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論文

Quantitative evaluation of charge-reduction effect in cluster constituent ions passing through a foil

千葉 敦也; 齋藤 勇一; 鳴海 一雅; 山田 圭介; 金子 敏明*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 315, p.81 - 84, 2013/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Instruments & Instrumentation)

薄膜誘起解離したクラスター構成イオンの平均電荷は、同速度の単原子イオンのそれよりも小さくなることが知られている。この電荷減少効果は、クラスターイオンと固体との衝突相互作用を理解するうえで重要であり、理論的には固体内で解離した構成イオン相互の核間距離に依存することが予想されている。しかしながら、核間距離を直接測定できないなどの理由から、核間距離と電荷の関係はこれまで明らかになっていない。そこで、クーロン爆発イメージング法で測定した薄膜透過後の構成イオンの発散角から、固体内での構成イオンの核間距離に対する平均電荷を導出する方法を考案した。6MeV-C$$_{2}$$$$^{+}$$について測定及び解析した結果、核間距離のわずかな増加に対し、電荷減少効果が小さくなる様子が初めて定量的に捉えられた。

論文

Characterization of epitaxial transformation phenomena induced by the interaction of implanted N-ions with Ti thin films

粕壁 善隆*; 霜田 拓悠*; Chen, Y.*; 山本 春也; 吉川 正人; 藤野 豐*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 315, p.131 - 135, 2013/11

 被引用回数:1 パーセンタイル:12.7(Instruments & Instrumentation)

不定比化合物である窒化チタンは、チタンと窒素の組成比によって導電性が大きく変化する。新たな電子材料素材といて期待されている反面、導電性を左右するチタンの窒化物形成過程における原子レベルの結晶構造の変化と結合状態の変化の関係は十分には理解されていない。本研究では、イオン導入型400kV電子顕微鏡を利用して、エピタキシャル成長させたチタン薄膜に窒素注入を行い、その窒化過程を透過電子顕微鏡法でその場観察しながら、電子エネルギー損失分光法(EELS)による評価を行った。得られた結果を分子軌道計算による電子状態の評価と合わせて調べた結果、チタン薄膜にイオン注入された窒素により引き起こされるエピタキシャル構造変態に関して、EELSの解析結果からN/Ti$$sim$$0.25以上の原子数比で窒素が注入されるとチタン副格子の六方最密充填構造(hcp)-面心立方格子構造(fcc)エピタキシャル構造変態が生じるなど、チタンの窒化過程に関して新たな知見か得られた。

口頭

Translational energy induced oxidation of Ni(111) surface at room temperature by supersonic O$$_{2}$$ molecular beam

寺岡 有殿; 井上 敬介*; 神農 宗徹*; 岡田 隆太; 吉越 章隆

no journal, , 

The effects of O$$_{2}$$ incident energy have been widely studied by soft X-ray photoemission spectroscopy with high brilliance and high energy-resolution synchrotron radiation. Real-time in-situ photoemission spectroscopy of chemical bonding states for the oxidized surface was conducted during SSMB irradiation. Oxygen uptake has been observed at various O$$_{2}$$ incident energies. The first plateau was found to disappear and an oxygen content at saturation of 5.5 ML was observed for an incident energy of 2.3 eV. This is 1.8 times larger than that observed at a low energy region of 0.06 eV to 0.6 eV (3 ML). The initial sticking rate continued to increase as incident energy increased up to 1.0 eV, and a remarkable re-increase was observed in the region around 2.3 eV. The first increase is due to the activated dissociative adsorption of O$$_{2}$$ molecules and the second increase around 2.3 eV implies that another potential energy barrier exists with a height larger than 2.3 eV.

口頭

Surface modification of Teflon by nitrogen ion beam irradiation

喜多村 茜; 佐藤 隆博; 江夏 昌志; 神谷 富裕; 小林 知洋*

no journal, , 

The smooth Teflon surface becomes rough by a keV ion beam irradiation. At a high fluence, needle-like protrusions were thickly formed all over the surface. In this study, it was revealed that the ion energy was limited in order to make the dense protrusions. In the lower energy less than 60 keV, convex folds and elevations were formed at the surface of the sample by the fluenece of 1$$times$$10$$^{17}$$ ions/cm$$^{2}$$. On the other hand, in the higher energy over 350 keV, the density of the protrusions extremely decreased and the surface became flat. That main reason is that the ion energy affected both the temperature rise of the sample and the amount of the main chain scission.

口頭

Electrical resistivity change due to high-energy X-ray irradiation of oxide ceramics

石川 法人; 知見 康弘

no journal, , 

酸化物超伝導体EuBa$$_{2}$$Cu$$_{3}$$O$$_{y}$$は、酸素濃度を制御することによって伝導キャリアを導入(chemical doping)できる。一方、可視光を照射するだけでも伝導キャリア導入(optical doping)が可能である。後者の現象は、光吸収に伴うバンド間遷移モデルでよく説明できる。光照射に伴いCu原子の電子のバンド間遷移が起き、電子-ホール対が形成された後に格子欠陥に電子がトラップされ、残ったホールが伝導キャリアに寄与すると考えられている。したがって、原子のバンド構造と光のエネルギーのチューニングによって、この現象をコントロールできる。しかしながら、光のエネルギーが可視光よりも高いエネルギー領域での光応答については、よくわかっていない。本研究では、「電離」が起きたときに電気伝導性がどのように影響されるのかを、KEK-PFにおいて詳細に調べた。その結果、数keVのX線照射に伴う電気抵抗増加を観測できた。また、その抵抗増加にエネルギー依存性が存在することもわかった。さらに、さまざまなX線エネルギーで取得したすべての電気抵抗率変化のデータは、試料が吸収するエネルギー密度で整理するとほぼ一つの曲線に乗ることが、解析の結果わかった。

口頭

Direct observation of fine structure in ion tracks in amorphous thin films by TEM

森田 陽亮*; 中嶋 薫*; 鈴木 基史*; 木村 健二*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 石川 法人; 北條 喜一; 辻本 政彦*; 磯田 正二*

no journal, , 

非晶質Si$$_{3}$$N$$_{4}$$薄膜に120-720keV C$$_{60}$$$$^{+}$$, C$$_{60}$$$$^{2+}$$イオンを照射し、非晶質材料中に形成されたイオントラックを透過型電子顕微鏡(TEM)で直接観測した。さらに、定量的な解析のため、高角散乱環状暗視野走査透過型顕微鏡法(HAADF-STEM)を用いてイオントラックを観測した。その結果、イオントラックの構造は低密度コア(半径約2.5nm)と高密度シェル(幅約2.5nm)からなり、高エネルギー重イオン照射によって非晶質SiO$$_{2}$$中に形成されたイオントラックを小角X線散乱法(SAXS)で観測した結果とよく似ていることがわかった。このことは、材料と照射イオン種によらず、コア-シェル構造が非晶質材料中に形成されるイオントラックの普遍的な特徴であることを示唆する。また、イオントラック半径の観測から、今回のエネルギー領域では、核的阻止能もまたトラック形成にかかわり、電子的阻止能よりも効果が高いことが見いだされた。

口頭

Cluster effect on damage accumulation in a Si crystal bombarded with 10-540-keV C$$_{60}$$ ions

鳴海 一雅; 楢本 洋*; 山田 圭介; 千葉 敦也; 齋藤 勇一; 森田 陽亮*; 中嶋 薫*; 木村 健二*; 前田 佳均

no journal, , 

本研究では、10-100keV領域のC$$_{60}$$イオン衝撃による照射損傷の蓄積に対する非線形効果(クラスター効果)を明らかにすることを目的としている。室温で10-540keV C$$_{60}$$イオンを照射したSi結晶中の格子位置から変位したSi原子数をラザフォード後方散乱/チャネリング法で評価し、C$$_{60}$$イオン1個の衝撃により影響を受ける領域を円柱状と仮定して照射量依存性を解析することから、1個のC$$_{60}$$イオン衝撃により格子位置から変位したSi原子数を求めた。この解析により、照射損傷の照射量依存性がイオントラック的描像で説明できることがわかった。さらに、入射C原子1個あたりの変位したSi原子数の比$$N_{rm D60}$$/(60$$times$$$$N_{rm D1}$$)を使って非線形効果(クラスター効果)を評価した。ここで、$$N_{rm D1}$$は、同じ速度のCイオン衝撃により格子位置から変位したSi原子数であり、SRIM2008を使って求めた。比はC$$_{60}$$イオンのエネルギーに依存し、100keV近辺で最大になる。この比のエネルギー依存性、すなわち非線形効果のエネルギー依存性は、核的阻止能とSi中でのC原子間距離の広がりによって定性的に説明できる。

口頭

Production of C$$_{60}$$ microbeams by single-microcapillary methods

土田 秀次*; 間嶋 拓也*; 冨田 成夫*; 笹 公和*; 鳴海 一雅; 齋藤 勇一; 千葉 敦也; 山田 圭介; 平田 浩一*; 柴田 裕実*; et al.

no journal, , 

Transmission properties of sub-MeV C$$_{60}$$ ions through a capillary were investigated. A 360-keV C$$_{60}$$$$^{+}$$ or 720-keV C$$_{60}$$$$^{2+}$$ primary ion beam obtained from a 400-kV ion implanter was introduced into a single capillary, whose outlet diameter was 5.5 or 14 $$mu$$m, mounted on a goniometer. Particles emerging from the outlet of the capillary were deflected with electrostatic parallel plates and detected by a microchannel plate with a phosphor screen to obtain information about their composition. Some interesting results have been obtained from this measurement: (1) a main component of transmitted particles is C$$_{60}$$ beams, due to direct transmission, (2) the other components are unknown-size neutral particles, and large-size fragments of C$$_{58}$$ or C$$_{56}$$ ions produced via C$$_{2}$$-emission from C$$_{60}$$, and (3) small-sized carbon fragments of C$$_{1}$$ or C$$_{2}$$ ions resulting from C$$_{60}$$-multifragmentation are not detected, which suggests that most of them are detected as neutral particles.

口頭

Ion scattering on polarity-controlled ZnO surfaces by MeV ions

本橋 健次*; 齋藤 勇一; 宮脇 信正

no journal, , 

近年、金を蒸着した表面に2.5MeVプロトンを微小角入射で照射させたときに100%近い反射が起こることが報告された。われわれは、固体表面との反射を利用した高速イオンビームの効率的な輸送方法の開発を目的に、高速イオンを微小角で入射させたときの固体表面での反射(散乱)に関する研究を行っている。今回、最表面の原子を選択可能な有極性酸化亜鉛単結晶(ZnO)を標的として、散乱ビーム(2MeV炭素イオン:入射角2度、散乱角3度、ここで入射角及び散乱角は、それぞれのターゲット表面に対する角度及びビーム軸に対する角度で定義)のエネルギー及び強度をそのZn面とO面で比較した。その結果、O面に比べてZn面の方が散乱イオンの強度が高く、エネルギー損失が大きいことがわかった。これらから、微小角入射の場合、標的の最表面原子の種類が入射イオンの散乱に大きく影響することがわかり、それを選択することでビームのエネルギー及び強度を制御可能なことが示唆された。

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