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論文

Spectroscopic determination of interconversion rates among three nuclear spin isomers of methane in crystalline II

杉本 建*; 那須 裕一*; 荒川 一郎*; 山川 紘一郎

Journal of Chemical Physics, 150(18), p.184302_1 - 184302_5, 2019/05

https://doi.org/10.1063/1.5091070
 被引用回数：4 パーセンタイル：21.85(Chemistry, Physical)

メタンの結晶相IIの赤外吸収スペクトルを測定し、既報の回転振動ピークや振動-振動ピークに加えて、アニール後の急冷によって顕著なQ(2)ピークを検出することに成功した。R(0)、R(1)、Q(2)ピークの積分強度は2つの指数関数の線形結合の時間依存性を示した。これは、低エネルギー回転準位を占める3つの核スピン異性体間の相互変換を明らかに示している。

論文

Visualization of focused proton beam dose distribution by atomic force microscopy using blended polymer films based on polyacrylic acid

大道 正明*; 高野 勝昌*; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 石井 保行; 大久保 猛; 江夏 昌志; 加田 渉; 杉本 雅樹; 西川 宏之*; et al.

Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 12, p.7401 - 7404, 2012/09

https://doi.org/10.1166/jnn.2012.6457
 被引用回数：2 パーセンタイル：11.57(Chemistry, Multidisciplinary)

A new visualization method for dose distribution of a focused proton beam in sub-micrometer scale was developed using a formation of a bulky cross-linked structure of polyacrylic acid -$$N$$, $$N$$'-methylence bisacrylamide, blend film. The areas irradiated by the focused proton beam were swelled on the film. The height of the swelling was significantly increased according to the beam fluence and the increase of containing ratio of the methylence bisacrylamide. The height was saturated at the fluence of 5$$times$$10$$^5$$ ions/$$mu$$m$$^{2}$$. The proton beam-sensitive polymer film was used for the analysis of dose distribution on its surface. The irradiated surface was observed by employing an atomic force microscope. This observation result showed that the method could be used to confirm the writing patterns and the beam-spot shape. Nanostructures with a crescent shape are visualized clearly at a misaligned beam-spot shape in the set up of the beam-optics.

論文

Microprocessing of arched bridge structures with epoxy resin by proton beam writing

高野 勝昌*; 麻野 敦資*; 前吉 雄太*; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 佐伯 昭紀*; 関 修平*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 神谷 富裕; et al.

Journal of Photopolymer Science and Technology, 25(1), p.43 - 46, 2012/07

https://doi.org/10.2494/photopolymer.25.43
 被引用回数：2 パーセンタイル：6.57(Polymer Science)

The proton beam writing (PBW) with energy of several MeV ranges is a unique tool of three-dimensional microprocessing for a polymer material. Three-dimensional structures like a bridge structure can be fabricated by the double exposures of PBW with two deferent energies followed by the one-time development using etching solution. In this study, the fabrication of an arched bridge was attempted by means of the supercritical drying with liquid carbon dioxide to a SU-8 photoresist film, as the polymer material, coated on a substrate of epoxy sheet, after the PBW process. In the exposures, two patterns of bridge girders and piers were written with 0.5 and 3 MeV proton beams to the SU-8 photoresist films, respectively. After these writings, the photoresist films were developed with the solution of diacetone alcohol and rinsed with the solution of isopropyl alcohol. Then the supercritical drying with liquid carbon dioxide was used at 12 MPa, 40$$^{circ}$$C. As the results, the bridge structures with curved girders to the vertical direction were formed due to the swelling effect of the photoresist film on the drying. In the conference, the microprocessing method of the bridge structure and the swelling effect of the photoresist film will be represented in detail.

論文

Fabrication of concave and convex structure array consisted of epoxy long-nanowires by light and heavy ion beams lithography

高野 勝昌*; 杉本 雅樹; 麻野 敦資*; 前吉 雄太*; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 佐伯 昭紀*; 関 修平*; 佐藤 隆博; 石井 保行; et al.

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 37(2), p.237 - 240, 2012/06

https://doi.org/10.14723/tmrsj.37.237

A three dimensional microfabrication technique for polymer films has been investigated on the basis of fabricating micrometer structures composed of the fine wire structures which were fabricated by the chemical reaction induced along ion tracks of heavy ions with the energy of hundred MeV. In this study, we propose a new hemispherical microfabrication technique of epoxy resin for the fabrication of optical lenses using two times irradiation technique combining proton beam writing and low fluence irradiation of heavy ion beam. At first, an epoxy resin films composed of an etching and a non-etching layers of epoxy resin were irradiated at a frame pattern using a 3 MeV focused proton beam. At second, the low fluence irradiation of 450 MeV $$^{129}$$Xe$$^{23+}$$ was performed by a raster line scanning with oblique angle of 45 degree. Finally, the non-irradiated area of the etching layer of the films were etched by the developer. The observation of the etched films showed that the dome-like structures arrayed with a grid were formed on the non-etching layer of the epoxy resin films. The more detailed observation showed that each dome was composed of the fine wire structures formed by cross-linking reactions induced along the $$^{129}$$Xe$$^{23+}$$ tracks. The domes are expected to function as optical condenser-lenses.

論文

Fabrication of poly(9,9'-dioctylfluorene)-based nano- and microstructures by proton beam writing

前吉 雄太*; 高野 勝昌*; 麻野 敦資*; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 石井 保行; 大久保 猛; 江夏 昌志; et al.

Japanese Journal of Applied Physics, 51(4R), p.045201_1 - 045201_4, 2012/04

https://doi.org/10.1143/JJAP.51.045201
 被引用回数：1 パーセンタイル：4.43(Physics, Applied)

A relation between the fluence and the beam-induced chemical reaction in poly(9,9'-dioctylfluorene), PFO, films has been investigated to fabricate PFO-based nano-micro structures using Proton Beam Writing, PBW. In this investigation, we observed that the cross-linking reaction in PFO occurred without a cross-linking agent using PBW. Furthermore, not only the surface morphology but also structure and shape on PFO films were changed from nano-meter to micro-meter size by controlling the fluence of proton beam irradiation on the basis of the investigation. Consequently, the structure of the arabic numbers was successful fabricated as three-dimensional PFO structures with the aspect ratio of 12 at the fluence of 3.5 $$times$$ 10$$^6$$ ions/$$mu$$m$$^2$$ by PBW.

論文

3D micro-fabrication utilized superimposing technique with focused MeV ion beams

高野 勝昌*; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 石井 保行; 大久保 猛; 江夏 昌志; 加田 渉; 杉本 雅樹; 関 修平*; 西川 宏之*

JAEA-Review 2011-043, JAEA Takasaki Annual Report 2010, P. 162, 2012/01

https://doi.org/10.11484/jaea-review-2011-043

A unique micro-processing technique for epoxy resin films has been developed at the TIARA, utilizing the ion beam writing with multiple energies of light and heavy ion beams. In this study, nano-wire structure fabrication was tried by a superimposing with the proton beams and 520 MeV $$^{40}$$Ar$$^{14+}$$. And in order to reduce the surface tension in developing and drying processes, after a baking at 95 $$^{circ}$$C for 1 minute, developing and drying was performed with super-critical CO$$_{2}$$ at 12 MPa, 40 $$^{circ}$$C. As the result, the bridge structure which strung the wires fabricated by 520 MeV $$^{40}$$Ar$$^{14+}$$ hitting can be observed at the aimed points.

論文

Nano-micro processing of epoxy resin systems by ion beam lithography with multiple energies and species

高野 勝昌; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; 神谷 富裕; 大久保 猛; 杉本 雅樹; 西川 宏之*; 関 修平*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 36(3), p.305 - 308, 2011/09

https://doi.org/10.14723/tmrsj.36.305

Techniques of superimposed ion beam writing with different energies and species have been developed with targeting system at Takasaki Ion Accelerators for Advanced Radiation Application facility, TIARA, of JAEA/Takasaki. A bridge structure was fabricated by the superimposed writing of a girder pattern with 0.5 MeV proton beam adjusting to the bridge pier pattern written with 3 MeV proton beam, using SU-8 photoresist films coated on curing epoxy resin sheets. An upstanding column array with the diameter of sub-micron supported by the bridge structure was fabricated by the spot writing of 260 MeV Ne$$^{7+}$$ single ion hit adjusting to the girder pattern written with the 0.5 MeV proton beams.

論文

Fabrication of nanowires by varying energy microbeam lithography using heavy ions at the TIARA

神谷 富裕; 高野 勝昌; 石井 保行; 佐藤 隆博; 及川 将一*; 大久保 猛; 芳賀 潤二*; 西川 宏之*; 古田 祐介*; 打矢 直之*; et al.

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 267(12-13), p.2317 - 2320, 2009/06

https://doi.org/10.1016/j.nimb.2009.03.043
 被引用回数：7 パーセンタイル：47.15(Instruments & Instrumentation)

In TIARA facility of Japan Atomic Energy Agency (JAEA) Takasaki, three-dimensional micro/nano structures with high aspect ratio based on cross linking process in negative resist such as SU-8 have been produced by a technique of mask less ion beam lithography. By bombarding high-energy heavy ions such as 450 MeV Xe$$^{23+}$$ to SU-8, a nanowire could be produced just with a single ion hitting. Then we tried to produce nanowires, of which both ends were fixed in the three-dimensional structure. This paper shows a preliminary experiment using a combination of 15 MeV Ni$$^{4+}$$ ion microbeam patterning and the 450 MeV $$^{129}$$Xe$$^{23+}$$ hitting on SU-8.

口頭

イオンマイクロビームを用いた3次元描画

高野 勝昌; 佐藤 隆博; 石井 保行; 神谷 富裕; 大久保 猛; 杉本 雅樹

no journal, , 

イオンマイクロビームを用いた3次元微細加工技術の開発のため、ターゲット材料として有力な候補の一つであるSU-8ネガ型フォトレジスト膜を対象として、プロトンビーム描画の条件である入射エネルギーと照射量を調べた。この結果、一例として、入射エネルギー3MeV,照射量0.07$$mu$$C/mm$$^2$$に調整したビームにより、ビームの入射方向に対して垂直方向に550$$times$$550$$mu$$m$$^2$$の範囲を1$$mu$$mの分解能で加工できることがわかった。

口頭

JAEA-TIARAにおけるPBWを利用した微細加工技術の開発

高野 勝昌; 佐藤 隆博; 石井 保行; 神谷 富裕; 大久保 猛; 杉本 雅樹; 西川 宏之*; 関 修平*

no journal, , 

JAEA-TIARAでは、プロトンビームを利用した微細加工技術の開発に取り組んでいる。本研究では、SU-8フォトレジスト膜に対して入射エネルギー(飛程)の異なるプロトンビームを順次走査(描画)し、イオン照射によるSU-8フォトレジストの硬化反応を深さ方向で制御した加工方法について検討した。その結果、照射量を0.45$$times$$10$$^{6}$$ions/cm$$^{2}$$に調整して、入射エネルギーが1MeVと3MeVのプロトンビーム描画を順次重ねて行うと、梁の長さが550$$mu$$m、梁と基板との間が30$$mu$$mの橋脚構造を作製できることがわかった。

口頭

Recent test results on blanket module installation using in-vessel transporter for ITER

油谷 篤志; 武田 信和; 角舘 聡; 久保 智美*; 杉本 健*; 中平 昌隆*; Tesini, A.*

no journal, , 

ITERのブランケットなどの真空容器内機器は、DT反応により$$gamma$$線環境下に置かれるため、保守交換を遠隔機器によって行う必要がある。ブランケット遠隔保守に用いるシステムの調達は日本が担当しており、原子力機構は調達仕様決定のために研究開発を継続してきた。ブランケット交換では、大重量(40kN)のブランケットを真空容器のキー構造に勘合させて、高精度(0.5mm以下)に最終的な位置決めをする必要がある。このため、カメラ計測による誤差10mm以下の位置決めと、勘合過程で発生する過大な反力を抑制する力制御の組合せによって、最終的な位置決め精度を達成した。本報告は、その手法と試験結果について報告を行う。

口頭

イオンビームリソグラフィーによる高分子膜の3次元微細加工技術開発

高野 勝昌*; 関 修平*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 大久保 猛; 江夏 昌志; 加田 渉; 神谷 富裕; 杉本 雅樹; 西川 宏之*

no journal, , 

高崎イオン照射研究施設(TIARA)で開発したイオンビーム描画技術を利用して、イオントラックに沿って形成される高分子のワイヤー構造体を、イオンビーム描画で形成した橋脚構造体により支持された状態で作製するというユニークな加工を試みた。今回は520MeVアルゴンイオン($$^{40}$$Ar$$^{14+}$$)を用いたワイヤー形成を試みた。また、現像・乾燥の際の溶媒の表面張力により、隣接するワイヤー同士が寄り集り、形状が歪んでしまうという問題を解決するため、新しい手法として溶媒の表面張力の影響を軽減可能な超臨界乾燥法を現像・乾燥処理に適用した。走査電子顕微鏡にて現像・乾燥処理を行った試料の表面を観察した結果、100ions/spotsのスポット描画を行った橋梁部の下に、橋脚構造体に支えられ倒立したワイヤー構造体が形成されていることを確認できた。

口頭

イオンビームを利用した光デバイス作製技術の研究開発

三浦 健太*; Umenyi, A. V.*; 花泉 修*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 大久保 猛; 山崎 明義; 江夏 昌志; 横山 彰人; 加田 渉; et al.

no journal, , 

TIARAでのイオンビーム照射技術を、光スイッチや発光素子などの光デバイスの作製に応用する研究を行っている。この研究の中で、今回は応用波長帯の拡大を目標に、GeイオンをSiO$$_2$$基板に注入した試料を作製し、その発光特性の評価を行ったので、これらの成果を発表する。具体的には、初めに、SiO$$_2$$基板へのGeイオン注入は、400kVイオン注入装置を用い、照射エネルギー350keV,照射量1$$times$$10$$^{17}$$ions/cm$$^2$$とし、室温で行った。次に、4つの試料を窒素雰囲気中で600$$^circ$$C, 700$$^circ$$C, 800$$^circ$$C, 900$$^circ$$Cでアニールした後、さらに大気中でアニール(800$$^circ$$C)を行った。最後に、フォトルミネッセンス(PL)スペクトの励起光源としてHe-Cdレーザ(波長325nm)を使用し、モノクロメータ及びCCD検出器(-80$$^circ$$Cに電子冷却)を用いて測定を行った。PLスペクトルの測定結果、窒素中で600$$^circ$$C, 700$$^circ$$C, 800$$^circ$$Cのアニールを行った試料からは、波長400nm付近に発光ピークが確認できた。これらはGeナノ結晶による発光と考えられる。その中で、800$$^circ$$Cでアニールした試料のみ、波長500nm付近の発光バンドも確認でき、さらにアニール温度を900$$^circ$$Cに上げると、波長500nm付近にピークを持つブロードな発光スペクトルが観測された。この発光バンドとGeナノ結晶との関連性は現在調査中であるが、アニール温度によって発光波長帯を制御できる可能性があり、さまざまな色の可視発光デバイスへの応用が期待できる。

口頭

Three dimensional nano-micro processing for polymer films by MeV ion beam lithography

高野 勝昌*; 麻野 敦資*; 前吉 雄太*; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 佐伯 昭紀*; 関 修平*; 佐藤 隆博; 神谷 富裕; 石井 保行; et al.

no journal, , 

https://doi.org/10.1143/JJAP.51.045201

The fine strings of epoxy-resin were fabricated using a focused MeV ion beam in this paper. This fabrication was carried out by the following four steps. Firstly, an epoxy-resin layer was spin-coated on a epoxy-resin film cured by electron beam irradiation as a substrate. Secondly, bridge patterns were irradiated on the epoxy-resin layer by Proton Beam Writing two times with the two different energies which led its proton beam to the two different penetration depths. Thirdly, focused 520 MeV $$^{40}$$Ar$$^{14+}$$ particles were irradiated at aiming the bridge patterns, controlling a spot pattern. Finally, the development of the irradiated epoxy-resin files was carried out using the supercritical carbon dioxide fluid, CO$$_2$$ to etch the non-irradiated area under reducing the surface tension among areas of sub-micrometer size. The epoxy-resin fine strings with the diameter of 0.8 $$mu$$m was observed between the bridge structure with the height of 20 $$mu$$m and the substrate using a scanning electron microscope. A microprocessing for fine strings of a epoxy-resin was demonstrated using a focused several hundred MeV ion beam.

口頭

Three dimensional microprocessing for polymer films by mev ion beam lithography

高野 勝昌*; 麻野 敦資*; 前吉 雄太*; 丸井 裕美*; 大道 正明*; 佐伯 昭紀*; 関 修平*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 神谷 富裕; et al.

no journal, , 

A three-dimensional micro-structure with upstanding nanowires was fabricated on the basis of the nano- and micro-processing technique developed as a new method of ion beam lithography employing a series of irradiations on epoxy films, (a) microbeam scanning with two different energies of a few MeV and (b) single heavy ion hits with several hundred MeV energy. Demonstration of fabricating a girder-bridge and pillars for support of upstanding nanowires was made as follows: the pattern of the girder-bridge and pillars was drawn using irradiation (a), the pattern on single-dots for nanowires was superimposed on the girder-bridge pattern using irradiation (b), and development of the irradiated sample by etching solution. The upstanding nanowires between the epoxy substrate and the girder bridge were successfully fabricated and observed using SEM.

口頭

イオンビームによる光機能素子の作製

三浦 健太*; 菊地 秀輔*; 桐生 弘武*; 稲田 和紀*; 小澤 優介*; 花泉 修*; 山本 春也; 杉本 雅樹; 吉川 正人; 川口 和弘; et al.

no journal, , 

イオンビーム照射による発光デバイス及び光スイッチ等の光機能素子の形成技術の開発を行った。発光デバイスの開発では、これまでの成果からSiO$$_2$$部材にSi$$^+$$の注入と、その後の1200$$^circ$$C前後でのアニールにより青色発光することを見いだしており、本研究ではこの部材を用いてより低温のアニールで発光する部材の開発を目指した。Si$$^+$$とC$$^+$$の注入、及び大気中での700$$^circ$$C、25分間のアニールを行うことで、可視領域での発光を観測できた。さらに、Si$$^+$$及びC$$^+$$の注入量の比によって、発光ピーク波長がシフトすることも確認し、発光色を制御できる可能性も示した。一方、光スイッチの開発では、波長1.55$$mu$$m帯のマッハツェンダー(Mach-Zehnder: MZ)型光スイッチの実現を目指し、PMMAにプロトンビーム描画(Proton Beam Writing: PBW)技術で光導波路を描画することでMZ型導波路の製作を試みた。試料として、Si基板上に下部クラッド層のSiO$$_2$$膜(15$$mu$$m)及び光導波路製作層のPMMA膜(8$$mu$$m)を製作した。これに1.7MeV、1$$mu$$m$$phi$$のH$$^+$$ビームを用いてPBWにより8$$mu$$m幅の左右対称に対向したY分岐型の導波路を描画し、さらに、上部クラッド層としてこの照射後の試料にPMMAを10$$mu$$m厚で成膜した。製作した導波路に対して波長1.55$$mu$$mの光を通した結果、出射光が一つであることを確認し、MZ型光導波路として光波の分岐及び合流が行えることを示した。

口頭

イオンビーム照射による光機能デバイスの作製技術の開発

三浦 健太*; 花泉 修*; 加田 渉*; 小澤 優介*; 稲田 和紀*; 久保田 篤志*; 河嶋 亮広*; 佐藤 隆博; 石井 保行; 江夏 昌志; et al.

no journal, , 

イオンビーム照射技術を用いた光スイッチや発光素子の光機能デバイスの製作を目的として、(1)プロトンビーム描画を利用したマッハツェンダー(MZ)導波路型熱光学スイッチ、(2)SiO$$_{2}$$部材へのSiとCイオンの注入と1200$$^{circ}$$C以下でアニール処理を行うことによる可視領域で発光する材料の開発を行った。(1)では、Si基板上に下部クラッドのSiO$$_2$$層と光伝搬用のPMMA層をそれぞれ5$${mu}$$mと8$${mu}$$mに積層した試料に、1.7MeV, 1$${mu}$$m$$phi$$のH$$^{+}$$ビーム(50pA)を用いて、ドーズ量100nC/mm$$^2$$で、線幅8$${mu}$$mのY分岐を左右対称に接合した長さ$$sim$$30mmのMZ型の線を描画した。この後、上部クラッドとして10$$mu$$mのPMMA層を積層し、導波路とした。これを光スイッチとするため、フォトリソグラフィによりTi薄膜ヒーターとA$$ell$$電極を試料表面に形成し、波長1.55$${mu}$$mにおけるスイッチ特性を評価した。この結果、スイッチング電力は約43.9mW、ON/OFF比は約9.0dBと測定され、これらは従来型の石英系熱光学スイッチに比べ優位なものであった。(2)では、SiO$$_{2}$$部材への150keV-Siの注入量を5$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^2$$に固定し、75keV-Cの注入量を1, 3, 5, 7$$times$$10$$^{16}$$/cm$$^2$$と変えた。照射後、大気中、1000$$^{circ}$$Cにおいて25分間のアニールを行い、発光の観測を行った結果、可視域の発光が観測できた。更に、Cイオンの照射量によって、発光ピーク波長がシフトすることから、発光色をイオンの注入量で制御可能であることも明らかになった。

口頭

Nuclear spin conversion of methane in condensed layers at low temperatures

山川 紘一郎; 杉本 建*

no journal, , 

メタンは、オルト(I=1)、メタ(I=2)、パラ(I=0)の3種類の核スピン異性体を持つ。メタンは球対称こま分子であり、その回転エネルギーは回転量子数Jに依存する。J=0(J=1)準位はメタ(オルソ)異性体のみが占有し、オルソとパラの状態はJ=2準位で縮退している。この縮退のため、オルソとパラの変換は非常に速く進み、希ガスやパラ水素のマトリックスではオルソ-メタ変換のみが観測されている。一方、最近、結晶性メタンの低温相で3種類の異性体間の核スピン変換が観測された。本発表では、結晶性メタンにおけるオルソ-メタ-パラ転換に関する赤外分光学的研究を、これまでのマトリックス単離研究と比較しながら示す。

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