)層に対して15度回転して積層していることがわかった。また、SR-XPSからグラフェン層とSiC(100)層の間には界面層が存在しないことがわかった。

口頭

Si(100)基板上3C-SiC(100)エピタキシャル薄膜のグラフェン形成過程のLEED及びSR-XPS観察

猪俣 州哉*; 半田 浩之*; 阿部 峻佑*; 高橋 良太*; 今泉 京*; 吹留 博一*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆; 小嗣 真人*; 大河内 拓雄*; et al.

no journal, , 

低エネルギー電子回折(LEED)と放射光X線光電子分光(SR-XPS)を用いて3C-SiC(100)/Si表面へのグラフェン形成過程を評価した。LEEDパターンから一定角(15度)を持って回転しながら積層するrotational stackingが起こっていることがわかった。また、C1s光電子スペクトルの角度分解測定の結果から、Si終端3C-SiC(111)面やSi終端6H-SiC(0001)面上にグラフェンを形成したときに見られた界面層が存在しないことが明らかとなった。以上の結果から、3C-SiC(100)/Si(100)基板上のグラフェン形成過程においては、グラフェン層間相互作用が少なく、各層が単層グラフェンとしての性質を保持すると期待される。

口頭

Electronic states of amide hydrides

鎌倉 望; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; 藤森 伸一; 斎藤 祐児; 山上 浩志; 宮岡 裕樹*; 坪田 雅己*; 市川 貴之*; 小島 由継*; et al.

no journal, , 

絶縁体の水素化物であるアルカリ金属アミド$$mathrm{KNH_2}$$, $$mathrm{NaNH_2}$$及びアルカリ土類金属アミド$$mathrm{Ca(NH_{2})_2}$$, $$mathrm{Mg(NH_{2})_2}$$について軟X線発光分光,全蛍光収量法による吸収分光実験を行い、金属アミドの電子状態について系統的な研究を行った。得られた発光,吸収スペクトルには金属アミドのバンドギャップが観測され、その系統的な変化が示された。アルカリ金属アミドの発光スペクトルは鋭い3ピークを示し、そのエネルギー分布はアルカリ金属アミドにおいて変化が現れない。このようなN 2p占有準位の3ピーク構造はアミドイオン$$mathrm{[NH_{2}]^{-}}$$の分子軌道によって定性的に理解することができる。吸収スペクトルは金属元素に依存し、イオン化エネルギーの増大により金属元素の軌道とN 2p状態との混成が強まる傾向を示している。一方アルカリ土類金属アミドの発光スペクトルにはアルカリ金属アミドとの違いが明瞭に現れ、価電子帯上端付近のピークのエネルギー分裂が著しく狭まることが明らかとなった。

口頭

アルカリ金属アミド・アルカリ土類金属アミドの電子状態

鎌倉 望; 山上 浩志; 竹田 幸治; 岡根 哲夫; 斎藤 祐児; 宮岡 裕樹*; 坪田 雅己*; 市川 貴之*; 小島 由継*; 室 隆桂之*; et al.

no journal, , 

金属アミドは水素を高濃度で貯蔵することのできる軽元素系水素化物として近年注目されている。本研究では絶縁体であるアルカリ金属アミド$$mathrm{KNH_2}$$, $$mathrm{NaNH_2}$$とアルカリ土類金属アミド$$mathrm{Ca(NH_{2})_{2}}$$に対して軟X線発光、吸収分光実験を行い、金属アミドの電子状態について系統的な研究を行った。アルカリ金属アミドの発光スペクトルには3ピーク構造が共通して観測され、価電子の局在性が示された。一方アルカリ土類金属アミド$$mathrm{Ca(NH_{2})_{2}}$$の発光スペクトルにはアルカリ金属アミドとの違いが明瞭に現れ、分子内でのアミドの増加により価電子帯上端付近の状態の顕著な重なりが観測された。$$mathrm{Ca(NH_{2})_{2}}$$の実験結果をバンド計算と比較すると、バンド計算は$$mathrm{Ca(NH_{2})_{2}}$$の発光、吸収スペクトルを再現するが、発光スペクトルでは価電子帯上端付近の状態の重なりがより顕著であることが明らかとなった。局在的な傾向を示す軽元素系水素化物である金属アミドの電子状態が本研究から明らかとなった。

口頭

アルカリ金属アミド・アルカリ土類金属アミドの電子状態

鎌倉 望; 竹田 幸治; 山上 浩志; 宮岡 裕樹*; 坪田 雅己*; 市川 貴之*; 小島 由継*; 室 隆桂之*; 木下 豊彦*

no journal, , 

金属アミドは水素を高濃度で貯蔵することのできる軽元素系水素化物として近年注目されている。本研究では絶縁体であるアルカリ金属アミドKNH$$_{2}$$, NaNH$$_{2}$$とアルカリ土類金属アミドCa(NH$$_{2}$$)$$_{2}$$, Mg(NH$$_{2}$$)$$_{2}$$に対して軟X線発光,吸収分光実験を行い、金属アミドの電子状態について系統的な研究を行った。アルカリ金属アミドの発光スペクトルには3ピーク構造が共通して観測され、価電子の局在性が示された。一方アルカリ土類金属アミドCa(NH$$_{2}$$)$$_{2}$$の発光スペクトルにはアルカリ金属アミドとの違いが明瞭に現れ、分子内でのアミドの増加により価電子帯上端付近の状態の重なりが観測された。Ca(NH$$_{2}$$)$$_{2}$$の実験結果をバンド計算と比較すると、バンド計算はCa(NH$$_{2}$$)$$_{2}$$の発光, 吸収スペクトルをおおむね再現するが、発光スペクトルでは価電子帯上端付近の状態の重なりがより顕著であることが明らかとなった。金属アミドの分解温度は吸収スペクトルから得られる金属の化学結合様式の変化と密接な関係があることが明らかとなった。

口頭

回転エピ成長3C-SiC(111)/Si(110)の表面化学結合状態

三本菅 正太*; 阿部 峻佑*; 高橋 良太*; 今泉 京*; 半田 浩之*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 小嗣 真人*; 大河内 拓雄*; 木下 豊彦*; et al.

no journal, , 

回転エピ3C-SiC(111)表面上のグラフェン化機構の解明を目的に、3C-SiC(111)/Si(110)をグラフェン化した表面の化学結合状態を調べた。真空熱処理後のSiC(111)/Si(110)表面からの重水素の昇温脱離スペクトルでは、スペクトル中に出現するC-D/Si-Dピークの割合は1対3であるので、Cリッチな表面であることがわかった。また、同表面からの低速電子回折パターンは3$$times$$3パターンであり、グラフェン化前のC終端6H-SiC(000-1)表面において見られるものと同一であった。以上の結果から、SiC(111)/Si(110)の表面はC終端されていることが示された。

口頭

Control of electronic and structural properties of epitaxial graphene on 3C-SiC/Si and its device applications

吹留 博一*; 小嗣 真人*; 大河内 拓雄*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 遠田 義晴*; 木下 豊彦*; 末光 哲也*; 尾辻 泰一*; 末光 眞希*

no journal, , 

We have developed epitaxy of graphene on Si (GOS) and device operation of GOS-based field-effect transistor (GOS-FET). In this paper, we will demonstrate that the stacking, the interface structure, and the electronic properties of GOS can be controlled by tuning surface termination and symmetry of 3C-SiC(111)/Si, with a proper choice of Si substrate and SiC growth conditions. On the Si-terminated 3C-SiC(111)/Si(111) surface GOS is Bernal-stacked with a band splitting, while on the C-terminated 3C-SiC(111)/Si(110) surface GOS is turbostratically stacked without a band splitting. This novel epitaxy techniques enable us to precisely control electronic properties of GOS for the forthcoming devices. Furthermore, it is shown that the macroscopic uniformity of the GOS within a sizable area makes it possible to fabricate a topgate GOS-FET using Si device technologies.

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