【ナノテク】筑波大、1000兆分の1秒ごとに電子スピンを測定できる技術を開発

2014年07月10日

カテゴリ:
科学
物理

～～引用ここから～～

1: 2014/07/02(水) 00:13:03.50 ID:???.net

筑波大学の重川秀実教授らによる研究グループは、走査トンネル顕微鏡とレーザーを組み合わせることで、電子のスピンを1000兆分の1秒ごとに測定できる技術を開発した。

電子は、電荷（プラスとマイナス）とは別にスピンと呼ばれる自転による性質を持っている。
半導体素子をより小さくするためには、これら両方の性質を利用することが有効であると考えられており、その実現のためには、ナノメートルの領域で電子のスピン高速運動を調べるための方法が必要不可欠である。

続きはソースで

なお、この内容は6月29日に「Nature Nanotechnology」オンライン速報版に掲載された。
http://www.zaikei.co.jp/article/20140701/202040.html

量子井戸中、光照射により配向した電子スピンの向きが乱れていく（緩和していく）様子の模式図
http://www.zaikei.co.jp/files/general/2014070122574729.jpg

今回の研究で開発された顕微鏡
http://www.tsukuba.ac.jp/wp-content/uploads/140630-3.jpg

1000兆分の１秒の電子スピンの運動をとらえる顕微鏡を世界に先駆けて開発（筑波大学プレスリリース）
http://www.tsukuba.ac.jp/wp-content/uploads/92a9444fccb085f99705b353bb27a6cd1.pdf

論文 "Probing ultrafast spin dynamics with optical pump-probe scanning tunnelling microscopy"
Nature Nanotechnology (2014) doi:10.1038/nnano.2014.125
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2014.125.html

～～引用ここまで～～

引用元: ・【ナノテク】筑波大、1000兆分の1秒ごとに電子スピンを測定できる技術を開発

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摩擦で発電する新装置開発、環境エネルギーの有効活用に米研究

2014年03月08日

カテゴリ:
技術

1 ：伊勢うどんφ ★ 2014/03/06(木) 20:41:46.21 ID:???
海では穏やかな波が一般家庭数千世帯分の電力を供給し、都市ではダンスフロアの動きがナイトクラブで使う電力を生み出し、地方ではハイキングを楽しむ人々が自分の脚で携帯電話を充電する電源を確保する──。

これらはすべて、地政的リスクに影響されないクリーンで信頼性のある電力の魅力的な目標だが、環境発電で電力を得るスマートな「摩擦電気」のおかげで、これらの目標はすぐ手が届くところまで来ている。そのように述べる研究論文が、4日の英科学誌ネイチャー・コミュニケーションズ（NatureCommunications）に掲載された。

論文を発表した米ジョージア工科大学（Georgia Institute of Technology）の研究チームによると、「停止」と「起動」の動きを電力に変換する装置の簡単な試作品を作製したとしており、波やダンスやハイキング、さらには降雨、コンピューターのキー、都市の交通などを利用して、センサーやモバイル機器、発電所などをも動かせるようになる日がいつか来るかもしれないと期待を寄せている。

同大の王中林（ゾンリン・ワン、Zhong Lin Wang）教授（物質理工学）は、AFPの電子メール取材に「われわれの技術は、何百年も無駄にしてきたエネルギーを役立てるための大規模な環境発電に活用できる」と述べ、この発明を「革新的」と評した。

摩擦電気（Tribo-electric）は、古代ギリシャ語の「こする」という単語に由来する現代用語だ。2つの物質間の摩擦により、電子の電荷が一方から他方に移動することで電気が作り出される。
金属製のドアノブに手が触れた際、「バチッ」という音とともに静電気が放電される現象が一般的によく知られているものだろう。

■機械的な運動で発電可能

摩擦電気は極めて予測不可能なため、これまでは全般的に電力源にはならないと除外され、代わりに原子力や化石燃料で沸かした蒸気や水でタービンを回し、電磁誘導で発電する方法が好んで用いられてきた。
だが王教授の研究チームは、偶発的に発生する電荷を電流に変換する上で重大なネックとなっていた問題を克服したという。

研究チームの試作品は、直径約10センチの円盤でできており、環境エネルギーで動作する小型のポータブル発電機の能力を披露するために設計されたものだ。
円盤の内部では、電子の「ドナー（供与体）」と「レシーバー（受容体）」となる物質でできた2枚の円板が回転運動を行う。2枚の円板が離れていれば、円板間の隙間で分離された電荷が一方の円板に保持される。

2枚の円板の間には、電極が埋め込まれた3番目の円板が挟み込まれており、隙間をふさいで小さな電流が流れるのを助けるようになっている。

この装置は、1分間に3000回転の最高速度で、1.5ワットの電力を生成する。エネルギー効率は24％で、機械的な環境発電源ではこれまで最良とされてきた「圧電式」の3倍に相当し、電磁誘導タービンに匹敵するほどの高さだ。

回転運動を生じるものであれば、穏やかな風や水道水、さらには人間の動きなどの「無作為なぎくしゃくした動き」によっても発電可能とワン教授は説明する。
「機械的な動きが発生する限り、発電が可能だ」

試作品の実験室での試験では、回転体に銅、電極に金を使用したが、これらは安価な合金と簡単に交換できるとワン教授は述べている。

研究チームは現在、海で環境発電を行うために、摩擦電気エネルギーの規模を拡大する方法の研究を進めている。

2014年03月05日 15:58 afpbb
http://www.afpbb.com/articles/-/3009793

NATURE COMMUNICATIONS
Radial-arrayed rotary electrification for high performance triboelectric generator
http://www.nature.com/ncomms/2014/140304/ncomms4426/full/ncomms4426.html

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タグ：: 摩擦; 電気; 電力; 発電; 回転; 運動; エネルギー; レシーバー; ドナー; 電荷

「ねぇ、秒速８万ｍなんだって」「え、なに？」「半導体中を電子が移動する速度。秒速８万ｍ」

2014年03月03日

カテゴリ:
物理

1: フェイスロック(WiMAX) 2014/03/02(日) 20:55:07.45 ID:B5OttE0s0 BE:1368729582-PLT(12001) ポイント特典

東工大、半導体中を秒速8万mで動きまわる電子を撮影

東京工業大学(東工大)は2月27日、半導体中を秒速8万mで流れる電子を直接観察し、動画撮影することに成功したと発表した。

同成果は、同大大学院理工学研究科の福本恵紀産学官連携研究員、恩田健流動研究員、腰原伸也教授らによるもの。詳細は、「Applied Physics Letters」オンライン版に掲載された。

半導体材料を利用しているデバイスの動作性能は、半導体中を動き回る電荷キャリア(電子と正孔)の動きやすさに依存している。半導体素子は微小化、高速化し続けているが、その特性を、直接素子内部を動く電流、特に電子を観測することにより、評価する手法は存在しなかった。そこで、研究グループでは、ガリウムヒ素半導体中の20nmスケールの空間領域を移動するキャリアの流れを200fs間隔で可視化できる時間分解光電子顕微鏡を開発した。

高速動作する半導体デバイス内での電子の流れ(電流)を検出するには、100fs程度の極短時間幅のパルス電流を生成、注入して、とらえる必要がある。今回の研究では、約100fs幅のレーザパルスを半導体に照射して、光キャリアを生成した。

これを図1(a)のように、半導体表面に蒸着した2枚の金属電極間に電圧を印加することで動かした。その動く様子を別のレーザパルス(検出光)を半導体試料に照射し、励起電子の密度に由来する光電子放出強度を光電子顕微鏡で撮影した。励起光と検出光の時間的タイミングを変化させていくことで(ポンプ-プローブ法)、電子の移動過程が動画としてストロボ撮影できる。

http://news.mynavi.jp/news/2014/02/28/247/images/001l.jpg
図1 時間分解光電子顕微鏡による電子移動の動画撮影。(a)測定手法の概略。(b)と(c)励起光照射後20psおよび40ps後の光電子顕微鏡像。(d)と(e)は(b)と(c)の中央付近の拡大図。(f)は(d)と(e)の縦方向の強度プロファイルにより、電子の移動が確認できる

（続く）

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タグ：: 東京工業大学; 半導体; 秒速; 電子; 観測; 動画; 撮影; 成功; 電荷; キャリア

電子の質量は「0.000548579909067原子質量単位」だった…過去最高精度で測定

2014年02月26日

カテゴリ:
物理

1: 伊勢うどんφ ★ 2014/02/25(火) 18:49:11.09 ID:???

これまでで最も高い精度で電子の質量を測定したとするドイツの研究が、19日の英科学誌ネイチャー（Nature）に掲載された。
この成果は、物理学の「標準理論」の実験を進めている科学者にとって役立つツールを提供することになる。

電子は負の電荷を持つ素粒子。ドイツのハイデルベルク（Heidelberg）にあるマックス・プランク核物理学研究所（Max Planck Institute for Nuclear Physics）のスベン・シュトルム（Sven Sturm）氏率いる研究チームは、静電場と静磁場を用いて荷電粒子を閉じ込めるペニングトラップ装置を使って、電子の質量を測定した。

研究チームは、すでに質量が判明している炭素原子核とセットになった単一の電子を測定。
質量は、「0.000548579909067原子質量単位」だった。測定の精度は過去の推計と比べて13倍となった。