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論文

PDF analysis on semiconductive CdTe-ZnTe alloy

米田 安宏; 鈴谷 賢太郎; 小原 真司*; 水木 純一郎

Ferroelectrics, 339, p.165 - 174, 2006/09

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

CdTe-ZnTe半導体混晶はzinc-blendeタイプの構造を持つ物質として、初めて強誘電性が確認された。しかし、強誘電性領域においても構造が変化しないことから、強誘電性発現機構がいまだ明らかにはなっていない。われわれは実験室系のX線回折においてZn原子の温度因子が大きく変化することを見いだした。これは熱的揺動だけではなく、静的なdisorderが生じていると考えられる。そこで、disorderな構造を明らかにするために、高エネルギーX線回折とPDF解析を用いて改めてこのCdTe-ZnTe半導体混晶の構造解析を行った。その結果、平均構造位置からのdisorderはZn, Cdサイトだけではなく、むしろTeサイトで支配的に起こっていることがわかった。これらの原子のdisorderの結果、分極が生じ強誘電性を発現していると考えられる。

論文

過冷却液体からの新規ガラスの創製とその構造

小原 真司*; 鈴谷 賢太郎; 竹内 謙*

未来材料, 5(4), p.28 - 33, 2005/04

高温融体を無容器(コンテナレス)で浮かせることができると、冷却の際に結晶化の核となるものがなくなるので過冷却液体状態の実現が容易になる。そうすると、過冷却液体からの緩やかな冷却で、これまで作製が不可能であったさまざまなガラス・非平衡物質の合成が可能となる。主要造岩鉱物で地球・宇宙科学的に重要なフォルステライト(かんらん石)も、このコンテナレス法により高純度ガラスが得られる。本報では、この高純度フォルステライトガラスの合成と構造研究を中心にコンテナレス法の物質科学における有用性の一端を示す。

論文

高エネルギー放射光及びコンピュータシミュレーションを用いた「乱れた構造」の三次元可視化

小原 真司*; 大石 泰生*; 高田 昌樹*; 米田 安宏; 鈴谷 賢太郎

日本結晶学会誌, 47(2), p.123 - 129, 2005/04

第3世代放射光からの高強度高エネルギーX線回折を利用すると、その短波長と高透過能から、透過法で広いQ領域を迅速に測定することが可能になる。われわれは、最近、SPring-8における高エネルギーX線回折とパルス中性子回折を組合せ、さらにこの両データに逆モンテカルロシミュレーション法を適用することにより、これまで不明であったガラスや液体など非晶質物質の「乱れた構造」を三次元可視化し、その詳細を理解することに成功した。本稿では、その実験の詳細と酸化物ガラスと強誘電性半導体混晶の成果について解説する。

論文

ガスジェット音波浮遊装置で作製されたかんらん石ガラスの特異な構造

小原 真司*; 鈴谷 賢太郎; 竹内 謙*

日本マイクログラビティ応用学会誌, 22(2), p.100 - 104, 2005/04

地球・宇宙科学上で重要な鉱物であるかんらん石(Forsterite, Mg$$_{2}$$SiO$$_{4}$$)は、稜共有のMgO$$_{6}$$をSiO$$_{4}$$四面体が繋いでいる典型的なケイ酸塩鉱物であるが、ケイ酸塩鉱物結晶のフレームワークを形成するSiO$$_{2}$$成分がMgOの半分のモル比であることから、SiO$$_{4}$$四面体の鎖状,環構造をもたない。そのためガラス化が大変困難であった。われわれは、ガスジェット音波浮遊法という坩堝を使わない方法を用いて、このかんらん石の高純度ガラスを作製し、高エネルギーX線回折,中性子回折の併用と、逆モンテカルロシミュレーションの適用により、その構造を調べた。その結果、ガラスにおいても、SiO$$_{4}$$四面体によるネットワーク構造は存在しないが、MgO$$_{n}$$(n=4,5,6)の多面体ユニット(MgO$$_{5}$$が一番多い)が、頂点,稜共有でネットワークを構成しているという特異な構造を持っていることが明らかになった。

論文

Intermediate-range order in vitreous SiO$$_{2}$$ and GeO$$_{2}$$

小原 真司*; 鈴谷 賢太郎

Journal of Physics; Condensed Matter, 17(5), p.S77 - S86, 2005/02

 被引用回数:66 パーセンタイル:10.15(Physics, Condensed Matter)

高エネルギーX線回折と中性子回折によってシリカ(SiO$$_{2}$$),ゲルマニア(GeO$$_{2}$$)ガラスの構造因子S(Q)を測定し、異なる情報を持つX線・中性子のS(Q)を十分に表現できる大規模な構造モデルを逆モンテカルロ法(RMC法)により構築することに成功した。この結果、基本構造であるSiO$$_{4}$$, GeO$$_{4}$$四面体の繋がり角度分布などの中距離秩序構造が実験的に明らかになった。シリカ・ゲルマニアガラスでは、四面体の6, 7員環が中距離構造の基本である。また、ゲルマニアガラスにはシリカよりも多くの3員環が含まれており、シリカとゲルマニアガラスの中距離秩序は異なる。これらの結果は、従来のRaman散乱などによる予測と一致する。

論文

放射光X線及び中性子回折によるガラスの構造

鈴谷 賢太郎

波紋, 13(1), p.51 - 55, 2003/01

第三世代放射光源SPring-8より得られる高強度の高エネルギー単色X線(E$$>$$30keV)を用いた回折実験と中性子回折との併用について、酸化物ガラスの構造研究を例に解説した。現在、SPring-8の高エネルギー単色X線の持つ短波長,高透過能から、回折実験によって、高い散乱ベクトルQ($$>$$300nm$$^{-1}$$)まで吸収補正などのデータ補正のほとんど必要ない精度の高い構造因子S(Q)を得ることが可能となっており、従来のパルス中性子回折に匹敵する量と質のデータがX線回折でも得られようになりつつある。基本的なネットワーク形成酸化物ガラスの中距離構造(ネットワーク構造)は、この高エネルギー単色X線回折とパルス中性子回折による高精度のS(Q)データに、逆モンテカルロ・シミュレーション(Reverse Monte Carlo Simulation = RMC)法を適用することによって、解析が可能になってきている。中距離構造は、ランダム系物質の物性を研究するうえで最も重要なファクターであり、今後、ランダム系物質の特異な物性は、高輝度放射光源,パルス中性子源を利用した回折,非弾性散乱実験,計算機シミュレーションとの併用によって、明らかにされると考えられる。

論文

Structural analysis of 1-ethyl-3-methylimidazolium bifluoride melt

松本 一彦*; 萩原 理加*; 伊藤 靖彦*; 小原 真司*; 鈴谷 賢太郎

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 199, p.29 - 33, 2003/01

 被引用回数:34 パーセンタイル:9.24(Instruments & Instrumentation)

低温型溶融塩:1-エチル-3-メチルイミダゾリウムバイフルオライド (EMImF$$cdot$$HF)融体の333Kでの構造を、SPring-8における放射光高エネルギーX線回折で調べた。この融体の全相関関数は、固体結晶のそれと大変良く似ており、短範囲構造だけでなく、中距離構造も融体と結晶では似ていることがわかった。分子内のF-F相関は、この融体では明確に観察された。これは室温型溶融塩1-エチル-3-メチルイミダゾリウム フルオロヒドロゲネート(EMImF$$cdot$$2.3HF)融体の場合とは異なっている。

論文

High-energy X-ray diffraction studies of disordered materials

小原 真司*; 鈴谷 賢太郎

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 199, p.23 - 28, 2003/01

 被引用回数:28 パーセンタイル:12.85(Instruments & Instrumentation)

第三世代放射光施設における高エネルギーX線回折は、液体やアモルファス固体,ガラスなどのランダム系物質の構造解析に大きな進歩をもたらした。特に、X線の波長が短いため、高い散乱ベクトルQまで測定できるので、実空間分解能が飛躍的に向上した。また、X線の強度と透過能が高いため、少量の試料を透過法で測定できるので、高温高圧下での測定も比較的容易である。したがって、これまで(パルス)中性子回折によって調べられてきたランダム系物質のデータとの直接比較が可能である。われわれは、SPring-8において、ランダム系物質専用の高エネルギーX線回折計を建設し、いくつかの酸化物ガラス(SiO$$_{2}$$及びGeO$$_{2}$$ガラス)の中距離構造を明らかにした。特に、高エネルギーX線回折とパルス中性子回折の両データに、逆モンテカルロシミュレーションを適用し、中距離構造を含むガラスの大きな構造モデルの構築に成功した。これらの高エネルギーX線回折を中心とした、ランダム系物質の短・中距離構造の精密な構造解析法は、高温下でのランダム系物質の構造変化を調べる研究などにも適用され、SiO$$_{2}$$ガラスは1000$$^{circ}C$$の高温下でも短距離構造は変化せず、わずかに平均的な中距離構造に変化が現れるだけであることが明らかになった。

論文

The Structures of alkylimidazolium fluorohydrogenate molten salts studied by high-energy X-ray diffraction

萩原 理加*; 松本 一彦*; 津田 哲哉*; 伊藤 靖彦*; 小原 真司*; 鈴谷 賢太郎; 松本 一*; 宮崎 義憲*

Journal of Non-Crystalline Solids, 312-314, p.414 - 418, 2002/10

 被引用回数:32 パーセンタイル:12.19(Materials Science, Ceramics)

あるN-アルキルイミダゾリウム塩化物あるいはN-アルキルイミダゾルと無水フッ化水素(HF)の反応によって、無揮発性の室温型溶融塩を得ることができる。その室温型溶融塩は、XF$$^{.}$$2.3HFであり、ここで X=1-エチル-3-メチルイミダゾリウム (EMI),1-メチルイミダゾリウム (MeIm),1-ブチル-3-メチルイミダゾリウム (BMI),1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウム (HMI)である。室温での最大の固有導電率では、10mScm$$^{-1}$$という高い値がEMIF$$^{.}$$2.3HFに関して得られている。そこで、これらの各室温型溶融塩についてSPring-8にいて高エネルギーX線回折による構造解析を行った。その結果、溶融塩中にもEMIF$$^{.}$$HF結晶の構造と類似のカチオンとアニオンの規則的な構造が存在することが明らかになった。この規則構造が、これらの室温型溶融塩の低粘性率の原因、ひいては高導電率の構造的な要因と考えられる

論文

Periodic hole structure in a spin-chain ladder material Sr$$_{14}$$Cu$$_{24}$$O$$_{41}$$

福田 竜生; 水木 純一郎; 松田 雅昌

Physical Review B, 66(1), p.012104_1 - 012104_4, 2002/07

 被引用回数:16 パーセンタイル:37.02(Materials Science, Multidisciplinary)

Cuスピンのつくるchain及びladder構造を共に持つSr$$_{14}$$Cu$$_{24}$$O$$_{41}$$は、そのchain構造の中にはホールがドープされ、Zhang-Rice singletとなって周期構造をつくっていることが知られている。その周期構造には主に2種類の構造モデルが考えられるが、シンクロトロンX線回折による結晶歪みの測定ではchain構造の4倍周期、中性子非弾性散乱によるスピン波の測定ではchain構造の5倍周期と、測定手法によって結果が異なっていた。われわれは、この実験手法によるホールの周期の違いは、それぞれの実験プローブによる試料の測定領域の違いからきているのではないかと考え、より試料全体を測定できる高エネルギーX線によるシンクロトロンX線回折実験を行った。その結果は、中性子散乱によるものと同じくchain構造の5倍周期になっていることがわかり、さらに、構造モデルを仮定したX線回折強度計算によって、実験結果をほぼ再現できることも確認できた。

論文

高エネルギー単色X線回折による酸化物ガラスの短範囲・中距離構造解析

鈴谷 賢太郎; 小原 真司*

まてりあ, 41(3), p.206 - 215, 2002/03

第三世代放射光源SPring-8より得られる高強度の高エネルギー単色X線(E$$>$$30keV)を用いた回折実験及び実験装置(BL04B2高エネルギーX線回折用2軸回折計)の概要と、その高エネルギー単色X線回折によるランダム系物質:酸化物ガラスの構造研究の現状について解説した。高エネルギー単色X線の持つ短波長,高透過能から、回折実験によって、高い散乱ベクトルQ($$>$$300nm$$^{-1}$$)まで(吸収補正などの)データ補正のほとんど必要ない精度の高い構造因子S(Q)を得ることが可能となった。SiO$$_{2}$$,GeO$$_{2}$$,B$$_{2}$$O$$_{3}$$ガラスなどの基本的なネットワーク形成酸化物ガラスの高エネルギー単色X線回折による高精度のS(Q)データに、逆モンテカルロ・シミュレーション(Reverse Monte Carlo Simulation = RMC)法を適用することによって、ランダム系物質の物性を研究するうえ上で極めて重要であるにもかかわらずこれまでデータ解析がほとんど不可能であった中距離構造(短範囲構造ユニットのつくるリング構造など)の信頼できるモデルを構築することに成功した。今後、ランダム系物質の特異な物性は、本研究で示されたような、中距離構造を含む大きな構造モデルをベースに理解が進むものと考えられる。

論文

Structural study of semiconductive CdTe-ZnTe alloy by high-energy X-ray diffraction

米田 安宏; 松本 徳真; 鈴谷 賢太郎; 小原 真司*; 水木 純一郎

Ferroelectrics, 268, p.277 - 282, 2002/00

 被引用回数:5 パーセンタイル:68.04(Materials Science, Multidisciplinary)

微小領域強誘導電体は従来の強誘導体の発現機構に加えてドメイン間の相互作用によって複雑な2次構造を持つ。この2次構造が強誘電体の分野に新局面を開く可能性があるとして、近年さかんに研究されるようになってきた。そのひとつに(Cd,Zn)Te半導体混晶がある。CdTeとZnTeはそれぞれジンクブレンド構造の半導体でpure-limitでは強誘電性は示さない。CdTe中のCd原子を原子半径の小さなZn原子で置換することによって格子歪が生じ、その歪が2次構造である微小強誘電領域を作り強誘電性が発現するとされている。ところが(Cd,Zn)Te混晶の格子歪は局所的な歪のために構造解析が非常に困難で、強誘電性の発現機構が解明されてはいなかった。われわれはSPring-8の高エネルギーX線を用いてPDF解析を行った結果、局所歪を取り込んだ構造解析によって強誘電性を説明しうるモデルを提案することができた。

論文

Intermediate range order of vitreous silica studied by high energy X-ray diffraction, neutron diffraction and reverse Monte Carlo modelling

小原 真司*; 鈴谷 賢太郎

Physics and Chemistry of Glasses, Vol.43C 2002, p.51 - 54, 2002/00

第三世代放射光源SPring-8より得られる高強度の高エネルギー単色X線の持つ短波長,高透過能から、回折実験によって、高い散乱ベクトルQ ($$>$$350nm$$^{-1}$$)まで(吸収補正などの)データ補正のほとんど必要ない精度の高い構造因子S(Q)を得ることが可能となった。最も典型的なネットワーク形成酸化物ガラス:シリカ(SiO$$_{2}$$)の高エネルギー単色X線回折による高精度のS(Q)データに、逆モンテカルロ・シミュレーション(Reverse Monte Carlo Simulation = RMC)法を適用することによって、ランダム系物質の物性を研究するうえで極めて重要であるにもかかわらずこれまでデータ解析がほとんど不可能であった中距離構造(短範囲構造ユニットのつくるリング構造など)の信頼できるモデルを構築することに成功した。今後、ランダム系物質の特異な物性は、本研究で示されたような、中距離構造を含む大きな構造モデルをベースに理解が進むものと考えられる。

論文

SPring-8高エネルギーX線回折ビームラインBL04B2におけるランダム系物質の単色高エネルギーX線回折

小原 真司*; 鈴谷 賢太郎

放射光, 14(5), p.365 - 375, 2001/11

第三世代放射光施設における高エネルギーX線回折は、液体やアモルファス固体,ガラスなどのランダム系物質の構造解析に大きな進歩をもたらした。特に、X線の波長が短いため、高い散乱ベクトルQまで測定できるので、実空間分解能が飛躍的に向上した。また、X線の強度と透過能が高いため、少量の試料を透過法で測定できるので、高温高圧下での測定も比較的容易である。したがって、これまで(パルス)中性子回折によって調べられてきたランダム系物質のデータとの直接比較が可能である。われわれは、SPring-8において、ランダム系物質専用の高エネルギーX線回折計を建設し、いくつかの酸化物ガラス(SiO$$_{2}$$及びGeO$$_{2}$$ガラス)の中距離構造を明らかにした。特に、高エネルギーX線回折とパルス中性子回折の両データに、逆モンテカルロシミュレーションを適用し、中距離構造を含むガラスの大きな構造モデルの構築に成功した。これらの高エネルギーX線回折を中心とした、ランダム系物質の短・中距離構造の精密な構造解析法は、高温下でのランダム系物質の構造変化を調べる研究などにも適用され、SiO$$_{2}$$ガラスは1000$$^{circ}C$$の高温下でも短距離構造は変化せず、わずかに平均的な中距離構造に変化が現れるだけであることが明らかになった。

論文

High-energy X-ray diffraction studies of non-crystalline materials

大野 英雄; 小原 真司*; 梅咲 則正*; 鈴谷 賢太郎

Journal of Non-Crystalline Solids, 293-295, p.125 - 135, 2001/11

鉛ケイ酸塩ガラス(PbO-SiO$$_{2}$$)は、広い組成範囲でガラス化するため、高濃度PbOガラス中で、Pb$$^{2+}$$イオンの構造について、これまで多くの研究が行われているがその内容は明らかにされていない。そこで、中性子と高エネルギーX線回折を併用することでPb$$^{2+}$$イオン回りの酸素の環境構造を決定することに成功した。その結果、Pb$$^{2+}$$イオンは、ゆがんだPbO$$_{4}$$ユニットを形成しており、2つの酸素はPb$$^{2+}$$イオンから2.2Åのところに、さらに2つの酸素が2.6Åのところに存在していることが明らかになった。

論文

High-energy X-ray diffraction studies of non-crystalline materials

大野 英雄; 小原 真司*; 梅咲 則正*; 鈴谷 賢太郎

Journal of Non-Crystalline Solids, 293-295, p.125 - 135, 2001/11

 被引用回数:22 パーセンタイル:28.02(Materials Science, Ceramics)

溶融塩並びにガラスなどランダム系物質の構造解析を、SPring-8放射光から発生する高エネルギーX線(37.8keV, 61.7keV)を用い行った。SPring-8における高エネルギーX線回析,JRR-3M及び米国アルゴンヌ国立研究所パルス中性子源IPNSを用いた中性子解析、並びに逆モンテカルロ法計算機シミュレーションを併用し、溶融塩並びに各種ガラス構造を総合的に解明したものである。

論文

Fixed-height exit bender of synchrotron X-rays above 40 keV

米田 安宏; 松本 徳真; 古川 行人*; 石川 哲也*

Journal of Synchrotron Radiation, 8(1), p.18 - 21, 2001/08

 被引用回数:39 パーセンタイル:14.28(Instruments & Instrumentation)

X線の集光は全反射ミラー、フレネルレンズ、湾曲結晶などを用いて行われている。SPring-8の偏光電磁石ビームラインでは集光する放射光X線の発散角が非常に大きく集光光学素子のアパーチャーが広いものが必要で、また高エネルギーX線の集光を行わねばならないことから湾曲結晶によるサジタル集光がベストの集光方法である。しかし従来のサジタル集光では20keV以上の高エネルギー領域での集光特性が悪くSPring-8で使うためには新たな結晶湾曲装置を開発する必要があった。そこでSPring-8標準二結晶分光器に取り付けられるようなコンパクトな湾曲装置を開発し、そのテストを原研ビームラインBL14B1で行った。その結果、60keVのX線をも集光することができた。このような高エネルギー領域でのサジタル集光は世界的にみても例がなく、さらにエネルギーを変えた時のビーム位置が非常に安定しており、ダイナミックベンディングも可能である。

論文

High energy synchrotron X-ray focusing by fixed exit bender

米田 安宏; 松本 徳真; 古川 行人*; 石川 哲也*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 467-468(Part1), p.370 - 372, 2001/07

 被引用回数:6 パーセンタイル:53.46(Instruments & Instrumentation)

SPring-8の偏向電磁石ビームラインにおける硬X線のサジタル集光特性についての発表である。SPring-8のサジタル方向の集光は分光器の第二結晶ベンダーを用いた湾曲結晶を用いて行う。このベンダーはSPring-8の広エネルギー領域の放射光に対応できるように結晶面の切替によって111,311,511,733面を1組の結晶でカバーする。このため、インクラインドジオメトリでのサジタル集光ができなくてはならない。特にSPring-8のソースのエネルギー分布は従来の放射光施設に比べて高エネルギー側にシフトしているため困難な30keV以上のX線の集光を達成しなくてはならない。さらに利用実験を容易にするためにエネルギーを変えてもビーム位置が変わらないような定位置出射が可能な設計にしてある。このようなユニークな結晶ベンダーの集光特性を調べたので報告する。

論文

A Horizontal two-axis diffractometer for high-energy X-ray diffraction using synchtoron radiation on bending magnet beamline BL04B2 at SPring-8

小原 真司*; 鈴谷 賢太郎; 柏原 泰治*; 松本 徳真; 梅咲 則正*; 坂井 一郎*

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 467-468(Part.2), p.1030 - 1033, 2001/07

 被引用回数:120 パーセンタイル:0.89(Instruments & Instrumentation)

高エネルギーX線の利用は液体やガラスなどの回折測定において、透過法で高いQまで測定できるため、正確な構造解析を可能にする。そこで、われわれは高強度の高エネルギーX線が利用できるSPring-8の偏向電磁石ビームラインBL04B2に液体・非晶質専用の水平型2軸回折計を設計、製作した。湾曲Si(111)モノクロメーターによる37.7keV及び湾曲Si(220)モノクロメーターによよる61.7keVの高エネルギーX線単色光を用いた回折実験を行い、標準試料であるシリカ(SiO$$_{2}$$)ガラスで、Q$$_{max}$$=30Å$$^{-1}$$を超える高Q領域まで精度よく構造因子S(Q)を決定することに成功した。

論文

High energy X-ray study on the structure of vitreous B$$_{2}$$O$$_{3}$$

米田 安弘*; 小原 真司*; 鈴谷 賢太郎; 梅咲 則正*

Physics and Chemistry of Glasses, 41(5), p.282 - 285, 2000/10

シンクロトロン放射光からの高エネルギーX線による回折実験は、これまで液体や非晶質の構造解析の手段として強力な役割を担ってきたパルス中性子回折と並ぶ、あるいは一部それを上回る実験手段である。これまで、第3世代放射光施設を利用していくつかの成果が出されている。本研究では、大変強い高エネルギーX線単色光が得られるSPring-8においてB$$_{2}$$O$$_{3}$$ガラスの回折実験を行った。B$$_{2}$$O$$_{3}$$ガラスは、典型的かつ基本的なネットワークガラスの一つで、数多くの構造研究がなされているが、BO$$_{3}$$が自由につながっているのか、B$$_{3}$$O$$_{6}$$のボロクソールリングがユニットを形成しているのか、未だに決着がついていない。そこで、本研究では、高エネルギーX線回折の結果とパルス中性子回折の結果を併用し逆モンテカルロ法を両データに同時に適用することにより信頼性の高い構造モデルを得ることを試み、新しい知見を得た。

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