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論文

Practical tests of neutron transmission imaging with a superconducting kinetic-inductance sensor

Vu, TheDang; 宍戸 寛明*; 相澤 一也; 小嶋 健児*; 小山 富男*; 及川 健一; 原田 正英; 奥 隆之; 曽山 和彦; 宮嶋 茂之*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 1006, p.165411_1 - 165411_8, 2021/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.03(Instruments & Instrumentation)

We found that the sizes of the Gd islands determined from the transmission image correlated strongly with those determined from the SEM image. We demonstrated the CB-KID could be used to identify (1) tiny voids in a thermally sprayed continuous Gd$$_2$$O$$_3$$ film in and (2) various mosaic morphologies and different eutectic microstructures in Wood's metal samples. The fact that the CB-KID system could be used to identify features of samples with a wide distribution of sizes and thicknesses is promising for real application of the device for imaging samples of interest to material scientists. Operating the CB-KID at higher temperatures appreciably improved the efficiency for simultaneously identifying the X and Y positions of hotspots. We also compared the detection efficiency with the PHITS simulations. We now plan to improve the detection efficiency by increasing the thickness of the $$^{10}$$B neutron conversion layer

論文

Homogeneity of neutron transmission imaging over a large sensitive area with a four-channel superconducting detector

Vu, TheDang; 宍戸 寛明*; 小嶋 健児*; 小山 富男*; 及川 健一; 原田 正英; 宮嶋 茂之*; 奥 隆之; 曽山 和彦; 相澤 一也; et al.

Superconductor Science and Technology, 34(1), p.015010_1 - 015010_10, 2021/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:72.02(Physics, Applied)

We demonstrated that a four-readout superconducting neutron imaging system shows good spatial heterogeneity and linearity using the delay-line method. We examined the precise pattern of a $$^{10}$$B-dot-array absorber and found the X-direction pitch (Px) = 250.7 um with a scatter of (Hx)= 5.4 um and the Y-direction pitch (Py)= 249.1 um with a scatter of (Hy)= 3.4 um while the $$^{10}$$B dot array was fully extended toward the X direction across the detector sensitive area. We consider that this demonstrates detection with good spatial homogeneity and conclude. The transmission-imaging system is suitable for use at pulsed neutron facilities. We also reported a clear transmission image of tiny screws and nuts, and ladybug (insect). We recognize that further efforts to improve the detection efficiency are necessary to make using the detector more practical.

論文

Kinetic inductance neutron detector operated at near critical temperature

Vu, TheDang; 西村 和真*; 宍戸 寛明*; 原田 正英; 及川 健一; 宮嶋 茂之*; 日高 睦夫*; 奥 隆之; 曽山 和彦; 相澤 一也; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1590, p.012036_1 - 012036_9, 2020/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01

Our CB-KID neutron imager detects high spatial resolution neutrons transmission images by using a delay-line technique. We found that the number of events was remarkably increased with increasing the detector temperature until close to the critical temperature Tc. We investigated the properties of CB-KID at near Tc. We observed systematic changes of neutron signals as a function of the detector temperature from 4 K to Tc. The simulations modeled the sequential physical processes for $$^{10}$$B(n,$$alpha$$)$$^{7}$$Li reactions and energy deposition by particles within CB-KID, including neutrons, $$^{4}$$He particles, $$^{7}$$Li particles, photon and electron transport.

論文

Temperature dependent characteristics of neutron signals from a current-biased Nb nanowire detector with $$^{10}$$B converter

Vu, TheDang; 飯澤 侑貴*; 西村 和真*; 宍戸 寛明*; 小嶋 健児*; 及川 健一; 原田 正英; 宮嶋 茂之*; 日高 睦夫*; 奥 隆之; et al.

Journal of Physics; Conference Series, 1293, p.012051_1 - 012051_9, 2019/10

 被引用回数:4 パーセンタイル:97.68

We succeeded in designed and fabricated a neutron detector by using a superconducting current-biased kinetic inductance detector (CB-KID), which is constructed by two perpendicular Nb-based superconducting meander-lines and an enriched $$^{10}$$B neutron conversion layer. We rebuilt completely a neutron image of a $$^{10}$$B dot array contain in the stainless-steel mesh. To improve the resolution of neutron images, the characteristics of a superconducting neutron detector have been studied carefully. In this study, we present the dependence of neutron signals in the temperature of detector. We found that when the temperature of a neutron detector is as close as the critical temperature of superconductivity, the intensity of signal increase as a function of temperature. We consider that the ratio of noise and signal is decrease which is very useful to improve the resolution of neutron images.

論文

Quantum phases in intrinsic Josephson junctions; Quantum magnetism analogy

町田 昌彦; 小林 恵太; 小山 富男*

Physica C, 491, p.44 - 46, 2013/08

 被引用回数:1 パーセンタイル:5.74(Physics, Applied)

おもに科学研究費補助金及び科学技術振興機構受託研究の成果について、発表する。国際会議は、2年に1度のベースで開催され、高温超伝導体において発見された固有ジョセフソン接合とジョセフソンプラズマ振動についての専門家が一堂に会する国際会議であり、トルコにて開催される。この分野では、2008年にテラヘルツ領域の電磁波発振が観測され、原子力をはじめとしてさまざまな応用が期待されている一方、結晶作成によりデバイス自身が構成可能であるという特質に対する関心も高く、改めてその物理的性質を議論することが盛んである。本発表では、その物理的性質に着目し、低温で現れる量子相についての解析を行った結果を発表し、さらに、その特質を利用するデバイス応用についても議論する。

論文

Revisit to terahertz wave emission with motions of Josephson vortices

松本 秀樹*; 小山 富男*; 町田 昌彦; 太田 幸宏*; 山田 進

Physica C, 491, p.40 - 43, 2013/08

 被引用回数:2 パーセンタイル:11.91(Physics, Applied)

高温超伝導体は、超伝導という優れた機能を有する材料であるが、結晶構造が持つ大きな異方性によりテラヘルツ波の発振源としての性質を持つことが実験的に示されている。本研究では、その発振が磁場下かでさらに増幅されうるか、あるいは、減ぜられるかについて数値シミュレーションの結果を報告し、発振と磁場との関係を明らかにする。なお、超伝導体からTHz発振という現象自体が極めてユニークである一方、理論的には極めてエネルギー密度の高い電磁波を発振できるとの予測があり、原子力分野をはじめとして、さまざまな応用が期待できる。

論文

Numerical study for electromagnetic wave emission from intrinsic Josephson junction stacks with a dielectric cover

小山 富男*; 松本 秀樹*; 太田 幸宏*; 町田 昌彦

Physica C, 491, p.20 - 23, 2013/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Applied)

超伝導は極めて有用な機能材料であり、デバイスとしての応用についても盛んに研究が行われている。本研究では、銅酸化物高温超伝導体の結晶構造の層状性を利用したテラヘルツ電磁波発振デバイスを取り上げ、発振強度の誘電体カバーによる増幅についてのシミュレーション結果を報告する。シミュレーションにより得られた成果は、誘電体カバーを取り付けると、高温超伝導体内部の発振と接続し、共振可能となるため発振強度が増幅されるというアイデアのシミュレーションによるデモンストレーションであり、カバーなしの場合より遥かに高強度の発振が得られる。

論文

Nonlocal Ginzburg-Landau theory for superconductors

小山 富男*; 町田 昌彦

Physica C, 484, p.100 - 103, 2013/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:11.91(Physics, Applied)

超伝導のメゾ・マクロの電磁現象を記述する理論としてギンツブルク・ランダウ理論があるが、その理論の方程式の係数は、定数として定義されている等、簡単化されているため、取扱いは便利である。しかし、最近、係数自身が本来持つ非局所性が話題となっており、本研究の主眼は、非局所性を有する理論を新たに構築し、より普遍的な理論を提案することにある。

論文

Electromagnetic wave emission from intrinsic Josephson junction stacks; A Review of theory and simulation

町田 昌彦; 太田 幸宏*; 小山 富男*; 松本 秀樹*

Journal of Physics; Conference Series, 393, p.012013_1 - 012013_8, 2012/09

 被引用回数:1 パーセンタイル:46.08

高温超伝導体の産業応用としてジョセフソン接合を利用したテラヘルツ帯の電磁波レーザー発振が提案されている。本発表では、このテラヘルツの電磁波発振についてこれまでの理論的研究や数値的研究をレビューし、今後の動向について講演を行う。講演では、まず、テラヘルツ帯の電磁波がさまざまな科学技術分野で必要とされておりその発振源の開発がいかに重要であるかについて議論し、高温超伝導体を利用したテラヘルツ発振研究の歴史(特に理論や数値シミュレーション研究)をレビューし、何が判明した一方、何が課題として残されているかを明らかにする。その課題提起を受け、講演者らの研究開発の取り組みを手短に紹介し、今後の理論そして分野全体の動向についてコメントする。

論文

Direct numerical simulation for non-equilibrium transport phenomena in superconducting detectors

太田 幸宏*; 小林 恵太; 町田 昌彦; 小山 富男*; Nori, F.*

Physics Procedia, 27, p.352 - 355, 2012/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:66.99

相転移点近傍にある超伝導体は、微量な熱量を受け取ることにより超伝導状態から通常の伝道体状態への相転移を引き起こす。この性質を利用することにより、中性子,単一光子,分子などに対し精度の高い検出が可能となる。これは中性子などの検出対象が検出器に衝突したときに生じる熱が超伝導体中を流れる電流の変化として現れるためである。この現象は超伝導体の相転移現象,電磁気,熱拡散などを含む非常に複雑な非平衡現象であるが、今回、われわれは超伝導現象を記述するランダウ・ギンツブルグ方程式、マクスウェル方程式,熱伝導方程式を連立させ、超伝導検出器に対する大規模数値シミュレーションを行った。結果として、超伝導体表面に検出対象が衝突することによる超伝導体内の電流変化などを再現することに成功した。今回の計算手法は超伝導検出器の詳細なメカニズム解明,精度向上などに役立つことが期待される。

論文

Theory of phase dynamics in intrinsic Josephson junctions with multigap superconducting layers

太田 幸宏; 町田 昌彦; 小山 富男*

Physica C, 471(21-22), p.760 - 762, 2011/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Applied)

超伝導デバイス分野では超伝導特性を鋭敏に反映するデバイスの研究開発が要求されている。本発表では、上記課題に関連し、多ギャップ超伝導固有ジョセフソン接合列の理論基盤を構築し、その代表例である鉄系超伝導体に特有の固有ジョセフソン効果の理論解析結果について報告する。課題解決にあたり、本システムの位相モードの精密な解析を実施し、その結果、従来の銅酸化物超伝導体における接合間相互作用に加え、新たな結合メカニズムの存在を示すことに成功した。固有ジョセフソン接合列は原子レベルでのクリーンな接合列が実現されているデバイスであり、量子デバイスやテラヘルツ発振において大きな役割を果たす。したがって、本成果は鉄系超伝導体の新規デバイス応用を拓く成果である。なお、本成果は科学技術振興機構・受託研究「超伝導新奇応用のためのマルチスケール・マルチフィジックスシミュレーション基盤の構築」の研究成果である一方、原子力材料のマルチスケールシミュレーション研究開発にも資する成果である。

論文

Inter-grain Josephson currents in two-gap superconductors

太田 幸宏; 町田 昌彦; 小山 富男*

Physica C, 470(Suppl.1), p.S489 - S490, 2010/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Applied)

鉄砒素系超伝導体における粒間ジョセフソン電流をミクロな視点から考察する。特に、非コヒーレントトンネル過程が主たる寄与を与え、かつ2個あるバンド間について状態密度と超伝導ギャップの値それぞれが等しいとき、$$pm s$$波対称性の結果として粒間ジョセフソン電流の著しい減少が発生することを明らかにする。さらには、粒間臨界電流を増大させるうえで重要な因子についても議論する。

論文

Collective modes and Josephson vortices in a heterotic Josephson junction between single- and two-gap superconductors

太田 幸宏; 町田 昌彦; 小山 富男*; 松本 秀樹*

Physica C, 470(Suppl.1), p.S882 - S883, 2010/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Physics, Applied)

1ギャップ及び2ギャップ超伝導体間で構成されたヘテロ型ジョセフソン接合の理論を構築する。本研究により、集団励起モードに関して同相運動に対応するジョセフソン・プラズマモードの存在、及び逆相運動に対応するジョセフソン・レゲットモードの存在が明らかになる。特に、$$pm s$$波対称性により、ジョセフソン・プラズマモードの振動数は劇的に低下する。さらに、ジョセフソン渦解を数値的に求め、$$pm s$$波対称性に起因して、その磁場分布が異常に拡大することを示す。

論文

Theory of Josephson effects in iron-based multi-gap superconductor junctions

太田 幸宏; 町田 昌彦; 小山 富男*

Journal of Physics; Conference Series, 248, p.012090_1 - 012090_8, 2010/11

鉄系超伝導の発見以来、この新規超伝導材料を利用したジョセフソン接合に関する精力的な研究が行われている。鉄系超伝導体の興味深い性質の一つとして、複数の超伝導ギャップが存在する点がある。こうして、鉄系超伝導体を含むジョセフソン接合は多重トンネル径路を持つデバイスとなり、その特性を明らかにすることは緊急の課題である。本講演ではこうしたジョセフソン接合に関する理論解析を行い、複数ギャップ間の相対ゆらぎと鉄系超伝導のペア対称性が典型的なジョセフソン効果であるシャピロステップを劇的に変化させることを示す。

論文

Theory and simulation of electromagnetic wave emission from intrinsic Josephson junctions

町田 昌彦; 太田 幸宏; 佐々 成正; 小山 富男*; 松本 秀樹*

Journal of Physics; Conference Series, 248, p.012037_1 - 012037_8, 2010/11

 被引用回数:9 パーセンタイル:92.39

本発表では、異方性の高い高温超伝導体単結晶から発振されるテラヘルツ波発振についての理論的研究成果を発表する。発表では、まず、研究の背景、特に、実験から最近の理論的発展までの概略をレビューし、テラヘルツ波光源の重要性についても言及する。その後、当該研究グループでの理論及び数値シミュレーションによる成果を示し、最後にシミュレーションによる3次元アニメーション結果を報告する。

論文

Electrodynamics and intrinsic Josephson effects in multi-gap superconductors

小山 富男*; 太田 幸宏; 町田 昌彦

Journal of Physics; Conference Series, 248, p.012036_1 - 012036_6, 2010/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:64.77

本論文では、2ギャップ超伝導体固有ジョセフソン接合列におけるジョセフソン効果の理論を構築する。低エネルギー有効ラグランジアンからシステムを記述する運動方程式が導出される。この方程式から接合列と垂直方向に伝播する集団励起モードとして縦ジョセフソン・プラズマモード及びジョセフソン・レゲットモードが出現することがわかる。運動方程式の数値シミュレーションにより電流-電圧特性が求められる。電流-電圧特性はBi-2212固有ジョセフソン接合列とよく似た多重分岐構造を有する。ジョセフソン振動数がジョセフソン・レゲット振動数に近づくとき、ジョセフソン・レゲットモードが励起される。われわれは、その共鳴電圧では、電流-電圧特性の低電圧分岐においてステップ状の構造が出現することを示す。

論文

First-principles calculations for anisotropy of iron-based superconductors

中村 博樹; 町田 昌彦; 小山 富男*; 浜田 典昭*

Physica C, 470(20), p.1066 - 1069, 2010/11

 被引用回数:2 パーセンタイル:13.13(Physics, Applied)

We perform first-principles calculations for anisotropy of various iron-based superconductors. The anisotropy ratio $$gamma$$$$_{lambda}$$ of the $$c$$-axis penetration depth to the $$ab$$-plane one is relatively small in BaFe$$_2$$As$$_2$$, LiFeAs and FeSe, indicating that the transport applications are promising in these superconductors. On the other hand, in those having perovskite type blocking layers such as Sr$$_2$$ScFePO$$_3$$ we find a very large value, $$gamma$$$$_{lambda}$$ $$_sim^{>}$$ 200, comparable to that in strongly anisotropic high-$$T$$$$_c$$ cuprate Bi$$_2$$Sr$$_2$$CaCu$$_2$$O$$_{8-delta}$$. Thus, the intrinsic Josephson junction stacks are expected to be formed along the $$c$$-axis, and novel Josephson effects due to the multi-gap nature are also suggested in these superconductors. We also examine the doping effect on the anisotropy of LaFeAsO.

論文

Anomalous Josephson vortex solutions in Josephson junctions with multiple tunneling channels

太田 幸宏; 町田 昌彦; 小山 富男*; 松本 秀樹*

Physica C, 470(20), p.1137 - 1140, 2010/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:7.06(Physics, Applied)

複数のトンネル径路を有するジョセフソン接合の理論を構築する。本論文では、以下の2ケースを扱う。すなわち、超伝導(2ギャップ)-絶縁体-超伝導(1ギャップ)ヘテロ型ジョセフソン接合、及び2個の2ギャップ超伝導体からなる粒間ジョセフソン接合である。われわれは$$pm$$s波対称性によりジョセフソン渦の磁場分布が符号反転なしのs波対称性の場合に比べて異常に拡大することを示す。さまざまな異常ジョセフソン渦解を求め、その拡大率に関する評価方法を提案する。

論文

Shapiro steps as a direct probe of $$pm$$$$s$$-wave symmetry in multigap superconducting Josephson junctions

太田 幸宏; 町田 昌彦; 小山 富男*

Physical Review B, 82(14), p.140509_1 - 140509_4, 2010/10

 被引用回数:17 パーセンタイル:61.63(Materials Science, Multidisciplinary)

超伝導デバイス分野では超伝導特性を鋭敏に反映するデバイスの研究開発が要求されている。本発表では、上記課題に関連し、多ギャップ超伝導ジョセフソン接合の理論基盤を構築し、その代表例である鉄系超伝導体の基礎物性を探索するプローブを提案したので報告する。課題解決にあたり、本システム特有の位相モードであるレゲットモードの寄与を適切に取り入れ、その結果、従来とは大きく異なる新たな交流ジョセフソン効果(新たなシャピロ・ステップ)の予言に成功した。また、本成果は新規超伝導体の物性探索のみならず、鉄系超伝導体の新規デバイス応用に対し有用な知見も与えうる。なお、本成果は科学技術振興機構・受託研究「超伝導新奇応用のためのマルチスケール・マルチフィジックスシミュレーション基盤の構築」の研究成果である一方、原子力材料のマルチスケールシミュレーション研究開発にも資する成果である。

論文

Ambegaokar-Baratoff relations for Josephson critical current in heterojunctions with multigap superconductors

太田 幸宏; 中井 宣之; 中村 博樹; 町田 昌彦; 猪谷 大介*; 大橋 洋士*; 小山 富男*; 松本 秀樹*

Physical Review B, 81(21), p.214511_1 - 214511_6, 2010/06

 被引用回数:27 パーセンタイル:74.11(Materials Science, Multidisciplinary)

多重トンネル径路を有するSISジョセフソン接合に適用できるようAmbegaokar-Baratoff関係式を拡張した。この結果を鉄系超伝導体(5バンド超伝導体)と通常のBCS超伝導体(1バンド超伝導体)からなるヘテロジョセフソン接合に適用することで、$$I_{rm c}R_{rm n}$$が理論的な上限値に評価される。われわれは、こうした上限値が鉄系超伝導体のペア対称性を同定するうえで有用であることを明らかにした。すなわち、測定された$$I_{rm c}R_{rm n}$$がこの上限値より小さければ、鉄系超伝導体は$$pm s$$対称性と結論づけることができる。

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