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論文

Fabrication of neutron optical devices using PBW technique

酒井 卓郎; 飯倉 寛; 山田 尚人*; 佐藤 隆博*; 石井 保行*; 内田 正哉*

QST-M-8; QST Takasaki Annual Report 2016, P. 140, 2018/03

In this work, we report on the application of a UV/EB curable resin, in proton beam writing (PBW) for the fabrication of fine neutron optics devices. The resin is a liquid at room temperature; therefore, it mixes easily with functional materials, such as neutron absorbers. However, 20-30 $$mu$$m thick neutron absorber must be required as the grating materials. So PBW is a promising technique to fabricate the neutron devices. The fabrication process is similar to lithography. The neutron absorber is gadolinium oxide (Gd$$_{2}$$O$$_{3}$$). Pattern exposures are performed using 3 MeV proton beams approximately 1 $$mu$$m in diameter. The irradiated areas are quickly cured by polymerization. The fabricated gratings were observed using an optical microscope. The microscopic images show that the patterns of the fabricated structures agree well with the original one. In addition, a lateral direction of the sample was observed using the scanning electron microscope (SEM). The thickness of the sample is approximately 35 $$mu$$m. In conclusion, the fabrication of grating structures is successful and the results also proved that the UV/EB curable resin is very promising material for use in PBW micromachining.

論文

Acoustic spin pumping; Direct generation of spin currents from sound waves in Pt/Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$ hybrid structures

内田 健一*; 安立 裕人; 安 東秀*; 中山 裕康*; 戸田 雅也*; Hillebrands, B.*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Journal of Applied Physics, 111(5), p.053903_1 - 053903_8, 2012/03

 被引用回数:20 パーセンタイル:32.03(Physics, Applied)

現在のエレクトロニクスは電子に付随する「電荷」の情報を用いる技術に基づいているが、電子に付随するもう一つの情報である「スピン(磁気)」を利用する技術が開発されれば、電気・磁気デバイスの高性能化と省エネルギー化が実現できると考えられている。このような研究分野はスピントロニクスと呼ばれ世界中で盛んに研究が進められているが、ここでの中心的課題は、素子にスピン(磁気)の流れをいかに作り出すかという点である。今回われわれは、一見するとスピン(磁気)を運ばない音波を用いてスピン流を作り出せることを発見した。圧電素子を白金とイットリウム鉄ガーネットという磁性絶縁体の複合体に取り付け、逆スピンホール効果と呼ばれる方法を用いて、白金の中に注入されるスピン流の信号を観測した。われわれの線型応答理論に基づくモデル計算は、検出される信号を定性的にも定量的にも説明可能であり、われわれは身近にありふれた「音波」からスピン流を生成する方法を明らかにしたと言える。

論文

Voltage holding study of 1 MeV accelerator for ITER neutral beam injector

谷口 正樹; 柏木 美恵子; 梅田 尚孝; 大楽 正幸; 武本 純平; 戸張 博之; 土田 一輝; 山中 晴彦; 渡邊 和弘; 小島 有志; et al.

Review of Scientific Instruments, 83(2), p.02B121_1 - 02B121_3, 2012/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:45.76(Instruments & Instrumentation)

原子力機構では、ITER NBIで要求される1MeV, 200A/m$$^{2}$$の負イオン加速実証のため、MeV級加速器の開発を行っている。このような高パワー加速実現のためには、加速器の耐電圧向上が一つの鍵となる。本研究では、MeV級加速器の耐電圧特性試験で得られた知見に基づき、電極間ギャップの延長や支持枠角部の曲率を増加させるなど、耐電圧改善のための改造を行った。その結果、真空中での1MV保持に成功した。さらに、磁場や空間電荷反発により偏向するビーム軌道を電子抑制電極の孔ずれにより補正した結果、ビームの電極への衝突が抑制され、ビーム電流が増加するとともにビーム加速時の耐電圧が向上した。これらの加速器改良により、負イオンビームのエネルギー,電流はITER要求値にほぼ相当する980keV, 185A/m$$^{2}$$まで増加した。

論文

Surface-acoustic-wave-driven spin pumping in Y$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$/Pt hybrid structure

内田 健一*; 安 東秀*; 梶原 瑛祐*; 戸田 雅也*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 99(21), p.212501_1 - 212501_3, 2011/11

 被引用回数:36 パーセンタイル:17.02(Physics, Applied)

表面音波(a surface acoustic wave SAW)によるスピン流生成をY$$_{3}$$Fe$$_{5}$$O$$_{12}$$(YIG)/Ptハイブリッド構造体で観測した。YIGとPtの界面でYIG相で発生した表面音波がPt相にスピン流を発生させていることを、Pt相の逆スピンホール効果で見いだした。ピエゾ振動子を貼り付けたYIG/Pt構造体では、YIG内の表面音波によるスピン電圧分布の系統的な測定を可能とする。この観測された現象はSAWベースのエレクトロニクスに高い親和性を持つので、スピントロニクスにおけるSAWデバイスの構築に道を拓くものである。

論文

Long-range spin Seebeck effect and acoustic spin pumping

内田 健一*; 安立 裕人; 安 東秀*; 太田 岳*; 戸田 雅也*; Hillebrands, B.*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Nature Materials, 10(10), p.737 - 741, 2011/10

 被引用回数:175 パーセンタイル:1.57(Chemistry, Physical)

絶縁体サファイア基盤上においたニッケル鉄合金と白金の細線を用いることで、この孤立した細線中の電子がわれわれの直感に反してサファイア基盤上の位置を認識できることを示す。サファイア基盤に温度勾配を加えることで、白金細線が電気的にも磁気的にも孤立しているのにもかかわらず、この白金に誘起される電圧信号がサファイア基盤上の位置を反映している。この非局所的な電圧信号は、スピンがこの系の唯一の情報キャリアであるフォノンと相互作用することによって生じる。われわれは、このスピンとフォノンの相互作用の存在を、直接音響フォノンを注入することで得られる音響スピンポンピングを実現することで明らかとする。この発見は、スピンゼーベック効果の長距離性に対する答えを提供するとともに、音波を用いたスピントロニクスである音響スピントロニクスへの扉を開くことにも繋がる。

論文

Improvement of voltage holding and high current beam acceleration by MeV accelerator for ITER NB

谷口 正樹; 柏木 美恵子; 井上 多加志; 梅田 尚孝; 渡邊 和弘; 戸張 博之; 大楽 正幸; 山中 晴彦; 土田 一輝; 小島 有志; et al.

AIP Conference Proceedings 1390, p.449 - 456, 2011/09

 被引用回数:2 パーセンタイル:43.94

原子力機構では、ITER中性粒子入射加熱装置(NBI)用として多孔多段型負イオン加速器(MeV級加速器)の開発を行っている。現在までに、MeV級加速器では796keV, 140A/m$$^{2}$$の負イオン加速に成功したが、ITER要求値である1MeV, 200A/m$$^{2}$$の負イオン加速達成には加速器の耐電圧性能改善が不可欠である。JT-60用加速器やMeV級加速器においてさまざまな加速器体系で実施した耐電圧試験の結果、実機の保持電圧は電極支持枠部の段差や角部における電界集中により、加速器の設計に用いた理想的電極での試験結果より50%低下することが明らかとなった。これらの知見に基づき、電極間ギャップの延長や支持枠角部の曲率を増加させるなど、電界集中を抑制するための改造を行った。その結果、真空下での保持可能電圧は835kVから1MVに向上し、加速された負イオンの電圧,電流は879keV, 157A/m$$^{2}$$に増加した。

論文

Event structure and double helicity asymmetry in jet production from polarized $$p + p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review D, 84(1), p.012006_1 - 012006_18, 2011/07

 被引用回数:22 パーセンタイル:29.37(Astronomy & Astrophysics)

重心エネルギー200GeVでの縦偏極陽子陽子衝突からのジェット生成のイベント構造と二重非対称($$A_{LL}$$)について報告する。光子と荷電粒子がPHENIX実験で測定され、イベント構造がPHYTIAイベント生成コードの結果と比較された。再構成されたジェットの生成率は2次までの摂動QCDの計算で十分再現される。測定された$$A_{LL}$$は、一番低い横運動量で-0.0014$$pm$$0.0037、一番高い横運動量で-0.0181$$pm$$0.0282であった。この$$A_{LL}$$の結果を幾つかの$$Delta G(x)$$の分布を仮定した理論予想と比較する。

論文

Identified charged hadron production in $$p + p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 and 62.4 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review C, 83(6), p.064903_1 - 064903_29, 2011/06

 被引用回数:142 パーセンタイル:0.63(Physics, Nuclear)

200GeVと62.4GeVでの陽子陽子の中心衝突からの$$pi, K, p$$の横運動量分布及び収量をRHICのPHENIX実験によって測定した。それぞれエネルギーでの逆スロープパラメーター、平均横運動量及び単位rapidityあたりの収量を求め、異なるエネルギーでの他の測定結果と比較する。また$$m_T$$$$x_T$$スケーリングのようなスケーリングについて示して陽子陽子衝突における粒子生成メカニズムについて議論する。さらに測定したスペクトルを二次の摂動QCDの計算と比較する。

論文

Azimuthal correlations of electrons from heavy-flavor decay with hadrons in $$p+p$$ and Au+Au collisions at $$sqrt{s_{NN}}$$ = 200 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Aramaki, Y.*; et al.

Physical Review C, 83(4), p.044912_1 - 044912_16, 2011/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:49.68(Physics, Nuclear)

重いフレーバーのメソンの崩壊からの電子の測定は、このメソンの収量が金金衝突では陽子陽子に比べて抑制されていることを示している。われわれはこの研究をさらに進めて二つの粒子の相関、つまり重いフレーバーメソンの崩壊からの電子と、もう一つの重いフレーバーメソンあるいはジェットの破片からの荷電ハドロン、の相関を調べた。この測定は重いクォークとクォークグルオン物質の相互作用についてのより詳しい情報を与えるものである。われわれは特に金金衝突では陽子陽子に比べて反対側のジェットの形と収量が変化していることを見いだした。

論文

Measurement of neutral mesons in $$p$$ + $$p$$ collisions at $$sqrt{s}$$ = 200 GeV and scaling properties of hadron production

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; Akiba, Y.*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; Aoki, K.*; Aphecetche, L.*; Armendariz, R.*; et al.

Physical Review D, 83(5), p.052004_1 - 052004_26, 2011/03

 被引用回数:137 パーセンタイル:1.54(Astronomy & Astrophysics)

RHIC-PHENIX実験で重心エネルギー200GeVの陽子陽子衝突からの$$K^0_s$$, $$omega$$, $$eta'$$$$phi$$中間子生成の微分断面積を測定した。これらハドロンの横運動量分布のスペクトルの形はたった二つのパラメーター、$$n, T$$、のTsallis分布関数でよく記述できる。これらのパラメーターはそれぞれ高い横運動量と低い横運動量の領域のスペクトルを決めている。これらの分布をフィットして得られた積分された不変断面積はこれまで測定されたデータ及び統計モデルの予言と一致している。

論文

Development of full-size mockup bushing for 1 MeV ITER NB system

戸張 博之; 井上 多加志; 花田 磨砂也; 大楽 正幸; 渡邊 和弘; 梅田 尚孝; 谷口 正樹; 柏木 美恵子; 山中 晴彦; 武本 純平; et al.

Proceedings of 23rd IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2010) (CD-ROM), 8 Pages, 2011/03

ITER NBI用高電圧(HV)ブッシングは、ガス絶縁方式である-1MV高圧電源伝送系と真空中に設置する負イオン源及び静電加速器の間の圧力隔壁であり、かつ電力を絶縁導入する重要な機器である。原子力機構では、これまでに5段重ねのHVブッシングの絶縁材に用いる世界最大(外径1.56m)の大口径セラミックの開発に成功した。また、サンプル試験や強度解析を行い、セラミックと金属を一体化する接合技術の開発を進めてきた。そして今回、この大口径セラミックに適用可能な厚肉コバール材を用いたロウ付け接合技術の開発に成功した。さらに、大口径セラミック,金属フランジなどを一体に組み上げHVブッシングの1段分を実サイズで模擬したモックアップを試作し、耐電圧試験を実施した。その結果、1段あたりの定格電圧の20%上回る240kVを1時間以上に渡り安定に保持し、ITER NBIで要求される絶縁性能を実証した。

論文

Anomalous metallic state in the vicinity of metal to valence-bond solid insulator transition in LiVS$$_{2}$$

片山 尚幸*; 内田 正哉*; 橋爪 大輔*; 新高 誠司*; 松野 丈夫*; 松村 大樹; 西畑 保雄; 水木 純一郎; 竹下 直*; Gauzzi, A.*; et al.

Physical Review Letters, 103(14), p.146405_1 - 146405_4, 2009/10

 被引用回数:41 パーセンタイル:14.01(Physics, Multidisciplinary)

三角格子を持ち、価電子結合固体状態を持つことで知られるLiVS$$_{2}$$とLiVSe$$_{2}$$について研究を行った。金属と強相関系絶縁体の境目にあるLiVS$$_{2}$$は、金属から価電子結合固体絶縁体への転移を305Kにて示した。金属-絶縁体転移の近傍で価電子結合固体状態が観測されたことは、価電子結合固体状態を考える際の電子の遍歴性の重要さを示している。高温金属層に見られる擬ギャップ状態についても議論を行った。また、LiVSe$$_{2}$$は2Kまで金属状態であった。

口頭

プロトンマイクロビームによる中性子光学素子の作製

酒井 卓郎; 飯倉 寛; 松林 政仁; 山田 尚人*; 佐藤 隆博*; 石井 保行*; 内田 正哉*

no journal, , 

真空中を伝播する電子が、平面波や球面波ではなく、らせん状の波面を持ち得ることが報告された。電子がこのような波面を持ち得ることは全く考えられておらず、大きな注目を浴びた発見である。本研究においては、中性子も同様にらせん状の波面を持ち得ることを観測するために、MeV級プロトンビームの描画による微細加工技術を駆使して中性子用の回折格子の作製に取り組んでおり、現在までの進捗状況を報告する。中性子は高い物質透過性を有するため、透過型の回折格子として利用するためには、中性子吸収体を含む材料を十分な厚さで加工する必要がある。そこで、大気照射可能であり、アスペクト比の高い加工が可能であるプロトンマイクロビームを利用した。具体的な手順としては、中性子吸収体である酸化ガドリニウムのナノ粒子を混入した紫外線硬化樹脂に対して、パターン照射を行った。利用したプロトンビームのエネルギーは3MeV、電流1$$sim$$2pA、照射時間は10分以下である。照射後、現像処理を行った後、塩酸で未照射部位をエッチングし、超臨界乾燥装置で乾燥処理を行った。その結果、設計通りの加工ができることを確認した。

口頭

大気照射陽子マイクロビームによる中性子用回折格子の作製

酒井 卓郎; 飯倉 寛; 山田 尚人*; 佐藤 隆博*; 石井 保行*; 内田 正哉*

no journal, , 

真空中を伝播する電子が、平面波や球面波ではなく、らせん状の波面を持ち得ることが内田・外村により初めて報告された。光の分野においては、らせん状の波面を持つ波は既に知られていたが、電子が同様の波面を持ち得ることは全く考えられておらず、大きな注目を浴びた発見である。本研究においては、中性子も同様にらせん状の波面を持ち得ることを観測するために、MeV級プロトンビームの描画による微細加工技術を駆使して中性子用の回折格子の作製に取り組んでいる。中性子は高い物質透過性を有するため、透過型の回折格子として利用するためには、中性子吸収体を含む材料を十分な厚さで加工する必要がある。そこで、大気照射可能であり、アスペクト比の高い加工が可能であるプロトンマイクロビームを利用した。具体的な手順としては、中性子吸収体である酸化ガドリニウムのナノ粒子を混入した紫外線硬化樹脂に対してパターン照射を行った。照射後、エタノールで現像処理を行った後、塩酸で未照射部位の酸化ガドリニウムをエッチングし、超臨界乾燥装置で乾燥処理を行うことで、設計通りの回折格子を作製できた。

口頭

プロトンマイクロビームによる中性子光学素子の作製,2

酒井 卓郎; 飯倉 寛; 山田 尚人*; 佐藤 隆博*; 石井 保行*; 内田 正哉*

no journal, , 

真空中を伝播する電子が、平面波や球面波ではなく、らせん状の波面を持ち得る事が発見された。本研究においては、中性子も同様にらせん状の波面を持ち得ることを観測するために、MeV級プロトンビームの描画(Proton Beam Writing: PBW)による微細加工技術を駆使して中性子用の回折格子の作製に取り組んでいる。中性子は高い物質透過性を有するため、透過型の回折格子として利用するためには、中性子吸収体を含む材料を十分な厚さで加工する必要がある。そこで、大気照射可能であり、アスペクト比の高い加工が可能であるプロトンマイクロビームを利用した。具体的な手順としては、中性子吸収体である酸化ガドリニウムのナノ粒子を混入した紫外線硬化樹脂に対してパターン照射を行った。利用したプロトンビームのエネルギーは3MeV、電流1$$sim$$2pA、照射時間は10分以下である。照射後、エタノールで現像処理を行った後、塩酸で未照射部位の酸化ガドリニウムをエッチングし、超臨界乾燥装置で乾燥処理を行った。また、今年度においては、5$$times$$5の多配列回折格子の作製に成功したので、この件に関しても報告する。

口頭

プロトンマイクロビームによる中性子光学素子の作製,3

酒井 卓郎; 山田 尚人*; 佐藤 隆博*; 石井 保行*; 山本 春也*; 内田 正哉*

no journal, , 

真空中を伝播する電子が、平面波や球面波ではなく、らせん状の波面を持ち得ることが内田・外村により初めて報告された。光の分野においては、らせん状の波面を持つ波は既に知られていたが、電子が同様の波面を持ち得ることは全く考えられておらず、大きな注目を浴びた発見である。本研究においては、中性子も同様にらせん状の波面を持ち得ることを観測するために、MeV級プロトンビームの描画(Proton Beam Writing: PBW)による微細加工技術を駆使して中性子用の回折格子の作製に取り組んでいる。作製の手順としては、中性子吸収体である酸化ガドリニウムのナノ粒子を紫外線硬化樹脂に混入し、超音波ホモジナイザーで数時間撹拌した試料に対して、大気中でパターン照射を行った。利用したプロトンビームのエネルギーは3MeV、電流1$$sim$$2pA、照射時間は10分以下である。照射後、エタノールで現像処理を行った後、塩酸で未照射部位の酸化ガドリニウムをエッチングし、超臨界乾燥装置で乾燥処理を行った。また作成パターンに関しては7$$times$$7配列の格子パターンを利用した。一部格子形状が崩れている部分もあるが、概ね設計パターン通りに作製できている。

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