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論文

Contact-induced spin polarization of monolayer hexagonal boron nitride on Ni(111)

大伴 真名歩; 山内 泰*; Kuzubov, A. A.*; Eliseeva, N. S.*; Avramov, P.*; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; 楢本 洋*; 境 誠司

Applied Physics Letters, 104(5), p.051604_1 - 051604_4, 2014/02

 被引用回数:11 パーセンタイル:50.47(Physics, Applied)

六方晶窒化ホウ素(h-BN)はグラフェン・スピントロニクスのトンネルバリア材料として有望視されている。本研究ではスピン偏極準安定ヘリウム脱励起分光法(SPMDS)を用いて、Ni(111)上の単層h-BNのスピン分解バンド構造を調べた。SPMDSの最表面敏感性により、Ni 3$$d$$ピークの重複を受けずに部分的に占有されたギャップ内順位を検出できた。さらにこのギャップ内順位は大きなスピン偏極を持ち、Niの多数スピン側に偏極していることが示された。この正のスピン偏極は、h-BN/Ni(111)界面における$$pi$$-$$d$$軌道混成によるものであると帰属できた。

論文

Spin polarization of single-layer graphene epitaxially grown on Ni(111) thin film

圓谷 志郎; 倉橋 光紀*; Sun, X.*; 山内 泰*

Carbon, 61, p.134 - 139, 2013/09

 被引用回数:17 パーセンタイル:54.86(Chemistry, Physical)

The spin-resolved electronic structure of graphene on Ni(111) was investigated using spin-polarized metastable deexcitation spectroscopy (SPMDS). Graphene was grown epitaxially on a Ni(111) single-crystalline surface using the ultra high vacuum chemical vapor deposition technique with benzene vapor as a precursor. At 50 L (5$$times$$10$$^{-5}$$ Torr sec), a single epitaxial layer of graphene was formed, but no further growth was observed at higher exposure. The spin-summed spectrum of graphene/Ni(111) had a new peak at the Fermi level and three weak features corresponding to the molecular orbitals of graphene. Spin asymmetry analysis of the SPMDS spectra revealed that the spin polarization of the electronic states shown by the new peak was parallel to the majority spin of the Ni substrate. The appearance and spin polarization of the new electronic states are discussed in terms of the hybridization of graphene pi orbitals and Ni d orbitals.

論文

Analysis and experimental results on ingress of coolant event in vacuum vessel

栗原 良一; 安島 俊夫*; 功刀 資彰; 高瀬 和之; 柴田 光彦; 関 泰; 笠原 文雄*; 山内 通則*; 細貝 いずみ*; 大森 順次*

Fusion Engineering and Design, 42, p.61 - 66, 1998/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:45.37(Nuclear Science & Technology)

日本原子力研究所では、国際熱核融合実験炉ITERのR&Dタスクの一つとして冷却材侵入事象(ICE)実験をTRAC-BF1等の安全性解析コードを検証するための熱流動データを得る目的で実施している。TRAC-BF1コードは元々沸騰水型原子炉の想定過渡事象を詳細に解析するために開発されたコードなので、核融合炉真空容器内で起こるICE現象を解析できるように原研で改良を進めてきた。安全性解析コードのベンチマークテストとしてICE実験を、真空容器内圧力10または10$$^{5}$$Pa、真空容器内温度150または250$$^{circ}$$C、噴出水温度100または200$$^{circ}$$C、噴出水圧力3.5MPaの条件で実施した。TRAC-BF1コードを用いてこれらの実験を解析し、実験と解析の差について考察した。論文ではTRAC-BF1コードの概要と手法、ICEベンチマーク解析の方法と結果及び今後の課題について述べる。

報告書

真空容器内冷却材侵入事象解析用TRAC-BF1コードの改良

安島 俊夫*; 栗原 良一; 関 泰; 笠原 文雄*; 山内 通則*

JAERI-Data/Code 97-034, 77 Pages, 1997/08

JAERI-Data-Code-97-034.pdf:1.71MB

国際熱核融合実験炉(ITER)工学R&Dとして実施してきた真空容器内冷却材侵入事象(ICE)の予備実験に関連し、ICE解析用コードとしてTRAC-BF1コードの改良及び整備を行った。さらに、TRAC-BF1コードの計算結果を作図するためのグラフィックファイル形式変換プログラムと時系列プロットプログラムのワークステーションへの導入を計った。本報告書は、これら改良TRAC-BF1コードの概要、検証用データを用いた改良TRAC-BF1コードの検証結果、及びICE実験データを用いた評価結果をまとめたものである。

論文

Proposal of integrated test facility for in-vessel thermofluid safety of fusion reactors

栗原 良一; 関 泰; 植田 脩三; 青木 功; 西尾 敏; 安島 俊夫*; 功刀 資彰; 高瀬 和之; 山内 通則*; 細貝 いずみ*; et al.

Journal of Fusion Energy, 16(3), p.225 - 230, 1997/00

 被引用回数:2 パーセンタイル:23.97(Nuclear Science & Technology)

VDE事象や逃走電子のようなプラズマ異常は、真空容器内冷却管の多数損傷に至る可能性がある。冷却管が損傷すると冷却水が真空容器内で蒸発し、加圧を引き起こす。このような事象を冷却材侵入事象(ICE)と呼ぶ。また、ICE等による真空容器内圧上昇が起因となって、真空境界が破断する真空破断事象(LOVA)が想定される。現在までに実施してきたICE予備試験とLOVA予備試験では、これら事象の基本的メカニズムに着目した実験を行い、基礎データを得て評価コードの開発を行ってきた。総合試験では、ITERの安全審査に備え、これら評価コードの検証を行うとともに、ICEからLOVAに至る現象を総合的に試験する計画である。本論文では、現在、概念設計を進めている総合試験装置の概要及び試験の計画について紹介する。

報告書

核融合実験炉の概念設計; 安全性の解析・評価

関 泰; 高津 英幸; 飯田 浩正; 真木 紘一*; 小川 益郎; 野口 宏; 村田 幹生; 小澤 義弘*; 伊東 新一*; 岡崎 隆司*; et al.

JAERI-M 91-126, 511 Pages, 1991/08

JAERI-M-91-126.pdf:12.54MB

核融合実験炉としての基本的構成が類似しているFER/ITERを対象に、安全性の解析と評価を行った。安全性の検討の仕方としては、まず、安全設計の考え方を明確にし、次に、運転状態、すなわち、通常運転時、分解修理時、事故時に分けて、解析・評価した。特に、通常運転時においては、トリチウム及び放射化生成物量の評価を、分解修理においてはトリチウム放出量の評価を、事故時においては冷却水喪失事故・真空破断事故・電源喪失事故の事故シナリオの検討を、それぞれ行った。また、安全に関する法規・基準を付加し、全体として、核融合実験炉の安全性を一通り概観できるようにした。

口頭

Direct probing of spin polarization in graphene on magnetic metal surface by metastable helium beam

圓谷 志郎; 大伴 真名歩; 倉橋 光紀*; 松本 吉弘; Avramov, P.; 楢本 洋*; 境 誠司; 山内 泰*

no journal, , 

Graphene attracts much attention as the most promising material for realizing molecular spintronic devices. In the devices, the control of the spin injection/detection processes at the interface between graphene and ferromagnetic metal (FM) electrodes are crucial for the device operation and thus the elucidations of the electronic structures at the graphene/FM interface including the spin polarization in graphene is indispensable to the designing spintronic devices. In this study, the spin-polarized electronic structure of graphene on the FM surfaces is investigated by spin-polarized metastable deexcitation spectroscopy (SPMDS). The SPMDS measurements indicated that new electronic states caused by splitting and mixing of the graphene $$pi$$-orbitals and the substrate states appeared around the Fermi energy. Spin asymmetry analysis of the SPMDS spectra revealed that the spin polarization in which majority spin is dominant was induced in the new electronic states at around the Fermi energy.

口頭

六方晶窒化ホウ素-磁性金属界面のスピン偏極状態

大伴 真名歩; 山内 泰*; 山村 野百合*; Avramov, P.; 松本 吉弘; 圓谷 志郎; 小出 明広*; 楢本 洋*; 雨宮 健太*; 藤川 高志*; et al.

no journal, , 

グラフェンはスピントロニクス材料として有望であるが、グラフェンへのスピン注入には酸化アルミニウム・酸化マグネシウムなどのトンネルバリアの挿入が不可欠である。本研究では酸化アルミニウム・酸化マグネシウムよりも成膜時のダメージが少ないバリア層材料として六方晶窒化ホウ素(h-BN)を提案し、その電子・スピン状態をX線吸収分光・X線吸収磁気円二色性測定により解析した。ホウ素のK吸収端と窒素のK吸収端において解析した結果、それぞれにおいてXMCDシグナルが観測された。多重散乱理論を用いたシミュレーション結果と照らし合わせた結果、窒素原子のみにスピン軌道相互作用を持たせても十分な大きさのXMCDシグナルが得られないことがわかった。これは周辺のNi原子の交換ポテンシャルによる散乱などの効果を考慮に入れなければならないことを示している。

口頭

Spin polarization of monolayer hexagonal boron nitride on Ni(111) studied by spin-polarized metastable de-excitation spectroscopy

大伴 真名歩; Avramov, P.; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; 楢本 洋*; 山内 泰*; 境 誠司

no journal, , 

グラフェンはスピントロニクス材料として有望であるが、グラフェンへのスピン注入にはトンネルバリアを介したトンネル注入が一般的である。本研究では一般的に用いられる酸化アルミニウム・酸化マグネシウムよりも、成膜時のダメージが少ないバリア層材料として六方晶窒化ホウ素(h-BN)を提案し、その電子・スピン状態を最表面敏感なスピン偏極ヘリウム脱励起分光(SPMDS)により解析した。h-BNは本来5eV以上のバンドギャップを持つが、Ni(111)の3d軌道とh-BNの$$pi$$軌道の混成により、ギャップ内に準位ができていることが確認された。その結果h-BNはNi(111)上で金属的になっていた。さらにギャップ内準位のスピン依存バンド構造を調べた結果、Niの多数スピンの向きに偏っていることが明らかになった。これは六方晶窒化ホウ素をグラフェンへのスピン注入時のバリア層材料とするうえで、極めて重要な知見であると言える。

口頭

最表面敏感なスピン偏極準安定ヘリウム脱励起分光による単層六方晶窒化ホウ素/ニッケル接合のスピン偏極測定

大伴 真名歩; Avramov, P.; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; 楢本 洋*; 山内 泰*; 境 誠司

no journal, , 

グラフェンはスピントロニクス材料として有望であるが、グラフェンへのスピン注入にはトンネルバリアを介したトンネル注入が一般的である。本研究では一般的に用いられる酸化アルミニウム・酸化マグネシウムよりも、成膜時のダメージが少ないバリア層材料として六方晶窒化ホウ素(h-BN)を提案し、その電子・スピン状態を最表面敏感なスピン偏極ヘリウム脱励起分光(SPMDS)により解析した。h-BNは本来5eV以上のバンドギャップを持つが、Ni(111)の3d軌道とh-BNの$$pi$$軌道の混成により、ギャップ内に準位ができていることが確認された。その結果h-BNはNi(111)上で金属的になっていた。さらにギャップ内準位のスピン依存バンド構造を調べた結果、Niの多数スピンの向きに偏っていることが明らかになった。また原子上水素を付加することで、電子状態が大きく変化することも見出した。これは水素化h-BNという、新たな物質である可能性がある。これらは六方晶窒化ホウ素をグラフェンへのスピン注入時のバリア層材料とするうえで、極めて重要な知見であると言える。

口頭

六方晶窒化ホウ素単層膜の水素化と電子・スピン状態評価

大伴 真名歩; 山内 泰*; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; 楢本 洋*; 境 誠司

no journal, , 

六方晶窒化ホウ素(h-BN)はグラフェン・スピントロニクスのトンネルバリア材料として有望視されている。本研究では水素を化学吸着させた単層h-BNの構造・電子状態評価を行った。さらにスピン偏極準安定ヘリウム脱励起分光法(SPMDS)を用いて、スピン分解バンド構造を調べた。SPMDSの最表面敏感性により、Ni 3dピークの重複を受けずに水素化h-BNのスピン偏極を検出できた。またX線定在波法により、構造評価も行った。

口頭

原子層スケールでみたグラフェン/ニッケル界面の電子スピン状態

境 誠司; 松本 吉弘*; 圓谷 志郎; 楢本 洋*; 小出 明広*; 藤川 高志*; 山内 泰*; 雨宮 健太*

no journal, , 

グラフェンは、長距離スピン輸送の実現や分子性材料をスピントロニクスに用いるためのベース材料として注目されている。本研究では、グラフェン基デバイスの基本構造であるグラフェン/磁性金属界面の電子スピン状態を、原子層スケールの深さ分解能を有する深さ分解X線磁気円二色性分光とスピン偏極He原子線による最表面スピン検出法を用いて調べた。その結果、単層グラフェン(SLG)/Ni(111)界面から数原子層の領域で、Ni薄膜の容易磁化方向が面内から面直方向に変化することが明らかになった。一方、SLGは、界面のNi原子層との相互作用により伝導を担う$$pi$$バンドの電子状態が変化しNiと逆向きのスピン偏極を生じることやスピン軌道相互作用の増大が生じることが分かった。

口頭

Interface properties of graphene-based heterostructures for spintronic applications

境 誠司; Majumdar, S.*; 圓谷 志郎; 楢本 洋*; Avramov, P.; 山内 泰*

no journal, , 

In this presentation, we will show our recent results on the spin-dependent electronic states of the interfaces of the single layer graphene (SLG)/magnetic material (ferromagnetic Ni and half-metallic La$$_{0.7}$$Sr$$_{0.3}$$MnO$$_{3}$$) heterostructures. The spin-polarization states of the SLG located at the top-surfaces of the heterostructures were successfully elucidated by employing spin-polarized metastable-atom deexcitation spectroscopy (SPMDS). For the SLG-Ni(111) heterostructure, it was elucidated that the positive spin polarization is induced in SLG in contrast to the negative spin-polarization of the Ni(111) surface near the Fermi level. The strong hybridization and exchange-interaction at the interface were suggested to involve this antiparallel spin polarization between SLG and Ni. For the SLG/ La$$_{0.7}$$Sr$$_{0.3}$$MnO$$_{3}$$(110) heterostructure, a remarkably large spin polarization with a positive polarization sign was suggested to be induced in SLG from the measured spin signals from the heterostructure. The large positive spin polarization is possibly induced by the proximity effect of the half-metallic La$$_{0.7}$$Sr$$_{0.3}$$MnO$$_{3}$$ in association with the mixing between the highly spin polarized O 2p-derived and Mn 3d-derived states of LSMO and $$pi$$ band of SLG. The present result showed that the effective spin manipulation could be achieved by applying magnetic oxides to the magnetic electrodes of graphene-based spintronic devices.

口頭

グラフェン/酸化物磁性体接合の磁気近接効果の直接観測

境 誠司; Majumdar, S.*; 圓谷 志郎; Avramov, P.*; 深谷 有喜; 楢本 洋*; 山内 泰*

no journal, , 

グラフェンは、長距離・高速スピン輸送材料としてスピン論理デバイスや分子スピントロニクス素子への応用が期待されている。同応用を実現するためには、グラフェンのキャリアのスピン偏極状態を人為的に制御する技術が必要である。そのためのアプローチとして、酸化物磁性体からの磁気近接効果の利用が提案されている。本研究では、酸化物磁性体による磁気近接効果の検証を目的に、最表面原子層の電子スピン状態の選択的検出が可能なスピン偏極準安定原子脱励起分光(SPMDS)によるグラフェン/ハーフメタル酸化物磁性体LSMO(La$$_{0.7}$$Sr$$_{0.3}$$MnO$$_{3}$$)接合の電子スピン状態の直接観測を試みた。その結果、グラフェンの伝導を担う$$pi$$バンドに、顕著なスピン偏極を観測することに成功した。本結果により酸化物磁性体による磁気近接効果の確証が得られたことで、今後、同効果のメカニズムの解明や素子応用の研究が発展することが期待できる。

口頭

磁気近接効果によるグラフェン/YIG接合の誘起スピン偏極

境 誠司; Sorokin, B. P.*; 圓谷 志郎; 楢本 洋*; 四谷 晋太郎*; 安藤 和也*; 山内 泰*

no journal, , 

グラフェンは優れたキャリア/スピン輸送特性を兼備する材料としてスピントロニクスへの応用が期待されている。最近、グラフェン内部のスピン流の新しい制御手段としてグラフェン/酸化物磁性体界面における磁気近接効果の利用が提唱されている。本研究では、磁気近接効果の確証を得ることを目的に、単原子層グラフェンと絶縁体の酸化物磁性体であるイットリウム鉄ガーネットとの界面の電子スピン状態を調べた。スピン偏極He原子脱励起分光法を用いた実験の結果、界面にあるグラフェンに電子スピンの向きの偏り(スピン偏極)が生じていることが初めて明らかになった。スピン偏極はグラフェンの$$pi$$バンド内でエネルギーと共に振動的に増減し、フェルミレベルではガーネットの多数スピンと同じ向きに偏極していることが分かった。本研究により存在が明らかになったスピン偏極などの磁気近接効果は、グラフェン内部のスピン流の制御に利用可能であり、将来のスピントロニクス素子への応用に繋がることが期待できる。

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