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論文

トポロジカル絶縁体の超高速キャリアダイナミクスの観測と光機能化

角田 一樹; 石田 行章*; 木村 昭夫*

日本物理学会誌, 75(12), p.756 - 760, 2020/12

By using time- and angle-resolved photoemission spectroscopy, we investigate the ultrafast carrier dynamics in the series of (Sb,Bi)$$_{2}$$Te$$_{3}$$. We show that the electronic recovery time for the surface Dirac fermions is prolonged to $$>$$ 400 ps when the charge neutrality point is approached. We also discuss the emergence of light-induced functionalizations such as surface photovoltage effect in the ultrafast time-domain. Our study strengthens the route toward the Dirac materials to be an opto-spintronic application.

論文

スキルミオン; 60年の進展

岡 眞

日本物理学会誌, 75(10), p.608 - 609, 2020/10

スキルミオンとその歴史に関して、「現代物理のキーワード」欄に解説する。

論文

フェルミウム原子核で起きるユニークな核分裂; 動力学模型の視点から

有友 嘉浩*; 宮本 裕也*; 西尾 勝久

日本物理学会誌, 75(10), p.631 - 636, 2020/10

フェルミウム元素(Fm, 原子番号100)の核分裂において、1980年代の実験で興味深い結果が報告された。$$^{257}$$Fmから$$^{258}$$Fmへと原子核の質量数が1つ変化しただけで、ウランで見られるような質量非対称核分裂から、シャープな質量対称核分裂へと変化した。この変化の原因を説明するため多くの理論モデルが提案されてきたが、実験データを定量的に説明できる模型はなかった。本研究では、ランジュバンモデルを用いた動力学計算を行うことにより、この変化の原因を説明することができた。このモデルの構築のため、原子力科学研究所タンデム加速器で測定した核分裂データを使用した。核分裂の発見と理論の歴史を概説しつつ、Fmで起こる現象について分かりやすく解説した。

論文

雷放電が拓く高エネルギー大気物理学

榎戸 輝揚*; 和田 有希*; 土屋 晴文

日本物理学会誌, 74(4), p.192 - 200, 2019/04

近年、日本海沿岸にある原子力発電所や自治体がもつ放射線モニタリングポストにより、冬に発生する雷や雷雲の接近に伴い、高エネルギーの放射線の増大が観測されていた。この増大の正体を明かすために、日本海沿岸に位置する柏崎刈羽原子力発電所構内に新型の検出器を設置し、2006年から観測を実施している。また2015年には安価で小型な観測装置を開発し、金沢市や小松市などにも観測拠点を構築してきた。そうした10年以上にわたる観測の結果、雷や雷雲が電子を相対論的なエネルギーに加速できる天然の粒子加速器であることを観測的に実証するとともに、雷が光核反応を引き起こし、中性子や陽電子の発生にも寄与しているという驚くべき事実も明らかにしてきた。こうした放射線観測は、従来の光や電波観測からだけではわからなかった、雷や雷雲が高エネルギー物理現象の現場であるという側面を浮かび上がらせた。本稿では、我々が得た観測結果を解説するとともに、古典的な可視光から電波の観測のみならず、X線や$$gamma$$線の観測、宇宙線,原子核物理や大気化学に広がる「雷雲や雷の高エネルギー大気物理学」という新しい学際分野を紹介する。

論文

量子相転移近傍のまだらな電子状態

神戸 振作; 酒井 宏典; 徳永 陽

日本物理学会誌, 71(1), p.22 - 26, 2016/01

単結晶YbRh$$_2$$Si$$_2$$サンプルで核磁気共鳴(NMR)スピン-格子緩和時間を測定し、フェルミと非フェルミ状態の共存状態を明らかにした。量子相転移点に近づくにつれて、非フェルミ状態がドミナントになる。そのようなまだらな状態は、CeやU系の重いフェルミオン状態では、2つの状態の交換が速いため、観測できなかったと考えられる。

論文

インビーム$$gamma$$線核分光による新魔法数の発見

武内 聡*; Steppenbeck, D.*; 宇都野 穣

日本物理学会誌, 70(7), p.535 - 539, 2015/07

2013年にNature誌で出版された$$^{54}$$Caにおける新魔法数の発見の研究内容について解説する。1990年代頃から、不安定核ビームを用いた核物理実験が大きく進展し、従来の核物理の常識を超えた結果が多く得られてきた。2000年頃には、新魔法数16が酸素同位体周辺にて出現することがわかり、理論研究に大きな影響を与えた。2001年に発表者を含むグループによって新魔法数16が出現するメカニズムが提唱され、そのメカニズムによってカルシウム周辺で新魔法数34が出現することが予言された。この予言は実験研究を大きく刺激したが、非常に中性子過剰な$$^{54}$$Ca核を十分に生成することが困難だったため、その正否に対する回答が与えられてこなかった。非常に最近になって、理化学研究所のRIBFによって$$^{54}$$Ca核を十分に生成することが可能となり、そのインビーム$$gamma$$線分光実験が行われた。その結果、第一励起状態が約2MeVにあることがわかり、十年来の予言が確かめられた。この発見は、エキゾチック核における殻構造変化に対して大きな影響を与えるものである。

論文

小型加速器から得られる中性子による$$^{99}$$Mo等医療用RI生産に向けて

永井 泰樹; 橋本 和幸

日本物理学会誌, 69(6), p.370 - 375, 2014/06

半減期66時間の$$^{99}$$Moの娘核$$^{rm 99m}$$Tcを含む放射性医薬品は、我が国で三大生活習慣病の核医学診断に年間90万件利用されている。$$^{99}$$Moは、海外の原子炉で製造され、我が国は使用する全ての$$^{99}$$Moを週に数回輸入している。ところが、近年、原子炉が高経年化のため長期間運転停止する事態が頻発し、世界的に$$^{99}$$Mo不足になり、我が国も国産化に向けた検討が始まった。本稿では、$$^{99}$$Moを含む診断治療用RIについて、小型加速器で得られる高速中性子を用いた新しい生成法とその開発状況について紹介する。

論文

第一原理計算で探るコヒーレントフォノンの生成機構

篠原 康*; 乙部 智仁; 岩田 潤一*; 矢花 一浩*

日本物理学会誌, 67(10), p.685 - 689, 2012/10

コヒーレントフォノンは、フォノンの振動周期よりも短いパルスレーザー光を固体に照射することで生じる、マクロな空間スケールで位相のそろった原子の振動運動であり、その生成機構に関して幾つかのモデルが提案されてきた。著者らは、パルス光の照射による固体中に生じるフェムト秒スケールの電子と原子核の量子ダイナミクスを時間依存密度汎関数理論に基づき非経験的に記述する計算法を開発している。その計算法をSi結晶に適応することにより、コヒーレントフォノンの生成メカニズムを定量的に明らかにすることができた。

論文

超新星での元素合成とニュートリノ振動

鈴木 俊夫*; 吉田 敬*; 千葉 敏; 梶野 敏貴*

日本物理学会誌, 67(1), p.49 - 54, 2012/01

超新星における$$^7$$Li, $$^{11}$$B, $$^{138}$$La, $$^{180}$$Ta等の元素合成には、ニュートリノ過程が重要な役割を果たす。最近の中性子過剰核を中心とした原子核物理の発展に基づいて新しい殻模型ハミルトニアンを構築し、実験との詳細な比較検討を行って、ニュートリノ-原子核反応断面積の理論計算を改善した。これにより、超新星で合成される$$^7$$Li, $$^{11}$$B等の軽元素合成量のより正確な評価が可能となった。物質振動(MSW)効果によって元素合成量がニュートリノ混合角$$theta_{13}$$と質量階層に強く依存することを利用して、われわれは未知のニュートリノ振動パラメータを決定する新しい方法を提案した。

論文

超新星での元素合成とニュートリノ振動

鈴木 俊夫*; 吉田 敬*; 千葉 敏; 梶野 敏貴*

日本物理学会誌, 67(1), p.49 - 54, 2012/01

超新星における$$^7$$Li, $$^{11}$$B, $$^{138}$$La, $$^{180}$$Ta等の元素合成には、ニュートリノ-原子核反応過程が重要な役割を果たす。最近の中性子過剰核を中心とした原子核物理の発展に基づいて新しい殻模型ハミルトニアンを構築し、原子核のスピン応答の記述を改善した。新しいハミルトニアンをニュートリノ-原子核反応断面積の理論計算に適用することによって、超新星で合成される$$^7$$Li, $$^{11}$$B等の軽元素合成量のより正確な評価が可能となった。物質振動(MSW)効果によって元素合成量がニュートリノ混合角$$theta_{13}$$と質量階層に強く依存することを利用して、われわれは未知のニュートリノ振動パラメータを決定する新しい方法を提案した。

論文

高分解能X線非弾性散乱実験と計算機実験によるPb(In$$_{1/2}$$Nb$$_{1/2}$$)O$$_{3}$$の研究; 反強誘電状態からリラクサーまでを制御するBサイトランダムネスの効果

大和田 謙二; 富田 裕介*

日本物理学会誌, 65(10), p.800 - 804, 2010/10

鉛ペロヴスカイトリラクサーPINにおけるBサイトランダムネスの効果について実験・理論両面からアプローチし、考察を行った。PINにおけるフォノン分散計測がX線非弾性散乱により可能になったことで、PINにはその状態にかかわらず本質的に強誘電不安定性が存在することが明らかとなった。一方、O-PINでは反強誘電相転移に関与する反強誘電不安定性が観測された。以上から、Bサイトランダムネスは反強誘電モードの不安定化を促進・抑制する機能を持っており、反強誘電状態,強誘電状態,リラクサー状態を「相対的」に安定化させるものと推測される。他方、双極子相互作用とBサイトの原子配置を反映する軸異方性の2つから構成される理論模型では、周期的な軸異方性の下では反強誘電状態が安定であることを示した。また、軸異方性の配置が乱れると本来安定であった強誘電状態が局所的に現れ、軸異方性(Bサイト)のランダムネスが反強誘電状態・強誘電状態の発現を支配していることを示した。

論文

巨大磁気抵抗効果(GMR)からトンネル磁気抵抗効果(TMR)へ

前川 禎通; 家田 淳一

日本物理学会誌, 65(5), p.324 - 330, 2010/05

数原子層の厚さの強磁性金属と非磁性金属を交互に積み重ねた金属多層膜では磁界により電気抵抗が大きく変化する。1988年に発見された、この現象、巨大磁気抵抗効果(GMR)は磁性と電気伝導のさまざまな問題を提起するとともに、スピンエレクトロニクス(スピントロニクス)と呼ばれるナノテクノロジーの新分野を生み出した。そして、現在、数原子層の絶縁体を強磁性金属ではさんで得られるトンネル素子の磁気抵抗効果(TMR)がより大きな基礎及び応用の分野へと発展している。さらに、これらの研究はナノメートル領域での電荷の流れ(電流)と磁気の流れ(スピン流)の相互作用から生み出される物理現象としての理解が進んでいる。

論文

Liイオンの振舞いを捉まえる; 再加速短寿命核ビーム$$^{8}$$LiによるLi拡散実験

Jeong, S.-C.*; 須貝 宏行; 矢萩 正人*

日本物理学会誌, 64(9), p.687 - 691, 2009/09

加速器を使って生成した$$^{8}$$Li短寿命核を物質中に入射しプローブとして用いると、携帯電話やノートパソコンなどで用いられている充電可能なLi電池などでLiイオンがどのように振舞っているのかを直接捉えることができる。最近、原子力機構と高エネルギー加速器研究機構が共同で運営しているTRIAC(Tokai Radioactive Ion Accelerator Complex)から取り出した$$^{8}$$Li短寿命核ビームを用いて開発された、世界でもユニークな測定の試みについて紹介する。また、この手法を用いて初めて明らかになった結晶中の格子欠陥とLiの振舞いとの相関について述べる。

論文

化学反応シミュレーションの現状と課題

池田 隆司; Boero, M.*; 森川 良忠*

日本物理学会誌, 64(4), p.256 - 262, 2009/04

経験パラメータを用いない第一原理電子状態計算に基づいたシミュレーションにより、気相反応のみならず凝縮系での化学反応の素過程が原子・分子レベルでよく理解できるようになってきた。本稿では、第一原理計算に基づいた化学反応シミュレーションの現状を、表面,界面、及び生体系での反応を例に概観し、課題についてまとめる。

論文

放射線の工・農・医分野における利用とその将来

柴田 徳思

日本物理学会誌, 63(4), p.257 - 264, 2008/04

経済的規模から見た我が国における放射線利用の実態を紹介した。工業分野,農業分野,医療分野における放射線利用の中で、将来大きな発展が見込まれるものとして、工業分野におけるリソグラフィ,放射線加工,放射線を用いた分析法,農業分野における放射線育種,不妊虫放飼,食品照射,医療における放射線を用いた診断及び治療について示した。将来の放射線利用を進めるために、半導体製造にかかわる技術の開発,小型加速器の開発,小型中性子源の開発が重要な課題であると思われる。

論文

超ウラン・ネプツニウム化合物における重い電子系超伝導

青木 大*; 芳賀 芳範; 大貫 惇睦

日本物理学会誌, 63(2), p.129 - 132, 2008/02

希土類・ウラン化合物などのf電子系化合物には従来のBCS理論では説明のできない非s波の超伝導体が存在する。しかし、これまで超ウラン・ネプツニウム化合物の超伝導体は知られていなかった。私たちは、新規化合物NpPd$$_5$$Al$$_2$$において初めて超伝導を見いだした。この化合物は、高い超伝導転移温度,強い常磁性効果,上部臨界磁場での一次の相転移など新奇な重い電子系超伝導体であることがわかった。

論文

超重元素はどこまで存在するか; 質量公式からみた重・超重核領域の原子核崩壊

小浦 寛之; 橘 孝博*

日本物理学会誌, 60(9), p.717 - 724, 2005/09

重・超重核領域の原子核崩壊様式について解説を行う。まず近年の新同位体同定実験の経緯について簡単に述べ、次いで原子核質量公式について説明する。そして原子核が引き起こす崩壊現象を各様式ごとに記述し、われわれの開発した質量公式を用いた理論予測をもとに、重・超重核領域の崩壊様式について議論を展開する。そこでは、自発核分裂が優勢であると予想される未知核種領域の指摘や、超重核の安定性の島の性質、さらに超重核と星のr過程元素合成との関係などについて述べる。最後に、超重核の安定性の島より中性子過剰な核の存在について、その可能性を指摘する。

論文

超重元素の化学的研究

篠原 厚*; 塚田 和明; 永目 諭一郎

日本物理学会誌, 60(9), p.709 - 716, 2005/09

原子番号が100を越すような非常に重たい元素は、マクロ量で世の中に存在することは無く、その化学的性質は、加速器を使って合成しつつ、1個1個の原子を対象に調べることになる。それゆえ、現在でも未知の領域であり、普通の「化学」を議論できるレベルのデータはほとんど無い。しかし最近、理化学研究所(理研)の113番元素の合成で象徴されるように、超重元素といわれる領域の研究が盛んになっており、その化学的研究も本格化してきた。本稿では、超重元素領域の化学の特徴と研究手段について簡単に説明し、世界の研究の現状と併せて、最近、日本原子力研究所(原研)で見いだされた104番元素ラザホージウム(Rf)の興味ある化学的性質を中心に、世界のトップレベルに達しつつある我が国の超重元素に関する化学的研究の現状と将来を概観する。

論文

新元素の認定について

永目 諭一郎; 中原 弘道*

日本物理学会誌, 60(9), p.707 - 709, 2005/09

最新の110, 111番元素の命名や、新元素の発見から承認,命名までの手続き、あるいは元素命名に関する基準などについて解説する。特に、最近の重元素発見に伴う新元素としての承認手続きを、国際純正応用化学連合の手続きに沿って紹介する。

論文

2つの不規則相; リンの流体-液体マクロ相分離

片山 芳則

日本物理学会誌, 60(6), p.456 - 460, 2005/06

高温高圧その場観察実験により、われわれは融解したリンに分子性流体と重合した液体の2つの特徴的な構造があり、約1GPaで急激かつ可逆的な構造変化が起きることを見いだした。さらに、2つの構造が異なった密度を持ち、変化の途中でマクロスコピックな相分離が起きていることも明らかになった。これらの結果は、この変化が気体-液体の相転移以外では極めて珍しい安定な不規則相の間の1次相転移であることを裏付けている。

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