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論文

薄膜の垂直磁気異方性

高梨 弘毅; 関 剛斎*

まぐね, 19(3), p.100 - 106, 2024/06

薄膜の垂直磁気異方性は、磁気記録のみならずスピントロニクスにおいても重要な役割を果たしている。本解説記事では、垂直磁気異方性に関して、磁気多層膜、規則合金膜、希土類遷移金属アモルファス合金多層膜、不均一膜やグラニュラー膜など、垂直磁化を持つ具体例を示しながら、基礎からこれまでの研究、そして最近の研究動向を概説する。それぞれの具体例について、構造対称性の破れによる界面磁気異方性、ひずみによる磁気弾性異方性、バルクの結晶磁気異方性、原子の方向性規則配列などの垂直磁気異方性の物理的起源を議論する。

論文

Magnetic layer thickness influence on magnetoelastic properties anisotropy in Co$$_{2}$$Fe$$_{0.4}$$Mn$$_{0.6}$$Si heusler alloy thin films

Nabialek, A.*; Chumak, O.*; 関 剛斎*; 高梨 弘毅; Baczewski, L. T.*; Szymczak, H.*

IEEE Transactions on Magnetics, 59(11), p.2501405_1 - 2501405_5, 2023/11

https://doi.org/10.1109/TMAG.2023.3287324
 被引用回数：2 パーセンタイル：20.80(Engineering, Electrical & Electronic)

The anisotropic magnetoelastic (ME) properties of epitaxial Co$$_{2}$$Fe$$_{0.4}$$Mn$$_{0.6}$$Si(CFMS) Heusler alloy thin films with thicknesses ranging from 8 to 100 nm were investigated using the strain-modulated ferromagnetic resonance (SMFMR) technique. The calculation of the first cubic magnetocrystalline (MC) constant ${it K}$ $$_{1}$$ and the two cubic ME constants ${it b}$ $$_{1}$$ and ${it b}$ $$_{2}$$ was carried out assuming the cubic symmetry of the magnetic layer. A significant negative perpendicular MC anisotropy, of the order of 10$$^{5}$$ J/m$$^{3}$$, was also observed. The investigated parameters were found to be dependent on the thickness of the magnetic layer. The thinnest magnetic layers showed the strongest cubic MC anisotropy and the weakest anisotropy of ME properties. These findings highlight the importance of considering the magnetic layer thickness when evaluating the anisotropy in the ME properties of Heusler alloy thin films.

論文

Antiferromagnetic films and their applications

廣畑 貴文*; Lloyd, D. C.*; 窪田 崇秀*; 関 剛斎*; 高梨 弘毅; 介川 裕章*; Wen, Z.*; 三谷 誠司*; 小泉 洸生*

IEEE Access, 11, p.117443 - 117459, 2023/10

https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3326448
 被引用回数：5 パーセンタイル：28.14(Computer Science, Information Systems)

Spintronic devices are expected to replace the recent nanoelectronic memories and sensors due to their efficiency in energy consumption and functionality with scalability. To date, spintronic devices, namely magnetoresistive junctions, employ ferromagnetic materials by storing information bits as their magnetization directions. However, in order to achieve further miniaturization with maintaining and/or improving their efficiency and functionality, new materials development is required: 1) increase in spin polarization of a ferromagnet or 2) replacement of a ferromagnet by an antiferromagnet. Antiferromagnetic materials have been used to induce an exchange bias to the neighboring ferromagnet but they have recently been found to demonstrate a 100% spin-polarized electrical current, up to THz oscillation and topological effects. In this review, the recent development of three types of antiferromagnets is summarized with offering their future perspectives towards device applications.

論文

Intercorrelated anomalous Hall and spin Hall effect in kagome-lattice Co$$_{3}$$Sn$$_{2}$$S$$_{2}$$-based shandite films

Lau, Y.-C.*; 池田 絢哉*; 藤原 宏平*; 小沢 耀弘*; Zheng, J.*; 関 剛斎*; 野村 健太郎*; Du, L.*; Wu, Q.*; 塚崎 敦*; et al.

Physical Review B, 108(6), p.064429_1 - 064429_11, 2023/08

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.064429
 被引用回数：13 パーセンタイル：78.71(Materials Science, Multidisciplinary)

Magnetic Weyl semimetals (mWSMs) are characterized by linearly dispersive bands with chiral Weyl node pairs associated with broken time-reversal symmetry. One of the hallmarks of mWSMs is the emergence of large intrinsic anomalous Hall effect. On heating the mWSM above its Curie temperature, the magnetism vanishes while exchange-split Weyl point pairs collapse into doubly degenerate gapped Dirac states. Here, we reveal the attractive potential of these Dirac nodes in paramagnetic state for efficient spin current generation at room temperature via the spin Hall effect. Ni and In are introduced to separately substitute Co and Sn in a prototypal mWSM Co$$_{3}$$Sn$$_{2}$$S$$_{2}$$ shandite film and tune the Fermi level. Composition dependence of spin Hall conductivity for paramagnetic shandite at room temperature resembles that of anomalous Hall conductivity for ferromagnetic shandite at low temperature; exhibiting peak-like dependence centering around the Ni-substituted Co$$_{3}$$Ni$$_{1}$$Sn$$_{2}$$S$$_{2}$$ and undoped Co$$_{3}$$Sn$$_{2}$$S$$_{2}$$ compositions, respectively. The observed spin Hall and anomalous Hall conductivity maxima at different compositions reflect optimum Fermi-level positioning relative to the paramagnetic Dirac and magnetic Weyl states, suggesting the common origin and intercorrelation between the two Hall effects. Our findings highlight a strategy for the quest of spin Hall materials, guided by the abundant experimental anomalous Hall-effect data of ferromagnets in the literature.

論文

Dynamics of water in a catalyst layer of a fuel cell by quasielastic neutron scattering

伊藤 華苗; 山田 武*; 篠原 朗大*; 高田 慎一; 川北 至信

Journal of Physical Chemistry C, 125(39), p.21645 - 21652, 2021/10

https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c06014
 被引用回数：9 パーセンタイル：37.80(Chemistry, Physical)

The catalyst layer (CL) in polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) plays a critical role in the performance of a PEFC. In this study, we investigate the water dynamics in the CL using quasielastic neutron scattering (QENS) and small-angle neutron scattering. The temperature dependence of the mean square displacement $$<$$u$$^{2}$$$$>$$ shows that the freezing of water does not occur at a melting temperature in the Nafion thin film of the CL, suggesting that the water is confined in a smaller region than $$sim$$15 ${AA}$. The QENS measurements established three kinds of water in the CL: immobile water tightly connected to a sulfonic group, water in a fast mode assigned to free diffusion restricted in a sphere, and water in a slow mode described by a jump diffusion model. Assuming that these three modes were independent, the number of water molecules in each mode was estimated. On discussing the structure and dynamics elucidated in the study, we finally conclude that the coupled model of the fast and slow modes is plausible for describing the diffusion of water confined in the thin Nafion film of the CL.

論文

Water distribution in Nafion thin films on hydrophilic and hydrophobic carbon substrates

伊藤 華苗; 原田 雅史*; 山田 悟史*; 工藤 憲治*; 青木 裕之; 金谷 利治*

Langmuir, 36(43), p.12830 - 12837, 2020/11

https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.0c01917
 被引用回数：16 パーセンタイル：52.54(Chemistry, Multidisciplinary)

We performed H$$_{2}$$O and D$$_{2}$$O double contrast neutron reflectivity measurements on $$sim$$25-nm-thick Nafion thin films on hydrophilic and hydrophobic carbon in water and 80% relative humidity vapor to investigate the depth profile of the water and Nafion distribution. We found a dense Nafion layer at the air or water interface regardless of the carbon hydrophilicity. On the other hand, a water-rich Nafion dense layer was observed at the carbon interface only for hydrophilic carbon. The double contrast measurements provided quantitative information about the depth profile but simultaneously indicated that the sum of the volume occupancies of water and Nafion in the film was less than unity. We assessed the problem based on two possibilities: voids in the film or "residual water", which cannot be exchanged or is difficult to exchange with water outside.

論文

Experimental investigation of the glass transition of polystyrene thin films in a broad frequency range

井上 倫太郎*; 金谷 利治*; 山田 武*; 柴田 薫; 深尾 浩次*

Physical Review E, 97(1), p.012501_1 - 012501_6, 2018/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevE.97.012501
 被引用回数：10 パーセンタイル：58.98(Physics, Fluids & Plasmas)

本研究では、非弾性中性子散乱(INS),誘電緩和分光法(DRS),熱膨張分光法(TES)を用いたポリスチレン薄膜の$$alpha$$過程を調べた。DRSおよびTES測定は、フィルムの厚さとともにガラス転移温度($$T_{rm g}$$)の低下を示した。一方、INS測定ではTgの上昇が認められた。この矛盾を解明するために、我々は、DRSとTESによって測定された$$alpha$$過程のピーク周波数($$f_{rm m}$$)の温度依存性を調べた。実験では、測定周波数領域で膜厚が減少するにつれてピーク周波数($$f_{rm m}$$)が増加することが明らかになった。この測定結果は、膜厚に伴う観察されたTgの減少と一致する。INSとDRSまたTESとの間の$$alpha$$過程の説明の相違は、不透明な壁効果のために、膜厚および移動度の低下による見掛けの活性化エネルギーの低下に起因すると考えられる。

論文

Characterization of Pt and Pd epitaxial films on sapphire substrates by RBS/channeling

山本 春也; 箱田 照幸; 吉川 正人

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 129, 2015/03

https://jopss.jaea.go.jp/pdfdata/JAEA-Review-2014-050.pdf#page=161

白金(Pt),パラジウム(Pd)等は、有機水素化合物の脱水素触媒や高分子形燃料電池の酸素還元触媒などに用いられる触媒材料であり、高活性な触媒材料の研究開発を進めるためには、触媒反応過程を理解するとともに結晶方位を制御した高い結晶性のエピタキシャル膜が必要とされる。本研究では、サファイア単結晶基板上にスパッタリング法により成膜中の基板温度をパラメータとし、X線回折法及びラザフォード後方散乱(RBS)法により、作製した厚さ100nmのPt及びPdのエピタキシャル膜の結晶方位、深さ方向の結晶性を評価した。その結果、(0001)面のサファイア基板上に基板温度600$$^{circ}$$C及び500$$^{circ}$$CでPt及びPdを蒸着することにより結晶性の高いPt(111)膜及びPd(111)膜が形成できることがわかった。さらに、基板温度600$$^{circ}$$Cでサファイア基板上に厚さ約1nmのPt(111)のバッファー層を設けることより、基板温度300$$^{circ}$$CでAu(111)膜が形成できることがわかった。

論文

Isolation of Co nanoparticles by C$$_{60}$$ molecules in co-deposited film

Lavrentiev, V.; 阿部 弘亨*; 山本 春也; 楢本 洋; 鳴海 一雅

Materials Letters, 57(24-25), p.4093 - 4097, 2003/08

https://doi.org/10.1016/S0167-577X(03)00272-6
 被引用回数：10 パーセンタイル：39.92(Materials Science, Multidisciplinary)

大気中でも安定な、高コバルト濃度の混合膜を、同時蒸着法により作製し、原子間力顕微鏡,透過型電子顕微鏡、X線回折計及びラマン分光法を用いて、その微視的な構造解析を行った。その結果、コバルト粒子は面心立方構造をとり、周囲をC$$_{60}$$分子層で被覆されていることを明らかにした。この被覆過程には、ラマン分光などから、電子の授受による配位結合形成が重要な役割を果たしているとの結論を得た。

論文

RHEED observation of BaTiO$$_3$$ thin films grown by MBE

米田 安宏; 阪上 潔*; 寺内 暉*

Surface Science, 529(3), p.283 - 287, 2003/04

https://doi.org/10.1016/S0039-6028(03)00361-3
 被引用回数：8 パーセンタイル：41.91(Chemistry, Physical)

強誘電体であるチタン酸バリウム薄膜を厚さ10モノレイヤーでチタン酸ストロンチウム基板上にMBEを用いて作製した。作製は同時蒸着と交互蒸着の2種類の方法で行った。成長中はRHEED観察によって薄膜がエピ成長していることを確認し、成長後はX線回折によって、良質の単結晶薄膜であることを確かめた。

論文

Alternate multilayer deposition from ammonium amphiphiles and titanium dioxide crystalline nanosheets using the Langmuir-Blodgett technique

八巻 徹也; 浅井 圭介*

Langmuir, 17(9), p.2564 - 2567, 2001/05

https://doi.org/10.1021/la0016423
 被引用回数：43 パーセンタイル：92.20(Chemistry, Multidisciplinary)

TiO$$_{2}$$ナノシートと有機分子から成る新規なハイブリッド多層膜をラングミュア-ブロジェット法によって作製することに成功した。層状チタン酸化合物H$$_{x}$$Ti$$_{2-x/4}$$□$$_{x/4}$$O$$_{4}$$・H$$_{2}$$O (x$$sim$$0.7; □, 空孔)を剥離ゾル化した溶液上に臭化ジオクタデシルジメチルアンモニウム(DODAB)のクロロホルム溶液を展開すると、安定な単分子膜が形成された。DODAB分子とTiO$$_{2}$$ナノシートが形成したハイブリッド単分子膜は、疎水化した石英ガラス基板上に定量的に累積された。X線回折測定によると、この試料は繰り返し単位3.4 nmでアンモニウム分子とTiO$$_{2}$$が交互積層した多層膜であった。

論文

Polymerisation process of 1,6-di(N-carbazolyl)-2,4-hexadiyne epitaxially grown films studied by high-resolution electron microscopy

川瀬 昇*; 磯田 正二*; 倉田 博基; 村田 幸生*; 竹田 賢二*; 小林 隆史*

Polymer, 39(3), p.591 - 597, 1998/00

https://doi.org/10.1016/S0032-3861(97)00321-2
 被引用回数：5 パーセンタイル：26.39(Polymer Science)

塩化カリウム単結晶の(001)面上にエピタキシャル成長した1,6-di(N-carbazolyl)-2,4-hexadiyne有機薄膜を、熱処理あるいは電子照射することにより生じる、高分子化の過程について、電子回折法及び高分解能電子顕微鏡法により研究した。電子照射による高分子化は、有機薄膜の方位を保持したまま、ランダムに高分子の結晶核が生成する均一な反応過程であるのに対し、熱処理による高分子化は、薄膜結晶の端の部分で異なる方位を示しながら生長する不均一な反応過程であることが判明した。これらの高分子化の初期過程を高分解電子顕微鏡法により直接観察するのに成功した。

論文

Investigation of applicability of alanine and radiochromic detectors to dosimetry of proton clinical beams

D.Nichiporov*; V.Kostjuchenko*; J.M.Puhl*; D.L.Bensen*; M.F.Desrosiers*; C.E.Dick*; W.L.Mclaughlin*; 小嶋 拓治; B.M.Coursey*; S.Zink*

Applied Radiation and Isotopes, 46(12), p.1355 - 1362, 1995/00

https://doi.org/10.1016/0969-8043(95)00213-W
 被引用回数：31 パーセンタイル：92.06(Chemistry, Inorganic & Nuclear)

プロトン加速器を用いたガン治療に関しては、米、露、日等の主要な医療センターで研究が行われている。これらの機関間の線量相互比較を容易にするため、治療用プロトンビームを用いて、NIST(米)製造のアラニン素子及び市販のラジオクロミックフィルムのトランスファー線量測定への応用の実効性を調べた。プロトンのエネルギーを変えた時のLET依存性を含む線量計の応答特性については、ITEP(露)で評価を行った。線量の絶対値測定の結果は、ITEP及びNIST間の線量相互比較の予備実験として得られたものである。約10回の測定実験の結果、ITEPとNISTの線量基準は、平均して$$pm$$2.5%以内で一致した。

論文

Phoswich detectors for flow monitoring of actinide solutions with simultaneous $$alpha$$ and $$beta$$($$gamma$$) counting

臼田 重和; 阿部 仁

Journal of Nuclear Science and Technology, 31(1), p.73 - 79, 1994/01

https://doi.org/10.3327/jnst.31.73
 被引用回数：15 パーセンタイル：76.49(Nuclear Science & Technology)

$$alpha$$及び$$beta$$($$gamma$$)線の同時計測のためのZnS(Ag)/NE102A及びZnS(Ag)/スチルベンホスウィッチ検出器を開発し、その性能を調べた。$$alpha$$及び$$beta$$($$gamma$$)線の波形弁別は極めて優れており(FOM:8~11)、また双方のテイリングは無視できる程小さかった(0.03%以下)。ZnS(Ag)/NE102Aホスウィッチをアクチノイド溶液の実用的なフローモニタリングに応用する目的で、放射線エネルギーとホスウィッチを保護するための金及びアルミニウムマイラー箔の波形弁別特性への影響を詳細に調べた。マイラー箔で保護したZnS(Ag)/NE102Aホスウィッチを用いて、種々の濃度の濃縮ウラン溶液に対するフローモニタリングテストを行い、良好な結果を得た。

論文

Flow monitor for actinide solutions by simultaneous $$alpha$$ and $$beta$$($$gamma$$) counting using a CsI(T1) scintillator

臼田 重和; 阿部 仁

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 321, p.242 - 246, 1992/00

https://doi.org/10.1016/0168-9002(92)90395-K
 被引用回数：17 パーセンタイル：80.76(Instruments & Instrumentation)

金蒸着マイラー膜で保護したCsI(Tl)シンチレータを用いて波形弁別法により、アクチノイド溶液中の$$alpha$$及び$$beta$$($$gamma$$)放射能を連続的に同時測定できるフローモニターを開発した。約0.1から100g/1の広い濃度範囲の濃縮ウラン溶液を用いて、フローモニタリング試験を行い、良好な結果を得た。

報告書

JT-60トムソン散乱計測における蒸着膜形成による観測窓の透過率低下と電子温度・密度測定値へ及ぼす影響

三浦 良和*; 吉田 英俊; 佐久間 猛*; 山下 修; 長島 章; 的場 徹

JAERI-M 90-167, 44 Pages, 1990/09

JAERI-M-90-167.pdf:1.15MB

JT-60トムソン散乱計測において、レーザー散乱光を観測する窓がプラズマからのスパッター等で汚れることにより、電子温度及び電子密度の測定値に影響を及ぼすことを明らかにした。本報告書は、1987~1989年の4期に渡るJT-60実験期間において、蒸着膜が付着した観測窓の分光透過率測定と蒸着膜の成分分析及び原因調査を行い、電子温度及び電子密度に与える影響を定量的に評価し、実験運転との対応について検討した結果をまとめたものである。

論文

Chemical sputtering yields of graphite; Sintereddiamond compacts and diamond films

山田 禮司

J. Nucl. Mater., 145-147, p.359 - 363, 1987/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(87)90360-6
 被引用回数：61 パーセンタイル：97.40(Materials Science, Multidisciplinary)

黒鉛、焼結ダイヤモンド、ダイヤモンド薄膜の化学スパッタリング収率を、入射H$$^{+}$$イオンのエネルギー、電流密度、試料温度をパラメータに測定した結果を報告する。 以前に化学スパッタリングによりCH$$_{4}$$が生成することを報告したが、今回それ以外にC$$_{2}$$H$$_{2}$$,C$$_{2}$$H$$_{4}$$,C$$_{2}$$H$$_{6}$$更にはC$$_{3}$$化合物が生成していることを見い出した。C$$_{2}$$H$$_{2}$$,C$$_{2}$$H$$_{4}$$,C$$_{2}$$H$$_{6}$$の入射エネルギー依存性では、~0.3keV付近でピークを持つ。これは、CH$$_{4}$$が~0.8keV付近で最大となるのに対して、大きくずれている。温度依存性に関しては、CH$$_{4}$$,C$$_{2}$$H$$_{2}$$,C$$_{2}$$H$$_{4}$$,C$$_{2}$$H$$_{6}$$とも~450~500$$^{circ}$$C付近で最大となり大きな差は無い。更に、電流密度依存性に関しては、1$$times$$10$$^{1}$$$$^{5}$$個/cm$$^{2}$$sec以下ではCH$$_{4}$$の収率は電流密度とともに幾分減少するが、1$$times$$10$$^{1}$$$$^{5}$$個/cm$$^{2}$$sec以上では一定となる。また収率が最大となる温度に関しても、上記の電流密以上では、電流密度に依存しない結果を得た。

報告書

常温排気法に関する調査

富永 五郎*; 中村 和幸; 村上 義夫

JAERI-M 83-112, 21 Pages, 1983/07

JAERI-M-83-112.pdf:0.99MB

核融合炉の真空容器を高温にべークアウトすることは装置の設計に多くの制約を課し、コストの上昇にもつながるので、べークアウトせずにガス放出速度の小さい真空壁状態を実現すること(常温排気法)の研究は核融合炉の主要な研究開発項目の一つである。わが国における最近の研究を総合すると、ステンレス鋼やアルミ合金の場合表面に結晶性の稠密な酸化皮膜を形成すると常温でのガス放出速度低減に効果があるという一つの仮説が立てられるようである。この問題をさらに発展させるために、酸化皮膜からのガス放出機構の解明および窒化皮膜、炭化皮膜における同様な研究が望まれる。

論文

Hydrogen and deuterium transport through type 304 stainless steel at elevated temperatures

勝田 博司; 古川 和男

Journal of Nuclear Science and Technology, 18(2), p.143 - 151, 1981/00

https://doi.org/10.3327/jnst.18.143
 被引用回数：48 パーセンタイル：96.88(Nuclear Science & Technology)

抄録なし

論文

Electron Microscope Observation of Epitaxial U0$$_2$$ Films

那須 昭一; 塩沢 憲一; 菊池 武雄

J. Nucl. Mater., 42, p.307 - 316, 1972/00

https://doi.org/10.1016/0022-3115(72)90081-5
 被引用回数：8

抄録なし

口頭

DGTを用いた福島県河川におけるCs-137置換活性成分の評価, 2; 河川流域における検討

田中 琢朗*; 斉藤 拓巳*; 戸田 賀奈子*; 藤原 健壮; 寺島 元基; 中西 貴宏; 小林 奈通子*; 田野井 慶太朗*

no journal, , 

福島第一原子力発電所事故によって放出され、現在も森林環境中に残存するCs-137が、河川を通じて海洋に放出され、動植物によって吸収されることが懸念されている。この河川中のCs-137の大部分は、水中に懸濁する粘土鉱物などに固定されているが、容易に脱離する置換活性成分と呼ばれるCsも存在する。この置換活性を持つCs-137は生物学的利用能に影響することがわかっている。本研究では、DGTと呼ばれるパッシングサンプラーを用いて、福島県の複数河川の上流から下流にかけて、Cs-137の置換活性成分をその場サンプリングした。既往研究と異なる時期により多くの地点で実施することで、サンプリング時期や河川流域の違いが置換活性成分に与える影響を議論する。

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