【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】16206005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ミュオン / 超低速ミュオン / 薄膜 / ライマンα / μ^+SR / 共鳴イオン化法 / ペロブスカイト / 加速器 / 偏極 / スピン / 低速ミュオン / 物性 / 水素原子 / 表面 / レーザー

【研究成果の概要】

加速器で得られる高速なミュオンを低速化する手法として、我々は少々複雑な過程でミュオンを減速させている。きっかけは、高エネルギーのミュオンをタングステン(W)に打ち込むと、4%もの高い効率で、電子と正のミュオンが結合したミュオニウム原子(Mu)が完全に熱化して、真空中にでてくる事を実験的に発見したことに始まる。その骨子は第1に、真空中での熱エネルギーMu生成から始まり、第2にこの真空中に漂いでてきたMuをレーザー光によって効率良くイオン化し、電子を剥ぎ取り、第3に生成した超低速ミュオンを効率よく引き出すというものである。KEK-MSLで得られる500MeV陽子シンクロトンの陽子ビームと比して、60倍もの陽子ビーム強度を誇る英国ラザフォードアップルトン研究所、理研-RAL研究施設において、ライマンα(Lα)光共鳴法を用いた超低速ミュオン分光装置(u^+SR実験装置)を組み上げ、実際に薄膜研究を行うのが目的である。本科学研究費を交付して頂き、u^+SR実験装置の日本からの移設も完了し、u^+SRの最初のテスト実験を行うことができた。その結果、超低速ミュオンビームが薄膜や、多層膜などのあらたな対象にも十二分に威力を発揮することができる超低速ミュオンビーム用uSR分光装置を作り上げることを達成できた。現在、ペロブスカイト化合物のSrTiO_3(011)基盤上で成長させたNd_0.5Sr_0.5MnO_3で最近発見されたAnti-Phase Antiferroorbital Orderingのu^+SR研究にとりかかっているところである。既に、超低速ミュオンを用いたゼロ磁場uSR実験での結果では、室温で1〜0.05usec^-1程度の長い緩和が観測された。しかしながら220Kでは、ミュオンの偏極はほぼ完全に失われた。これはV. V. Krishnamurthyらによるバルク体のZF測定と合致し、パラマグネッチックな絶縁相から強磁性への転移が超低速ミュオンを使った薄膜の実験でデモンストレートされたといってよいであろう。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2004 - 2006

【配分額】45,760千円 (直接経費: 35,200千円、間接経費: 10,560千円)

【研究分野】熱工学

【研究領域課題番号】05750196 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

真空蒸着 / 薄膜 / レーザー / 結晶構造 / 光照射 / 銀

【研究成果の概要】

伝熱光学の分野では,光はふく射というエネルギーの伝達手段として重要な役割を果してきているが,最近のレーザー技術の発展によってエネルギー伝達の制御手段としての利用も考えられるようになってきている。そこで本研究では光を用いて凝縮という物理現象を制御することが可能であるかどうか,また可能であるならばどのような照射方法が有効であるのかを実験的に調べることを目的として,NaCl単結晶上へのAgの真空蒸着実験において,凝縮する金属原子・金属クラスターにのみYAGレーザーを照射し,これらのエネルギー状態を制御することにより凝縮過程および形成される薄膜結晶構造を制御することを試みた。YAGレーザーはNaCl単結晶基板のおよそ16mm前方でAgビームと直交するように設定されている。その結果以下の結論を得た。
1.凝縮する金属原子・金属クラスターにYAGレーザーを照射することにより薄膜の結晶構造を変化させることは可能である。これにより凝縮過程を光で制御することが可能であることがわかった。
2.基板温度が400℃の場合,5Hz,3.3J/PulseのYAGレーザーを照射してもエピタキシャル膜が得られなかった。基板温度を410℃にした場合はYAGレーザーを照射しなくてもエピタキシャル膜が得られた。この実験結果よりYAGレーザー照射が有効な基板温度範囲は10〜20℃程度であるといえる。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1993

【配分額】900千円 (直接経費: 900千円)

【研究分野】熱工学

【研究領域課題番号】01460119 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

薄膜 / 真空蒸着 / 凝縮 / 振動励起 / 電子線 / レ-ザ- / 電界 / 蒸着機構 / YAGレ-ザ- / アルミニウム

【研究成果の概要】

熱エネルギ-レベルの操作を用いて金属蒸気機構を制御することを目的として、真空蒸着実験を行った。蒸発源としてクヌ-ドセンセルを用いて金属蒸気を発生させ、セルと対向して置かれた基板表面に蒸着させる。この時、シ-スヒ-タおよび液体窒素を用いて基板温度を制御した。レ-ザ-照射、電界付加等により形成される薄膜結晶構造の制御を試みた。蒸着中または蒸着後、反射型高速電子線回折(RHEED)により薄膜の結晶構造を観察した。また、形成した薄膜は走査形電子顕微鏡(SEM)およびEPMAを用いて分析した。蒸発材料として、アルミニウム、マンガン、銀、基板には(100)Siウェハ-、ガラス、(100)NaCl単結晶を用いた。その結果、以下のことが明らかになった。
1.基板温度が薄膜結晶構造に及ぼす影響は非常に大きい。基板温度が-196℃ではアモルファス状態の薄膜が得られ、基板温度が上がるにつれて結晶粒のより大きな多結晶薄膜が形成された。この結果より、基本的には熱エネルギ-の操作により薄膜結晶構造を制御することが可能であると考えられる。
2.薄膜結晶構造の局所的制御を目的として、蒸着中にYAGレ-ザ-を照射したが、レ-ザ-照射による薄膜結晶構造の変化は観察されなかった。
3.100A程度の金属薄膜においてすでにバルクと同じような赤外分光特性を示すことがわかった。
4.蒸着過程において常時電子線が照射された部分にはアルミニウムが多く蒸着した。しかし、結晶粒の大きさに変化はなかった。
5.大気中でへき開した(100)NaCl単結晶を基板とし、この基板に平行な外部電界(約150V/cm)を付加した状態でAgの真空蒸着実験を行った。膜厚約100μの不連続膜を得たが、電界による薄膜構造の変化は観察されなかった。これは、本実験では蒸発源としてクヌ-ドセンセルを用いたため、金属蒸気中にはイオンがほとんど含まれていなかったことが原因と考えられる。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1989 - 1990

【配分額】900千円 (直接経費: 900千円)