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論文

Detecting halfmetallic electronic structures of spintronic materials in a magnetic field

藤原 秀紀*; 梅津 理恵*; 黒田 文彬*; 宮脇 淳*; 樫内 利幸*; 西本 幸平*; 永井 浩大*; 関山 明*; 入澤 明典*; 竹田 幸治; et al.

Scientific Reports (Internet), 11(1), p.18654_1 - 18654_9, 2021/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Multidisciplinary Sciences)

Band-gap engineering is one of the fundamental techniques in semiconductor technology. To fully utilize the spintronic material, it is essential to optimize the spin-dependent electronic structure in operando conditions by applying the magnetic and/or electric fields. Here we present a new spectroscopic technique to probe the spin-polarized electronic structures by using magnetic circular dichroism (MCD) in resonant inelastic soft X-ray scattering (RIXS) under an external magnetic field. Thanks to the spin-selective dipole-allowed transitions in the RIXS-MCD, we have successfully demonstrated the direct evidence of the perfectly spin-polarized electronic structures for the prototypical halfmetallic Heusller alloy, Co$$_{2}$$MnSi. The RIXS-MCD is a promising tool to probe the spin-dependent carriers and band-gap with element specific way induced in buried magnetic layers under operando conditions.

論文

Materials and Life Science Experimental Facility (MLF) at the Japan Proton Accelerator Research Complex, 2; Neutron scattering instruments

中島 健次; 川北 至信; 伊藤 晋一*; 阿部 淳*; 相澤 一也; 青木 裕之; 遠藤 仁*; 藤田 全基*; 舟越 賢一*; Gong, W.*; et al.

Quantum Beam Science (Internet), 1(3), p.9_1 - 9_59, 2017/12

J-PARC物質・生命科学実験施設の中性子実験装置についてのレビューである。物質・生命科学実験施設には23の中性子ビームポートがあり21台の装置が設置されている。それらは、J-PARCの高性能な中性子源と最新の技術を組み合わせた世界屈指の実験装置群である。このレビューでは、装置性能や典型的な成果等について概観する。

論文

A Development of super radiation-hardened power electronics using silicon carbide semiconductors; Toward MGy-class radiation resistivity

土方 泰斗*; 三友 啓*; 松田 拓磨*; 村田 航一*; 横関 貴史*; 牧野 高紘; 武山 昭憲; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; et al.

Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.130 - 133, 2015/11

In order to develop semiconductor devices with MGy radiation resistivity, we are developing power metal-oxide-semiconductor field-effect-transistors (MOSFETs) based on silicon carbide (SiC) semiconductors. The $$gamma$$-ray irradiation responses of power SiC-MOSFETs were studied under various irradiation temperatures and humidity with various gate-bias conditions. Making comparisons between these responses, the optimum device operating condition and a better device structure were derived and MGy resistivity was achieved. Besides, $$gamma$$-ray irradiation tests for a motor-driver circuits consisting of SiC-MOSFETs were carried out, and as a result, their continuous operation up to 2 MGy was confirmed.

論文

Effect of humidity and temperature on the radiation response of SiC MOSFETs

武山 昭憲; 松田 拓磨; 横関 貴史; 三友 啓; 村田 航一; 牧野 高紘; 小野田 忍; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; 吉江 徹*; et al.

Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.134 - 137, 2015/11

Influence of $$gamma$$-ray irradiation under high temperature and high humidity circumstance on the electrical characteristics of Silicon Carbide (SiC) Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors (MOSFETs) was investigated. The drain current (I$$_{D}$$)-gate voltage (V$$_{G}$$) curves shifted to the negative voltage side and no significant further shift was observed with increasing the dose above 10 kGy. Suppression of the negative shift of threshold voltage (V$$_{th}$$) means that positive charges generated by irradiation were thermally annealed by elevated temperature during irradiation. The leakage current slightly increased at 5 and 10 kGy, however, those values recovered to be approximately the initial value above 40 kGy. Humidity circumstance attributed to remarkable suppression of the leakage current in comparison with dry circumstance.

論文

Fabrication of enzyme-degradable and size-controlled protein nanowires using single particle nano-fabrication technique

大道 正明*; 麻野 敦資*; 佃 諭志*; 高野 勝昌*; 杉本 雅樹; 佐伯 昭紀*; 酒巻 大輔*; 小野田 晃*; 林 高史*; 関 修平*

Nature Communications (Internet), 5, p.3718_1 - 3718_8, 2014/04

 被引用回数:32 パーセンタイル:79.49(Multidisciplinary Sciences)

高分子薄膜に入射するイオンの飛跡に沿って直径ナノオーダーの架橋体を形成し溶媒抽出する方法(SPNT)を、人由来血清アルブミン(HSA)やアビジン等のタンパクに適用した結果、タンパクナノワイヤーの形成が確認できた。得られたタンパクナノワイヤーに、リジン・アルギニン残基のペプチド結合を選択的に切断するトリプシンを用いた加水分解反応を適用したところ、反応時間の経過とともにナノワイヤーの断片化が進行し、反応開始20分で完全に消失した。また、HSAとアビジンの混合物から作製したハイブリッドのナノワイヤーでは、ペルオキシダーゼ活性等の生物学的な性質を示すとが確認できた。これらの結果は、SPNTで作製されたタンパクナノワイヤーはタンパク質の基本構造であるペプチド結合を保持していることを示唆している。このSPNTによる作製技術は、任意のタンパク質分子を大きな比表面積のナノワイヤーに成形し、その表面に機能性を付与する基礎技術として幅広い活用が期待できる。

論文

Innovative alpha radioactivity monitor for clearance level inspection based on ionized air transport technology; CFD-simulated and experimental ion transport efficiencies for uranium-attached pipes

平田 洋介*; 中原 克彦*; 佐野 明*; 佐藤 光吉*; 青山 佳男; 宮本 泰明; 山口 大美; 南部 健一*; 高橋 浩之*; 小田 昭紀*

Journal of Power and Energy Systems (Internet), 2(2), p.561 - 572, 2008/00

An innovative alpha radioactivity monitor for clearance level inspection has been developed. This apparatus measures an ion current resulting from air ionization by alpha particles. Ions generated in a measurement chamber of about 1 m$$^{3}$$ in volume are transported by airflow to a sensor and measured. This paper presents computational estimation of the ion transport efficiencies for two pipes with different lengths, the inner surfaces of which were covered with a thin layer of uranium. These ion transport efficiencies were compared with those experimentally obtained for the purpose of validating our model. Good agreement was observed between transport efficiencies from simulations and those experimentally estimated. Dependence of the transport efficiencies on the region of uranium coverage was also examined, based on which such characteristics of ion currents as anticipated errors arising from unknown contaminated positions are also discussed to clarify the effective operation conditions of this monitor.

論文

Innovative alpha-radioactivity monitor for clearance level inspection based on ionized air transportation technology, 1; Comparison with mass spectral analysis using uranium-attached samples

青山 佳男; 宮本 泰明; 山口 大美; 佐野 明*; 内藤 晋*; 隅田 晃生*; 泉 幹雄*; 前川 立行*; 佐藤 光吉*; 南部 健一*; et al.

Proceedings of 15th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-15) (CD-ROM), 6 Pages, 2007/04

$$alpha$$線標準線源でイオン電流を校正し求めたウランが付着したサンプルの放射能は、化学分析で求めた放射能から約40%低かった。そこで、ひとつのサンプルの化学分析結果を用いてイオン電流を再校正した結果、すべてのサンプルの$$alpha$$放射能を誤差10%以内で評価できることを確認した。

論文

Innovative alpha radioactivity monitor for clearance level inspection based on ionized air transport technology, 2; CFD-simulated and experimental ion transport efficiencies for uranium-attached pipes

平田 洋介*; 中原 克彦*; 佐野 明*; 佐藤 光吉*; 青山 佳男; 宮本 泰明; 山口 大美; 南部 健一*; 高橋 浩之*; 小田 昭紀*

Proceedings of 15th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-15) (CD-ROM), 6 Pages, 2007/04

大型廃棄物のクリアランス検認を可能にする計測システムの実用性を確認するため、実ウランサンプルを使用して$$alpha$$放射能を測定した。本件は、測定に対応して行った、実廃棄物に対する3次元CFDシミュレーションの結果についての報告である。構築したイオン輸送モデルを用い、2種類の廃棄物パイプに対してイオンの輸送効率を計算して実験と比較し、妥当な結果を得た。

口頭

電離放射線のイオン流体移送型計測に関する技術開発,13; BG変動の影響評価

青山 佳男; 宮本 泰明; 山口 大美; 泉 幹雄*; 内藤 晋*; 山本 修治*; 佐野 明*; 南部 健一*; 高橋 浩之*; 小田 昭紀*

no journal, , 

大型廃棄物のクリアランス検認を可能にする計測システムの開発において、計測下限の改善を目指してBG変動の要因分析試験を実施した。その試験において、空気の置換によるBG電流の低減など、計測性能を改善可能な要因を抽出した。

口頭

電離放射線のイオン流体移送型計測に関する技術開発,14; 柱状再結合の影響評価

宮本 泰明; 山口 大美; 内藤 晋*; 佐野 明*; 平田 洋介*; 野田 悦夫*; 南部 健一*; 高橋 浩之*; 小田 昭紀*

no journal, , 

大型廃棄物のクリアランス検認を可能にする計測装置の$$alpha$$線に対する応答メカニズムの定量的理論の構築のため、柱状再結合効果を取り込んだ理論モデルを構築し、計測電流に及ぼす影響を評価した。

口頭

電離放射線のイオン流体移送型計測に関する技術開発,15; ハニカム形状の損失評価によるイオン拡散係数評価

宮本 泰明; 山口 大美; 平田 洋介*; 佐野 明*; 佐藤 光吉*; 南部 健一*; 高橋 浩之*; 小田 昭紀*

no journal, , 

空気流中でのイオン輸送効率の評価には、空気中におけるイオンの拡散現象を正確に把握することが必要である。本報では、CFD(Computational Fluid Dynamics)シミュレーションと、ハニカム構造を用いて測定したイオン損失を比較することにより、イオンの拡散現象について議論した結果について報告する。

口頭

電離放射線のイオン流体移送型計測に関する技術開発,16; 実ウランサンプルによる実証試験

青山 佳男; 宮本 泰明; 山口 大美; 佐野 明*; 内藤 晋*; 隅田 晃生*; 佐藤 光吉*; 南部 健一*; 高橋 浩之*; 小田 昭紀*

no journal, , 

大型廃棄物のクリアランス検認を可能にする計測システムの実用性を確認するため、実ウランサンプルを使用して$$alpha$$放射能を測定し、溶解分析値と比較した。その結果、単純形状サンプルは分析値と測定値が良好な比例関係を示し、また複雑形状サンプルも空気吹付けにより測定可能なことを実証した。

口頭

電離放射線のイオン流体移送型計測に関する技術開発,18; イオン損失の空気流吹きつけによる低減効果の検証

青山 佳男; 宮本 泰明; 山口 大美; 内藤 晋*; 佐野 明*; 平田 洋介*; 野田 悦夫*; 佐藤 光吉*; 南部 健一*; 高橋 浩之*; et al.

no journal, , 

$$alpha$$線によって生成する空気中のイオン数について、柱状再結合による消滅量を考慮した理論モデルを構築した。また、この理論モデルから予測される空気流の局所吹付けによるイオン再結合抑制手法を提案し、実験による検証結果を報告する。

口頭

電離放射線のイオン流体移送型計測に関する技術開発,17; 実廃棄物の3Dシミュレーション

青山 佳男; 宮本 泰明; 山口 大美; 平田 洋介*; 内藤 晋*; 佐野 明*; 中原 克彦*; 佐藤 光吉*; 南部 健一*; 高橋 浩之*; et al.

no journal, , 

プロジェクトの最終年度の項目として、$$alpha$$線のイオン流体移送型計測技術を用いて実廃棄物の測定を実施している。本件は、測定に対応して行った、実廃棄物に対する3次元CFDシミュレーションの結果について報告する。プロジェクトを通じて明確化したイオン再結合係数と拡散係数を用い、2種類の廃棄物パイプに対してイオンの輸送効率を計算して実験と比較し、妥当な結果を得た。

口頭

電離空気輸送を用いた$$alpha$$線計測技術の開発

青山 佳男; 宮本 泰明; 山口 大美; 内藤 晋*; 佐野 明*; 泉 幹雄*; 隅田 晃生*; 前川 立行*; 佐藤 光吉*; 南部 健一*; et al.

no journal, , 

核燃料サイクル・バックエンド関連施設で発生したウラン及びTRU廃棄物は既に大量に蓄積されている。人によるサーベイでは対象となる量が膨大であるうえ、狭隘部や露出していない部分などはサーベイできず、測定技術の課題は多い。そのため、本技術開発では、$$alpha$$線の電離作用で作り出されたクラスタイオンを、空気流により剥離・輸送し、そのイオン電流を測定することにより$$alpha$$放射能量を評価するという新しいコンセプトに基づいて、大型・複雑な形状のウラン及びTRU廃棄物に対して、クリアランスレベル検認に適用可能な微弱な全$$alpha$$核種濃度レベルを短時間で測定できる実用的な$$alpha$$線計測技術の開発を行った。

口頭

ミラー系によるミリ波長距離伝送技術を用いたマイクロ波推進

山口 敏和*; 小田 靖久; 嶋田 豊*; 小田 章徳*; 澤原 弘憲*; 嶋村 耕平*; 梶原 健; 高橋 幸司; 坂本 慶司; 小紫 公也*

no journal, , 

地上から機体にビームエネルギーを照射するビーミング推進において、マイクロ波はレーザー光に比べて指向性に劣るが、直径数メートルのビームを用いることで地球周回軌道に投入するに十分な指向性を得られると考えられている。ビームウェイスト20mmの大電力ミリ波を複数の放物鏡の組合せにより120mmのビームへと広げ、これを推進機上で再集光した。集光されたエネルギーにより大気中に空気プラズマを生成し、衝撃波を駆動することで推進機内に推力を得た。この方式にて、1$$sim$$4mの大気中伝送をしたうえで推力を得られることが示された。

口頭

高温下$$gamma$$線照射したSiC MOSFETの電気的特性評価

松田 拓磨; 横関 貴史; 三友 啓; 村田 航一; 牧野 高紘; 武山 昭憲; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故の収束に向けた研究開発の一環として、炭化ケイ素(SiC)金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の耐放射線性強化に関する研究を推進しており、これまでに150$$^{circ}$$Cでの高温照射により特性劣化が抑制されることを見出している。今回は、SiC MOSFETの高温下$$gamma$$線照射効果のメカニズム解明のため、MOSFETと同じプロセスで作製したSiC MOSキャパシタに150$$^{circ}$$Cで$$gamma$$線照射を行い、高周波キャパシタンス-電圧(C-V)測定の変化を調べた。その結果、照射量の増加とともにC-V曲線は形状(傾き)を変化させずに負電圧側にシフトする振る舞いを示すこと、シフト量は室温照射に比べて少ないことが明らかとなった。C-V曲線のシフトはゲート酸化膜中の固定電荷の発生に、傾きの変化はSiCと酸化膜の界面準位の発生に由来することから、高温下における$$gamma$$線照射効果は主に酸化膜中に発生する固定電荷に起因するが、その発生量は室温に比べて少ないため特性劣化が抑制されると結論できた。

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

高温・加湿雰囲気下での$$gamma$$線照射によるSiC MOSFETの電気特性変化

武山 昭憲; 松田 拓磨; 横関 貴史; 三友 啓; 村田 航一; 牧野 高紘; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故の収束作業用ロボットへの応用が期待される炭化珪素(SiC)金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の実環境での耐放射線性を検証するため、高温・加湿雰囲気(150$$^{circ}$$C、湿度100%)下でSiC MOSFETへ$$gamma$$線を照射し、その電気特性の変化を調べた。試料には、ゲート酸化膜厚45nm (乾燥酸素中(Dry)酸化+ N$$_{2}$$O処理により作製)のnチャネル4H-SiC MOSFETを用いた。総線量1000kGyまで照射を行い、照射後のドレイン電流(I$$_{D}$$)-ゲート電圧(V$$_{G}$$)を測定した。比較のため、同様の試料を加湿せずに150$$^{circ}$$C乾燥窒素中で1.2MGy照射した場合における電気特性についても調べた。その結果、加湿あり、なし照射の両方ともI$$_{D}$$-V$$_{G}$$曲線は負電圧側のシフトの抑制がみられ、高温照射により酸化膜中に生成した正の電荷がアニールされていることが判明した。また、加湿あり照射では、$$gamma$$線照射によるリーク電流の増加が抑制されることが見いだされた。

口頭

高温・高湿度雰囲気中$$gamma$$線照射によりSiC MOSFETsに生成される電荷の線量依存

武山 昭憲; 松田 拓磨*; 横関 貴史*; 三友 啓*; 村田 航一*; 牧野 高紘; 小野田 忍; 大久保 秀一*; 田中 雄季*; 神取 幹郎*; et al.

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故の収束作業用ロボットへの応用が期待される炭化ケイ素(SiC)金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の実環境での耐放射線性を検証するため、高温・加湿雰囲気下でSiC MOSFETへ$$gamma$$線を照射し、酸化膜中に発生する固定電荷と、酸化膜-SiC界面に生ずる界面準位密度の線量依存を調べた。耐圧1.2kV、定格電流20A、ゲート酸化膜厚45nmのnチャネル4H-SiC MOSFETを、温度150$$^{circ}$$C、湿度100%に保ち$$gamma$$線照射を行った。線量率3.61kGy(SiO$$_{2}$$)/hで総線量1800kGyまで照射を行い、途中、試料を取り出してドレイン電流(I$$_{D}$$)-ゲート電圧(V$$_{G}$$)を測定・解析することで酸化膜中の固定電荷及び界面準位密度を求めた。比較のため、加湿せずに高温照射(乾燥窒素中150$$^{circ}$$C)のみの条件での照射試験も行った。その結果、高温・高湿度での照射の場合、高温のみでの照射と比べて、酸化膜中の固定電荷および界面準位の生成が抑制され、電気特性の劣化が少ないことが判明した。

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