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小林 正起*; Anh, L. D.*; 鈴木 雅弘*; 金田-高田 真悟*; 竹田 幸治; 藤森 伸一; 芝田 悟朗*; 田中 新*; 田中 雅明*; 大矢 忍*; et al.
Physical Review Applied (Internet), 15(6), p.064019_1 - 064019_10, 2021/06
被引用回数：8 パーセンタイル：46.19(Physics, Applied)A fundamental understanding of the interfacial magnetic properties in ferromagnetic heterostructures is essential for utilizing ferromagnetic materials for spintronic device applications. Here, we investigate the interfacial magnetic and electronic structures of epitaxial single-crystalline LaAlO
(LAO)/La
Sr
MnO(LSMO)/Nb:SrTiO(Nb:STO) heterostructures with varying LSMO layer thicknesses, in which the magnetic anisotropy strongly changes with the LSMO thickness due to the delicate balance between strains originating from both the Nb:STO and LAO layers, using X-ray magnetic circular dichroism and photoemission spectroscopy. We successfully detect the clear change of the magnetic behavior of the Mn ions concomitant with the thickness-dependent metal-insulator transition. Our results suggest that the double-exchange interaction induces ferromagnetism in the metallic LSMO film under tensile strain caused by the STO substrate, while the superexchange interaction determines the magnetic behavior in the insulating LSMO film under compressive strain originating from the top LAO layer. The change in strain, depending on LSMO layer thickness, is confirmed by scanning transmission electron microscopy. Based on those findings, the formation of a magnetic dead layer near the LAO/LSMO interface is attributed to competition between the superexchange interaction via Mn 
orbitals under compressive strain and the double-exchange interaction via the 
orbitals. These findings provide key aspects of ferromagnetic oxide heterostructures for the development of spintronic device applications.
Mn
As via soft X-ray magnetic circular dichroism竹田 幸治; 大矢 忍*; Pham, N. H.*; 小林 正起*; 斎藤 祐児; 山上 浩志; 田中 雅明*; 藤森 淳*
Journal of Applied Physics, 128(21), p.213902_1 - 213902_11, 2020/12
被引用回数：8 パーセンタイル：38.75(Physics, Applied)In order to understand the mechanism of the ferromagnetism in GaMnAs ((Ga,Mn)As), we have investigated the magnetic behavior on a microscopic level through systematic temperature (
) and magnetic-field (
) dependent soft X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) experiments at the Mn 
absorption edges. The and dependences of XMCD intensities have been analyzed using a model consisting of the ferromagnetic (FM), paramagnetic, and superparamagnetic (SPM) components. Intriguingly, we have found a common behavior for the ferromagnetic ordering process in (Ga,Mn)As samples with different Mn concentrations and different Curie temperature (
) values. In particular, the SPM component develops well above , indicating that local FM regions are formed well above . The present findings indicate that the onset of ferromagnetic ordering is triggered by local electronic states around the substitutional Mn ions. Insight into the most representative ferromagnetic semiconductor, (Ga,Mn)As, will be an important step in understanding the mechanism of ferromagnetic ordering in various ferromagnetic semiconductor families.
坂本 祥哉*; 若林 勇希*; 竹田 幸治; 藤森 伸一; 鈴木 博人*; 伴 芳祐*; 山上 浩志; 田中 雅明*; 大矢 忍*; 藤森 淳*
Physical Review B, 95(7), p.075203_1 - 075203_5, 2017/02
被引用回数：9 パーセンタイル：38.92(Materials Science, Multidisciplinary)GeFe
(Ge:Fe) shows ferromagnetic behavior up to a relatively high temperature of 210 K and hence is a promising material for spintronic applications compatible with Si technology. We have studied its underlying electronic structure by soft X-ray angle-resolved photoemission spectroscopy measurements and first-principles supercell calculation. We observed finite Fe 3
components in the states at the Fermi level (
) in a wide region of momentum space, and the was located 
0.35 eV above the valence-band maximum of the host Ge. Our calculation indicates that the is also within the deep acceptor-level impurity band induced by the strong 
-(
) hybridization. We conclude that the additional minority-spin 
electron characteristic of the Fe
state is responsible for the short-range ferromagnetic coupling between Fe atoms.
Mn granular thin films若林 勇希*; 秋山 了太*; 竹田 幸治; 堀尾 眞史*; 芝田 悟朗*; 坂本 祥哉*; 伴 芳祐*; 斎藤 祐児; 山上 浩志; 藤森 淳*; et al.
Physical Review B, 95(1), p.014417_1 - 014417_6, 2017/01
被引用回数：11 パーセンタイル：44.75(Materials Science, Multidisciplinary)Ge
Mn (GeMn) granular thin films are a unique and promising material for spintronic applications owing to their large positive magnetoresistance (MR). The microscopic origin of the MR has not yet been clarified. Here, we develop a method to separately investigate the magnetic properties of the nanoparticles and the matrix, utilizing the extremely high sensitivity of X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) to the local magnetic state of each atom. We find that the MR ratio is proportional to the product of the magnetizations originating from the nanoparticles and the matrix. This result indicates that the spin-polarized holes in the nanoparticles penetrate into the matrix and that these holes undergo first order magnetic scattering by the paramagnetic Mn atoms in the matrix, which induces the large MR.
Fe若林 勇希*; 坂本 祥哉*; 竹田 幸治; 石上 啓介*; 高橋 文雄*; 斎藤 祐児; 山上 浩志; 藤森 淳*; 田中 雅明*; 大矢 忍*
Scientific Reports (Internet), 6, p.23295_1 - 23295_9, 2016/03
被引用回数：20 パーセンタイル：62.63(Multidisciplinary Sciences)We investigate the local electronic structure and magnetic properties of the group-IV-based ferromagnetic semiconductor, GeFe (GeFe), using soft X-ray magnetic circular dichroism. Our results show that the doped Fe 3 electrons are strongly hybridized with the Ge 4 states, and have a large orbital magnetic moment relative to the spin magnetic moment, namely 
/
0.1. We find that nanoscale local ferromagnetic regions, which are formed through ferromagnetic exchange interactions in the high-Fe-content regions of the GeFe films, exist even at room temperature, well above the Curie temperature of 20 - 100K. We observe the intriguing nanoscale expansion of the local ferromagnetic regions with decreasing temperature, followed by a transition of the entire film into a ferromagnetic state at the Curie temperature.
小野田 忍; 春山 盛善; 寺地 徳之*; 磯谷 順一*; 加田 渉*; 花泉 修*; 大島 武
Physica Status Solidi (A), 212(11), p.2641 - 2644, 2015/11
被引用回数：12 パーセンタイル：44.93(Materials Science, Multidisciplinary)Nitrogen-vacancy (NV) center in diamond is a luminescent point defect with applications of quantum computation and atomic scale sensors. One of the most important features of NV center is high emission rate. This enables single NV centers to be detected using a confocal laser scanning microscope. In this study, we propose a new application of NV centers as a single ion track detector. We perform 490 MeV Os ion irradiation to diamond grown by chemical vapor deposition (CVD) technique. After high temperature annealing at 1000 
C, the ion track is able to be visualized by using confocal laser scanning microscope. In short, we have successfully detected ion track in diamonds.
春山 盛善; 小野田 忍; 加田 渉*; 寺地 徳之*; 磯谷 順一*; 大島 武; 花泉 修*
Proceedings of 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-11) (Internet), p.184 - 187, 2015/11
We propose that diamond can be utilized as a new Fluorescent Nuclear Track Detector (FNTD) material. For this aim, we focus on Nitrogen Vacancy (NV) centers in diamond. One of the most important features of a NV center is a high emission rate, which enable us to observe single NV center. After high energy ion irradiation and subsequent annealing, we successfully observe Os ion tracks in various diamonds containing dense nitrogen impurity. However, Os ion track cannot be observed from diamond without nitrogen impurity. We found that the optimization of nitrogen impurity is a key issue for developing high sensitive FNTD based on diamond.
小林 正起*; 宗田 伊理也*; 竹田 幸治; 原田 慈久*; 藤森 淳*; Krempask
, J.*; Schmitt, T.*; 大矢 忍*; 田中 雅明*; 尾嶋 正治*; et al.
Physical Review B, 89(20), p.205204_1 - 205204_8, 2014/05
被引用回数：80 パーセンタイル：91.96(Materials Science, Multidisciplinary)(Ga,Mn)As is a paradigm of a diluted magnetic semiconductor which shows ferromagnetism induced by doped hole carriers. With a few controversial models emerging from numerous experimental and theoretical studies, the mechanism of the ferromagnetism in (Ga,Mn)As still remains a puzzling enigma. In this article, we use soft X-ray angle-resolved photoemission spectroscopy to positively identify the ferromagnetic Mn 3d-derived impurity band (IB) in (Ga,Mn)As. The band appears dispersionless and hybridized with the light-hole band of the host GaAs. These findings conclude the picture of the valence-band structure of (Ga,Mn)As disputed for more than a decade. The nondispersive character of the IB and its location in vicinity of the valence-band maximum indicate that the Mn 3d-derived IB is formed as a split-off Mn-impurity state predicted by the Anderson.
小野田 忍; 阿部 浩之; 山本 卓; 大島 武; 磯谷 順一*; 寺地 徳之*; 渡邊 賢司*
Proceedings of 10th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (RASEDA-10) (Internet), p.93 - 96, 2012/12
We have developed two systems to acquire two-dimensional maps of Single Event Effects (SEEs) by using focused microbeams. While the microbeam has many advantages for SEE testing, the transport and optimization of the microbeam requires much time and effort, especially for high energy heavy ions. Therefore the mapping system with less effort is required, and we are developing the Ion Photon Emission Microscopy (IPEM). Since the spatial resolution is determined by the spot size and the intensity of luminescence, the scintillator is one of the most important parts of IPEM. We propose that the diamond containing Nitrogen Vacancy (NV) centers can be used as a scintillator. For both diamond and YAG:Ce proposed by Sandia National Laboratories, the minimum spot size is a few micrometers. IBIL intensity from diamond is four times higher than that from YAG:Ce. Therefore, we propose that the diamond containing NV centers is a rival candidate of YAG:Ce for IPEM.
小野田 忍; 山本 卓; 大島 武; 磯谷 順一*; 寺地 徳之*; 渡邊 賢司*
Transactions of the Materials Research Society of Japan, 37(2), p.241 - 244, 2012/06
To develop the single ion detection system with high spatial resolution, the ion induced luminescence was evaluated. By capturing the ion induced luminescence from a diamond by using Charge Coupled Device (CCD) Camera, the spot size and location of ion induced luminescence were evaluated. It was found that the full width at half maximum (FWHM) of spot is about 4 
m. The position where ion hits the sample can be calculated from the center of mass of each spot. We performed the same experiment by using YAG which is proposed by previous studies. We found that the diamond is comparable to YAG from the point of view of spatial resolution. In addition, the intensity of luminescence from diamond was slightly higher than that from YAG. According to these results, we suggest that both diamond and YAG:Ce are suitable for single ion detection with high spatial resolution.
中澤 忍*; 手島 翔太郎*; 荒井 大地*; 宮城 大輔*; 津田 理*; 濱島 高太郎*; 谷貝 剛*; 布谷 嘉彦; 小泉 徳潔; 高畑 一也*; et al.
低温工学, 46(8), p.474 - 480, 2011/08
大電流CIC導体サンプルを用いた特性試験において、導体の超伝導特性が設計時の予想より低下する結果が観測されている。この原因の一つとして、導体のジョイント部分の銅スリーブとケーブル間での不均一な接触抵抗による、定常状態での導体内の不均一電流分布が挙げられる。そこで、接触抵抗分布を評価するため、実際のCIC導体内部のケーブルを構成する素線の3次元配置を計測し、ジョイント部で銅スリーブとケーブル表面に現れる素線間の接触を定量的に評価した。素線と銅の間の接触長は素線によって大きく異なっており、抵抗分布が不均一となることがわかった。また、解析的に素線配置を求め、素線配置の計算方法の妥当性を示した。さらに、素線配置の計算のパラメータの一つである撚りピッチを調節することによる接触抵抗均一化の可能性を示すことができた。
山田 知典; 塩谷 隆二*; 吉村 忍*
シミュレーション, 30(2), p.65 - 69, 2011/06
本稿では計算機技術の発展を象徴するスーパーコンピュータの性能向上とともに進化してきた原子力発電施設の耐震性評価のための詳細シミュレーションの歴史とその基盤となる数値解析技術,詳細シミュレーションの今後の可能性と課題について述べる。
梅田 享英*; 磯谷 順一*; 大島 武; 小野田 忍; 森下 憲雄; 小此木 堅祐*; 白竹 茂*
Applied Physics Letters, 97(4), p.041911_1 - 041911_3, 2010/07
被引用回数：5 パーセンタイル：22.65(Physics, Applied)In this study, fluorine-vacancy defects (F
V
) in silicon (Si) were investigated by electron paramagnetic resonance, EPR. The FV vacancies in Si were created using fluorine ion implantation at room temperature and subsequent annealing up to 700 C. As a result, the most primitive center was FV
(the F0 center) in the case of initial stage of F implantation. With increasing the implanted F ions or annealing to the sample, other FV defects with more accumulation of F atoms appeared. Then, the F
center (FV
) was observed as the most stable center. The next one was the F center (FV). FV
defects were not found in this study. FV
defects were probably detected as the F center.
MnAsのMnイオンの磁気的相互作用の研究竹田 幸治; 小林 正起*; 岡根 哲夫; 大河内 拓雄*; 岡本 淳*; 斎藤 祐児; 小林 啓介*; 山上 浩志; 藤森 淳*; 田中 新*; et al.
放射光, 22(4), p.202 - 209, 2009/07
SPring-8 BL23SUで改良・整備を進めてきた軟X線磁気円二色性装置を用いて、希薄磁性半導体GaMnAsのMn元素の磁気的特性を系統的な温度・磁場依存性測定を行って調べた。その結果、Gaと置換されたMnイオンと結晶格子の隙間に入り込んだMnイオンの間には反強磁性相互作用が存在しており、キュリー温度と結晶格子の隙間に入り込んだMnイオンの量とは明らかに相関していて、Gaと置換されたMnイオンの強磁性秩序を結晶格子の隙間に入り込んだMnイオンが阻害していることがわかった。
MnAs studied by X-ray magnetic circular dichroism竹田 幸治; 小林 正起*; 岡根 哲夫; 大河内 拓雄; 岡本 淳*; 斎藤 祐児; 小林 啓介*; 山上 浩志; 藤森 淳; 田中 新*; et al.
Physical Review Letters, 100(24), p.247202_1 - 247202_4, 2008/06
被引用回数：39 パーセンタイル：81.40(Physics, Multidisciplinary)希薄磁性半導体(DMS)GaMnAsは、半導体スピントロニクス分野で注目を集めているが、室温強磁性は達成されていない。現状の試料作成技術では、MnイオンはGaイオンと置換される一方で、GaAs格子間にも侵入してしまい、この格子間に侵入したMnイオンの役割(影響)が不明であった。格子間に侵入した磁性イオンに関する同様の問題は、他のDMSにも多く存在する。今回の詳細なXMCD測定によって、格子間に侵入したMnイオンが、Gaイオンと置換されたMnイオン間の強磁性秩序の妨げになっていることが明らかになった。これは、格子間に侵入した磁性イオンの排除が多くのDMSの室温強磁性達成のために不可欠であるという試料作成に対する明確な方針を示すものである。
内山 軍蔵; 峯尾 英章; 朝倉 俊英; 宝徳 忍; 飯塚 勝*; 藤崎 進; 磯貝 光; 伊東 芳紀*; 佐藤 真人; 細谷 哲章
Journal of Nuclear Science and Technology, 39(Suppl.3), p.925 - 928, 2002/11
将来の核燃料サイクル技術として、長寿命核種の高度分離機能を有する再処理プロセスの開発を行っている。同プロセスは、5つの主要な技術から構成され、(1)燃料溶解オフガスからの炭素-14及びヨウ素-129の除去,(2)n-ブチルアルデヒドによるNp(VI)の選択還元分離,(3)高濃縮硝酸によるTc(VII)分離,(4)共除染工程抽出残液からのAmの固体吸着分離,(5)n-ブチルアミンによる溶媒洗浄の各技術である。長寿命核種の高度分離機能を可能とする再処理プロセスの使用済燃料を用いた分離原理確認試験を行った。本報告ではそれらの主要成果を述べる。
小松原 彰*; 寺地 徳之*; 堀 匡寛*; 熊谷 国憲*; 田村 崇人*; 大島 武; 小野田 忍; 山本 卓; Muller, C.*; Naydenov, B.*; et al.
no journal, ,
ダイヤモンド中に発光中心を作製することで、量子計算及び量子通信などに応用することができる。本研究では、ダイヤモンドへシリコン(Si)イオンを格子状に照射することで、シリコン-空孔(Si-V)センターを作製し、SiVセンターの生成収率と位置精度の制御性について検討した。生成収率の測定のため、格子状に照射したSiイオンの数を各格子点あたり、2から1000個で変化させた。共焦点顕微鏡を用いて、SiVセンターの水平方向及び深さ方向の空間分布を測定した。観察の結果、SiVが規則的に格子状に生成されていることがわかった。しかし、1格子点あたり100個の場合、明瞭な格子状パターンを観測することができなかったことから、生成収率が1%以下であることが推定された。
小野田 忍; 阿部 浩之; 山本 卓; 大島 武; 磯谷 順一*; 寺地 徳之*; 渡邊 賢司*
no journal, ,
The Ion Photon Emission Microscopy (IPEM) gives us two-dimensional maps of Single Event Effects (SEEs). To observe the map, the position where the single ion strikes a scintillator placed over a microelectronics circuit is recorded together with SEE signal. Since the spatial resolution is determined by the spot size and the intensity of the Ion Beam Induced Luminescence (IBIL), the scintillator is one of the most important parts of IPEM. In this study, we propose that the diamond containing Nitrogen Vacancy (NV) centers can be used as a scintillator. The results obtained from diamond were compared to those of YAG:Ce. For both cases, the averaged spot size of a few micrometers is observed. The IBIL intensity from diamond is 4 times higher than that from YAG:Ce. According to these results, we suggest that diamond containing NV centers is a rival candidate of YAG:Ce from the point of view of single ion detection with high spatial resolution.
小野田 忍; 阿部 浩之; 山本 卓; 大島 武; 磯谷 順一*; 寺地 徳之*; 渡邊 賢司*
no journal, ,
高エネルギー重イオン1個が半導体に誘起するシングルイベント効果(Single Event Effect: SEE)を評価するために、ブロードビームと位置検出技術を組合せてマイクロビーム照射実験と同等の実験、つまりイオン誘起電荷のマッピング像を測定することができる装置の開発に取り組んでいる。不純物として窒素を多く含む単結晶ダイヤモンド基板に対して、室温で2MeVの電子線を照射し、空孔を導入した。熱処理を施すことで、窒素と空孔を結合させ、Nitrogen Vacancy (NV)センターを多量に含むダイヤモンドを作成した。フォトルミネッセンス測定により、NVセンターが含まれていることを確認した。この試料に対し、イオン照射を行った結果、単一イオン検出が可能であることがわかり、NVセンターを含むダイヤモンドが発光体として有望であることがわかった。
小野田 忍; 阿部 浩之; 山本 卓; 大島 武; 谷口 尚*; 寺地 徳之*; Siyushev, P.*; Tran, T. H.*; Yang, S.*; Fedder, H.*; et al.
no journal, ,
ダイヤモンド中の欠陥の一つであるNV(窒素-空孔)センターは、炭素を置換した窒素と隣接位置の空孔とのペアーであり、量子ビットや磁気センサーとしての応用が期待されている。NVセンターは、電子基底状態と励起状態が三重項状態となっている。縮退している励起準位は、低温(4K)になると二つに分裂することが知られている。それぞれの準位はそれぞれが三重項状態となっているため、6つの準位を持つ。励起準位の分裂の程度は、歪みが大きくなると大きくなり、1GPaの外部圧力によって10THzの分裂が起こる。逆にいえば、励起状態の各エネルギー差を測定することで、NVセンターを取り巻く歪みの大きさを検出することが可能となる。NVセンターは光吸収係数・蛍光量子効率が高く、単一のNVセンターでさえ検出が可能という特徴があることから、本研究では、個々のNVセンターが存在する場所の歪みを、高感度かつ高空間分解能で引き出すことに取り組んだ。その結果、他の方法では得られない感度,空間分解能で、残留歪みの大きさと分布、不純物分布を得ることに成功した。
