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平田 悠歩; 甲斐 健師; 小川 達彦; 松谷 悠佑*; 佐藤 達彦
Japanese Journal of Applied Physics, 62(10), p.106001_1 - 106001_6, 2023/10
半導体検出器の設計を最適化するには、半導体物質内において放射線がキャリア(励起電子)に変換されるまでの過程を理論的に解析する必要がある。本研究では、任意の半導体物質に対し、放射線により生じる二次電子の挙動を極低エネルギー(数eV)まで追跡し、励起電子が生成される過程を模擬できる機能(ETSART)を開発し、PHITSに実装した。具体的には、ETSARTを用いて計算した電子の飛程はICRU37で推奨されたデータ別の計算結果と一致することを確認した。さらに、半導体検出器の特性を表す重要な指標である、一つの励起電子の生成に必要な平均エネルギー(
値)について検討し、これまで値とバンドギャップエネルギーの関係は単純な直線モデルで考えられていたが、その関係は非線形関数であることを明らかにした。ETSARTは半導体検出器の最適化設計や応答解析に留まらず、新しい半導体物質の特性評価への応用も期待できる。
川堀 龍*; 渡部 雅; 今井 良行; 植田 祥平; Yan, X.; 溝尻 瑞枝*
Applied Physics A, 129(7), p.498_1 - 498_9, 2023/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)本研究では空気中におけるナノ粒子を使用した炭化ケイ素(SiC)のフェムト秒レーザー焼結の可能性を調査した。ポリビニルピロリドンとエチレングリコールを含むSiCナノ粒子インクは、780nmの波長でナノ粒子による強い吸収を示した。走査速度1mm/sでは焼結フィルムパターンの表面から底部まで全体が酸化しており、過剰なエネルギー照射により酸化ケイ素が生成したと考えられる。対照的に、走査速度5mm/s及び30
mのラスターピッチのレーザー走査で作製されたパターンでは焼結領域が観察され、表面から1.72mを除き、原料のSiCナノ粒子の酸化に有意な差は見られなかった。これらの結果からフェムト秒レーザーパルスの照射は熱の蓄積が少ないため、原料の大気酸化を受けることなく焼結SiCパターンが生成できることが示された。また、X線光電子分光法によって分散剤であるポリビニルピロリドン及びエチレングリコールは焼結に影響を及ぼさないことがわかった。したがって、この真空フリー直接描画技術は積層造形に適用できる可能性がある。
堀部 聡平*; 清水 祐樹*; 星 幸治郎*; 巻内 崇彦*; 日置 友智*; 齊藤 英治
Applied Physics Express, 16(7), p.073001_1 - 073001_4, 2023/07
Parametric oscillation occurs when the resonance frequency of an oscillator is periodically modulated. Owing to time-reversal symmetry breaking in magnets, nonreciprocal magnons can be parametrically excited when spatial-inversion symmetry breaking is provided. This means that magnons with opposite propagation directions have different amplitudes. Here we demonstrate switching on and off the magnon parametric oscillation by reversing the external field direction applied to a Y
Fe
O
micro-structured film. The result originates from the nonreciprocity of surface mode magnons, leading to field-direction dependence of the magnon accumulation under nonuniform microwave pumping. Our numericalcalculation well reproduces the experimental result.
榊原 涼太郎*; Bao, J.*; Yuhara, Keisuke*; 松田 啓太*; 寺澤 知潮; 楠 美智子*; 乗松 航*
Applied Physics Letters, 123(3), p.031603_1 - 031603_4, 2023/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0ステップバンチング現象の逆であるステップアンバンチング現象について報告する。4H-SiC(0001)表面を高温でアニールすると、隣接するステップの運動の速度が異なるためにステップバンチングが生じ、数ナノメートル以上の高さのステップが生じる。本研究ではAr/H
雰囲気中での水素エッチングによって得られたステップが、その後低温でアニールされると、より低い高さのステップに「アンバンチング」されることを見出した。この「束にならない」現象は、エネルギー論と動力学との間の競合の結果としてうまく説明できる。本発見は、水素エッチングによるSiCの表面平滑化のための別のアプローチを提供し、SiCパワーデバイスや二次元材料成長技術全般への応用に重要な洞察を与える可能性がある。
neutron diffraction study on the deformation behavior of the plastic inorganic semiconductor AgSWang, Y.*; Gong, W.; 川崎 卓郎; Harjo, S.; Zhang, K.*; Zhang, Z. D.*; Li, B.*
Applied Physics Letters, 123(1), p.011903_1 - 011903_6, 2023/07
被引用回数：0 パーセンタイル：0Bulk AgS is a plastic inorganic semiconductor at room temperature. It exhibits a compressive strain greater than 50%, which is highly different from brittle conventional counterparts, such as silicon. Here, we present the experimental investigation of the deformation behavior in a plastic inorganic semiconductor AgS using 
neutron diffraction during compressive deformation at room and elevated temperatures. At room temperature, the lattice strain partitioning among 
-orientated grain families could be responsible for the significant work-hardening behavior in the bulk AgS with a monoclinic structure. The rapid accumulation of lattice defects and remarkable development of the deformation texture suggest that dislocation slip promotes plasticity. At 453 K, a monoclinic phase transforms into a body-centered cubic phase. A stress plateau appears at 
-4.8 MPa, followed by a rehardening state. The deformation mode of bulk AgS at the initial stage is likely attributable to the migration of silver ions, and as strain increases, it is closer to that of room temperature, leading to rehardening.
小川 大輝; 浅森 浩一; 根木 健之*; 上田 匠*
Journal of Applied Geophysics, 213, p.105012_1 - 105012_17, 2023/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0.03(Geosciences, Multidisciplinary)地磁気地電流(MT)法電磁探査において、鉄道や高圧送電線等から発せられる電磁ノイズは、電場と磁場の間に高い相関度を有するコヒーレントノイズであることが多く、自然電磁場応答との区別が困難とされる。こうしたノイズの強大な影響を抑制することを目標に、観測電磁場の自然信号とノイズへの分解に基づいたMT法観測データ処理技術が、近年盛んに報告されている。その際、経験的なパラメータ設定に依存せずに、自然信号とノイズによる応答を安定的に識別することが重要となる。加えて、観測電磁場の分解により得られた分離信号からの値の減算が不適切な場合には、自然信号の値の損失やノイズの影響を受けた値の取りこぼしにつながり、真の自然電磁場応答の導出に失敗してしまう。本稿では、著者らが新たに考案したMT法観測データ処理技術について報告する。観測電磁場に周波数領域独立成分分析(FDICA)を適用して得られる分離信号において、自然信号及びノイズに相当する成分を、観測点のノイズの影響を受けない参照点における磁場を用いて定量的に判定する。また、分離信号から観測電磁場を復元する際、時間領域及び周波数領域における電磁場応答関数の連続性に関する評価指標を導入することで、分離信号のどの値を減算するかを決定する。強大なノイズ波形を人為的に加算したMT法時系列と直流電化鉄道地域における実データの両方を用いたところ、提案手法が既存のMT法観測データ処理手法に比べて優れたノイズ低減性能を示すことを確認できた。
by monolayer hexagonal boron nitride coating for improved photo- and thermionic-cathodes山口 尚登*; 遊佐 龍之介*; Wang, G.*; Pettes, M. T.*; Liu, F.*; 津田 泰孝; 吉越 章隆; 虻川 匡司*; Moody, N. A.*; 小川 修一*
Applied Physics Letters, 122(14), p.141901_1 - 141901_7, 2023/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Applied)単層BMをコートしたLaBの仕事関数の低減に関して報告する。hBNでコートされた領域は、非被覆あるいはグラフェンコートされたLaB(100)単結晶領域に比べて仕事関数が低下していることが、光電子顕微鏡(PEEM)および熱電子顕微鏡(TEEM)実験から分かった。グラフェンコートに比べてhBNコートされたLaB(100)では、非常に大きな仕事関数の低下が起きることが、DFT計算から定性的に分かった。計算に酸化層を考慮すると、計算と実験の間の整合性が改善された。放射光XPSによって、我々のLaB表面に酸化層が実在することを確認した。
増田 啓人*; 山根 結太*; 関 剛斎*; Raab, K.*; 土肥 昂尭*; Modak, R.*; 内田 健一*; 家田 淳一; Kl
ui, M.*; 高梨 弘毅
Applied Physics Letters, 122(16), p.162402_1 - 162402_7, 2023/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Applied)We report current-induced magnetization switching in Pt/Co/Ir/Co/Pt multilayers with different Ir layer thicknesses (
), where the perpendicularly magnetized Co layers are coupled ferromagnetically or antiferromagnetically through an interlayer exchange coupling and are sandwiched by the Pt spin Hall layers. The domain structures formed during switching vary depending on the magnetization alignment, i.e., ferromagnetically coupled or antiferromagnetically coupled configuration. These results clarify the macroscopic picture of switching process for interlayer exchange-coupled systems. The local picture of the switching process is also examined by a numerical calculation based on a macrospin model, which reveals the switching dynamics triggered by dual spin-orbit torque for both antiferromagnetically and ferromagnetically coupled cases. The numerical calculation shows that the dual spin-orbit torque from the two Pt layers effectively acts on the two Co layers not only for the antiferromagnetically coupled case but also for the ferromagnetically coupled one. Our findings deepen the under- standing of the switching mechanism in a magnetic multilayer and provide an avenue to design spintronic devices with more efficient spin-orbit torque switching.
Sn nanodot佐藤 佑磨*; 竹内 祐太郎*; 山根 結太*; Yoon, J.-Y.*; 金井 駿*; 家田 淳一; 大野 英男*; 深見 俊輔*
Applied Physics Letters, 122(12), p.122404_1 - 122404_5, 2023/03
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Applied)
-MnSn, an antiferromagnet having a non-collinear spin structure in a kagome lattice, has attracted great attention owing to various intriguing properties such as large anomalous Hall effect. Stability of magnetic state against thermal fluctuation, characterized in general by the thermal stability factor 
, has been well studied in ferromagnetic systems but not for antiferromagnets. Here we study of the antiferromagnetic MnSn nanodots as a function of their diameter 
. To obtain , we measure the switching probability as a function of pulse-field amplitude and analyze the results based on a model developed by accounting for two and six-fold magnetic anisotropies in the kagome plane. We observe no significant change in down to 
nm below which it decreases with . The obtained dependence is well explained by a single-domain and nucleation-mediated reversal models. These findings provide a basis to understand the thermal fluctuation and reversal mechanism of antiferromagnets for device application.
森 道康; 前川 禎通
Applied Physics Letters, 122(4), p.042202_1 - 042202_5, 2023/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Applied)We show that ultrasound can induce the Shapiro steps (SS) in the charge-density-wave (CDW) state. When ultrasound with frequency 
and a dc voltage are applied, the SS occur at the current 
with integer 
. Even and odd multiples of SS are represented by two couplings between the CDW and ultrasound. Although an ac voltage bias with frequency induces the SS at , the ultrasound bias enhances the odd multiples more strongly than the even ones. This is the difference between the ultrasound and the ac voltage. Since the SS cause abrupt peaks in the 
, the extreme changes in the 
curve will be applied to a very sensitive ultrasound detector.
前川 禎通; 吉川 貴史*; 中堂 博之; 家田 淳一; 齊藤 英治
Journal of Applied Physics, 133(2), p.020902_1 - 020902_24, 2023/01
被引用回数：2 パーセンタイル：89.57(Physics, Applied)Along with the progress of spin science and spintronics research, the flow of electron spins, i.e., spin current, has attracted interest. New phenomena and electronic states were explained in succession using the concept of spin current. Moreover, as many of the conventionally known spintronics phenomena became well organized based on spin current, it has rapidly been recognized as an essential concept in a wide range of condensed matter physics. In this article, we focus on recent developments in the physics of spin, spin current, and their related phenomena, where the conversion between spin angular momentum and different forms of angular momentum plays an essential role. Starting with an introduction to spin current, we first discuss the recent progress in spintronic phenomena driven by spin-exchange coupling: spin pumping, topological Hall torque, and emergent inductor. We, then, extend our discussion to the interaction/interconversion of spins with heat, lattice vibrations, and charge current and address recent progress and perspectives on the spin Seebeck and Peltier effects. Next, we review the interaction between mechanical motion and electron/nuclear spins and argue the difference between the Barnett field and rotational Doppler effect. We show that the Barnett effect reveals the angular momentum compensation temperature, at which the net angular momentum is quenched in ferrimagnets.
Np and 
Am gamma ray regions福田 竜生; 小畠 雅明; 菖蒲 敬久; 吉井 賢資; 神谷 潤一郎; 岩元 洋介; 牧野 高紘*; 山崎 雄一*; 大島 武*; 白井 康裕*; et al.
Journal of Applied Physics, 132(24), p.245102_1 - 245102_8, 2022/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Applied)Ni/SiCショットキー接合による放射線から電気エネルギーへの変換を、特にAm (30keV)及びAm (60keV)の
線に着目して調べた。変換効率は吸収量ベースで最大1.6%であった。SiCは比較的放射線耐性があることから、これは放射性廃棄物からの線エネルギーの再生に利用できる可能性を示している。また、高X線光電子分光(HAXPES)及び二次イオン質量分析法(SIMS)を組み合わせることで、接合界面にNi-Si化合物が生成されると効率が低下することも分かった。これは電気測定に加えてHAXPES及びSIMSの2つの手法を組み合わせて判明したことであり、今後のデバイス作成プロセスへのフィードバックが期待できる結果である。
星 幸治郎*; 日置 友智*; 齊藤 英治
Applied Physics Letters, 121(21), p.212404_1 - 212404_6, 2022/11
Spin motive force generated by parametrically excited magnetization dynamics is numerically investigated. We calculate spin motive force in a permalloy disk under an ac magnetic field with twice the ferromagnetic resonance frequency parallel to the static magnetic field based on the Landau-Lifshitz-Gilbert equation. We found that large spin motive force originating from standing spin waves driven by parametric excitation appears in the system. The observed time dependence of the voltage shows a dc voltage with an ac component oscillating with twice of the resonance frequency. The estimated amplitude of the voltage due to the spin motive force is V. We also investigate spin motive force driven by different modes of standing spin waves. Our numerical results extend the way to generate spin motive force by making use of the magnetization dynamics with the steep spatial modulation created by nonlinear spin waves excitation, without a nonuniform magnetization structure such as a conventional magnetic domain wall and a vortex.
-BaTiO solid solutions米田 安宏; Kim, S.*; 森 茂生*; 和田 智志*
Japanese Journal of Applied Physics, 61(SN), p.SN1022_1 - SN1022_10, 2022/11
被引用回数：1 パーセンタイル：26.82(Physics, Applied)(1-
)BiFeO-BaTiO固溶体の局所構造解析を放射光高エネルギーX線回折実験で得られたデータをPDF解析することによって行った。まず、XAFS実験を行いサンプルスクリーニングを行ったところ、BiFeOリッチな組成での構造揺らぎが大きいことがわかった。そこでBiFeOリッチな組成のサンプルのPDF解析を行った。その結果、平均構造は立方晶構造であるものの局所構造は菱面体晶構造で再現でき、さらに揺らぎの大きな組成では菱面体晶の対称性を破る変位があることがわかった。
平田 悠歩; 甲斐 健師; 小川 達彦; 松谷 悠佑; 佐藤 達彦
Japanese Journal of Applied Physics, 61(10), p.106004_1 - 106004_6, 2022/10
被引用回数：1 パーセンタイル：26.82(Physics, Applied)検出器や半導体メモリなどのSiデバイスにおいて、パルス波高欠損やソフトエラーなどの放射線影響が問題となっている。このような放射線影響のメカニズムを解明するためには、放射線による精密なエネルギー付与情報が必要である。そこで、Siにおける電子線のエネルギー付与をナノスケールで計算できる電子線飛跡構造解析機能を開発しPHITSに実装した。開発した機能の検証として電子の飛程や付与エネルギー分布を計算したところ、既報のモデルと一致することを確認した。また、一つのキャリア生成に必要なエネルギー(値)について、実験値を再現する二次電子生成のエネルギー閾値は2.75eVであることを見出すとともに、このエネルギー閾値は解析的に計算された結果および実験値と一致することがわかった。本研究で開発した電子線飛跡構造解析機能はSiデバイスに対する放射線影響の調査に応用することが期待される。
岩瀬 彰宏*; 福田 健吾*; 斎藤 勇一*; 岡本 芳浩; 千星 聡*; 雨倉 宏*; 松井 利之*
Journal of Applied Physics, 132(16), p.163902_1 - 163902_10, 2022/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Applied)アモルファスSiO試料に380keVのFeイオンを室温で注入した。注入後、一部の試料に16MeVのAuイオンを照射した。SQUID磁束計を用いて磁気特性を調べ、透過型電子顕微鏡とX線吸収分光法(EXAFSとXANES)を用いてFe注入SiO試料のモルフォロジーを調べたところ、Feナノ粒子のサイズが大きくなっていることがわかった。Feナノ粒子の大きさは、Feの注入量の増加とともに大きくなった。Feナノ粒子の一部はFe酸化物からなり、Fe注入量の増加に伴い、Fe原子の価数や構造が金属
-Feに近くなった。Feを注入したSiO試料では、室温での磁性が観測された。少量のFeを注入した試料の磁化-磁場曲線はLangevinの式で再現され、Feナノ粒子が超常磁性的な振る舞いをすることが示唆された。また、Feを多量に注入した場合、磁化-磁場曲線は強磁性状態を示している。このような磁気特性の結果は、X線吸収の結果と一致する。その後の16MeVのAu照射により、Feナノ粒子は破砕され、その結果、磁化は減少した。
/GaN metal-oxide-semiconductor structures fabricated on N-polar GaN(000
) substrates溝端 秀聡*; 冨ヶ原 一樹*; 野崎 幹人*; 小林 拓真*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*
Applied Physics Letters, 121(6), p.062104_1 - 062104_6, 2022/08
N極性GaN(000)基板上に作製したSiO/GaN MOS構造の界面特性とエネルギーバンドアライメントを、電気測定と放射光X線光電子分光法を用いて調べた。さらに、得られた結果をGa極性GaN(0001)上のSiO/GaN MOS構造の特性と比較した。SiO/GaN(000)構造はGaN(0001)基板上に作製した構造よりも熱的に不安定であることがわかった。しかし、絶縁膜堆積後アニールの条件を最適化することにより、SiO/GaN(000)構造でも優れた電気特性が得られた。一方で、SiO/GaN(000)構造の伝導帯オフセットがSiO/GaN(0001)構造よりも小さく、これによるゲートリーク電流の増大が見られた。以上のことから、MOSデバイスの作製においてN極性GaN(000)基板の利用には注意を要することを明らかにした。
吉田 雅幸*; 西端 樹*; 松田 朋己*; 伊藤 佑介*; 杉田 直彦*; 城 鮎美*; 菖蒲 敬久; 荒河 一渡*; 廣瀬 明夫*; 佐野 智一*
Journal of Applied Physics, 132(7), p.075101_1 - 075101_9, 2022/08
被引用回数：2 パーセンタイル：72.3(Physics, Applied)This study aims to investigate the influence of the pulse duration on the mechanical properties and dislocation density of a aluminum alloy treated using dry laser peening. The results of the micro-Vickers hardness test, residual stress measurement, and dislocation density measurement demonstrate that over a pulse duration range of 180 fs to 10 ps, the maximum peening effects are achieved with a pulse duration of 1 ps. Moreover, the most significant dry laser peening effects are obtained by choosing a pulse duration that achieves a laser intensity that simultaneously generates the strongest shock pressure, suppresses optical nonlinear effects, and realizes the least thermal effects, which weaken the shock effects.
小林 慶規*; 佐藤 公法*; 山脇 正人*; 満汐 孝治*; 岡 壽崇; 鷲尾 方一*
Applied Physics Express, 15(7), p.076001_1 - 076001_4, 2022/07
被引用回数：1 パーセンタイル：26.82(Physics, Applied)高分子およびシリカガラス中の短寿命パラポジトロニウムのエネルギー損失について検討した。陽電子消滅ガンマ線のドップラー広がりを示す
パラメータ(511keVの消滅ガンマ線のエネルギースペクトルのピーク全体のカウント数に対する中心付近のカウント数の割合)を、陽電子消滅寿命・運動量相関測定の結果から決定した。パラメータを自由体積に捕捉された熱化した
-Psの予想値と比較したところ、フッ素系高分子やシリカガラスでは-Psは熱化せず、過剰エネルギーを持つことがわかり、フッ素やシリコンなどの比較的重い元素を含む物質ではPsがエネルギーを失うことが困難であることが示唆された。
ambient on threshold voltage stability in 4H-SiC metal-oxide-semiconductor field-effect transistors細井 卓治*; 大迫 桃恵*; Moges, K.*; 伊藤 滉二*; 木本 恒暢*; 染谷 満*; 岡本 光央*; 吉越 章隆; 志村 考功*; 渡部 平司*
Applied Physics Express, 15(6), p.061003_1 - 061003_5, 2022/06
被引用回数：1 パーセンタイル：26.82(Physics, Applied)SiO/SiC構造に対するNOアニールとCO雰囲気でのポスト窒化アニール(PNA)の組み合わせが、SiCベースの金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の高いチャネル移動度と優れた閾値電圧安定性を得るために有効であることを実証した。NOアニールにより取り込まれたSiO/SiC界面のSiO側のN原子が電荷捕獲サイトの起源と考えられるが、1300
CのCO-PNAによりSiCを酸化することなくこれらの選択的除去が可能であることがわかった。また、CO-PNAにはSiO中の酸素空孔を補償する効果もあり、結果として正負の電圧温度ストレスに対する高い耐性が得られた。
