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山本 風海; 荻原 徳男*; 倉持 勝也*
e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 21(4), p.359 - 364, 2023/07
イオン加速器では、ビームの加速効率の向上、ビーム電流の蓄積等を目的に、イオンの価数を変換する手法(荷電変換手法)が良く用いられる。荷電変換はイオンビームと薄膜等の物質との相互作用で行うが、加速器の大強度化に伴い、ビーム負荷に耐えるターゲットの開発が必要となっている。真空中で破損しない薄膜として、エタノールおよび水銀の流体を検討した。これら二種の液体を真空中で流し、安定に膜を形成することを確認した。成膜中の圧力は、各液体の蒸気圧に近い値となった。エタノールに関しては、さらに良い圧力を得るために、低温下での蒸気圧の評価を行った。水銀に関しては、水銀蒸気を拡散させないトラップを開発し、98%以上の捕集効率を得られることを確認した。
神谷 潤一郎; 仁井 啓介*; 株本 裕史; 近藤 恭弘; 田村 潤; 原田 寛之; 松井 泰; 松田 誠; 守屋 克洋; 井田 義明*; et al.
e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 21(4), p.344 - 349, 2023/05
原子力機構東海タンデム加速器には、40台の超伝導Quarter Wave Resonator(QWR)によって重イオンを10MeV/uまで加速するブースターリニアックがあるが、2011年の震災以降、運転を停止している。近年ウラン等のより重い核種を加速するため、タンデム加速器のアップグレードが精力的に検討され、QWR再稼働の必要性が高まっている。現在、運転時に必要な加速電圧とQ値を得るため、QWR内面荒さを低減するための電解研磨条件を検証している。一方で電解研磨はNb中水素を増加させ、水素病と呼ばれるQ値の減少を引き起こす可能性がある。真空中高温焼鈍で水素を放出させることで水素病を抑えることができるが、QWRのクラッド材を構成するNbとCuの熱膨張差による空洞破損の危険性がある。そのため表面粗さの低減とNbバルク中の水素の増加を最小限に抑えるため、研磨条件を最適化する必要がある。我々はこれまで水素吸蔵量および脱離機構を昇温脱離分析(TDS)により検証できることに着目し、研究を行ってきた。発表では異なる条件で研磨したNb材料のTDS結果、表面観察結果、表面粗さの相関について得られた成果を発表する。
朝岡 秀人; 矢野 雅大; 寺澤 知潮; 保田 諭
no journal, ,
The anisotropic Si(110) structure has a potential to be tailored self-assembled nanostructures by using uniaxial extrinsic stress. Reversibly two directions of one-dimensional reconstructed silicon surface appeared while changing the ratio of each region corresponding to direction of applying uniaxial stress. We succeeded in controlling uniaxial stress-driven one-dimensional reconstructed silicon surfaces.
植田 寛和; 福谷 克之
no journal, ,
Energy transfer processes in molecular adsorption on solid surface are a key to understand gas/surface interaction. Recent experimental progress clarifies the vibrational-energy relaxation process of molecules on solid surfaces. However, its rotational-energy relaxation process still remains unclear. Molecular hydrogen has two nuclear spin isomers, ortho-H
(o-H) and para-H (p-H). Due to symmetry restriction, o-H and p-H with parallel and antiparallel proton spins have odd and even rotational states, respectively. Interconversion between these two species, ortho-to-para (o-p) conversion is accompanied by the nuclear spin flip and the rotational-energy relaxation. The former has been discussed previously. In the present contribution, we deal with the rotational-energy transfer through the o-p conversion of molecularly chemisorbed H on Pd(210). A combination of a pulsed molecular beam, photo-stimulated desorption, and resonance-enhanced multiphoton ionization techniques is used for probing the time evolution of o-H and p-H populations. The surface temperature dependence of the o-p and its reverse process of para-to-ortho (p-o) conversions are studied. It is found that o-p conversion rate accelerates with increasing surface temperature. Furthermore, from a comparison between the o-p and p-o conversion rates, the o-p conversion rate is faster than that of p-o at the same surface temperature. Based on the results obtained and the analysis of the rotational-energy of adsorbed H, phonon- and electron-mediated paths are evaluated as a possible rotational-energy transfer process, and thereby it is likely that the former path is responsible.
山田 逸平; 神谷 潤一郎
no journal, ,
大強度陽子加速器を安定に運転するためには、ビームとモニタの直接的な接触が無い非破壊型モニタを用いたビームの常時監視が重要である。我々はシート状に形成したガスとビームの相互作用で生じる光子を利用して、非破壊でビームの二次元プロファイルを測定するモニタを開発している。ガスシートは自由分子流領域における希薄気体力学に基づいて形成する。つまり、粒子間衝突を無視して、流路壁面での反射過程のみを考慮した計算によりガスシート生成機を設計している。しかし、実際に開発したガスシート生成機に対する性能評価試験により、一般的な見積計算(クヌーセンのコンダクタンス計算式)により予想される無衝突近似可能な上限圧力より1-2桁低い圧力で衝突の効果が現れる結果が得られた。高性能なビームプロファイルモニタを開発するためには、薄く高密度なガスシートを形成する必要があるが、衝突の効果が現れるとガスシートは厚く低密度なものとなる。そこで我々は、分子間衝突がガスシート形成にどのように影響を与えるかについて検証するために、粒子間衝突を考慮したモンテカルロ直接計算(DSMC)コードを開発した。そのコードを用いた計算の結果、一般的な見積もり計算には含まれない効果として、流路長と流路厚み(直径)の比が大きいほどより低い圧力で衝突の効果が現れることを明らかにした。
深谷 有喜; Zhao, Y.*; Kim, H.-W.*; Ahn, J.-R.*; 吹留 博一*; 松田 巌*
no journal, ,
30
のねじれ角を持って積層した二層グラフェンは、ディラックフェルミオンを有する2次元準結晶材料として注目されている。本研究では、全反射高速陽電子回折を用いて、SiC基板上に作製したグラフェン準結晶の原子配置を調べた。動力学的回折理論に基づく構造解析から、グラフェン準結晶の層間距離を3.46
と決定した。この値は、通常(AB積層)の二層グラフェンのもの(3.29)に比べて0.17大きい。層間隔の広がりは、グラフェン準結晶におけるグラフェン層間のカップリングの強さの理解に貢献する。
関口 哲弘; 横山 啓一; 矢板 毅
no journal, ,
核分裂生成物中に含まれる長寿命核種であるセシウム135 (
Cs)の同位体分離スキームの確立は廃棄物減容化および核変換消滅において重要である。テラヘルツ領域レーザー光によりヨウ化セシウムの同位体選択的な光解離によりCs原子と
CsI分子が生成される。しかしながら、Cs原子とCsI分子の衝突により同位体交換が誘起されることが課題である。衝突を回避するため、Csのみを選択的に吸蔵する材料としてフラーレン(
Co)を検討した。放射光を用いた電子放出角度分解、Ar
スパッタリング時間依存、光子エネルギー依存によるX線光電子分光法(XPS)を用い、Co中のCs原子またはCsI分子の深さ濃度分布を調べた。本発表ではSi基板上に堆積されたCo膜(50nm)にCsまたはCsIをドープした試料におけるXPSの放射光励起X線エネルギーの依存性について報告する。
鈴木 誠也; 根本 善弘*; 椎木 菜摘*; 中山 佳子*; 竹口 雅樹*
no journal, ,
Germanene is a two-dimensional (2D) germanium (Ge) analogous of graphene, and its unique topological properties are expected to be a material for next-generation electronics. Germanene has already been grown on various metal surfaces by molecular beam epitaxy and segregation methods, but transferring it onto insulator surface to fabricate electronic devices is difficult in contrast to graphene. One potential solution is to grow germanene directly on the interface of the insulator. Based on this concept, we have grown germanene at the hexagonal boron nitride (hBN)/Ag(111) interface and demonstrated that germane at the interface is stable. Since hBN is an insulator, direct growth of germanene between hBN provides a promising channel for germanene devices. In this work, we studied the crystallization of Ge between graphene layers at high temperatures using in situ transmission electron microscopy (TEM). Graphene was used as an alternative material for hBN. The Ge sandwiched by 4 layer graphenes was prepared onto an in situ TEM holder using chemical vapor deposited graphene, vacuum deposition of Ge, and wet transfer of graphene. The Raman spectrum of the sample indicated less defective graphene is present after the sample preparation. In situ TEM observation at 1025 degree Celsius revealed that round-shaped Ge moves, deforms, and coalesces at the temperature above the melting point of Ge. The observed motion of Ge indicates that the Ge was in liquid phase and its evaporation was suppressed by graphene layers. Although more novel ideas are needed to achieve 2D crystal growth of Ge at the interface, the present results may provide clues for the future direct growth of germane between hBN layers.
on oxidation at SiO/Si(001) interface津田 泰孝; 吉越 章隆; 小川 修一*; 坂本 徹哉*; 高桑 雄二
no journal, ,
In Si dry oxidation, the SiO growth proceeds at the SiO/Si interface after the O molecule adsorbs the SiO surface and diffuses through the SiO layer. A unified Si oxidation reaction model mediated by point defect generation, where carrier trapping at the vacancy site plays a crucial role in promoting O dissociative adsorption at the SiO/Si interface, was proposed for the Si dry oxidation. The model suggested two reaction paths of Loop A (single step, fast) and Loop B (double step, slow), but it was unclear how the branching of the two loops occurs. In this study, we investigated the oxidation reaction kinetics on n-Si(001) by X-ray photoemission spectroscopy (XPS) and a supersonic O molecular beam (SOMB) in order to clarify the origin of the branching of the two reaction loops.
寺澤 知潮; 松永 和也*; 林 直輝*; 伊藤 孝寛*; 田中 慎一郎*; 保田 諭; 朝岡 秀人
no journal, ,
Hex-Au(001)表面は一次元の波形を持ち、化学的に不活性であるため、グラフェンに対する一次元ポテンシャルの効果を調べるために採用されてきた。このようなポテンシャルは、グラフェンのバンド構造を異方的にし、ポテンシャルを横切るゾーン境界でのミニギャップやポテンシャルに沿った高い群速度を示すと予想される。しかし、Hex-Au(001)上のグラフェンにおけるバンドギャップは、走査型トンネル分光によって間接的に示唆されたに過ぎなかった。ここでは、角度分解光電子分光法(ARPES)と密度汎関数理論(DFT)計算を用いて、Hex-Au(001)基板上のグラフェンのバンド構造について報告する。ARPESでは、グラフェンの
バンドがAuの6spバンドに近いバンドギャップを示している。また、DFT計算によるバンド構造では、バンドギャップはグラフェンバンドの交点ではなく、グラフェンバンドとAu 6spバンドの交点にあることが示された。したがって、このバンドギャップはグラフェンとAuの混成に由来すると結論づけられる。この混成は、SiC基板上のグラフェンとAuの界面で観測されたものと類似している。SiC基板上グラフェンとAuのギャップ付近で100meVのラッシュバ分裂が観測されたことから、グラフェンとAuの混成が重要であることが予想される。
矢野 雅大; 保田 諭; 朝岡 秀人
no journal, ,
Bottom-up synthesis has attracted attention for the fabrication of graphene nanoribbons (GNRs) with atomically-precise structures to realize novel electronic devices. However, control of length and orientation during GNR synthesis is difficult, thus, achieving longer and aligned GNR growth is a significant challenge. Herein, we report GNR synthesis from a well-ordered precursor monolayer on Au surfaces for long and oriented GNR growth. STM showed that DBBAs deposited on Au(111) at room temperature self-assembled into a well-ordered monolayer, in which the DBBAs were ordered in a straight line and the Br atoms in each molecule were oriented in the 
direction. The DBBAs in the monolayer were found to polymerize along with the molecular arrangement, resulting in longer and oriented GNR growth compared to the conventional growth method. These findings provide fundamental knowledge for controlling GNR growth from a well-ordered precursor monolayer to achieve longer and oriented GNRs.
平山 朱美*; 荒川 一郎*; 山川 紘一郎
no journal, ,
分子雲は気体と星間塵から成る。星間塵は水や一酸化炭素といった多様な分子から成るアイスマントルに覆われており、紫外線放射に曝されている。本研究では、同位体置換体を用いてアイスマントル中の光化学反応を調べた。
神谷 潤一郎; 和田 薫; 大久保 成彰
no journal, ,
真空容器壁に気体吸着作用(ゲッター作用)を持たせ、省エネ、省スペースで超高真空を得る技術は、加速器、分析装置、半導体製造工程などで必要性が増している。我々はチタン材のゲッター作用に着目し、繰り返しの利用でも性能劣化が少ないゲッター機能を持った真空壁の開発を行っている。今回、チタン製真空容器の表面酸化膜を除去したうえに非蒸発型ゲッター(Non-evaporable getter: NEG)材をコーティングする開発を行った。試作した真空容器は特に酸素や二酸化炭素に対して高い吸着確率を持つことがわかり、大気開放と活性化を繰り返して到達圧力が悪化しないことがわかった。さらに8か月以上も超高真空状態を他のポンプなしで維持できること、透過型電子顕微鏡の試料交換時の圧力悪化を抑制できることの性能実証に成功した。この技術の加速器への適用によりビームラインを連続的な真空ポンプとし、一様な超高真空を得ることができる。また電子顕微鏡などの真空容器に適用することで、輸送時のバッテリーが必要なくなるという産業的イノベーションへ繋がる技術である。本発表では、NEGコーティングしたチタン製真空容器の性能評価結果についての報告を行う。
保田 諭; 松島 永佳*; 寺澤 知潮; 矢野 雅大; 朝岡 秀人; Gueriba, J.*; Di
o, W.*; 福谷 克之
no journal, ,
本研究では、グラフェンとパラジウム薄膜からなるヘテロ電極触媒を開発し、固体高分子形電気化学水素ポンピング法により水素と重水素を分離する研究について報告する。質量ガス分析の結果、印加電圧が大きくなるにつれ分離能の指標となるH/D値が小さくなる明瞭な電位依存性が観察された。観察されたH/Dの電圧依存性について理論計算により検証した結果、印加電圧が小さい場合、水素イオンと重水素イオンがグラフェン膜透過の活性化障壁を量子トンネル効果により透過することで大きなH/D分離能が発現すること、観察された電圧依存性は古典的な移動により活性化障壁を乗り越えるパスから量子トンネル効果によって透過するパスに変化することに起因することを示した。以上、グラフェンの水素同位体イオンの量子トンネル効果を利用することで高いH/D分離能を有する水素同位体分離デバイス創製の設計指針を得た。
