Bussei Nandemo Q and A

1300. 石英ガラスの耐薬品性

Date： Thu, 29 Aug 2013 07:29:50 +0900
Q1: 東京農工大学　佐藤先生
小生O社の技術部Tと申します。
ｗｅｂに掲載される際は匿名にてお願い致します。

弊社は石英ガラスを扱っておりますが、質問は
洗浄工程で用いますＮａＯＨ、ＨＣｌ、ＨＦに対するガラスの耐薬品性についてです。
それぞれの溶液に対する溶解度を調査したわけではありませんが、大きく分けてＶＡＤによる合成石英（低ＯＨ）、ＣＶＤによる合成石英（高ＯＨ）で耐性に差があるような気がするのです。

そこで先生がもしこの点に関して知見をお持ちでしたら御教授賜りたくメールさせて頂きました。
面識もなく、大変不躾であることは承知しておりますが、何卒宜しくお願い申し上げます。
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Date： Thu, 29 Aug 2013 12:07:38 +0900
A1: T様、佐藤勝昭です。
　メールありがとうございます。私は石英ガラスについては専門外なのですが、取り急ぎご回答申し上げます。
大興製作所のホームページを見たところ
添付のような高純度透明石英ガラスの分析表があり、CVD製品はVAD製品に比べ、OH濃度だけでなくAl, Caなどの金属不純物濃度も高いようです。VADとCVDの耐薬品性の違いは、この金属不純物によるのではないかと考えますが、T様のお考えはどうでしょうか？
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Date： Thu, 29 Aug 2013 12:56:33 +0900
Q2: 東京農工大学　佐藤先生
早々の御回答有り難うございます。小生の言葉が少し足りませんでした。
もう少し詳しく申し上げますと、最近ではＣＶＤ材でも使用目的により非常に高純度になってきておりまして、合成材とほとんど純度に置いては差のない物も御座います。
また、NaOHではOH含有量が多い方がHClではOH含有量が少ない方が溶解度が小さいような気がするのです。
石英ガラスに限らず、そのOH含有量と薬品の持っているOH基、H基とは何らかの関わりは有るのでしょうか。
一般的な知見でも結構です。何かお持ちでしたら御教授願えないでしょうか。
宜しくお願い致します。
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Date： Thu, 29 Aug 2013 13:27:03 +0900
A2: T様、佐藤勝昭です。
　石英ガラスのOH基は表面に付く場合と内部に入る場合があります。
（１）表面に付く場合はSi-OH、Si-OH-OH2などの形で表面を覆うので、NaOHに対する耐性が増加し溶解度が下がります。一方、HClは表面のOH基と反応してH2Oが生じ、剥き出しになったSi表面をClイオンがアタックします。
（２）内部に入る場合：石英ガラスのネットワーク構造は６員環Si-O基が基本ですが、欠陥構造として３員環、４員環が生じていることがあります。OH基はこれらの欠陥構造を減少させる傾向にあるとされています。HClの場合、HClを構成するH+がOH-と結合して、欠陥構造が増加しているかも知れないですね。
粟津浩一：Water in silica glass; NEW GLASS Vol.21 No.3 p.6 (2006)を参考にしました。
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Date ： Thu, 29 Aug 2013 16:58:47 +0900
AA: 東京農工大学　佐藤先生
参考になりました。有難うございました。
又、何かあればメールさせていただきます。
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1301. ITOのエッチャント

Date ： Fri, 13 Sep 2013 14:56:30 +0900
Q: 大阪大学工学部4年　井口認です。現在、透明電極の作成・評価を行っております。
状況：MOCVD法で成長させたp-GaNの上にEB蒸着で電極材ITOを2nm、Agを200nm蒸着させています。
フォトリソグラフィーがうまく行かず、アセトンで電極を剥がす際に落ちてほしくない場所まで落ちてしまい失敗しました。
ここからp-GaNを節約するために、フォトリソグラフィーからやり直そうと考えています。
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質問：そこで質問なのですが、ITO電極をGaN基盤からきれいに除去する方法はありますでしょうか？
35%塩酸で12時間以上、王水(35%塩酸と70%硝酸)で12時間以上それぞれ浸け置きしましたがどうしてもITOが残ってしまいます。
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Date ： Sat, 14 Sep 2013 07:45:20 +0900
A1: 井口君、佐藤勝昭です。
　4年生でがんばっていますね。卒研ですね。指導教員に聞かれたのですか。
ITOのエッチャントについては、多くの研究があります。
あなたのやっている塩酸＋王水は2004年頃から行われています。
C.J. Huang et al.:The effect of solvent on the etching of ITO electrode; Mat.Chem.Phys.84146-150(2004)
しかし、古くからフッ酸が使われていたようです。
　Shabbir A Bashar:Study of Indium Tin Oxide (ITO) for Novel Optoelectronic Devices; Ph.D. thesis University of London
　Wet Chemical Etching of Metals and Semiconductors(Brigham Young University) のITOの項
やってみてはいかがですか。HFは怖いので、指導教員や先輩と相談して、十分注意してくださいね。
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Date ： Sat, 14 Sep 2013 16:46:22 +0900
A2: 井口君、佐藤勝昭です。
Facebookで質問しましたら、岩谷素顕さんという方から
「ITOは通常は硝酸系に塩酸等を入れてエッチングしますが、条件によっては残ると思います。硝酸に硫酸アンモニウムとかを入れると残渣はほとんどないものが作れますが、面倒な場合は最近はITO専用のITOエッチャントというのが市販されているのでそちらを使われると安全かと思います。」
との回答をいただきましたので紹介しておきます。
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Date ： Sat, 14 Sep 2013 17:41:56 +0900
AA: こんばんわ。先日ITOについてお尋ねした井口です。フッ酸を使うか非常に悩んでおりました。
硫酸アンモニウムは当研究室に無いかもしれません（フッ酸はありますが...）ので、エッチャント液もしくは、硫酸アンモニウムを買ってもらえるよう担当教員にお願いします。
解答ありがとうございました。
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Date ： Sat, 14 Sep 2013 20:24:13 +0900
A3: 井口様、佐藤勝昭です。
岩谷さんから追加の情報です。
「硫酸アンモニウムがなければ、ITO用のエッチャント液を買われると良いと思います。確か多結晶用とアモルファス用があったと思います。詳しくは薬品メーカの人と相談すると希望する物が買えると思いますと質問者に回答いただくと良いかと思います。」
とのコメントがFacebookに書き込まれました。参考にしてください。
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1302. GaAsの光学定数

Date ： Wed, 25 Sep 2013 05:00:09 +0900
Q1: 科学技術振興機構　佐藤勝昭　先生
　長らくご無沙汰致し，失礼致してております．
少し前に GaAs などの屈折率の貴重なデータを先生から頂ました電気通信大学の冨田でございます．
現在，GaAs基板表面に周期構造を形成した場合の太陽光の電力透過係数について数値解析を行っています．
そこで，先生にご教示して頂きたい点があり，失礼をも顧りみずお尋ねする次第です．
　先生から頂ました，GaAsの入射光の波長にたいする屈折率のデータでは，いわゆる，テンソルでは無く，１つの波長に対して，スカラ量として，１つの屈折率の実数部と虚数部の値が列挙されています．インターネットでも調べましたが，やはり，同様に表示されていました．太陽電池を構成するGaAs基板を単なる等方的分散性を有するⅢーⅤ族化合物半導体として波動光学的にスカラ解析しても差し支えない，と言うこでしょうか．
　それとも，太陽光セルはGaAs結晶基板で構成されているが，その結晶構造が，閃亜鉛鉱型の構造をしているので，近似的に等方的分散性媒質と考え，GaAs結晶基板がx,y,z 方向の屈折率が等しい分散性媒質であるとして，スカラ解析しても差し支え無い，と言うことでしょうか．色々と調べましたが判然と致しません．
　ご多忙中，誠に恐縮ですが上記のことについてご教示下さいます様お願い申し上げます．
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Date ： Wed, 25 Sep 2013 09:43:57 +0900
A1: 富田先生、佐藤勝昭です。GaAsはじめⅢ-Ⅴ族化合物は、基本的に閃亜鉛鉱構造なので等方的と考えてよいと考えられています。しかし、エピタキシャル成長した薄膜では、臨界膜厚以下の厚さではコヒーレント成長するため面内と面直で格子定数が異なる「一軸異方性」が誘起されます。この結果光学異方性が現れますが、この値は格子不整合と熱膨張差の関数なので、成長条件次第です。数値計算では等方性からのずれをパラメータとしてフィットするしかないでしょうね。
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Date ： Wed, 25 Sep 2013 15:06:57 +0900
Q2: 佐藤勝昭　先生：
　ご多忙中，早速ご回答を頂き，誠にありがとうございました．
今回の私共の数値計算では，半無限の真空領域と同じく半無限のGaAs媒質が接していると言う仮定の下で，GaAs表面に周期的な溝構造を形成し，真空中から太陽光が入射する場合の電力透過量を数値解析致しました．その際，先生から頂いたデータやインターネットで検索したデータを用いました．
　インターネットで検索したデーターもテンソル量では無く，単にスカラ値としての屈折率値が示されていました．従って，不勉強で大変恥ずかしいのですが，一般に用いれているソーラーセルではGaAsの結晶では無く，化合物半導体としてのGaAsを使用しいると言うことでしょうか．
　今回の様な数値計算をする場合は，エピタキシャル成長させたGaAsの薄膜を解析の対象としていませんので，先生のご回答の如く等方性媒質としての屈折率（分散性の複素屈折率）を用いて数値計算しても良いと言うことでしょうか．
　ご多忙中，大変恐縮で申し訳ございませんが，再度，ご教示下さいます様お願い致します.
　尚，解析の結果，GaAs 表面に周期構造を形成すれば，太陽光の全波長帯域に亘って太陽光の電力透過量がかなり，増加することが判明致しました．
　以上，宜しくお願い致します．
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Date ： Wed, 25 Sep 2013 15:39:18 +0900
A2: 冨田先生、佐藤勝昭です。
「一般に用いれているソーラーセルではGaAsの結晶では無く，化合物半導体としてのGaAsを使用しいると言うことでしょうか」の意味が不明です。
GaAsはGaとAsの化合物なのでソーラーセルに限らずHEMTに使われるGaAsも化合物半導体と呼ばれます。
またGaAsは非晶質は使われることはなくすべて（エピタキシャル薄膜も含め）単結晶が使われます。
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Date ： Thu, 26 Sep 2013 04:40:33 +0900
Q3: 佐藤勝昭　先生：
　ご多忙中，度々お手数をお掛け致しまして申し訳ございません．様々にご教示頂き誠にありがとうございました．不勉強で恥ずかしい限りです．私は電磁波の散乱問題の解析および解析法の開発を専門として，これ迄研究してまいりました．従って，結晶については全く門外漢です．
　しかし，この度，太陽電池の発電効率を物性的に上げるのではなく，素子表面における太陽光の透過効率を上げるため素子表面に波長オーダーの周期構造を形成した場合の透過効率の増加を期待して，波動光学的に数値解析してみました．その解析では，GaAsを等法的な分散性媒質として回折問題を解き，論文を作成致しましたが，GaAsが結晶ならば，異方性を考慮しなっくても良いのだろうかと，かねてより考えていました．そこで，先生にお尋ねした次第です．
　先生のご回答では，臨界膜厚以下でエピタキシャル成長させたGaAs結晶では，一軸異方性を有する結晶であるとのことでした．今回，解析したモデルでは，GaAs媒質（結晶）の膜厚は大変厚い（半無限）と仮定し，ただ，その表面に周期構造を形成した　場合の太陽光（平面電磁波と仮定）の透過，反射現象を解析しています．従って，この解析においては，厳密ではないかもしれませんが，近似的に等方的な媒質として解析しても差し支えないと推察されますが，間違っているでしょうか．
　　最後にお尋ねしたい点は，インターネットなどでSiやGaAsの屈折率を調べますと，Siの場合は波長によっては，屈折率が２つ与えられていすますが，GaAsについては，１つの波長に対して１つの屈折率しか表示されていません．やはり，一般的には，GaAsは，等方性媒質として取り扱われているのでしょうか．
　以上，大変長々と文章書き申し訳ございません．今後共ご指導下さいます様お願い致します．
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Date ： Thu, 26 Sep 2013 07:22:16 +0900
A3: 冨田先生、佐藤勝昭です。
　太陽電池の表面に微細構造をつけて効率を高くする技術は、1970年代から研究されております。現在の多くの太陽電池は反射防止膜と共に微細構造（テキスチャー）を使っています。
そのような現実のことをお調べになってから論文にされるとよいと思います。私の「太陽電池のキホン」などをお読みください。
　ps.シリコンもGaAsも立方晶なので等方性です。データに２つあるのは、測定によってばらつくからです。
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Date ： Fri, 27 Sep 2013 00:42:58 +0900
AA: 佐藤勝昭　先生：
　この度は，大変お世話になり，誠にありがとうございました．私はこれまで誘電体格子による解析問題を解析してきましたので．太陽電池素子表面に周期構造を付け太陽光の透過電力について実験的に調査して，特許などとして多数報告されていると認識しています．
　しかし，私の不勉強かもしれませんが，電磁波の散乱問題として理論的に解析し，定量的に透過量について議論した論文は，まだ，報告されていないと思います. 太陽光電池の発電効率を上げるためには，物性的な改良も当然必要ですが，広い帯域を有する太陽光電力をまず，全帯域に亘って，可能な限り透過させることが必要であると考え，解析した次第です．周期構造の溝の深さを増し，周期構造を工夫すれんば，太陽光の全帯域に亘る入射電力の７０％以上の電力を透過させることが可能であると考えられます．
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1303. 電磁波による非破壊検査

Date ： Mon, 7 Oct 2013 09:08:47 +0900
Q: 佐藤勝昭　様
お世話になっております。
S*大学大学院のY*と申します。
佐藤様のHPを拝見し、質問させていただきたいと存じます。

以前にも何度か質問させていただき、丁寧なご回答を頂戴いたしました。
その節は誠にありがとうございました。
今回も勝手ながら無知な質問をさせていただくことをお許しください。

今回は電磁波の非破壊検査についてお聞きしたいです。
また今回も匿名でお願いいたします。
質問は２点です。

①なぜ電磁波の非破壊検査ではエックス線以上の周波数以外は使用しないのでしょうか。
　エックス線の特性を考えるとエックス線を使用する意味はわかるのですが、
　例えば可視光やもっと低い周波数を使用することはできないのでしょうか。

②電磁波の非破壊検査には弱点はないのでしょうか。
　私が知る範囲では、一部の材料においては、表面の微細な欠陥は認識できない場合があることはわかりました。
　他には欠点はありませんでしょうか。
　また佐藤様が今後の電磁波の非破壊検査に期待することがあれば教えてください。

以上になります。
長文になってしまい申し訳ございません。
お忙しいとは存じますが、何卒ご回答のほどよろしくお願い申し上げます
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Date ： Mon, 7 Oct 2013 23:49:43 +0900
A: Y君、佐藤勝昭（仙台出張中）です。

①なぜ電磁波の非破壊検査ではエックス線以上の周波数以外は使用しないのでしょうか
　対象物によって、いろいろな周波数が使い分けられます。
遺跡の調査や資源の探査にVHF帯からSHF帯の電波が使われています。例えば　地下遺構の可視化（亀井宏行）によれば、波長が短い程分解能が上がることがわかります。
半導体の中の不純物を非破壊で同定する手段として、電子スピン共鳴がありますが、これにはマイクロ波が使われます。また、赤外吸収分光やラマン散乱分光、蛍光分光など光による欠陥等の非破壊評価が行われています。
脳や心臓など体の中を観るMRI（磁気共鳴画像診断装置）はVHF帯の電波が使われます。最近、空港での荷物の非破壊検査にテラヘルツの電波が使われます。プラスチック爆弾や有機溶媒など危険な物質を同定することができるからです。
半導体結晶の非破壊検査には赤外～可視のレーザ光を用いた「光散乱トモグラフィー」が使われます。
お札が偽札かどうかを判定するために、磁気インクで書かれた数字や画像からの磁束を磁気光学結晶に転写して、磁気光学効果で非破壊に検査することも行われています。極紫外線による光電子分光も物質の同定のためによく使われています。
　このように、君の調べ方が不十分なだけで、あらゆる波長帯の電磁波が用いられています。

②電磁波の非破壊検査には弱点はないのでしょうか。
　分解能は、電磁波の波長の程度しかありません。ただし、近接場を用いたり、超解像技術を用いると波長の数分の一の小さなものを観測できます。調べたい欠陥の大きさに合わせて、電磁波の波長を選ぶ必要があります。
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Date ： Tue, 8 Oct 2013 20:11:36 +0900
AA: 佐藤様、先日質問させていただいたS大学のYです。

出張中にも関わらず、早速ご回答していただき本当にありがとうございました。

また、私の調べが不十分なためにくだらない質問をしてしまいましたこと大変申し訳ございませんでした。
今後はこのようなことがないようきちんと自分で調査してから次の行動を起こすように致します。

しかし貴重なご意見をいただいたことまたご丁寧な回答をいただき、誠にありがとうございました。
今後の研究活動に必ず活かしたいと存じます。
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1304. UV-LEDの光軸の見つけ方

Date ： Sun, 13 Oct 2013 00:23:43 +0900
Q: 東京農工大学、佐藤先生
初めまして、Ｖ社の七瀬と申します。
UV-LED(NSSU100C)について質問させてください。
日亜化学製のUV-LED(NSSU100C)から発光するUV光には光軸という概念が存在するのでしょうか？
この光軸の向きを調べたいのですが、どのような方法が考えられますでしょうか？
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Date ： Sun, 13 Oct 2013 01:57:49 +0900

A: 七瀬様、佐藤勝昭です。
　LEDがGaNのc面を使っている場合は、偏光特性は殆ど無いと思います。
日亜の製品ではありませんが、豊田合成の青色LEDでm面のGaNを使ったものにおいて、添付図のような偏光特性が報告されております。（豊田合成の発表による。）
m-面だけでなくa-面を使ったLEDも偏光性があると考えられます。LEDからの光を偏光子（紫外線領域で使えるもの）を通して光検出器に照射し、偏光子を回転させたときに最大の強度を与える偏光子の方位が光軸と考えてよいでしょう。
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Date ： Sun, 13 Oct 2013 21:42:35 +0900
A':七瀬様、佐藤勝昭です。　Facebookであなたの質問と私の回答を公開しましたところ、名城大学准教授の岩谷素顕先生から
「日亜のLEDは基本的にはc面成長なので偏光特性はないと思います。もっと言うと、市販されているLEDでc面以外のものは日本では手に入らないと思います。」
というコメントをもらいました、参考にして下さい。
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Date ： Mon, 14 Oct 2013 00:20:14 +0900
Q2:佐藤先生、ありがとうございます。
偏光状態でないということは、光軸は基本的にはまっすぐと理解してよいのでしょうか。
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Date ： Mon, 14 Oct 2013 09:23:41 +0900

A2: 七瀬様、佐藤勝昭です。　ごめんなさい。ご質問は偏光を表す光学軸（optic axis)ではなく、光の進行方向を表す光軸(optical axisi)のことだったのですね。後者に関しては、偏光は全く関係ありません。
マニュアルに光の指向特性が出ています。
添付図は指向性をあらわしています。これによれば、まっすぐに進むはずです。
しかし、図はあくまでLED素子自体の指向性であって、マウンティングしたあとのケースとの角度があれば、当然のことながら進行方向はケースの中心軸からずれるでしょう。この場合は、LEDを傾斜度の変えられるゴニオメータにマウントして、根気よく角度依存性を測定して、最大になる方向を決めるしかないですね。
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1305. 不動態皮膜の耐酸性と導電性の両立

1306. 金属の吸収スペクトル

1307. 赤外透過率を用いたガス濃度定量

1308. フェルミエネルギーについて

1309. 金属の光学定数（複素屈折率）の温度変化

1310. Al2O3基板上にエピタキシャル成長したZnOの結晶性

1311. 金属の酸化による機械的性質の変化

物質名	生成熱(kcal/mol)	体積弾性率(10¹¹Pa)
BeO	-142	2.20
MgO	-143	1.62
ZnO	-83	1.39
FeO	-170	1.74

弾性率と結合の間の関係については、京都工芸繊維大学の森田先生のスライド　が参考になります。
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Date： Thu, 28 Nov 2013 15:39:20 +0900
AA: 佐藤先生へ
結合エネルギーだけから、考えていくのは難しそうなので、何か別の観点も組み合わせて考えられないか、教授と相談してみます。
ご親切にありがとうございました。
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1312. 太陽光線のじりじり感について

Date ： Thu, 28 Nov 2013 20:41:20 +0900
Q: 佐藤勝昭先生
初めてメールさせて頂きます。Ｓ社(化学系)に勤務しておりますＮと申します。
先生のＨＰを拝見させて頂き、非常に広範囲の質問へのご回答をされており非常に参考にさせて頂いております。
小職ですが、現在の業務が省エネ関連の材料開発を行っています。
色々と調べると、例えば建材用途の窓フィルムやコーティング剤の省エネ効果を謳っているＨＰや文書を多く見かけるのですが、その中で気になる点がありご質問させて頂きました。
それは、「じりじり感」という表現です。これに関して質問させて頂きたく。
感覚的に、じりじり感という物は、体感できイメージ出来るのですが、実際の定量的な意味合いではどのような物になるのでしょうか？また、定量的な評価は可能なのでしょうか？
先生のコメントも拝見致しましたが、現状の先生のご意見を伺えますと幸いです。
以上、宜しくお願い致します。
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Date ： Thu, 28 Nov 2013 23:48:51 +0900
A: N様、佐藤勝昭です。
　じりじり感については、旭硝子の尾関さんが雑誌(NEW GLASS 18 68 (2003))に大変よい解説を書いておられます。
この解説によれば中赤外（この解説では1200-2100nmくらいをさしているらしい）がじりじり感のもとになっているようです。
定量的には、皮膚温度の上昇をサーモグラフィなんかで測定するほかかないでしょうね。

1313. パーマロイの水素焼鈍

Date ： Mon, 2 Dec 2013 19:32:41
Q: Ｍ＊社の田中と申します。物性Ｑ＆Ａをみて質問しました。会社名は非公表でお願いします！
質問は、
パーマロイの透磁率を高めるため焼鈍をしますが、このとき水素の雰囲気で行うようです。
これが、例えば水素と窒素の混合ガスではいけないのでしょうか？
弊社は金属加工の会社でこの辺の所は良く分かりません。教えて頂けませんでしょうか？
近くの熱処理屋さんでは混合ガスなら処理できるといわれているのですが、取引先の資料では水素ガスの雰囲気と書いてあります。
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Fe-N phase diagram

Date ： Mon, 2 Dec 2013 22:03:17 +0900
A: 田中様、佐藤勝昭です。
　パーマロイの焼鈍は高純度の水素中で行う必要があります。
FeとNは添付の相図のように反応してFe4Nなどの窒化物を作るからです。
通常、露点-40℃以下でN2含有量50ppm以下の高純度水素中で焼鈍するとされています。
水素焼鈍のやり方で磁気的性質の改善の様子は大いに異なります。
NEOMAX社のPermalloyのサイトを参照してください。
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Date ： Wed, 4 Dec 2013 10:42:39 +0900
AA: 佐藤先生。有難うございます。
参考にさせていただきます！
弊社は大阪です。近くで熱処理出来るところを探しています。
これが、クリヤー出来ればパーマロイの加工の仕事が取れるかもしれません。
田中
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1314. 無磁場で生じる円二色性

1315. スピン注入のメカニズム

Date ： Thu, 05 Dec 2013 14:19:51 +0900
Q: 佐藤勝昭先生
Ｈ＊大学大学院に所属しておりますM2のＴ＊と申します。（webアップ時は匿名でお願い致します。）
HPを拝見させていただき、ご連絡致しております。
私は半導体工学を専攻していますが、材料を広く勉強したいと思い、現在は磁性体に関して独学しております。
このたびは、私自身で文献を色々とあさってみましたが、理解のできる詳しい説明の記載されているものがみつからず、連絡差し上げた次第でございます。
以下、質問です。
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強磁性体と非磁性体を接続させた系について考えます。
強磁性体から非磁性体にスピンを注入した場合、非磁性体内に非平衡スピンが蓄積されます。
蓄積された非平衡スピンは“バックフロー”と呼ばれる現象により、その大部分が強磁性体内に逆戻りし、結果的にスピンの注入効率は低くなります。
これに関して、
質問①：
ある文献によると“バックフローが生じる原因は強磁性体がスピン緩和の大きな材料であるため。”と記載されておりました。
“スピン緩和が大きい”とは具体的にどういうことなのでしょうか。
また、どうしてスピン緩和が大きいとスピンを吸収するのでしょうか。

質問②：
強磁性体と非磁性体の伝導度のミスマッチが大きいと、スピン注入の効率が非常に悪くなります。これを回避するために間に障壁を挟むとよいということですが、これはどうしてでしょうか。
また、障壁を挟むことによってバックフローの影響はどうなるのでしょうか。
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以上です。
お忙しい中恐縮ではございますが、ご返答よろしくお願い致します。
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Date ： Fri, 6 Dec 2013 00:50:50 +0900
A: T様、佐藤勝昭です。
　私はスピン注入の詳細については、自信がないので、半導体へのスピン注入の研究をしている九大の浜屋宏平准教授にお尋ねしました。
以下、浜屋さんの回答に基づいてお答えします。
質問1：
　ご質問の箇所での「スピン緩和」ですが、主にスピン伝導の拡散距離 (スピン拡散長)に関する記述と思われます。
一般的に、強磁性体と非磁性体の「スピン拡散長」を比較すると、強磁性体= 数nm、非磁性隊 = 数μmという程、大きな違いがあります。
　つまり、強磁性体では非平衡スピン蓄積 (=スピン流)の拡散距離が短く、すぐに平衡状態に戻ってしまうことを、「スピン緩和が大きい」と表現していると思われます。
「スピン緩和が大きいとスピンを吸収する」理由ですが、「非平衡スピン蓄積 (=スピン流)」と記述されていますように、非平衡状態は平衡状態へ戻ろうとします。
つまり、上記の解釈に有るように、平衡状態に戻してくれる(スピン緩和の大きな)強磁性体に、非平衡スピン蓄積(=スピン流)は吸収されやすいということになります。

質問2：
　強磁性体/非磁性体界面に障壁層を挟むと、接合界面で滑らかに繋がっていた電気化学ポテンシャルが途切れてしまうため、伝導度ミスマッチを考える必要がなくなります。
つまり、電界アシストなどで一旦、強制的に非磁性体中にスピン注入が実現すると、非平衡スピン蓄積(=スピン流)は非磁性体中にしか拡散することができません。
これは、絶縁障壁層の伝導度が極めて低く、スピン流の拡散を許さないからです。
　結果として、絶縁障壁層の向こう側に存在する強磁性体には、ほとんどスピンが拡散することはなくなります。これが、バックフローの抑制です。

　伝導度ミスマッチの別の表現で、「スピン抵抗差」という概念が有りますので、そちらでも簡単に説明します。
一般的に「スピン抵抗」は、強磁性体 < 非磁性体 < 絶縁体です。一旦、非磁性体中にスピン注入が実現すると、
非磁性体よりもスピン抵抗の大きな絶縁障壁層の方にはスピン拡散が許されず非磁性体内のみのスピン拡散が主となります。
　つまり、絶縁障壁層はスピン抵抗の最も小さな強磁性体へのスピン拡散をほとんど許しません。
結果として、スピン流のバックフローは抑制されることになります。
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Date ： Fri, 06 Dec 2013 20:47:00 +0900
AA: 佐藤勝昭先生、Ｈ大のＴです。
メール拝読致しました。早急のご返答、誠にありがとうございました。

九州大学の浜屋先生は私自身面識はございませんが、磁性体（スピン）の勉強を始めて、何度か著書やHPを拝見したことがございます。
私のために連絡をとっていただき、本当に感謝しております。回答いただいた浜屋先生にも、よろしくお伝え下さい。

「スピン緩和」に関する回答、また「スピン抵抗差」の概念等非常に勉強になりました。さらに掘り下げて勉強してみようと思います。
以上です。
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1316. セラミクスのスパッタ成膜速度とガス圧の関係

Date ： Thu, 19 Dec 2013 16:45:48 +0900

Q: 初めまして．T*大学大学院1年のT*と申します．
スパッタリングの分野について質問させてください．

実験装置にRFマグネトロンスパッタリング（チャンバー内容積 : 約32×10^-3 [m3]），
ターゲットをイットリア安定化ジルコニア，基板をSi(001)，
フローガスをAr，RFパワー200Wで実験を行っています．
今回質問しますのは，成膜速度の問題です．

一般的にチャンバー内圧力を増加させると平均自由行程が短くなるため成膜速度が
下がるというのが周知の事実です．
私の実験では，Arガス流入量を増加させ（20→100sccm）て実験を行っています．
チャンバー内圧力を増加（100sccm）させた場合成膜速度が下がるどころか少ない
（20sccm）場合と比べて増加しました．
ターゲット-基板の入射角度がon-axisではあまり影響はないのですが，ターゲット
-基板距離と入射か角度を持たせた場合では膜厚が約2倍に増加しました．

たしかに，不活性ガスの流入量が増加すればそれだけターゲットをたたくAr+の
量が増え，スパッタ粒子の飛来する量が増えたためだと考えれば納得がいくので
すが平均自由行程（λ）は公式よりチャンバー内圧力が増加すれば短くなるはず
が，この結果だけから判断すると長くなったという結果になるのですか？

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Date ： Sun, 22 Dec 2013 11:13:03 +0900
A: T君、佐藤勝昭です。
　お返事が遅くなりました。私は、真空工学の専門家ではないので、一般論でお答えします。
ご質問は、「YSZのマグネトロンスパッタ成膜において、Arガス流量（従ってガス圧）を変えたときに、平均自由行程λが減少するはずなのになぜ成膜速度が増加するか」ということですね。
　成膜圧力が0.2Paであればλ～3cm, 1.1Paであればλ～1cmとなりますが、ポンプの排気速度が大きい場合、ターゲット・基板間付近の実際の圧力は、もっと低いのではないでしょうか？
　例えば、もし0.02Paであれば、λ=34cmにもなりますから、ガス圧を変えてもλがターゲット・基板間のサイズより十分長いため、拡散律速（平均自由行程律速）にはならず、供給律速になって、ガス流量とともに成膜速度が増加します。
　On-axisであまり変化がなかったと言うことは、この条件下では圧力が高いため、実際の平均自由行程λがターゲット・基板間距離Lとほぼ等しく、拡散と供給が釣り合っているのでしょう。Off-axisにするとターゲット・基板間の圧力はより低くなるので、λ>>Lとなり、もはや拡散律速にならず、供給律速になるのではないでしょうか？
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　 Date ： Sun, 22 Dec 2013 17:16:58 +0900
A': 追伸、T君、佐藤勝昭です。
Facebookにアップしてコメントを求めたたら、東理大の杉山先生から
「T-S間が10cm程度の小型(ターゲットの大きさが書いてありませんが)RFスパッタ装置の場合、
Arプラズマに起因する基板へのダメージや、エロージョンと基板取り付け位置の兼ね合いで、
デポレートや膜質は平均自由行程以外の要因に左右されると思います。」
というコメントをもらいました。参考にしてください。
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Date ： Mon, 23 Dec 2013 08:22:38 +0900
A":追追伸、T君、佐藤勝昭です。
信州大の森迫先生から、Facebookを通じて、次のようなコメントを頂きましたので、参考にしてください。

「多分、数mTorrから圧力をあげたんだろうと考えてます。RFスパッタでフェライト薄膜を作製した経験からですが、同様にレートが増加しました。スパッタに寄与するイオンが増加したからだろうと思ってました。幾何学的な形状にも依存しますが、10mTorrを超えるとレートは減少します。衝突回数が増えるからでしょう。そして組成（私の場合バリウムと鉄）も変化してました。」
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Date ： Tue, 24 Dec 2013 08:15:07 +0900
AA: 佐藤先生、御回答感謝します。そして、facebookを通じてヒントを下さった杉山先生と森迫先生にも感謝します。

確かに、佐藤先生のおっしゃるように不活性ガスの流入量を増加させると、ターゲットからの放電の明るさは強まっていたため、供給律速は強まったと思われます。杉山先生のおっしゃるように基板へのダメージが私も少し気になっていたためこれからは考慮していこうと思います。そして、森迫先生の意見に関して、私も同じ考えです。私の実験でも組成が変化している傾向が確認できました。

お三方の貴重なアドバイスをもとにこれからも実験に取り組んでいこうと思っています。ありがとうございました。
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1317. 炎色反応

1318. 強磁性体単結晶と多結晶の磁化の違い

1319. アモルファス金属について

1320. 銀950の熱伝導率と熱膨張係数

1321. 金属の斜め入射反射光の色味

Date： Thu, 24 Apr 2014 11:33:44 +0000
Q: 佐藤先生
始めまして、Ｋ社のＢと申します。HPを見て、問い合わせをさせていただきました。
お手数ですが、下記ご回答いただければ幸いです。
（大変恐縮ですが、Webで公開する場合には社名・氏名ともに匿名でお願い致します）
金属の反射メカニズム　について2点、質問をさせていただきます。
(1) 金属に対する、光の斜め入射に関する件
「金属では、光の入射角度が垂直から徐々に浅くなるにつれて、P偏光の反射率はいったん減少後に増加して　（誘電体におけるブリュースタ角の考え方）S偏光の反射率は単調増加する」という認識ですが、そのときの色味はどうなるのでしょうか？
机上検証では、
同様に、入射角度が垂直から徐々に浅くなるにつれて、
　P偏光は　常に変わらず金属の色味（金属光沢）　が見えて　（金であれば金色）
　S偏光は　金属光沢が徐々に薄れて、光源色が見えるようになる
という感触を得ています。
ただし、
金属の反射は、自由電子の波長選択性をもった振動が関連しているため、
金属の色味（金属光沢）を持つという認識であり、
「S偏光の反射で光源色が見えるようになる（金属光沢がなくなる）」のには違和感を持っております。

(2) 凹凸のある金属が白っぽく見える件
・紙やすりで荒らして、凹凸のある銅盤　（数10マイクロメートルオーダの凹凸）
・バフ研磨して、表面が滑らかな銅盤
これらを比較すると、前者の、凹凸のある方が白っぽく見えます。

金属の「拡散反射」も、結局は自由電子が関連する「正反射の集まり」と考えているため、
凹凸があっても、変わらずに金属の色味（銅色）が見えるかと思ったのですが、そうは見えません。
これは何故なのでしょうか？

推測ですが、上記(1)とも関連しているのではないでしょうか。
目に見える光は、斜め入射光の集まりであり、
斜め入射だと、S偏光では徐々に光源色が見えるようになり、結果として全体的に白っぽく見えると考えております。
これらの仮説を検証する手立てがなく、恥ずかしながら社内にノウハウもございません。
お忙しいところ恐縮ですが、ご教示いただければ幸いです。
以上、よろしくお願い致します。
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Date： Mon, 28 Apr 2014 01:14:22 +0900
A: Ｂ様、佐藤勝昭です。
　お返事が大変遅くなりましたことをお詫びします。
これまで、斜め入射反射において、スペクトルのことまで考えていなかったので、実際にどうなるかを計算してみました。

計算式は、光の反射メカニズムの拙文を参照して下さい。
Cuの反射スペクトル、計算結果の図をご覧下さい。
緑線はp偏光、青線はs偏光、赤線は平均値（無偏光）です。
p偏光のスペクトルは、600nmより短波長の反射率が入射角と共にどんどん低下します。
この結果偏光子を使ってp偏光だけを見ると、だんだんはっきりした赤になっていきます。
これに対し、s偏光のスペクトルは入射角が増加すると共に、600nm以下の波長の反射率が高くなるので、偏光子でs偏光だけをみると銀色っぽくなります。いわば普通の鏡に近くなります。
無偏光の場合も、入射角とともに、短波長の反射率が高くなって、白っぽい赤色になるはずです。

　金属光沢がなくなるのは別の理由によると思います。それは、表面の凹凸による散乱が斜め入射ほど大きく影響するからです。また、凹凸が大きい程、入射角が大きな反射光の成分の影響が強くなるため、白っぽくなるのです。
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Date： Mon, 28 Apr 2014 09:23:38 +0000
Q2: 佐藤先生
お世話になります、K社のBです。
ご連絡ありがとうございます。
私の周りの者も含め、先生の迅速なご対応に、ただただ驚き感謝している次第です。
さて、ご返答いただいた件ですが、今回新たに反射スペクトルを計算いただいたようで誠にありがとうございます。
確かに、銅のP偏光は入射角とともに赤みを増していくように見えます。
机上実験の感触通りの、技術的な裏づけを示していただき、また、これまで手当たり次第に得ていた知識が、すっと繋がったようで、大変すっきり致しました。
ちなみに、計算式としては、紹介いただいたPDFの(33)式で合っていますでしょうか。よろしくお願いします。
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Date： Mon, 28 Apr 2014 20:06:14 +0900
A2: B様、佐藤勝昭です。
　確かに資料の式(33)で計算しました。
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Date： Thu, 8 May 2014 02:49:06 +0000
AA:佐藤先生
お世話になります、Ｋ社Ｂです。
ご連絡遅れ、申し訳ございません。
　ご回答ありがとうございました。
今後も、不明点あれば質問させていただければ幸いです。
以上、取り急ぎになりますが御礼のみにて失礼致します。
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1322. Mgドープ窒化ガリウムに関する質問

Date： Tue, 13 May 2014 16:09:24 +0900
Q1: 佐藤勝昭　先生
先生の「物性なんでもQ&A」を拝見し、メールさせて頂きました。
私はＫ社のＳ＊と申します。GaN関係の開発を行っております。
私自身は化合物半導体のエンジニアです。ちなみにこの道10年ほどです。
常々佐藤先生のHP、講義資料などを拝見し、いろいろ勉強させて頂いております。
今先生のコンテンツを含め、色々なチャネルを活用してもどうしても解けない問題に直面しており、先生のQ&Aのコーナーにて、質問させて頂こうと思った次第です。
お時間頂けましたら幸いです。

質問はMgドープGaNで見られます、奇妙な現象についてです。
【MgドープGaNに現れる不規則パターン】
現在当方ではMgドープGaNを調べております。調べる際に標準としているエピ構造は、c面サファイア上のc面GaNのヘテロエピで、2～3um厚のu-GaN層の上に250～500nm 厚のMgドープGaNというものになります（条件により膜厚が異なりますので幅を持たせて記載しました）。成長方法はMOCVD法で、自公転式の反応炉を用いています。
我々の条件でMgドープGaNを成長すると、表面に不規則形状のパターンが生じることがあり、それが今悩みの種となってます。
パターンは水滴ライクの小さい領域から成っていたり（図1）、比較的広い領域から形成されていたり（図2）、円弧を描く筋状だったり（図3）と、いろいろな様相を示します。
3番目の円弧状パターンは不規則とは言えないかもしれません。基板研磨でこのようなパターンが出来そうなので、今のところ基板に起因するパターンを引き継いでいるのではないかと推測してます。
いずれにしましてもこのパターンは、肉眼及び微分干渉顕微鏡で観察可能で（図1）、微分干渉顕微鏡による観察から、パターンは表面の高低差に起因していることが分かってます。
MOCVD法の成長原理から、結晶そのものに何らかの原因が無ければ、このようなパターンの高低差が生じることは考えにくいと思います。
再現性については、パターン形状はまちまちですが、ある条件下で成長すれば必ずこのパターンは出現します。

【極性仮説】
現在の我々の予想は、このパターンは極性の違いに起因して生じるのではないかと考えております。
ご存知のようにウルツァイト型結晶であるGaNは、中心対称のない結晶であり、c軸方向に+/-の極性があります。
一方、GaNにMgを高濃度でドープすると、極性が反転するという文献が幾つかあります。ちなみに我々のサンプルでは20乗前後でドープしてますので、高濃度の部類に入ると思います。
また極性により成長速度が異なりますので、これらのことを総合的に判断すると、極性の違いによりパターンが形成されているというのは、合理的な解釈と思っております。
ちなみに極性を同定したいと思っておりますが、設備が無いため今のところ未実施です。

【謎の532nmピーク】
さらに奇妙なことがあります。PLマッピングを取ると、表面パターンに一致するパターンが観測されます（図2）。
スペクトルを参照すると532nmのピーク強度の違いによるコントラストと分かります。つまりパターンを構成する2相のうちの一方は532nmピークが強く、もう一方は弱いということです。
PLの励起光源はYAG1/4波長であり、532nmは丁度その倍です。そのため非線形光学効果がまず最初に浮かびましたが、c面に垂直にレーザー光を照射しているため、これは原理的にはないと考えられます。

【光源に含まれる532nmの反射？】
次に考えましたのは、光源に含まれる532nm光の反射です。あるレーザーの専門家から、YAG1/4波長の光源は幾らかの1/2波長（つまり532nm）を含むということを聞きました。
そこでサファイア基板のみのPLスペクトルを測定してみました。結果、532nmにピークがあり、その強度は約0.6a.u.でした（図4）。サファイアでは532nmの発光も吸収もないと思います。
つまりこのピークは、純粋に光源に含まれる532nm光の反射と考えていいと思います。
サファイアの屈折率（1.77）から反射率を計算すると約8%となりますので、光源を直接ディテクタで測定すると532nmの強度は7.5a.u.となると計算されます。
なお本質と関係ないとは思いますが、532nmピークがやけに幅が広い（528～537nm）のが気になってます。こんなにブロードになるのは普通なのでしょうか？
一方GaNの屈折率はこの波長で約2.4ですので、吸収が無いとすると反射率は約17%になるはずです。従いまして、特殊なことが無ければGaNでは7.5×17%＝1.3a.u.程度の強度が観測されるはずです。

【532nm強度が弱すぎる矛盾】
ところが先に述べましたMgドープGaNは、532nmが強いときでもせいぜい0.1a.u.程度であり、予想される強度の10%にも満たないのです。しかも弱いときは532nmピーク強度はほぼゼロです。
つまり反射率が限りなくゼロに近いということになってしまいます。ちなみに通常のu-GaNでも532nmピークは非常に弱く、Mgドープに限った問題ではないようです。
最初532nmの吸収のせいかとも思いましたが、吸収があれば反射率はより高くなる（逆に言えば、特殊なことがない限り吸収がない場合が一番反射率が低い）と思いますので、吸収ではないでしょう。
（この考え正しいでしょうか？）

【ARコート効果？】
次に考えたのは、ARコート効果ですが、GaN/Sapphire界面の反射率はGaN/Air界面の反射率より一桁近く低いため、GaN/Air界面反射をほぼ打ち消すような状況にはなり得ないと結論しました。

【表面粗さ？】
次は表面粗さです。これについては他にデータがあります。我々のPL測定装置では、白色光の薄膜干渉を用いた膜厚測定も可能でして、その際反射率を同時に測定する機能が付いてます。
その反射率の数値は（単位は不明ですが）サファイアで100、普通の鏡面の出ているGaNで230ぐらいを示します。サファイアとGaNの反射率比は2.2ぐらいですので、測定されている反射率の比と調和的です。
そして230の反射率を示すGaNサンプル（つまり十分平滑な表面）でも強い532nmピークが観測されることはありません。

【サンプルの傾き？】
あとはサンプル表面の傾きも考えられますが、膜厚分布の非常に良いサンプルの中心領域を考えますと、GaN表面はサファイア面に対して傾きようがないと思います。このような領域でも強い532nmピークは観測されないですので、傾きのせいでもないでしょう。【質問１】以上のように煮詰まってしまいました。まとめますと、サファイアのPLスペクトルから励起光源は比較的強い532nm光を含むことが予想されますが、この光源をGaNに照射したときは532nmの反射光が殆ど観測されない、ということになります。何故観測されないかが第一の質問です。あるいは反射という仮説が正しくないのでしょうか？【質問２】第２の質問は、表面パターンと532nm強度との関係です。私どもの極性仮説、及び反射仮説が正しいとすれば、極性により532nmの反射率が異なるということになります。
そのようなことはあり得るのでしょうか？光学的には極性の+/-は関係ないように思うのですが・・・。あるいはこれも極性仮説、反射仮説が正しくないのか？

以上の2点が質問です。何かお分かりになること、私の考察で間違っていることなどがありましたら、何卒ご教授下さい。よろしくお願い致します。
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Date： Tue, 13 May 2014 16:54:36 +0900
A1: Ｓ様,佐藤勝昭です。　メール有り難うございます。たしかに不思議がいっぱいですね。（１）まず、GaN　MOCVD膜のhillockの原因ですが、あなたの推察通り、極性反転領域(Inversion Domain)と考えてよいと思います。
ホモエピにおいてもhillockが観測されており、極性により成長速度が異なることが原因とされています。
たとえば、 J.L. Weyher et al., Morphological and structural characteristics of homoepitaxial GaN grown by metalorganic chemical vapour deposition (MOCVD), J. Cryst. Growth 204 (1999) 419-428
（２）サファイヤで見られる532nm光の反射がGaNをつけたときに帰ってこないのは,GaNの膜厚が1/4波長付近にあって往復で1/2波長となってうち消すためです。
この532nmがYAG励起光に含まれる532nm光かどうかは、励起波長（216nm）のみを透過するフィルタをかませれば,なくなることで確かめられるはずです。
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Date： Tue, 13 May 2014 18:16:52 +0900
Q2: 佐藤先生、早速のお返事、誠にありがとうございました。
（１）の文献とフィルタの案、有難うございました。
参考にさせていただきたいと思います。
以下、もう少しお付き合い頂けますでしょうか。
（２）については、私も反射防止膜（ARコート）のような効果は検討しましたが、以下の理由で除外しました。

（図5）

（図6）

（図7）

１．私どものエピ構造では、サファイア上のGaNの膜厚はMg-GaNとu-GaNを合わせて2.25～3.5μmであり、532nmの1/4波長とは一桁違うこと。GaNの膜厚は下地のu-GaNが2～3μmぐらい、Mg-GaNが250～500nmぐらいです。
Mg-GaNとu-GaNの界面は屈折率差がほぼないでしょうから無視すると、サファイア上に2.25～3.5μmの厚さのGaNが乗っている構造になります。
532nmにおけるGaNの屈折率は2.4ぐらいですので、GaN中の532nm光の波長は222nmぐらいになります。そうすると光路差は膜の往復で波長の20倍以上になります。

２．GaN膜表面の反射率約17%に対して、GaN/Sapphire界面で反射してくる光の強度は、界面の透過率も考慮すると入射光比で1.6%程度となり、オリジナルの反射波の1/10程度の強度でしかなくなること。
　仮に膜厚が1/4波長としても、GaN/Sapphire界面で反射してきた光は強度が弱すぎて、GaN表面で反射した光を打消すことは出来ないと考えます。
ちなみにAir/GaN界面では位相がπずれますが、GaN/Sapphire界面では位相がずれないため（Sapphireの屈折率はGaNより小さい）、1/2波長の膜厚が最小反射強度を与える膜厚だと思いますが、いかがでしょう？
いずれにしましてもGaN膜の反射防止効果が最大のときでも、反射波の強度は10％程度しか減少しないというのが私の結論です。
これは正しいでしょうか？

表面パターンは言わば膜厚差であるので、532nmの反射強度の強弱は付く可能性はあると思います。しかし膜厚は波長の20倍もあり、また絶対膜厚は条件により変わるので、極性と532nm強度の関係はランダムでなければならないと思います。しかし実際は、極性と532nm強度の関係は常に不変です。（添付パワーポイント参照下さいませ）
ですので、反射防止膜効果以外に、何か532nm強度に影響するメカニズムがあるのではないかと思案している次第です。

以上踏まえまして、アドバイス頂けましたら幸いです。何卒よろしくお願い申し上げます。
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Date： Thu, 15 May 2014 00:09:35 +0900
A2: Ｓ様、佐藤勝昭です。
　本当によくわかりませんね。極性反転が関係するとすれば、下記の様に推察できます。
極性の逆転が起きている領域Bでは、u-GaN/Mg-doped GaNの界面にはチャージの蓄積があり領域Aにおけるu-GaN/Mg-doped GaN界面とは異なります。
Aでは、Ｓさんの推測のように界面での反射はありませんが、これに対して領域Bでは自由電子プラズマがありこれによる反射があると考えられないでしょうか。
このためB領域ではMg-doped GaN膜が反射防止膜として働くことは十分考えられます。
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Date： Thu, 15 May 2014 12:40:41 +0900
Q3: 佐藤先生、深夜にも関わらず、メール頂き感激しております。
なるほど、極性反転界面のチャージの蓄積は思いつきませんでした。非常にあり得そうなシナリオですね。Mg-GaNについては、これで納得しようと思います。

残っている疑問は、u-GaN単層のみがサファイアに乗っている単純な構造でも、532nmの強度は通常弱いのです。（強度はほぼゼロ）
何らかの理由でチャージの局在はあるかもしれませんが、反射防止膜として機能する位置にいつも蓄積するとも思えないですし。一方で、サファイアのみで532nmピークが非常に強く出ることも紛れもない事実ですので、悩みます。
反射率スペクトルの測定が出来ればベストだろうと思いますが、なにぶん設備や予算が限られ、ままならないのがもどかしいです。
ともかく、やはり光源に含まれる532nmの強度を、いま一度確認してみようと思います。

何かアイデアを思いつかれましたら、是非ご教授いただきたいですが。
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Date： Thu, 15 May 2014 14:41:00 +0900
A3: Ｓ様,佐藤勝昭です。
　u-GaNにおいて、532nm反射が弱いのはふしぎですね。
それを考慮すると,532nm光が1.06μｍ光のSHGという可能性も捨てきれません。
サファイヤc面やGaNｃ面結晶バルクからは対称性からＳＨＧはでないはずですが、表面では対称性が破れているので表面でSHGがでないとは言えません。
（Feはbccで対称性からバルクのSHGはありませんが、表面による磁化依存のSHGが観測されます。）また研磨によって結晶性が乱れSHGがでるとも言えるでしょう.
一方,u-GaNエピ膜は結晶性がよく本来SHGはでないし、界面もきれいなのでSHGはでない。
上に摘んだMg-doped GaNが10^20ものMgがはいっているので,結晶性が劣り,u-GaNよりは強いSHGがでる.さらに反転領域では、界面に電荷層が生じ,対称性が破れるためSHGが出る。
この仮説が成立するためには,レーザから1.06μmの光が漏れていることが前提になります。
この点に関しては赤外線カットフィルタの使用によって防げるはずです。　以上,再検討して下さい。
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Date： Thu, 15 May 2014 15:01:04 +0900
Q3: 佐藤先生、何度もメールでご回答頂き、誠に有難うございます。感激です。
なるほど、最表面の非対称性による非線形光学効果というのもあるのですね。それでしたら納得です。
逆に言えば、消去法でそれしかないということでしょうね。
ちなみに励起光の266nmの倍波長が非線形光学効果で生じるということも考えられますでしょうか？
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Date： Thu, 15 May 2014 21:12:03 +0900
A3: S様,佐藤勝昭です。
　パラメトリック・ダウンコンバージョン(parametric down conversion)ですね。原理的にはありうると思います。ブラジルの物理研究所のホームページにありますように,ある条件を満たせばエネルギーの高いフォトン(4.66eV)がエネルギーの低い２つのフォトン(エネルギーの和が4.66eV）を発生することが出来ます。
２つのフォトンはエネルギーが同じでなくてもよいので、巾を持ったものになります。以前のあなたのメールで巾が広いのが気になるとご指摘されましたが、パラメトリックダウンコンバージョンであれば理解できます。
　これについては、この道の専門家である東北大の片山先生を紹介しますので、そちらにお尋ねください。
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Date： Thu, 15 May 2014 23:13:07 +0900
AA: 佐藤先生、度々のメール有難うございます。2倍波長の発生もありうると言うことですね。
また、片山先生のご紹介有難うございます。先生とのやり取りを整理し直した上で、お伝えしアドバイスを請おうと思います。
一つ思いついたのですが、最表面の構造が問題とのことですので、サファイア基板を水素アニール処理したもののスペクトル測定をしてみようかと思います。
何か変化があれば面白いですね。
この度は本当に親切にご対応頂き、有難うございました。
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[参考]（片山准教授からの回答
Date： Sat, 17 May 2014 03:20:02 +0900

　東北大の片山です、お返事遅れまして申し訳ございません、ご連絡有り難うございます。下記、当方の経験からコメントさせていただきます。

①波長532nmに検出される光の原因について
A）レーザからの2倍波成分
　S様・佐藤先生のお考えの通り、YAG4倍波の光源の種類によっては2倍波（532nm）のコヒーレント光が存在します。というのは、4倍波だけを高強度発生する目的の高調波発生ユニットでは、1倍＋3倍の和周波数で4倍波を発生し532nmを介在しないものもありますが、2倍波も利用できる多くの仕様のレーザユニットですと、2倍＋2倍で4倍波を発生するために必然的に532nmの光が混在します。後者の場合で特に、非線形光学結晶の角度チューニングが狂うと、変換効率が顕著に低下し、二段目の結晶を励起する532nmが抜けてきます。また、安価なKDP結晶を用いる場合は、266nmを多少吸収して発熱により位相整合条件がずれますので、その場合も特にレーザ立ち上げ初期には532nmの光が抜けやすくなる製品が多いとメーカの方に伺ったことがあります（BBO結晶を用いると温度変化に鈍感になるのでこれを防げるそうですが、宝石より高いです）。
　266nmだけを利用する場合、通常はハーモニックセパレータ（誘電体多層膜ミラー）を用いて532nmを除去するのが得策ですが、一つ5万円ほどと高価でかつ角度がずれると2桁も落とせなくなるので、ウェッジプリズムを用いて266・532nmの二波の光路をより分ける（屈折率分散を利用します）のが、最もお手軽かと思います。
B)分光器内での高次回折
　Facebookで岩谷先生がご指摘くださったように、グレーティングを用いた分光器内では、望みの波長である1次回折に加えて、比較的高強度な2 次（波長で倍）、3次（3倍）…と高次にあたる角度への回折も起こります。
　メーカ製のPLマッピング装置であれば上記の事象を踏まえてあらかじめ適切なオーダーソーティングフィルタが入っているものと思いますが、そうでない場合は、266nmをカットし測定したい波長域だけを通すフィルタを挿入する必要があります。
　参考まで、お使いになった分光器のスペックをお教え頂けますと幸いです。OceanOpticsなどの20万円ほどのコンパクトなファイバマルチチャネル分光器でも、購入時に指定すればリニア検出器の特定の箇所に複数のオーダソーティングフィルタを設置し、上記の高次回折を全く気にせずに測定できる製品があります。それらが分光器内に設置されていない場合でも、シグマ光機などで購入できる安価な色ガラスフィルタで266nmをカットすれば問題無いはずです（余り紫外ぎりぎりのフィルタはありませんが）。ちなみに、下記URLのようなカットオフ比の高い誘電体多層膜ミラーを購入するのも良いのですが、高価なうえ、透過波長域でも透過スペクトルに周期的なフリンジが重畳することと予期せぬ波長で長波長側のカットオフとなる懸念がありますので、ウェブサイトでダウンロードできる透過スペクトルの数値データを確認してからのご購入をお勧め致します。

②波長532nmに検出される光の半値幅について
　こちらもお使いになっている分光器のスペックをお調べ頂くと回答できるのですが、ポータブルファイバ分光器のような短い分光器長のものですと波長分解能はさほど良くないですので、実際は狭線幅であるレーザー光を測定しても、例示頂いたスペクトルのような太いピークとなって観測される場合はよくあります。
　ちなみに当方、光パラメトリック下方変換（OPDC）についてもいくらか測定をしておりますが、特段に共振器を組まない限り、単膜における上記過程は通常のコヒーレンス長からするとその線幅はかなり広くなり、かつシグナル・アイドラの二光子を532nmに縮退させるにはかなり厳密な位相整合の努力（膜厚均一性や再現性）が必要となるはずですので、拝見したピークは残念ながら（スペクトルを拝見するまで、実はちょっと期待しておりましたが）これが原因ではなさそうです。
　ただし、他の項目すべてに該当せず、やはりOPDCであろうということで必要であれば、当方SHGやOPDCの入・出射角依存性を測れるゴニオメータと266nmのパルスレーザがございます（以前佐藤先生にお世話になり、一式揃えさせて頂いた装置です）ので、反射SHG等の測定を行ってみてもよいと思います。強くたたけば、反転対称性の破れさえあれば何でも出ます。

③薄膜干渉効果・AR効果について
　「1/4波長で反射が打ち消し」と書かれている部分がありますが、基本的に「（N＋1/4）波長で反射が打ち消し（N=0,1,2…）」かと思いますので、ラフネス次第では干渉の効果がでてもおかしくないとは思います。
　ただし以下の⑤でコメントしますとおり、干渉というよりは、多分にGaN表面・サファイア基板裏面における散乱の効果が大きいものと考えております。

④格子の極性反転について
　こちらも皆様のご議論の通りだと察します、Mgのδドープやヘビードープにより、Ga極性がN極性に反転する事象はよく報告されています。一方、当方の研究室では永らく、Ga極性膜を介さずに直接サファイア上にN極性膜を成膜しておりますが、成長前にサファイアを窒化することがN極性化のポイントですので、GaNの1000~1100℃での成長前のプロセスシーケンスについても、基板が部分的に窒化されてしまっていないかの検討が必要かと思います（目的がGa極性であることを前提としております。またud-GaNの極性もチェックされると良いかと思います
）　なお簡便な極性判定法としては、濃度4～8mol/l、温度40℃程度のKOH水溶液中に数分～30分程度浸漬するだけで、N極性面は容易にエッチングされピラミッド状のモホロジとなります（SEM観察が良いと思いますが、目視でもざらっと白濁するはずです）ので、お試し頂けますでしょうか。本研究室では、KOHペレットは潮解し、いちいち秤量するのが手間ですので、試薬会社から瓶詰めの濃度の決まった水溶液を購入して使用しております。一方、上記エッチング条件では、Ga極性膜はどれだけ成膜条件を外しても（常識の範囲ですが）ほぼエッチングされません。

⑤波長532nmに検出される光強度の面内での不均一性について
　まずお使いのPLマッピング装置における、レーザー光の入射角度と、PL光の検出方法を教えて頂けると幸いです。当方が使用していた装置ですと、対物レンズにカセグレン鏡を用いた反射光学系でしたので同軸で入射し、励起光集光角と発光を検出できるアクセプタンス角ほぼ同じでした。平坦で鏡面反射が多い試料表面ほど、励起光が検出される強度が強くなるケースにあたります（もともとラマン用に設計しましたので）。
　一方、深紫外レーザで励起となると、励起光は発光検出レンズとは異なる軸で斜入射するケースが多いと思われますので、その場合は、試料表面が平坦であるほど（領域a？）鏡面反射となるので集光系で検出するレーザ強度は減少し、逆に荒れるほど（領域b？）拡散反射・散乱光として検出系のアクセプタンス角度内に入る励起光の光量が増えます。

　①の原因がAかBかによって解釈は代わるのですが、例えば。
B）もともと266nmの分光器高次回折が原因の場合
・サファイア基板では、透明なので裏面サンドブラスト領域で散乱光発生・平坦なGa極性領域では、サファイア裏面からの散乱は（GaNの吸収により　到達せず）拡散反射光はゼロ、表面の散乱光もゼロ・荒れたN極性領域では、サファイア裏面はゼロだが、表面の散乱大・上記の高次回折として、266nmの散乱光が532nmに観測される

A)　もともとレーザに含まれる532nmの光が原因の場合
・サファイア基板では、表面平坦なので鏡面反射光検出
・平坦なGa極性領域では、表面平坦で鏡面反射光検出
・荒れたN極性領域では、表面で散乱され鏡面反射光が顕著に減少

　即ち、違いは領域aとbのどちらが荒れているかにかかってきますので、SEMかAFMでのもう少し微視的なモホロジ観察をされると結論に至るように察します。

⑥キャリア濃度について
　実は当方この点について興味深く思うのですが、MOVPE成長でN極性GaNのp型化に成功したグループは当方の研究室とUCSBだけで、先日弊室の谷川より電気特性・活性化エネルギ等について評価した結果をJJAP誌に投稿させていただきました（UCSBは電流注入発光できたのでp型のはず、という言及に留まっております）。もしN極性化したドメインがp型伝導かつ低抵抗な部位となったとすると私どもの結果と一致しますが、N極性面はMg の取り込み効率がGa極性面より高いと同時に、酸素などドナー不純物も更にたくさん取り込みますので、補償によりなかなかp型化しません。

⑦図１のモホロジについて　　〔※できればスケールバーを表示下さい。〕
　ヘビードープにより発生する極性反転ドメインのモホロジについてはあまり見たことがありませんが、水滴状のモホロジを見るとこと、一度Gaドロップレットが析出した後に窒化されてGaNと成ったようにも見えます。低温緩衝層の成膜時にアンモニアが不足しGaが析出していないかどうかについてもご確認いただけますでしょうか。またGa極性とN極性のGaNの最高成長可能温度も若干差があるとの報告がありますので、サセプタの熱電対温度や放射温度計温度ではなく実温1100℃を大きく越えて成長していないかと、いずれかのタイミングで基板温度が高いにもかかわらずアンモニアガスフロー無しとなっていないかについても、ご確認頂けますと幸いです、

　また、本研究室の松岡教授はノマルスキ像だけでだいたい成長条件のずれが分かりますので（どちらの極性も）、もしよろしければ基板のオフ角度とその方位、成膜条件等についても併せてお教え頂ければ、相談してみますので宜しくお願い致します。
（メーカー様ということで、多分に現状のモホロジで大変お困りかと思い　ますので、本務ということでなければ非線形光学過程については多少後　にまわし、御社でまず必要な平坦膜を作製できる旨い条件を探すお手伝　いするのが先決かと思います。）
　取り急ぎです、ご検討いただけますようどうぞ宜しくお願い申し上げます。

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1323. 金のナノロッドの光学応答

1324. 燃焼管内で使えるミラー材料

1325. 金属光沢の説明

Date： Sun, 6 Jul 2014 00:26:31 +0900
Q1: 佐藤勝昭　様
はじめまして。
私は愛知県で高等学校の教員をしておりますIと申します。
金属光沢を分かりやすく生徒に伝えようと思い、学術的な背景を調べる中で先生のHPにたどり着きました。
HP内の物性工学概論(2006)の第３回の資料に、束縛された電子についてローレンツの式を用いての説明がありますが、この説明の解釈について、またそれによる金属光沢の色味についての説明は、以下の解釈で正しいのでしょうか。

①束縛された電子は内殻電子のことである。
②ゆえにローレンツの式が適用される電子系とドルーデの式が適用される電子系は別々の電子系として議論してよい。
③バンド間遷移についても同様に解釈して、固体金属の内殻電子についてはバンドギャップが絶縁体のように大きいと考える。
④また、そのバンドギャップのエネルギー差が誘電率の急落に対応している。
⑤よって内殻電子のバンドギャップが大きい一般的な金属では銀のような金属光沢を示すが、
金や銅などはそのバンドギャップが比較的小さく、可視光域の光を吸収するために呈色する。

私の調べた範囲では、以上の内容が一番しっくりくるのですが、そのような解釈による説明は見当たらなかったで、質問させていただいた次第です。
おそらく束縛電子についての解釈と、バンド間遷移についての私の理解が乏しいことによる質問になりますので、この辺りを詳しくご教授願いたいと思います。
また、花村榮一「固体物理学」のバンド間遷移による金属プラズモンの説明を読んで理解を深めようと思ったのですが、

⑥先生の仰るローレンツの式による束縛電子の影響は、バンド間遷移の電子分極への寄与と考えて差し支えないのでしょうか。

質問は以上です。お忙しい中とは思いますが、よろしくお願いします。
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Date： Sun, 6 Jul 2014 00:55:03 +0900
A1: I様、佐藤勝昭です。
　メールありがとうございます。ローレンツ計とドルーデ系が別々の電子という点は、I様の解釈でOKですが、束縛電子についてやや誤解がありますので、訂正しておきます。
　物性工学概論において束縛電子モデルを使ったのは、バンド間遷移による価電子の励起の寄与をローレンツモデルで扱うという意味で、束縛電子と表現したわけで、内殻電子の励起では決してありません。内殻電子の励起はX線の領域に来ます。
　金属においてもバンド間遷移が考えられ、実際Auのプラズモン周波数はAuの5dバンドからフェルミ面への遷移の周波数に相当します。
スペクトルは量子力学を用いた計算でも、近似的にローレンツ型の重ね合わせになりますので、古典的な束縛電子モデルを使っても、スペクトルを近似するには差し支えないのです。
これについては、トライボロジスト誌に書いた解説「金属の色と金属光沢」をお読みください。
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Date： Sun, 6 Jul 2014 02:50:10 +0900
Q2: 佐藤勝昭　様
夜の深い時間にもかかわらず、素早い返信感謝いたします。
先生の説明によって私の理解が少しクリアになりました。

バンド間遷移による価電子の励起の寄与をローレンツモデルで扱うという意味で、束縛電子と
表現したわけで、内殻電子の励起では決してありません。内殻電子の励起はX線の領域に来ます。

金属においてもバンド間遷移が考えられ、実際Auのプラズモン周波数はAuの5dバンドからフェルミ面への遷移の周波数に相当します。
つまり、5d軌道の電子も金属中ではバンドを形成しており、非局在化していないために固有のバンドギャップを持つが、その軌道内のバンドギャップのエネルギーは大きく、X線のエネルギーに相当している。
5dバンドの価電子帯の電子は、6sバンドのフェルミ面に励起することができて、これをバンド間遷移と表記している。ということでしょうか。

また、お示しいただいた試料中の鉄の項目についてですが、鉄のバンド間遷移のエネルギーは金や銅に比べて低く、可視光域の全領域にわたって価電子による反射を低下させると考えるのは不適当なのでしょうか。
ずうずうしくも新たに質問させていただきますことお許しください。
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Date： Sun, 6 Jul 2014 08:54:31 +0900

A2: I様、佐藤勝昭です。
　私の説明が悪く誤解を招きました。Auの5d軌道は閉殻(M殻)を作っておりますが狭い（状態密度の高い）バンドを作っており、「M殻→フェルミ」の遷移はバンド間遷移と見なし、内殻遷移とは考えていません。
私が内殻遷移と言ったのは、「Auの5d軌道内のバンドギャップ間遷移」ではなく添付図に示したように、X線でK殻(1s)電子が励起されM殻から電子がK殻ホールに遷移するようなものを指しております。
Feの3d軌道は幅の広いバンドを作っていて、Auに見られるような明確なエッジが見られません。さらにフェルミ面に有効質量の大きなd電子が混成しているので自由電子プラズモンのダンピングが大きく、ε'が負の大きな値になることを抑えているので反射率が高くないのではないかと思います。
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Date： Sun, 6 Jul 2014 11:56:09 +0900
AA: 佐藤勝昭様
返信ありがとうございます。
Auの5d軌道は閉殻(M殻)を作っておりますが、狭い（状態密度の高い）バンドを作っており、「M殻→フェルミ」の遷移はバンド間遷移と見なし、内殻遷移とは考えていません。
私の解釈の中の「その軌道内のバンドギャップのエネルギーは大きく、X線のエネルギーに相当している。」という部分に誤解があるということですね。

内殻遷移についてはこの場合特に考える必要はなく、5d軌道に収容された内殻電子のフェルミ面への遷移を議論していると解釈しておけばよいのでしょうか。

Feの3d軌道は幅の広いバンドを作っていて、Auに見られるような明確なエッジが見られません。
鉄の場合内殻電子が閉殻構造をとっていないことを失念しておりました。貴金属系ほど単純な議論はできなさそうですね。
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1326. 運動する点電荷の式を金属中に適用するには

Date： Mon, 30 Jun 2014 17:03:47 +0900
Q1: 佐藤勝昭先生：　K*大学教員W*と申します．
　--------------------------------------------------------------
　●(Lienard-Wiechertポテンシャルを経て求めた)　　運動する点電荷がつくる電場を表わす
　　(添付のpdfファイルの４ページめの)式(13)は，
　　(暗に/当然に)「真空」中を運動する点電荷についてのものであると理解しますが，

　　この式(13) (or 添付のpdfファイルの考え方) を「金属」中を運動する自由電子がつくる
(金属内における)電場に応用することは可能でしょうか？

　　　※(表層的に推測すると)
　　　　式(13)中の真空中での電磁波の伝搬の速さｃを金属の複素屈折率(光学定数)ｎ^ (＝ｎ＋ｉｋ)
　　　　あるいは (複素屈折率の実部の)屈折率ｎを用いて
　　　　　ｃ → ｃ/(ｎ^)
　　　　　ｃ → ｃ/ｎ
　　　　の置き換えを行うのでは？と思ったのですがいかがでしょうか？
　--------------------------------------------------------------
　見当外れの質問である場合はご容赦下さい．
　よろしくお願い申し上げます．
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Date： Sat, 5 Jul 2014 18:46:49 +0900
A1: 様、佐藤勝昭です。
　お返事が遅くなって申し訳ありません。
ご質問の趣旨は、真空中で運動する電子に適用される電場の式が、金属中の環境を複素誘電率に
押し込めれば、そのまま適用できるかということでしょうか。古典的な電磁気学では金属中では
電界がないとしているので、ミクロな立場で固体物理学の考え方で扱わなければなりません。
金属中では、電子が電子の海の中を運動するので、多体問題になります。電子間相互作用をどう
扱うか。多体効果を取り入れた金属のバンド構造や電子散乱まで考えるとはたして複素誘電率に
おしつけて真空中で成立する式が適用できるのか分かりません。
　いま、理論屋さんに問い合わせているところです。
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Date： Wed, 16 Jul 2014 16:43:22 +0900
A1': W様,佐藤勝昭です。
　東工大理学部の村上修一教授に問いあわせていましたが、本日,下記のような回答がありました。
複素屈折率の周波数依存性の考慮が必要とのことです.
（前略）ご指摘のとおり、金属のバンド構造や電子散乱は特に複素屈折率の周波数依存性に大きく
影響を及ぼしますので、Lienard-Wiechertポテンシャルを適用する際に複素屈折率の周波数依存性を
入れる必要があると考えられます。
特にLienard-Wiechertポテンシャルを考えるということは非常に短時間の物理なので、電荷の運動に
対し周囲（他の電子、格子）がどのくらい速く反応するか、という問題が強く効くはずです。
格子はそんなに速く反応しないですが、他の電子は素早く反応するはずなので、複素屈折率は今考えて
いる周波数に大きく依存し、その周波数依存性を無視することはできないと思います。
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Date: Thu, 17 Jul 2014 13:44:11 +0900
Q2: 佐藤勝昭先生村上修一先生、です．
大変おいそがしいところ回答下さりありがとうございました．
(もう少しだけ質問させていただいてもよろしいでしょうか？)
『複素屈折率の振動数依存性を考慮する』ということは，
　(式(13) あるいは) 式(13)の直前の
　　Ｅ(ｒ,ｔ)＝－∇φ(ｒ,ｔ)－{∂Ａ(ｒ,ｔ)/∂ｔ}
　　［※ｃ → ｃ/(ｎ^) の置き換えを行った］
　の両辺をFourier変換して角振動数ω領域において
　電場Ｅ(＝Ｅ(ｒ,ω))を求めるということでしょうか？
　よろしくお願い申し上げます．
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Date： Thu, 17 Jul 2014 15:11:09 +0900
A2: W様,佐藤勝昭です。
　『複素屈折率の振動数依存性を考慮する』ということは，c*=c/n(ω)にしなければならないということです。
(13)式をフーリエ変換するだけでは説明できないのではないでしょうか？
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Date： Fri, 18 Jul 2014 11:53:18 +0900
Q3: 佐藤勝昭先生：
　Wです．ご回答ありがとうございました．
　昨日(20140717)の私からの質問は，
　『複素屈折率の振動数依存性を考慮する』ということは，
　(式(13) あるいは) 式(13)の直前の
　　Ｅ(ｒ,ｔ)＝－∇φ(ｒ,ｔ)－{∂Ａ(ｒ,ｔ)/∂ｔ}
　　［※ｃ → ｃ/(ｎ^) の置き換えを行った，
　　　　たとえば金属として銅を想定して
　　　　銅の複素屈折率スペクトルｎ^(＝ｎ^(ω))は
　　　　減衰項ありのDrude分散式に従うとする］
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・式(13+)と呼ぶ
　の両辺をFourier変換して角振動数ω領域において
　電場Ｅ(＝Ｅ(ｒ,ω))を求めるということでしょうか？

　とすべきでした．

　以下は，　「振動数依存性を考慮する」ことと「Fourier変換する」こと
　の関係について昨日先生にお聞きしたかったことを書きますが，
　(意図不明)・(的外れ)・(基本理解不足)などであればご容赦下さい
．
　(複素屈折率ｎ^の分散式が既知であるとすれば　任意の角振動数ωについてｎ^の値が既知であり，)
　ある(１個の)ωについて(も) ｎ^の値は既知であり，そのｎ^の値を式(13+)の右辺に代入すれば
　(式(13+)の両辺を(わざわざ)Fourier変換しなくてもそのまま)時刻ｔ領域においてあるωについて
　(さらに別の(いろいろの)ωについても同様に)　式(13+)の右辺が見かけ上計算できてしまうよう
　に思えるのですが，そのような簡単なことをもって振動数依存性を考慮したと言えるでしょうか？
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Date： Mon, 21 Jul 2014 14:51:52 +0900
A3: W様、佐藤勝昭です。　あなたのご質問が、あくまで古典的なLienard-Wiechertポテンシャルの近似の範囲で見かけの複素屈折率を使え
ないかということでしたから、ある周波数範囲のもとで、n(ω)を使ってもよいと答えただけです。
　周波数に依存するということは時間依存をきちんと扱う必要があって、ご存知のように久保公式を使う必要があります。
このときに、現象として、電子との相互作用をどこまで取り入れるかということだと思います。村上先生のご指摘のように、
格子との相互作用と電子との相互作用では時間スケールが異なりますが、これを全て取り入れて久保公式で計算すれば、
誘電率、従って、複素屈折率の周波数依存性も全部表すことができるでしょう。　この計算は大変面倒ですが、Wさんが挑戦してみてはいかがでしょうか？
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Date： Wed, 23 Jul 2014 08:00:24 +0900
AA: 佐藤勝昭先生：
　K大・Wです．
　お礼が大変遅くなり申し訳けございませんでした．
　ご回答ありがとうございました．

　先生からいただいた(考え方・キーワード)を　(私の中で消化してから)
　いま私が計算したい対象の系にどのように取り込むかを考えたいと思います．
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1327. 磁気光学効果における磁場の効果

1328. 高比透磁率材料の厚さと磁気飽和、飽和磁束密度の関係

Date： Mon, 14 Jul 2014 06:58:48 +0000

Q1: 佐藤勝昭先生、K*社のE*と申します。
書籍を若干読んだ程度の知識で申し訳ありませんが、材料の飽和磁束密度について調べていた所、こちらの存在を知り、勝手なお願いながら教えていただければとメールした次第です。

まず概要を説明させていただくと。
現在、残留磁束密度1.3Tほどの円柱形磁石を連結したリニアレールの上に、20mmほど離して150mm四方の板状パーマロイPB材1mmを重ねて磁界を遮る事を試みています。
さらに外側は2cmほど開けてパーマロイを挟み込む様に数mm厚の処理鋼板で挟む配置となっています。

通常、パーマロイは比透磁率の高さを利用して保護対象を囲みこむ使い方が一般的ではありますが、囲み込む使い方でできず「壁」を作るような方法をとっています。

結果、テスラメータでPB材1枚で両面垂直方向の磁束密度は、磁石側で40mT、反対側で数～1mTほどとなり、数枚重ねても反対側の磁界を消すことはできませんでした。

この現象をメーカー問い合わせした所、40mTの磁束密度に1mmのPB材では飽和しているとの見解が出てきましたが、

ここで
　・PB材の磁束飽和密度1.5Tでかかってる磁束密度より大きい
　・磁束密度の単位はT(テスラ）= Wb/m2で単位上厚さは無関係
の２点から材料の厚さでは磁気飽和しないのでは考えたものの、メーカーからはそれ以上の情報は得られず、現象に対する根拠が明確にできず困っております。

つきましては
　・材料の厚さと磁気飽和、飽和磁束密度の関係
　・厚さと反対側の磁界が磁気飽和と無関係の場合どのような現象が考えられるか
を教えて頂けないでしょうか
申し訳ありませんが宜しくお願いします。
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Date： Wed, 16 Jul 2014 18:28:37 +0900

A1: E様,佐藤勝昭です。　磁気シールド板内では、高い透磁率のために磁力線は、板の中を面に平行に流れるのですが、 PB材のBH曲線（添付図）で見る限り、40mT=400Gauss=32000A/mも印加すると飽和領域に入っていて、透磁率はかなり小さくなっているのではないでしょうか.
また、PB板端面からの磁力線は、遮蔽鋼板との隙間を通って回り込みます。
　なお、添付図だけでは,状況が分かりません。
円柱状の磁石の長さとPB板の関係が分かりません。図から見る限り磁石の円形断面が磁極となって紙面に垂直に強い磁界が出ているはずです。できれば立体的な図を描いて頂けないでしょうか
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Date： Fri, 18 Jul 2014 08:11:20 +0000

Q2: 佐藤勝昭先生、Eです。お世話になっております。

連絡ありがとうございました。
書いて頂いた内容を読んで、自分が飽和磁束密度＝飽和しない磁界の上限と勘違いしてしまっていたことに気づくことができました。
初心者ということを差し引いてもお恥ずかしい限りです。

ただ、悲観しているばかりいても、パーマロイ反対側まで達した磁界が消えるわけでもなく、申し訳ありませんがもう少し教えて頂ければ幸いに思います。

立体的な図を書くのが得意ではないため、今回参考として立体的が全体の概略図と、リニアレールの構成、寸法を入れた平面図を添付させて頂きました。
それぞれの配置は一番上の図の全体構成にあるとおり、処理鋼板に挟まれた場所にリニアレールが固定され、その上をパーマロイが貼り付けられたステージが移動する様になっています。
保護対象は図中に記載しました様にφ52mmのPMTで、ここに達する磁界を数十uTまで低減する検討を行っている次第です。

前回質問させて頂いた内容は、パーマロイと厚さ・飽和の関係が理解できず教えて頂きたいと言う内容でしたが、この件に関して、下記の内容について教えて頂けないでしょうか。
素人質問で申し訳ありませんが宜しくお願いします。

＜質問事項＞・磁束密度は、外部から磁界を与えることで発生する磁界。その磁界が増えなくなる点が飽和磁束密度となっています。
　これは単純にパーマロイが弱い磁界を与えることでB-H曲線にある磁束密度をもつ磁石になると言うことでしょうか。
　それとも、磁束を通せると言う意味でしょうか。

・パーマロイPB材と一番近い処理鋼板の隙間から磁界が吹き上がっているとの指摘を　頂き、磁界が隙間から回り込みんでいる事は理解しました。
　構造上の制約からこの磁界を現状のようにリニアレールと平行に配置された防磁手段だけで遮る必要があるのですが、可能でしょうか。
　また、なにかよい手段は有りますでしょうか。

・パーマロイ1mmを数枚重ねても、保護対象への磁界が無くならず、保護対象の防磁策としてシールド施設の様に空気層を入れて対策を取る事位しか思い浮かびません。
　この時、空気層の厚さと磁界の減衰にはどのような関係があるのでしょうか。
　単純に比透磁率と距離を抵抗成分と見立てて計算して良いものでしょうか。
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Date： Mon, 21 Jul 2014 13:41:14 +0900

A2: E様、佐藤勝昭です。
質問(1)単純にパーマロイが弱い磁界を与えることでB-H曲線にある磁束密度をもつ　磁石になると言うことでしょうか。それとも、磁束を通せると言う意味でしょうか
答え：パーマロイは軟磁性なので、わずかな磁界で大きな飽和磁束密度をもった磁石に　なります。従って、磁路を閉じない限り、端面から大きな磁束がでます。

質問(2)リニアレールと平行に配置された防磁手段だけで遮ることは可能でしょうか。
　添付図proposal(1).jpgのように隙間が少なくなるように、シールドが壁から出ていて重なるようにしてはいかがでしょうか

質問(3)空気層の利用
　あまり意味がありません。磁気シールドの対象がフォトマルのみであれば、フォトマル部分をシールドすることを考えた方がよいのではないでしょうか。
　私は、磁気光学効果の測定のために、図proposal(2).jpgのような形でフォトマルを磁気シールドしていました。
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1329. 鉄と酸化鉄の比透磁率

Date： Thu, 24 Jul 2014 18:43:42 +0900
Q1: 佐藤先生
はじめまして、X社にて開発を行っておりますO*と申します。お忙しいところ、申し訳ございませんが、教えて頂きたいことがございまして、メールさせて頂きました。
開発には関係ないのですが、鉄と酸化鉄の比透磁率を調べております。
いろいろ探したのですが、其々の質量磁化率しか見つけられませんでした。
そこで、質量磁化率から透磁率を求めることとし、以下の式にならって計算を致しました。

μ＝１+κ-①
μ：比透磁率（単位：無次元）
κ：体積透磁率（単位：無次元）

κ＝Χｘσ-②
Χ：質量透磁率（m3/kg）
σ：比重（kg/m3）

①に②を代入して
μ＝1+Χσ

鉄の体積磁化率は0.022（SI単位に換算すると0.27）であったので代入すると
比透磁率μ＝1+0.27＝1.27
となりました。
しかし、一般的に鉄の透磁率は5000程度との記述を見つけました。

計算のどの部分が間違っているのでしょうか。

同様に他の化合物に関しても計算しているのですが（下表）
、鉄の数値がかけ離れているので、その他の化合物に関しても間違っていると考えております。

化合物	比重		T	Χg 質量磁化率		κ 体積磁化率		K
	g/cm3	kg/m3	K	10-6cm3/g	m3/kg	(無次元）	SI単位に換算	（無次元）
α-Fe	7.874	7874	293	217.6	0.000003	0.02153	0.27	1.27
FeCl2	3.16	3160	293	116.4	0.000001	0.00462	0.06	1.06
FeO	5.7	5700	293	100.2	0.000001	0.00718	0.09	1.09
Fe3O4	5.17	5170	293	91.2	0.000001	0.00593	0.07	1.07

以上
ご返信頂けますと幸いです。
宜しくお願い申し上げます。
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Date： Fri, 25 Jul 2014 19:21:53 +0900

A: O様、佐藤勝昭です。
　磁化率χはχ=M/Hで定義されますが、磁化Mが磁界Hに比例することが前提です。
従って、常磁性体、または、強磁性体のT＞Tc、フェリ磁性体のT＞TNの常磁性領域でのみ定義できます。あなたの示されたαFeの0.022という値はT＞Tcの値でしょう。
　αFe（強磁性体）はT＜Tc、Fe3O4(フェリ磁性体)はT＜TNで自発磁化を持ちます。
すなわち、磁界Hを加えなくても有限の磁化Mを持ちます。
　磁化率χをχ=M/Hとすると、H=0でも0でないMがあるのでχは発散してしまいます。
従って、普通の磁化率の表には載っていないはずです。例えば、
Magnetic Susceptibility
それでは、強磁性体の磁化率とはどういう定義なのでしょう？
添付図は、強磁性体・フェリ磁性体のB-Hヒステリシスです。初磁化状態では、強磁性体が磁区に分かれるため、H=0でB=0になっており、磁界を加えると磁壁が動いてBが生じます。このときのB/Hが初透磁率μ_iです。
この値は、試料毎に異なりますが、Fe(99.8%)の場合、5000、Permalloy の場合8000と書かれています。
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Q2: 佐藤勝昭先生
ご回答ありがとうございます。
匿名でお願いしておりますOです。ご返信遅くなり申し訳ございません。
書籍に記載ある強磁性体の磁化率は、キュリー温度以上における磁化率なのですね。
つまり、質問させて頂いた式①は、キュリー温度以下では成立しないことに納得出来ました。
お忙しい中、ご丁寧なご説明ありがとうございました。

先生のご説明の中でわからないことが１点ございましたので教えて頂けますと幸いです。

私の理解として「Fe3O4は強磁性体である」というのが前提となります。
前提に誤りがございましたら、ご指摘いただけますと幸いです。

〇教えていた頂きたいこと
先生のコメント
「Fe3O4(フェリ磁性体)はT＜TNで自発磁化を持ちます」
ここで言うTNは、反強磁性転移温度でよろしいでしょうか。
その場合、
「Fe3O4とは、TN以下の温度では、強磁性体であり、TN温度以上になると反強磁性体になる物質」
との認識でよろしいでしょうか。

申し訳ございませんが、よろしくお願い申し上げます。
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Date： Fri, 1 Aug 2014 16:25:20 +0900
A2: O様。佐藤勝昭です。Fe3O4(magnetite)はフェリ磁性体です。
　フェリ磁性体は、反強磁性体の一種で、↑と↓の副格子磁化にアンバランスがあって正味の自発磁化が出ている状態です。フェリ磁性体が磁気秩序を失う温度は、反強磁性体と同じくネール温度TNといいます。従ってT＜TNでは自発磁化があり、T＞TNでは常磁性になります
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Date： Mon, 4 Aug 2014 09:51:04 +0900
AA: 佐藤勝昭先生
ご回答ありがとうございます。
フェリ磁性体が反強磁性体の一種であることを理解しておりませんでした。
最後までご丁寧に解説いただきましてありがとうございました。
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1330. 結晶中の原子の座標・配位数

1331. 光起電力の円二色性

1332. 断熱消磁冷却の電場バージョンはあるか

Date： Mon, 15 Sep 2014 10:16:00 +0900
Q: 佐藤様
はじめまして。当方、10年ほど前に大学で物性物理(磁性理論)を専攻しており、今は全く関係のない特許関係の仕事に就いている山形直也というものです。先日あるニュースを読んで気になったことがあったため、もしご存知であればご教示頂きたくメールさせていただきました。

先日、このようなニュースがありました。
http://www.huffingtonpost.jp/science-portal/freezer_b_5812194.html
断熱消磁による冷却かぁ…講義のテスト難しかったなぁ…。なんて思って読んでいたのですが、ふと気になったことがあります。

当方の理解が正しければ、断熱消磁による冷却とは
①磁場によって強引にスピンの向きを揃えておき、エントロピーを小さく維持しておく。
②周囲から熱が入り込まないようにして磁場を切る。
③スピンの向きはバラバラになろうとするが(エントロピーは増えようとするが)、Tが稼げない。よって、吸熱（冷却）によってTをゲットし、エントロピーを増やす。
というロジックだったと思います。

ということは、強引にエントロピーが小さい状態を保った状態からそうでない状態への遷移を断熱系で行えば吸熱（冷却）は起こるということですよね？（ジュールトムソン効果もたしか同じ理屈のはず）
つまり、エントロピーが小さい状態（秩序だった状態）を維持するために磁場を利用する必然性はなく、たとえば誘電体に電場をかけてエントロピーを小さく維持して上記プロセスを実行しても冷却は可能なのではないかと思ったのです。

つきましては、
【１】　上記理屈(強いて言えば「断熱消電」)は合っているのか？
【２】　もし【１】があっているとすれば実験されたことはあるのか？
上記二点をご教示願い無いでしょうか？
以上、よろしくお願いいたします。
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Date： Mon, 15 Sep 2014 23:32:06 +0900
A1: 山形様、佐藤勝昭です。　断熱消磁による磁気冷却の原理についてのあなたのご理解【１】は、正しいと思います。
しかし、【２】誘電体の電場冷却は聞いたことがありません。おそらく絶縁破壊が起きるくらい高い電場をかけないと、常誘電体のエントロピー曲線の変化が出るほど電気双極子を揃えることができないのではないでしょうか。
　私見ですが、レーザー冷却は一種の電場冷却ではないかと思います。
　レーザー冷却法は、気体原子がレーザー光の電場によって生じた電気双極子により、励起光よりエネルギーの高い位相がそろった光を放出することで原子系からエネルギーが失われ、断熱状態にある原子の温度が低下しますが、原子系の温度が下がることで減少するエントロピー量と、光の電場のもつエントロピーの増加が均衡するまで冷却できるということですから、一種の電場冷却と考てもよいのではないでしょうか？
間違っているかも知れません。
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Date： Sat, 20 Sep 2014 07:47:13 +0900
A2: 山形様,佐藤勝昭です。
　レーザー冷却は一種の断熱消電ではないかと書いたのですが、
首都大学東京の宮原先生から「レーザー冷却ですが、自然放出スペクトル幅の中心周波数より若干低めのエネルギーで励起するので、ドップラー効果も重要かと思われます。
エントロピーだけだと中心周波数励起でも冷却できることになりますが、実際はそうなりませんので・・・。」
というコメントをいただきました。単なる断熱冷却ではないようです。
　宮原先生に、断熱消電はないかと尋ねたところ、
「断熱消電のばあい、やはり原子核の電気双極子モーメントは非常に小さい（中性子の電気双極子モーメントはゼロと思われている）ので無理でしょうね。誘電体だと系が周りの熱浴とべったりで、断熱の条件がつくれないと思います。」とのコメントでした。
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1333. シリコンのヤング率の温度依存性

Date： Thu, 18 Sep 2014 14:30:45 +0900
Q1: 佐藤勝昭様突然のメール申し訳ありません。私はK*大学4年生のI*と申します。大学では物理学を専攻しております。
(もしHPに掲載されるのであれば大学名名前は伏せていただきたいです。申し訳ありません。)
Siの物性値を調べていてこのHPにたどり着きましてご質問させていただこうと思いました。
今回、Siのヤング率の温度依存性を知りたいと思い調べていました。しかし、なかなかSiの機械的性質を述べた文献や論文を見つけることができませんでした。
なので、もしSiのヤング率の温度依存性に関する文献や論文、もしくはそのような実験をしている方からのデータなどをご存じであれば教えていただきたいです。
お忙しい中大変申し訳ありませんが、お時間ございましたら返事いただけると幸いです。
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Date： Fri, 19 Sep 2014 23:11:44 +0900
A1: I君,佐藤勝昭（＠応物学会のため札幌出張中）です。
　旅先なので手元に論文がありませんが、シリコンのヤング率の-150℃～+150℃温度依存性については
Current Applied Physics Volume 9, Issue 2, March 2009, Pages 538ー545の
 Chun-Hyung Cho: Characterization of Young’s modulus of silicon versus temperature using a “beam deflection” method with a four-point bending fixture という論文に載っています.
図書館に行って取り寄せてもらってください。
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Date： Sat, 20 Sep 2014 21:32:19 +0900
Q2: 佐藤勝昭様
早速のご返信ありがとうございました。さっそく図書館で取り寄せてもらいます。
ただ、ヤング率の温度依存性についてもう少し高い温度まで(できれば800℃ほどまで)の情報も知りたいと考えております。
もしご存知でしたら、お忙しい中恐縮ですがお返事いただけると幸いです。
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Date： Sun, 21 Sep 2014 01:31:37 +0900
A2: Ｉ君、佐藤勝昭です。
　一般に、体積弾性率(bulk modulus)Bに関しては次のような温度依存性があることが示されており、これをWachmanの式といいます。
　　B(T)= B₀ + b₁ T e^(T₀/T)
ここに、B₀は絶対0度での体積弾性率、Tは絶対温度、 b₁とT₀はパラメータです。
体積弾性率Bとヤング率Eの関係は、ポワソン比をνとして
　　E=3B(1-2ν)
です。
ほとんどの物質のBは温度に対してほぼ直線的に変化するようです。
なお、下記論文を参照して下さい。
The temperature dependence of the isothermal bulk modulus at 1 bar pressure
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Date： Mon, 22 Sep 2014 13:12:37 +0900
AA: 佐藤勝昭様
返信ありがとうございます。
教えていただいたことを参考に少し勉強してみることとします。
お忙しい中、ありがとうございました。
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1334. 磁性体の比熱

1335. 太陽光パネルの反射

1336. 磁場ルミネセンスはあるか

1337. ガラスのファラデー効果の測定

Q2: 佐藤勝昭様、返信ありがとうございます。
装置のセッティングは(a)のほうです。
図は添付したファイルにあります。拙い図で申し訳ありません。
実験では偏光の回転が見られるものの回転角は小さく、それより求めたヴェルデ定数は、
8.7×10^-7[rad/G・cm]でした。

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Date: Mon, 15 Dec 2014 09:05:53 +0900
A2: 初めのメールでガラスの長さが57cmとあったのですが、図ではもっと短いようなので、本当はどうなっているのか、教えてください。
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Date: Mon, 15 Dec 2014 00:16:47 +0000
Q3: 佐藤勝昭様、ガラスの長さは5cmです。
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Date: Mon, 15 Dec 2014 10:20:51 +0900
A3: 小澤君、佐藤勝昭です。
はじめの質問にあった57cmは間違いですね。
仮にベルデ定数を4 x 10^-6 rad/Gcmとすると、長さ5㎝、磁界10000Gでは、約2度も回転するはずです。
偏光の回転が小さくなっている理由ですが、可能性としては、超伝導磁石はクライオスタットに入っているので、その窓材が関係している可能性があります。
そういう意味では、磁界を通常の穴あきマグネットで印加するほうがよいのではないかと存じます。
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Date: Mon, 15 Dec 2014 01:53:34 +0000
Q3: 佐藤勝昭様
角度の計算ですが、4.0×10^-6×5×10000ですか。そうすると0.2[rad]、11[deg]になるのですが、またベルデ定数が小さくなるのは温度が低いからということでしょうか。
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Date: Mon, 15 Dec 2014 11:45:09 +0900
A3: 小澤君、
ご指摘通り、2度はコンピュータ入力時のミスで約12度（11.5度）の間違いです。
常磁性のガラスの場合ベルデ定数は磁化率に比例します。磁化率は1/Tに比例するので、低温ほど大きくなります。
ガラスではありませんが、TGG（テルビウムガリウムガーネット）セラミクスの場合、ヘリウム温度では室温の値の87倍になるそうです。
（阪大ILEの年報2006）
反磁性のガラスの温度変化は小さく、変化率は10^-4/Kとされています。
（Applied Optics, Vol. 30, Issue 10, pp. 1176-1178 (1991)）
いずれにせよ、低温だからということはないと思います。
超伝導磁石は漏れ磁界が大きいので、フォトマルに影響を与えている可能性があります。チェックしてください。
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Date: Mon, 15 Dec 2014 03:17:20 +0000
AA: 佐藤勝昭様
適切な回転角を得るためには、フォトマルが磁場の影響を受けないようにするのがよいということですね。
一度フォトマルが正常に機能するか確認してみます。
漏れ磁界を考慮し、かける磁界を小さくするか、別のコイルを探したいと思います。
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Date: Sun, 18 Jan 2015 14:37:04 +0000
Q4: ??佐藤勝昭様,
お久しぶりです。横浜国立大学3年　小澤一謹です。
先日はファラデー効果についての質問にお忙しい中お答えいただきありがとうございました。　
　また質問がありメールしました。
漏れ磁場を考慮し、パイレックスガラスで測定したところ文献値に近い値がでました。（0.013[min/Oe・cm]）
　質問の内容ですが
磁場を反対方向にかけたところ反対向きに偏光面が回転したのですが、これは正しいことでしょうか。
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Date: Mon, 19 Jan 2015 07:36:26 +0900
A4: 小澤一謹君、佐藤勝昭です。
漏れ磁場を考慮して測定してうまくいったのはよかったです。ファラデー回転の正負は磁界の方向に対して定義されていますので、磁界を反転すると反転するのが正しいのです。
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Date: Mon, 19 Jan 2015 02:24:01 +0000
Q5: 佐藤勝昭様
お返事ありがとうございます。
測定の正確さがましたことを言えるのでよかったです。
光アイソレーターでは磁場方向と光の方向が反転しても回転する方向が同じですが、この実験では磁場方向が変わると回転方向は逆になりました。
光と磁場の相対方向が重要ではなくて、物質の磁化方向が重要なのでしょうか。
また鉛ガラスについてですが、鉛含有率が低い透明度が低い場合はヴェルデ定数は小さくなるのでしょうか。
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Date: Mon, 19 Jan 2015 13:04:37 +0900
A5: 小沢君、佐藤です。光の方向ではなく磁化方向に依存するのです。拙著「光と磁気（改訂版）」p10-11をお読みください。 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Date: Mon, 19 Jan 2015 07:30:25 +0000
Q6: 佐藤様
先生の本を読みました。納得できました。ありがとうございます。
また後半のヴェルデ定数の質問ですが、測定に用いたガラスの透明度が低かったのですが、
・ガラスの透明度が低いとヴェルデ定数は小さくなりますか。
それとも
・ガラスの透明度低い→光吸収大きい→楕円偏向になり光強度のピークがわかりにくいという関係はただしいでしょうか。
また鉛ガラスにおいて鉛含有率とヴェルデ定数は比例関係にありますか。
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Date: Mon, 19 Jan 2015 16:43:18 +0900
A7: 透明度とベルデ定数には、直接関係ありません。
透明度が悪い原因が不均一性や不純物、欠陥による場合、散乱などのために偏光が乱れることが考えられます。
ヴェルデ定数は鉛の濃度には比例すると思います。
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Date: Mon, 19 Jan 2015 08:49:14 +0000
AA: 佐藤様
ありがとうございます。いい考察が書けそうです。
今回の実験を通し、あさってプレゼンをします。
先生には測定方法から原理まで様々なことについてお世話になりました。ありがとうございます。
いいプレゼンが出来るよう頑張ります。
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1338. ナノスケール・シリコンの誘電率

Date: Wed, 31 Dec 2014 01:49:03 +0900
Q1: 佐藤勝昭様、K*大学4年生のI*と申します。大学では物理学を専攻しております。(もしHPに掲載されるのであれば大学名名前は伏せていただきたいです。申し訳ありません。)
以前にも質問させていただき、丁寧なご回答を頂戴いたしました。その節は大変感謝しております。今回も勝手ながら質問をさせていただくことをお許しください。
今回は誘電率に関する質問をさせていただきたくご連絡しました。
１、おそらく理科年表などに載っている物質の比誘電率などはある程度の大きさの試料を使い、測定していると思います。
　しかし、もし試料の大きさをナノオーダー(数nm?数百nm)にすると、比誘電率の値とは変わったりするのでしょうか。また、変わるのであればどのように変化するのかなどのデータや論文はございますでしょうか。
2、同様にナノオーダーのものの比誘電率を測定するときに、真空中などで試料表面がクリーンな状態(酸化膜などがつかず、未結合手が出ている状態)で測定した比誘電率と、表面を酸化させたり、水素で終端させて測定した比誘電率では値は変わるのでしょうか。そのようなデータや論文はありませんでしょうか。

個人的には、ある程度大きなものでは表面状態などは誘電率にあまり関係はしないが、ナノオーダーのものになると表面積の割合が大きくなり、表面状態により誘電率が変化するのでは…と考えたのですがそのようなデータや論文が見つけられず困っていました。できれば、シリコンに関するような情報があれば大変うれしいです。
以上になります。長文になってしまい申し訳ございません。
お忙しいとは存じますが、お時間ございましたら何卒ご回答のほどよろしくお願い申し上げます。
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Date: Wed, 31 Dec 2014 15:01:09 +0900

A1: I君、佐藤勝昭です。
　ナノスケールにおけるシリコンの比誘電率ですか・・? あなたが言うように、バルクと比較して表面の占める割合が大きいのでバルクの誘電率とは異なるでしょうね。
これは、どのような金属を電極に付けて測定するかによって（ショットキー障壁ができるなど）case by caseになると思います。
あなたが考えている系について具体的に検討しないと、一般論では云えません。
　それとは異なって、ナノスケールシリコンにおいては、バンド間励起子が量子閉じ込めを受けることによって比誘電率が減少する効果が知られています。
これは、測定条件によらないintrinsicな効果です。
　荒っぽい近似によれは、比誘電率εは添付ファイルに示すように、
　ε=1+A/Eg²
　で表され、バンドギャップEgが大きくなると比誘電率はその2乗で小さくなります。ナノスケールの量子閉じ込め系では、量子準位がEgより高いところに出来るので、誘電率が低下するのです。
詳しくは、R.Tsu, D.Babic, L.Ioriatti: Simple model for the dielectric constant of nanoscale silicon particle; Journal of Applied Physics Volume 82 Issue 3 1327 - 1329 (1997)をお読みください。
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Date: Wed, 31 Dec 2014 16:08:49 +0900
AA: 佐藤勝昭様、K大学 Iです。
お忙しい中大変申し訳ございません。丁重な対応、心より感謝申し上げます。お教えいただいた内容を参考に勉強してみます。
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1339. CrやTiドープのAl₂O₃の蛍光について

1340. 半導体のドーピングとラマンスペクトル

Date: Fri, 30 Jan 2015 15:17:41 +0900
Q: 佐藤勝昭様
初めまして。T*大学4年生のH*と申します。
このたびホームページを拝見し質問させて頂くことになりました。なお、お手数ではございますが、Webに掲載の際には大学名、氏名ともに匿名にてよろしくお願いいたします。
私は希土類であるイットリウムをケイ素にドープさせた物質について研究しております。
そこで、
①イットリウムは価電子を3つ持つためP型半導体（または、P型半導体に似た挙動）を形成するのでしょうか？
②また、こちらの論文によると、顕微ラマン分光を用いた際に、レーザーパワー密度によってラマンのシフトダウンの度合いがP型半導体、N型半導体、ケイ素の単独で、異なるということが書かれています。
（PHYSICAL REVIEW B 73, 245309 (2006)のFig４部分です。pdfにて添付しますのでご確認ください）
シフトダウンを生じる要因はどのようなものがあるのでしょうか？
お忙しいなか申し訳ありませんが、ご教授頂けるとありがたく存じます。それではよろしくお願いします。
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Date: Fri, 30 Jan 2015 23:50:47 +0900
A: H君、佐藤勝昭です。
４年生ということですが、卒論でしょうか？卒論での疑問については、原則として指導教員に尋ねるべきです。
匿名希望ということなので、何か聞けない事情があるのでしょうね。
以下のことをヒントに、勉強して下さい。
①もし、YがSiサイトを置換すれば、あなたの言うようにアクセプタになるはずですが、3価のイットリウム(Y³⁺)のイオン半径は約100pm(=1Å), 4価のシリコンのイオン半径は約40pm(=0.4Å)なので、Siの原子位置を置換するのは困難です。
YをSiにドープしようとしても、置換位置に入らず、格子間原子（interstitial)として入ったり、無理に置換すると、隣のSiが空孔(vacancy)となり、Yと空孔の対をつくって深い準位をつくります。（ドナーにもアクセプタにもならない） GaAsに希土類之Er³⁺をドープするには、微量の酸素を導入して、Ga-O-Erという形にするそうです。
希土類はoctahedral siteを好むのでSiのようなtetrahedral siteには入りにくいようです。
②についてですが、添付のPhysical Reviewの論文を読みました。
Siナノワイヤのラマンピークのレーザ強度依存性がundoped, P-doped, B-dopedで異なるという内容ですね。
RESULTS AND DISCUSSIONの一番最初にラマンピークの低エネルギーシフトの原因には、４つあるとして、
(1)レーザ光の吸収による温度上昇、(2)高いキャリア密度、(3)量子閉じ込め効果、(4)Siナノワイヤのストレス　を挙げています。
Conclusionでは、(1)と(4)がダウンシフトの主因で、(2),(3)はあまり考えなくてよいようです。
私はJSTさきがけ「次世代デバイス」の研究総括をしていたのですが、その一期生にNIMSの深田直樹研究者がいて、 B-doped Siナノワイヤのラマンによるキャリア活性化を研究しており、ラマン線のFano効果を使って、Bをドープしたときの形状解析からキャリア密度を推定していました。またBに局在したフォノンによるラマンピークも見つけていました。
N. Fukata: "Impurity doping in silicon nanowires ", Adv. Mater. 21 (27), 2829-2832 (2009).
が参考になるでしょう。
あなたの卒論テーマは、「Yを添加したSiの顕微ラマンによる評価」なのですか？
顕微ラマンの解釈は、4年生にはかなり高度の研究内容ですね。先生に聞けないのなら、あなたの研究室の先輩の大学院生に教えてもらいなさい。
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Date: Sat, 31 Jan 2015 17:17:20 +0900
AA: 東京農工大学名誉教授
佐藤　勝昭様
こんにちは！
昨日は多忙であるにもかかわらず迅速かつご丁寧に対応して頂きありがとうございました。
卒論テーマは少し異なるのですが、評価の一部に顕微ラマン分光を用いた測定を含んでいるといった次第です。
佐藤様よりご提示頂いた深田さんの論文を熟読し、自身の卒論に活かしていきたいと思います。
この度は誠にありがとうございました。
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1341. 金の酸化物の作製について

1342. 複素誘電率とクラウジウス・モソッティの式

1343. fAより小さな電流の測定法

1344. 自然光学活性について

Date: Mon, 30 Mar 2015 17:11:18
Q: 佐藤先生
お久しぶりです。以前にも質問させて頂いた京都大学の古賀と申します。
その節は大変丁寧に質問にお答え頂き、ありがとうございました。
今回は自然光学活性について質問させて下さい。
佐藤先生の著書「光と磁気」で勉強し、磁気光学効果とは単純には外部磁場で磁区が揃った上でのスピン軌道相互作用による準位の分裂と、左右円偏光の軌道量子数に関する選択則によるものである、との解釈に至りました。

ここで疑問なのですが、酒石酸水溶液などの磁場を必要としない円二色性はどのように説明できるのでしょうか？
感覚的には鏡像対称な構造によるものだと理解していますが、量子力学的な説明はできないでしょうか？

また磁気光学効果においても疑問があります。磁気円二色性の原因がスピン軌道による準位の分裂なら、
電子遷移の場合だけ起こって、格子振動の起こる波長範囲では円二色性は起こらないのでしょうか？
以上２つの疑問についてお答え頂けると幸いです。よろしくお願いいたします。 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------
Date: Wed, 1 Apr 2015 00:07:18 +0900
A: 古賀様、佐藤勝昭です。
　メールありがとうございます。
(1) 自然旋光性および円二色性(CD)を合わせて光学活性と呼びます。
光学活性を持つ結晶の典型は水晶です。α水晶では、光軸方向に伝搬する直線偏光は旋光性をもちます。Kramers-Kronigの関係から α水晶も吸収端付近にCDを示します。
水晶を構成する原子の配列状態に右回りのらせんがあることが右水晶の旋光性の原因とされていますが、原子配置から旋光性を説明するには至っていないと、小川智哉「結晶物理工学」（裳華房 1976)p.209に書かれています。
しかし、最近の研究では
Mark P. Silverman: Quantum Superposition--Counterintuitive Consequences of Coherence, Entanglement, and Interference (Springer, 2008)Section 7.6 (p299)によれば、
光学異性体のようなキラルな物質においては、電気双極子遷移と磁気双極子双極子遷移を同時に起こし、光の固有状態は、右回りおよび左回り円偏光となり、その位相速度に差が生じる。
と書かれています。
　さらにノーザン・イリノイ大学のNorma Greenfield先生の授業資料の　Origins of optical activity. の(p6)によれば、
遷移の旋光性は、電気双極性光のよって誘起された電気双極子と磁気双極子の内積の虚数部で表される。R_K=Im(u_ek・u_mk) R_Kがゼロでない値を持つための条件は、次の３つである。
(1) 同じ発色団に電気双極子・磁気双極子の２つの遷移が存在する場合
(2) 2つのグループがそれぞれ単一の電気双極子をもち、それがカップルして磁気双極子をつくる。
(3) 1つの分子に２つの発色団があり、1つが磁気双極子で、もう1つが電気双極子である場合。
量子力学で光学活性を説明するのは難しい。下記文献を参照せよと書かれています。
C.R.Cantor,P.R. Shimmel, Biophysical Chemistry Part II,( W.H. Freeman and Co., NewYork, 1980.)
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(2) 格子振動と光の相互作用は、電子遷移ではないので、スピンが関与しませんから磁気光学効果は起きないと思います。
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Date: Sat, 4 Apr 2015 17:58:39 +9:00
A2: 古賀様、佐藤勝昭です。
分子系の自然光学活性の量子論については、多くの量子化学系の論文や書籍があるようです。
図書館に行って、調べてください。
Dietrich Haase: On the quantum mechanical theory of natural optical activity; Theoretica Chimica Acta 64, 421 (1984)
R. Guy Woolley: On the Optical Activity and the Molecular Hypothesis; Structure and Bonding Volume 52, 1982, pp 1-35
Magdalena Pecul and Kenneth Rund: The ab Initio Calculation of Optical Rotation and Electronic Circular dichroism;
Advances in Quantum Chemistry Volume 50, pp.185-212 (Elsevier , 2005)
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1345. 真鍮板の反りについて

1346. 励起子吸収がある場合の(αhν)²プロットによるバンドギャップ推定

Date: Mon, 29 Jun 2015 14:51:46 +0900

Q: 佐藤勝昭様突然のメール申し訳ありません。私はN*大学　4年のH*と申します。
(もしHPに掲載されるのであれば大学名名前は伏せていただきたいです。申し訳ありません。)
物性なんでもQ&Aのページを拝見してメールさせていただきました。
私は薄膜太陽電池の光吸収層の研究をしております。
現在、とある試料の透過率T、反射率Rから吸収係数aを計算し、(αhν)²プロットよりバンドギャップを算出しようとしております。
しかし、励起子吸収(？)が大きく発生しており(添付図)、バンドギャップを求めることができませんでした。
このようなプロットからバンドギャップを求めるにはどのような処理を施せばよいのでしょうか？
お忙しいところ申し訳ありませんが、ご教授願えたら幸いです。よろしくお願いします。
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Date: Tue, 30 Jun 2015 23:21:19 +0900
A. H君，佐藤勝昭です。多忙のため、お返事が遅くなってごめんなさい。
励起子吸収がバンド間遷移に重なっている場合は、励起子吸収スペクトルをローレンツ型の吸収曲線で近似して、それとバンド間吸収スペクトルとを足し合わせてもとの吸収曲線にフィッティングするのがよいと思います。
[ローレンツ曲線については、花村栄一「固体物理学」（裳華房）参照：この本では分極率をαで表記していますから注意！]

ローレンツ型の複素誘電率ε(ω)=ε'(ω)+iε"(ω)のスペクトルは
　ε(ω)=1+4π(Ne²/m*)Σ_n(f_n/(ω_n²-ω²-iγω)
複素誘電率εと屈折率nと消光係数κの間にはε=(n+iκ)² が成り立ち、
[これについては、佐藤・越田「応用電子物性工学」（コロナ社）第3章参照]
　ε'=n² - κ², ε"=2nκ
吸収α(ω)は複素誘電率の虚数部に次式で関係します。
　α(ω)=2ωκ/c=ωε"/c
パラメータとして(Ne²/m), γ、f_nを適当に選んでフィットしてみて下さい。
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Date: Wed, 1 Jul 2015 11:14:02 +0900
AA: ご返事ありがとうございます。
さっそく試してみたいと思います。
お忙しい中、丁寧にご教授いただきありがとうございました。
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1347. 誘電体内部での電磁波エネルギー収支について

1348. 仕事関数制御についての質問

1349. アクリルゴムの熱膨張係数について

1350. AlGaAsはGaAsよりAs抜けが起きやすいか？

1351. 水の配向とフォノンの関係(ハイパーラマン散乱)

1352. 全反射と金属の反射のちがい

1353. 磁性微粒子の高周波特性

1354. プラズモンの電場増強効果とステンドグラスの色

1355. 炎色反応の記述

Date: Wed, 23 Dec 2015 09:00:12 +0900
Q1: はじめまして。福田と申します。某企業で化学系の専門職を長年勤め、現在は退職して無職です。
「基礎から学ぶ光物性」 (第9回第1部ルミネッセンスとは)を見て、一つ疑問があります。6枚目のスライドに、
（１）原子が光る→炎色反応　原子は高温に熱せられると、熱励起により励起状態になった原子が基底状態に戻るときに特有の色の発光をする性質があります。これを「炎色反応」と呼びます。
という記述がありますが、Cu、Ca,、Sr等の炎色反応の色は、原子スペクトルの色ではなく、塩化銅、塩化カルシウム、塩化ストロンチウムに起因する分子スペクトルの色と思うのですが、いかがでしょうか？　
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Date: Wed, 23 Dec 2015 09:27:06 +0900
A1: 福田様、佐藤勝昭です。
　メールありがとうございます。Wikiでは、「高温の炎中にある種の金属粉末や金属化合物を置くと、試料が熱エネルギーによって解離し原子化される。それぞれの原子は熱エネルギーによって電子が励起し、外側の電子軌道に移動する。励起した電子はエネルギーを光として放出することで基底状態に戻り、この際に元素に特徴的な輝線スペクトルを示す。」
となっています。原子スペクトルと考えてよいでしょう。
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Date: Thu, 24 Dec 2015 23:38:44 +0900
Q2: 佐藤先生
早速のお返事をいただき、ありがとうございます。
実は、私は定年退職後、初心に帰って高校の化学教科書を復習しており、今、炎色反応をいろいろ調べています。Cu、Ca、Srの炎色反応の色について、輝線スペクトル(原子スペクトル)ではなく、バンドスペクトル(分子発光)に起因するのではないかと思ったのは、インターネットで次のような記述を見たからです。
「炎色反応により放出される光には、主に３種類ある。１つには、線スペクトルで特定の波長のところにでてくる多数の純粋に近い単色光からなり、その形状が多数の細い線からなるスペクトルである。２つ目は、連続スペクトルで分光器の分解能を上げても分解されずに連続的に現れるスペクトルである。３つ目は帯（おび）スペクトルで分子の与えるスペクトルである。原子のそれのように線ではなく、幅を持った帯状のスペクトルである。
　スペクトルの中でたくさんのスペクトルが集中している部分をバンドスペクトルという。この光の特徴は原子やイオン、固体から出るのではなく、気体分子、特に二原子分子から放出される点にある。2500℃ほどの温度で発色させるには好都合であり、花火にはもちろん炎色反応で見られる鮮やかな色の部分はこのバンドスペクトルであると考えられる。」
また、別の記事には、表-1に、「Cu (炎色：緑、波長：537.0nm (CuOH)), Ca (炎色：赤黄、波長：622.0nm (CaOH)), Sr (炎色：紅、波長：605.9nm (SrOH))」　という記述がありました。
アルカリ金属の炎色は確かに輝線スペクトル(原子スペクトル)ですが、アルカリ土類金属やCuはどうもバンドスペクトル(分子発光)が主因のような気がします。インターネット情報で怪しい面もありますが、もう少し調査してみたいと思っています。
今後とも、ご指導のほどよろしくお願いします。
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Date: Fri, 25 Dec 2015 07:24:09 +0900
A2: 福田様、佐藤勝昭です。
　ご指摘いただきありがとうございます。
私は、話を簡単にするため、輝線スペクトルのみを扱いましたが、たしかに気体分子から発光している発光帯がありました。
資料に注意書きを入れたいと存じます。
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1356. 金の透過光について

Date: Wed, 23 Dec 2015 23:06:00 +0900
Q1: 佐藤　勝昭　先生
はじめまして。
私は高校で化学を教えております山本喜一です。
この度、金がなぜ金色をしているのかを調べておりましたら、先生の「金属の色と金属光沢」に巡り合い、大変勉強になりました。
次に疑問に思っているのは、薄い金箔が青い透過光を示す原因についてです。
金箔に光を当てた場合、550nmよりも長波長側の光はプラズマ振動によって反射され、550nmよりも短波長の青い光は５ｄ→６ｓ間のバンド遷移に使われて、最終的に熱になってしまうのであれば、青い透過光は生じないはずだと考えております。
どのような仕組みで、金箔が青い光を透過させるのかをご教授いただければ、幸いです。
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Date: Thu, 24 Dec 2015 10:40:05 +0900

A1: 山本先生、佐藤勝昭です。
　PalikのOptical Constants of Solids Vol.1 p294に掲載されている金の消光係数kのスペクトルを元に吸収係数αを
　α=4πk/λ
の式で計算し、これに基づき厚さd=20nm=200Åの金薄膜の透過率T(%)を
　T=exp(-αd)*100
として計算しました。
添付図の様に透過率のピークは4900Å(青緑)付近にあり、短波長側（青側)は緩やかに低下し、長波長側(緑側）は急激に低下しています。
このため、目には青の成分が強く入り、青っぽく見えるのでしょうね。
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Date: Thu, 24 Dec 2015 21:12:25 +0900
Q2: 佐藤　勝昭　先生
お忙しいところ、早速のご返信ありがとうございます。
不勉強で申し訳ありません。
先生に計算していただいた透過光のスペクトル分布は、プラズマ振動や５ｄ→６Ｓバンド間遷移とはどのような関係があるのでしょうか？
ご教授いただければ幸いです。
よろしくお願いします。
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Date: Thu, 24 Dec 2015 23:00:39 +0900

A2: 山本先生、佐藤勝昭です。
　添付の図は、Cu, Ag, Auの誘電率のスペクトルです。
厳密な意味で誘電率の実数部が2-5eVで０を横切るのはAgだけです。
Auにおいて2eVより低エネルギーのε"のスペクトルは自由電子による Drude吸収のすそです。
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Date: Fri, 25 Dec 2015 08:58:33 +0900
AA: 佐藤勝昭　様、山本です。
お忙しいところいろいろと教えていただき、ありがとうございました。
大変勉強になりました。
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1357. 複素誘電率について

Date: Thu, 31 Dec 2015 17:26:31 +0900
Q: 佐藤勝昭先生
HPを拝見させていただきました。K*大学4年生のT*と申します。Webへ掲載する名前は匿名でお願いいたします。
誘電率及び複素誘電率について質問させていただきたく存じます。
複素誘電率は一般的に
ε=ε₁+iε₂　・・・　(1)
の形で表されるのは様々な教科書に書かれているかと思います。
一方で、ネットや文献で物質の誘電率を調べると特定の実数値(例えばガラスであれば4.0など)で表記されています。
これは、上式の(1)と矛盾しないのでしょうか？
もしくはこのように文献値に示される実数値は、ε1なのかε2なのか、|ε|なのか、はたまたこれとは別のεのことなのでしょうか？
いろいろ調べていくと、デバイ型の誘電率では、ε(∞)やε(0)という値が出ることがわかったのですが、これらの値のことなのでしょうか？
私の誘電率に関する理解が間違っている部分があればご指摘いただければと思います。
お手数おかけいたしますが、ご回答いただければ幸いです。
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Date: Thu, 31 Dec 2015 19:00:25 +0900
A: 君、佐藤勝昭です。
　複素誘電率の実数部が普通の誘電率です。虚数部は、誘電損失を表す物理量です。
キャパシタ（コンデンサ）の場合、その容量を決めているのは誘電率の実数部です。
コンデンサの損失を決めているのが誘電率の虚数部です。コンデンサに使う誘電体の性能(悪さ)を表すために誘電正接tanδ=ε"/ε'が使われます。
誘電率も誘電正接も周波数依存性があります。京セラの誘電体のカタログによれば、1MHzにおける比誘電率、誘電正接が下の表のように載っています。

材質	比誘電率	誘電正接(10^-4)
アルミナ(Al2O3)A445	9.8	20
イットリア(Y2O3)Y100A	11	5
サファイアSA100 (⊥c)	9.3	＜1

　となっています。これより複素誘電率は、

アルミナA-445	ε'=9.8	ε"=1.96x10^-2
イットリアY100A	ε'=11	ε"=5.5x10^-3
サファイアSA100	ε'=9.3	ε"＜9.3x10^-4

1358. ファラデーの電磁誘導の法則について

Date: Tue, 5 Jan 2016 20:50:04 +0900

Q: 初めまして、突然のメール失礼致します。N*高専５年のI*　と申します。
卒業研究で行き詰っていたところ、HPを見てご連絡させていただきました。
電磁気学についての質問です。
現在行っている研究で、準定常状態におけるファラデーの法則について悩んでいます。
質問の内容ですが、
添付した写真のように抵抗を持つ閉回路で積分形のファラデーの法則を適用すると
右辺が0または磁束の時間微分どちらになるのかということです。
準定常状態においてはキルヒホッフの第2法則が成り立つため０となります。
しかし、-gradVが周回積分を行うと０になるのは理解できるのですが、誘導された電場であるベクトルポテンシャルAの時間微分を周回積分した項が０になるとは思えないのです。
浅学のため的外れなことを考えているかもしれませんが、是非ともご意見を伺わせてください。
よろしくお願い致します。
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Date: Tue, 5 Jan 2016 23:12:13 +0900

A: I君、佐藤勝昭です。
　卒業研究の疑問は、本来、指導教員に聞くのが原則です。
理解するには、rotE=∇xEなどの高度な微分演算を学ぶ必要があります。
添付ファイルの式(5)の様に、閉曲線Cに沿ってのEの線積分はストークスの定理により、∇xEをcが囲む面積積分に等価です。
∇xEは式(4)によれば、磁束密度Bの時間tについての偏微分に等しいので積分と偏微分の順番を入れ替えると式(5)の4番目の式のように磁束密度の面積分の時間微分になっている。磁束密度の面積分は磁束Φなので式(5)の第5式のようになります。磁束の変化がある限り0になることはありません。
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Date: Wed, 6 Jan 2016 14:19:00 +0900
AA: お世話になっております。N高専５年Iです。
お忙しい中、早速のご返答ありがとうございました。
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1359.液中プラズマについて

Date: Wed, 3 Feb 2016 16:51:13 +0900
Q1: HPの方を拝見させて頂いて質問させて頂きました。参考にさせて頂いております。
私はM*大学・理工学部3年のI*と申します。匿名でお願い致します。
授業でプラズマについて勉強しました。なかでも、液中プラズマが注目されていて、液中プラズマはナノ粒子などの生成に期待されているとのことでした。プラズマに関しては一生懸命、勉強しまして基本的な知識はあります。
しかし液中プラズマについて調べていく中で、液中プラズマはナノ粒子を合成する際に、粒子を均一にし、分散性があるということでしたが、その理由が調べても書かれていません。
なぜ、液中プラズマには粒子を均一に分散させる効果があるのでしょうか？
よろしくお願い致します。
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Date: Thu, 4 Feb 2016 01:05:39 +0900
A1: I君、佐藤勝昭です。
　「液中プラズマ」とは液体中の気泡中に温度数千K のプラズマを発生させる技術です．
数千Kの高温なのでダイヤモンドでも合成できます。気泡は極めて狭い反応場なので、ナノ粒子を均一に製造するのに向いているのでしょう。
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Date: Thu, 4 Feb 2016 11:53:49 +0900
Q2: M大 Iです。迅速な対応ありがとうございます。分散性の高さも同様に反応場が気泡中の狭い範囲のためだからでしょうか？
よろしくお願い致します。
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Date: Thu, 4 Feb 2016 21:20:18 +0900
A2: I君、佐藤勝昭です。
　分散性については、東京都立産業技術研究センター研究報告，第10 号，p92 (2015年) が参考になります。
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Date: Sat, 6 Feb 2016 13:33:36 +0900
Q3: M大Iです。何度も質問してしまい申し訳ありません。
液中プラズマについて学んで行くうちに疑問に思ったのですが、液中プラズマでナノ粒子を合成するにあたって授業ではいずれも利点しか示されていません。デメリットはないのでしょうか？
よろしくお願い致します
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Date: Sun, 7 Feb 2016 22:22:50 +0900
A3: I君、佐藤勝昭です。
J. Plasma Fusion Research Vol.84, No.10 (2008)に次のような記述があります。
「水中でアーク放電を起こすときの電極間距離は約1 mmであるが，電極の間の狭い空間で形成する生成物は陰極上に堆積した後，放電中に陰極より脱離して水底に沈むことが多い．
また，プラズマから液に向かって移動する炭素蒸気が冷却・固化してできた生成物は，表面が疎水性で粒子径が十分に小さければ表面張力によって液面に浮遊する．」
と書かれており、実際にナノ粒子生成物を高効率で得るのは工夫が必要だと思います。
また、高圧アーク放電は電源装置が大きく使い勝手が悪いので、最近はマイクロ波液中プラズマを使うことが行われているようです。例えば、北大先進材料ハイブリッド工学研究室「マイクロ波液中プラズマ法によるナノ材料の創成」をお読みください。いずれにせよ、発展途上の技術なのでスケールアップして生産ラインで使うには、多くの解決すべき課題があるのではないでしょうか。
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Date: Fri, 12 Feb 2016 00:07:58 +0900
AA: 佐藤勝昭様、M大学部Iです。
返信が遅くなり本当に申し訳ありませんでした。
参考文献の方送って頂き大変助かります。
これからもっと勉強していきます。
本当にありがとうございました。
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1360.硫酸銅水溶液をビタミンCで還元したときの色

Date: Fri, 12 Feb 2016 01:21:35 +0900
Q1: 佐藤勝昭様、HPを拝見してメールさせて頂きました。
私は個人塾でアルバイトをしています。N*大学2年S*と申します。匿名でお願い致します。

生徒の方から、学校の授業の実験について質問を受けたのですが分かりませんでした。

実験は、硫酸銅五水和物（CuSO4・5H2O）を純水に溶かして硫酸銅水溶液を作製
その後、水酸化ナトリウム水溶液を滴下して水酸化銅（Cu(OH)2）を生成
すると、溶液の色はきれいな青色になります。（銅の錯イオンも関係して？）
ここまでは理解できたのできました（有名な反応ですので）
その後、L-アスコルビン酸（C6H8O6）というビタミンCを入れると緑色になり、さらに入れるとオレンジ色に変化したそうなのです。
その変化の化学式は予想はできるのですが、この色は何が起因しているのか（原子・分子・イオン（錯イオン）など）がわかりません。
お答えができそうであれば、お忙しいところ恐縮ですが、よろしくお願い致します。
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Date: Fri, 12 Feb 2016 10:44:50 +0900
A1: S君、佐藤勝昭です。
　塾講師なのに熱心に生徒と向き合っておられ感心します。
（以下の説明は高校生には難しいかも知れませんね。）

　Cu²⁺の水和物(Cu(H₂O)6)²⁺は薄い青色です。この青色の起源は、 Cu²⁺のもつ3d軌道における配位子場遷移です。Cu²⁺イオンの3d軌道は、6個のH₂O 配位子による配位子場によってエネルギーの低いt2g軌道とエネルギーの高いeg軌道に分裂しています。
（この分裂の大きさは配位子の種類によって異なります。共有結合性が強いほど大きくなります。）
　添付図１の吸収スペクトルに示す様に、(Cu(H2O)6)^2+は赤の波長域にt2g→egの吸収帯があるのですが、600nm-340nmには吸収がなく、赤の補色であるシアン（青緑）の色が見えます。

　L-アスコルビン酸で還元しますと、第1段階ではCu²⁺→Cu¹⁺となります。
Cu¹⁺の3d電子は3d¹⁰閉殻となりますから、3d電子による配位子場遷移が減少、L-アスコルビン酸の色（添付図２）の黄色が混じって緑に見えます。

　さらに還元を続けると、Cu¹⁺→Cuとなり、銅のナノ粒子が分散します。
銅粒子の表面プラズモンの影響で3つめの添付図のように強い橙色に着色します。
図はhttp://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/gc/c0gc00772b#!divAbstract から

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Date: Fri, 12 Feb 2016 13:22:29 +0900
Q2: 佐藤勝昭様
N大学2年 Sです。
詳しい説明のほうありがとうございました。正直に申しますと難しいですね。
（見たこともない用語ばかりで驚きました）
英語の論文まで頂きまして、大変感謝しております。
化学はとても好きなので、これからもっと勉強します。
生徒に少しでもうまく伝えられるように、頂きました資料とともに学習します。
本当にありがとうございました。
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Date: Fri, 12 Feb 2016 18:52:05 +0900
A2: S君、佐藤勝昭です。
　電気電子工学科２年生では配位子場遷移は学んでいないですね。
私の友人で東大名誉教授の小島憲道先生の基礎現代化学の講義パワポのp25以降が参考になります。
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Date: Sat, 13 Feb 2016 02:47:54 +0900
Q3: 佐藤勝昭様、N大学2年Sです。
ありがとうございます。わざわざ資料まで送って頂き本当に勉強になります。
ここで質問させて頂いてから、自分でもいろいろ調べました。（春休みに入りましたので、、）
すると、一つ論文を見つけまして、読んでおりました。
それは、硫酸銅水溶液にL-アスコルビン酸を入れて水酸化ナトリウム水溶液を入れてプラズマを照射して銅を作製するというものでした。
プラズマについての知識は正直ほとんどありませんが、単純に佐藤様に教えて頂きました、L-アスコルビン酸でオレンジ色の状態（銅の表面プラズモン）まで還元しているのであれば、そのプラズマというのを照射して銅にするというのが疑問に思いました。
プラズマを照射する前のオレンジの状態で銅なのではないでしょうか？
質問の仕方が下手で、伝わりづらいかもしれませんが、よろしくお願い致します。
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Date: Sat, 13 Feb 2016 07:24:52 +0900
A3: 君、佐藤勝昭です。
　熱心ですね。
確かにオレンジ色の状態の色をきちんと見たわけではないので、はじめのご質問の最後の状態でCuのナノ粒子まで還元したのか不明ですね。
プラズマ照射と言うのは、おそらく液中プラズマ放電を起こして分散性の高いナノ粒子を作ったのでしょう。
この技術については、なんでもQ&Aの1359番を参照ください。
ナノ粒子の表面プラズモンによるオレンジ色の着色については、金のナノ粒子を分散させたガラスが赤く見えるのと同じで、プラズマを使ったプロセスとは別の話です。
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Date: Sat, 13 Feb 2016 10:48:10 +0900 AA: 佐藤勝昭様、Sです。
詳しく対応して頂いて本当に感謝です。プラズマという技術も面白いですね。
生徒に、ちゃんと伝えられるように、もう少し勉強してみます。
本当にありがとうございました。
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1361.Er³⁺イオンの蛍光スペクトル

1362. PVC樹脂の物性

Date: Thu, 10 Mar 2016 08:57:20 +0900
Q: 佐藤勝昭様、初めてご連絡をさせていただきます。 Y*社のT*と申します。
佐藤様のHPを拝見して、質問をさせて頂きます。
大変お手数かとは思うのですが、WEBへの掲載の際には、社名、氏名とも匿名にてお願いを致します。
早速ではありますが、樹脂（PVC）の特性について質問をさせていただきます。
『PVCは低温で硬く、もろくなる』というのは一般的な知見だと思うのですが、日本の1月（冬）の平均気温6.1℃、8月（夏）の平均気温26.7℃（“気象庁過去の気象データ”より抜粋）。
この20℃程度の温度変化はPVCに対してどれほどの物性変化をもたらすのでしょうか。
樹脂材料をプレス加工しているのですが、冬に樹脂が“欠ける”ということが多々あります。なぜでしょうか。
ご多忙化と存じますが、ご回答のほど宜しくお願い致します。
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Date: Thu, 10 Mar 2016 10:50:32 +0900
A: T様、佐藤勝昭です。
　メールありがとうございます。樹脂は私の専門ではありませんので
 Webサイトの情報をもとにでお答えします。
ポリ塩化ビニールのガラス転移温度Tgは83℃です。ガラス転移温度とは液体状態の物質を急冷したとき、安定な結晶状態に転移することなく、ガラス状態（ランダムな分子配置を持つ状態）に移る温度です。
高分子は一般にTg以上の温度ではゴムのような弾性を示しますが、Tg以下になると、温度が下がるほどもろくなります。
ガラス状態は、非平衡なので何かの外部状況で平衡状態の結晶になり、もろくなります。
（窓ガラスなどが結晶化によって失透する現象がよく知られています。）
PVCにわずかな可塑剤を入れると、Tgを最大-40℃まで下げることができ、室温で、ゴムのような弾性を示します。
可塑剤の量でコントロールできるのではないかと思います。
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Date: Thu, 10 Mar 2016 12:06:42 +0900
AA: 佐藤勝昭様、Y社のTです。
早々にご回答頂き、ありがとうございました。
樹脂材料において、Tgが重要であり物性変化があることがわかりました。
結晶性か非結晶性の樹脂なのかということも含め、奥が非常に深く“樹脂が欠ける”現象に対して、紹介していただいたサイトも参考にさせていただき、さらに掘り下げて調べていきたいと思います。
また質問をさせていただく際には、お手数かと思いますが、何卒宜しくお願い致します。
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1363.異種金属の接触電位差

Date: Tue, 12 Apr 2016 14:45:53 +0900
Q1: 佐藤勝昭先生はじめまして。T大学2年のT*と申します。（公開の際は匿名でお願いいたします。）
個人的に太陽電池に興味を持っておりまして、『太陽電池のキホン』や『高校数学でわかる半導体の原理』などでまずは基本的なことから勉強をしております。しかし、半導体や金属の接合について根本的な理解が出来ていない点があると感じており、思い切ってこちらにて質問させていただくことにしました。初歩的な質問で恐縮ですが、お教えいただけますでしょうか。

① 異種金属同士の接合では、仕事関数の差分の接触電位差が生じるということですが、これは半導体同士の接合で見られる様な電位の曲がりは起こらず、界面においてステップ状に電位が変化するという理解で正しいでしょうか？
その場合、接合界面にプラスとマイナスの電荷が貯まることで一種のコンデンサーの様な状態になっているのかと想像しており、例えばAlとAuの接合の場合、どれくらいの電子が動くか計算してみたいと思いました。しかし、コンデンサーとして捉えた場合の電極間の距離dがどうもうまく定義できず、行き詰まってしまいました。異種金属接合界面における電子移動の量などを定量的に算出できる方法などあればお教えいただけたらと思います。

また、こうして接合した異種金属の場合、接合したままの状態でAl側とAu側での仕事関数をそれぞれ測定したとすると、その値は同じになるのでしょうか、それとも異なるのでししょうか？もともとのAlとAuの仕事関数がそれぞれ得られるのだとしたら、接触電位差で生じた電位差はどこに行ってしまうのでしょうか？ Alに対してAu側の電位が高い状態(電位がマイナス)になっているのだとしたら、Alに接合したAuから電子を引き出す場合と、独立したAuから電子を引き出す場合とでは必要なエネルギーが異なる様に感じてしまいます。真空準位がシフトするという説明がなされる場合もありますが、真空準位とは無限遠の真空状態を仮定した時の電位だと理解しており、その値が変動してしまうという解釈にも違和感があります。

② 「なんでもＱ＆Ａ」No.728の図bにおいて、 n型半導体側にφm-φsの電位差が生じていますが、金属側に溜まった電子は、質問①の金属同士の接合で見られるようなステップ状の電位変化を生まないのでしょうか？半導体側のプラス電荷と同じ量だけの電子が、接合界面の金属側に溜まっているように思い、半導体側と金属側でそれぞれ(φm-φs)/2ずつの電位差を生み出し、半導体側はバンドが曲がるけれど金属側では電子が自由に動けるためにステップ状の電位変化になるのではないかと思ってしまいます（もちろん、半導体側だけに電位をかけることは難しいので、この場合も障壁を越えるためにはφm-φsの電圧が必要であることに変わりはないのですが）。全ての電位差が半導体側だけで作られるというのはどういった原理によるものなのでしょうか？

また、同図cにおいて、半導体側のバンドが曲がる理由がわかりません。参考書などで「空乏層ができるためバンドが曲がる」といった説明をよく目にするのですが、n型半導体と金属のオーミック接合の場合、n型半導体に電子が注入する形になると思います。もともと電子が多い状態にさらに電子が増えるだけなので、空乏層はできないように思うのですが、間違いでしょうか？「空乏層ができる」＝「バンドが曲がる」という理解が違うのか、あるいはこの場合でも空乏層はできているのでしょうか？同様に、真性半導体と金属の接合でも、こういったバンドの曲がりは生じるのでしょうか？

③ 「なんでもＱ＆Ａ」No.366で縮退半導体のことを知りました。金属に似た性質も示すということですが、縮退半導体と金属を接合した場合は、①の金属同士の接合のように接触電位差が生じて界面でステップ状の電位変化が生じるのでしょうか？それとも、②の縮退していない半導体と同様に、バンドの曲がりが生じるものなのでしょうか？

縮退半導体を用いるとオーミック接合を作れる原理が、「バンドは曲がるけれど、空乏層の幅が狭くなってトンネル電流が流れる」ということなのか、それとも「バンドは曲がらずに金属同士の接合と同様に扱える」ということなのか、どちらでしょうか？あるいはこの２つは連続した現象で、金属同士の接合の場合にも、細かく厳密に見ていけば半導体の時のようなバンドの曲がりが、極僅かな幅で急激にあるものなのでしょうか？

初歩的な質問で恐縮ですがお教えいただけますでしょうか。よろしくお願いいたします。　
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Date: Tue, 12 Apr 2016 23:18:23 +0900
A1: T君、佐藤勝昭です。

　確かに、金属/絶縁体/半導体(MIS)構造や、金属/半導体ショットキー接合は固体物理の教科書に出ていますが、異種金属の接合については載っていませんね。金属どうしの接合については立教大サイトが参考になります。
添付図に従って説明しますと
(a)仕事関数が異なる2つの金属A,Bがあったとします。
(b)電子がBからAに移動してフェルミ準位E_Fが同じになるまで電子が移動します。
(c)電子の移動に伴って真空準位が下がります。これはE_Fから見る真空準位が、電子の移動する前と同じでなくてはならないためです。
この結果真空準位に仕事関数差の電位差が生じます。これが接触電位差です。 (d)金属の表面には、電子が出て行ったB側にプラスの表面電荷が、電子を受け入れたA側にマイナスの表面電荷が生じます。
光電子放出実験によって電子が飛び出す閾値を測ると、接合前の仕事関数が得られるはずです。
　一方、金属と半導体のショットキー接合を考えますと、半導体側の空間電荷の分布を考慮したポワソンの方程式を解くと、距離に対し2次関数で変化します。
佐藤勝昭編著「応用物性」(オーム社)p88-89のショットキー接合の記述（添付）を参考にして下さい。

学部３年になってから学ぶと思いますが、量子論に基づく固体物理学、特に、フェルミ準位について、よく学習しておいてくださいね。
各質問にお答えします。
(1) 金属内では、電位の曲がりは起きません。電磁気学で学んだように、理想的には導体内は電位が一定です。
接合界面における電荷の動きですが、フェルミ準位をそろえるためにどれだけ電荷移動が起きるかを計算する必要があります。
きちんとやろうとすると、バンド計算をしてフェルミ面付近の電子の状態密度を見積もる必要があるでしょう。
(2) 金属・金属接合面で電子のエネルギーはステップ状には変化しません。
真空準位の電位が変化するのです。電磁気学では、金属内の電位は一定ですが、n型半導体側は、界面付近の電子が金属に流れ込んだため、プラスの空間電荷の分布ができたので、ポワソン方程式に従って2次関数的な電位変化が生じます。
金属側に入った電子は通常は多数の電子の海に少しだけ入ったので、電位変化は無視できますし、界面には結合の切れたことによるトラップ準位があるので、そこに捕まっているはずです。

(3) 縮退半導体は、フェルミ準位が伝導帯に入っているので、金属的な電気伝導を示しますが、キャリア密度は金属に比べ圧倒的に少ないので、電子が金属に流れ込んでフェルミ準位を一致させた結果、界面には正の空間電荷ができ、非常に薄いポテンシャル障壁が生じます。しかし、大変薄いので、トンネル的に電流は流れ、オーム性接触になると考えられます。
産総研の半導体解説サイトを参考にして下さい。
(3度にわたってメールで回答したものを、ここではまとめて示してあります。）
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Date: Fri, 15 Apr 2016 19:08:31 +0900
Q2: 何度もご返信いただき、ありがとうございます。電車や会議の合間を利用してこんなに早くお返事いただけるとは思っていなかったので、ただただ感謝でいっぱいです。
始めはあまり理解が進まず、どういう風に質問をし直したら良いものかとあれこれ考えていたのですが、何度も丁寧なご回答をいただけたことで、接合界面を介して電荷が移動して真空準位が変化する様子をイメージすることができるようになりました。「応用物性」も図書館で読むことができ、真空準位の曲がりが空間電荷の分布によってポワソン方程式を解くことで得られる２次関数なのだということがよく分かりました。
この考え方でいくと、異種金属の接合においても、極端にキャリア密度が低い金属を用いたとすると、フェルミ準位をそろえるために電荷が移動することで空間電荷の分布が生まれ、ポアソン方程式を解けば半導体の場合と同じような２次関数的な真空準位の曲がりが得られると思うのですが、正しい理解でしょうか？
（そこまでキャリア密度の低い金属、というものが存在するのかはわからないのですが、理論上の話です。）
重ねての質問になってしまって恐縮ですが、お教えいただけましたら幸いです。
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Date: Fri, 15 Apr 2016 20:36:12 +0900
A2: T君、佐藤勝昭です。
　「極端にキャリア密度が低い金属」ですが、縮退半導体がそのケースです。
金属と呼ばれるものでは、キャリア濃度は10²²/cm³程度あるのに対し縮退半導体のキャリア濃度は10¹⁸/cm³～10²⁰/cm³程度です。
酸化物の中には、絶縁体だけどMott-Transitionを起こして金属的伝導を示すものがあります。
例えば、Li_x Zn_(1-x) V_2 O_4などがその例です。このような「金属」では、ご指摘のようなことがおきますが、Au, Ag, Alなどの本当の金属では、桁違いにキャリア密度の低いものはありません。半金属Biなどはこれより小さいです。
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Date: Mon, 18 Apr 2016 14:24:21 +0900
AA: 佐藤先生
ご返信ありがとうございます。おかげさまで混乱していた頭がすっきりと整理できました。
これで、もう少し難しい参考書なども読んでいけそうです。引き続き勉強させていただきます。
丁寧にご回答くださり感謝いたします。ありがとうございます。
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1364.希土類イオンの蛍光スペクトルについて

Date: Mon, 02 May 2016 15:30:43 +0900
Q1: 佐藤勝昭先生へ
私はG*大学大学院機能材料工学専攻M2のK*と申します。ホームページを拝見し質問をさせていただきました。（匿名でお願いします。）

現在、磁性と蛍光について研究しておりますが理解できない点が多く、思い切って質問させていただきました。初歩的な質問ばかりですかお願い致します。

希土類の蛍光についてですが遷移の仕方として電気双極子と磁気双極子遷移があるということが分かりました。その名前の由来などなぜそのような名前なのですか？
また、それが遷移確率を級数展開し、その一項目と二項目ということも分かったのですがスピン軌道相互作用を考えずLS結合だけの場合、軌道角運動量子数L、スピン角運動量量子数S及び全角運動量量子数Jがどのように変化した場合でしょうか？例としてイッテルビウムイオン（Yb³⁺）は²F_7/2から²Fsub>5/2への遷移ということがディーケダイアグラムからわかりましたがこれは電気双極子遷移ですか？
イッテルビウムイオン（Yb³⁺）についてです。ディーケダイアグラムでは²F_7/2と²Fsub>5/2の二つの準位しか記述されていません。
電子配置では²D_5/2の準位もあると思うのですがなぜでしょうか。遷移しないから書いてないのか、そもそもそんな準位がないのでしょうか？
磁場中の蛍光についてです。磁場を印加した状態で蛍光を測定すると準位がゼーマン分裂を起こすと考えているのですが実際に蛍光スペクトルは分裂するのでしょうか。
または、結晶場とスピン軌道相互作用によって既に準位が開裂しているため蛍光スペクトルは分裂などせずに位置が変化するなどしか起こらないのでしょうか？
一成分で強磁性体であり蛍光を示す物質は多々あるのでしょうか。私自身論文を調べましたが磁気特性、蛍光特性及びその相関を調べたものは見つかりませんでした。もしご存知なら教えて頂くことはできないでしょうか？

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Date: Mon, 2 May 2016 23:40:51 +0900
A1: K君、佐藤勝昭です。　質問が膨大で、光物性の教科書を数冊分の内容です。短い回答でどの程度わかって頂けるか自信がありませんが、手短に説明します。　あなたは機能材料工学専攻なので、量子力学の基礎知識があるものとして説明します。参考になるサイト：
　新潟大学佐藤研究室のHP
　名古屋大学の授業サイト

電気双極子遷移と磁気双極子遷移
　光学遷移とは電磁波と物質の相互作用によって基底状態に励起状態が部分的に混じることと解釈できます。
電磁波は電界と磁界が互いに直交して振動している伝搬します。
電磁波の電界成分Eと相互作用するのは、電気双極子モーメントPです。相互作用のエネルギーは、P・Eであらわされます。
この摂動を受けて基底状態に励起状態が部分的に混じると電気双極子遷移が起きると解釈されます。
i番目の電子の位置ベクトルをr_iとすると、
　P=-eΣr_i　で表されます。
一方、電磁波の磁界成分Hと相互作用するのは、磁気双極子モーメントMです。相互作用のエネルギーは、M・Hで表されます。
この摂動を受けて基底状態に励起状態が部分的に混じると磁気双極子遷移が起きると解釈されます。
磁気双極子モーメントMは軌道角運動量の量子l_iとスピン量子s_iを使って
　M=βΣ(l_i＋2s_i) で表されます。
電気双極子遷移は強い遷移です。磁気双極子遷移の振動子強度は電気双極子遷移のそれの1万分の1位しかありません。
従って、電気双極子遷移禁止の場合にしか観測されません。
電気双極子遷移と磁気双極子遷移の量子条件
希土類イオンの4f電子間の遷移はパリティが同じなので基本的には電気双極子遷移が禁止されています。
Yb³⁺は4f¹³なので、f軌道に1個ホールがある状態です。Hund則に従うと基底状態は、L=3、S=1/2となります。more than halfなのでJ=L+S=7/2です。
軌道はラッセル－サンダース項ではL=0,1,2に対応してS, P, D, Fと書きます。
左肩にはスピン多重度　2S+1=2x(1/2)＋1=2 を書きます。²Fです。J=L+S＝7/2ですが、Jz=7/2, 5/2 これは、Lｚ=3, Sz=±1/2に対応します。
これがDieke Diagramの²F_7/2と²F_5/2に対応します。
ΔJz=1なので、磁気双極子遷移ではないかと思われますが、磁気双極子遷移は弱いのでほとんど光らないはずです。
一般に希土類イオンが、結晶内におかれたときに何らかの理由でパリティ禁止が解ければ電気双極子許容になります。
私どもの研究ではCuAlS₂:Yb³⁺で²F_5/2→²F_7/2の強い赤外発光スペクトルを観測しています。CuAlS₂は中心対称性がないので、電気双極子遷移が見られたと考えています。
T.Nishi, Y.Kimura,K.Shimizu, K.Sato: Infrared Photoluminescence Studies　of Rare Earth Doped CuAlS₂ Single Crystals; Inst. Phys. Conf. Ser. No. 152, pp. 369-372 (1998)
Yb³⁺の励起準位²D_5/2が書かれていない理由
²F_5/2→²D_5/2は40,000cm^-1位の紫外域に来ることが下記の書物にあります。
D.S.McClure: Electronic Spectra of Molecules and Ions in Crystals Part II Spectra of Ions in Crystals; Solid State Physics Vol.9 (eds. F.Seitz , D.Turnbull), p457 (1959)
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Ce³⁺(4f¹)は電子1個なので、ホール1個のYb³⁺と同じようなスペクトルになると思いますが、Ce³⁺では4f⁷→4f⁶ 5d¹　というf→d許容遷移が可視に現れ²F_7/2→²D_5/2はf→d遷移に隠れて観測されません。
実際に希土類イオンの蛍光スペクトルはゼーマン分裂するか?
希土類ドープ半導体において、ESRが見られます。磁界によってゼーマン分裂した基底状態間の磁気双極性遷移がESRです。たとえば、私どもの論文を見てください。
I.Aksenov,Y.Kudo, K.Sato: Electron Spin Resonance of Tb³⁺ ion in CuAlS₂;　Jpn. J. Appl. Phys. 31 L1009 (1992)
またEuドープCaSにおいて、蛍光の磁気円二色性(MCE)が見られます。
これはゼーマン分裂した4f⁷→4f⁶ 5d¹遷移のゼロフォノン線のゼーマン分裂を見ていると考えています。私達の論文です。
S.Kijima, K.Sato, T. Koda: Spectra of magnetic circular dichroism of absorption and luminescence of Eu-doped CaS single crystals; J. Luminesc. 55 187 (1993)
強磁性体であり蛍光を示す物質
強磁性半導体EuSは、赤色の蛍光を示します。キュリー温度以下で波長が磁気シフトします。
たとえば
G.Busch,P.Streit,P.Wachter:Effect of magnetic ordering on the photoluminescence of EuS and EuTe; Solid State Commun. 8 1759-1763 (1970)
をお読みください。

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Date: Fri, 06 May 2016 19:16:53 +0900
Q2: 佐藤勝昭先生へ
　ゴールデンウィーク中にも関わらずメールのご回答ありがとうございました。
現在確認することができる論文と先生の説明について考えましたがまだ分からないことが多いため、もう一度勉強し直してみたいと思います。
それでもまだ解決できないことがあれば再度先生にご質問したいと考えています。
その際にはお手数かと思いますがよろしくお願いします。
長期休暇の中色々な事を教えて頂きありがとうございました。
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Date: Fri, 6 May 2016 22:12:52 +0900
A2: 君、佐藤勝昭です。
ジャッド＝オーフェルト理論（英: Judd-Ofelt theory）をご存じですか？
本来は禁制遷移である4f軌道間の電気双極子遷移が、配位子場の対称性が崩れることで一部だけ許容化されることを定量的に説明した理論です。　
Judd, B.R., Optical absorption intensities of rare-earth ions, Phys. Rev. 127, 750-761 (1962).
Ofelt, G.S., Intensities of crystal spectra of rare-earth ions, J. Chem. Phys. 37, 511-520 (1962).

しかし、YAG:Yb3+の発光に関してはJudd Ofeltでは十分説明できないとされ、理論的に検討されています。
G. G. Demirkhanyan: Intensities of inter-Stark transitions in YAG-Yb3+ crystals;
Laser Physics, Volume 16, Issue 7, pp 1054-1057 (2006)
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Date: Mon, 09 May 2016 13:36:36 +0900
Q3: 佐藤勝昭先生へ
ジャッドオーフェルト理論は名前しか聞いたことがなかったため先生から教えていただいた論文で勉強したいと思います。
前回のメールの内容に戻ってしまうのですがLS項は電子の入り方という認識なのですが間違っているのでしょうか？
先生から頂いた論文（希土類のスペクトルと磁性）から電子が二つの場合配置方法が91個のパターンがあると書かれていますが、現れる多重項としては7パターンです。
縮退している事も書かれていますがL=4,S=0とL=4,S=1は縮退しているということでよろしいのでしょうか？
またなぜ縮退するのでしょうか？同じ軌道角運動量でもどの軌道か及びでの向きのスピンかで全ての準位は開裂すると私自身は考えています。
お手数かと思われますがよろしくお願いします。
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Date: Thu, 12 May 2016 01:02:11 +0900
A3: K君、佐藤勝昭です。

　添付図はf電子が2個ある場合のL,Sの様子を示しています。
基底状態は(1)の3Hですが、L=5 の場合の多重度は
Lz=5,4,3,2,1,0,-1,-2,-3,-4,-5の11とおりが同じエネルギーを持ちます。
また、S=1のスピン多重度は
Sz=1,0,-1の3通りが縮退しています。従って、軌道の11通りとスピンの3通りで11x3=33通りが同じエネルギーを持ちます。
このあたりは、原子中の電子の量子状態の基礎です。
なんでもQ&Aに頼るのではなく、教科書を１から読み直してください。
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Date: Mon, 16 May 2016 10:58:02 +0900
AA: 佐藤勝昭先生へ
初歩的なことばかり質問してしまい申し訳ありませんでした。
もう一度最初から勉強し直そうと思います。
また先生から教えていただいた論文についても理解を深めたいと考えています。
今回の数多くの質問に回答して頂いた事、さらに論文まで教えていただいた事にとても感謝しています。

また先生にお会いする機会がありましたら再度お礼を申し上げたいですが、今回はこのメールでお礼を申し上げます。誠に有難うございました。
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1365.金属の色の物理的起源について

1366.ナノ粒子の液相分離

Date: Thu, 26 May 2016 17:29:22 +0900
Q: HPの方を拝見して質問させて頂きました。参考にさせて頂いております。
私はM*大学・理工学部・電気電子工学科に所属している4年のI*と申します。匿名でお願い致します。
以前、3年生の時に液中プラズマについて質問させて頂きました。その節はありがとうございました。再度、質問したいことがありますのでお願い致します。

実験で、液相還元法で作製したナノ粒子の溶液（均一に分散されています）の回収方法として吸引ろ過を採用しているのですが、濾過した後メンブレンフィルターには膜状のもの（SEMで見ても膜状になっていてナノ微粒子は確認できません）になってしまいます。
論文などのきれいな粉末は得られず、濾過方法までは記載されていません。やはり洗浄（エタノールなど）などの作業をしていないことが原因なのでしょうか？
分かりづらくて申し訳ありませんが、よろしくお願い致します。
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Date: Sun, 29 May 2016 00:12:48 +0900
A: I君、佐藤勝昭です。
　同じ質問をGoo Q&Aにも出していますね。ベストアンサーはまだですか？
4年生なら卒論研究室の指導教員がいるはずです。ネットで調べる前に、指導教員に聞くべきでしょう？
私は、化学工学は専門ではありませんが、ナノ粒子の吸引濾過による完全分離は簡単ではないと思います。
論文を探してみましょうね。
ナノ粒子の液相分離法のうち等密度遠心法が優れているようです。
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Date: Tue, 31 May 2016 13:37:50 +0900
AA: 佐藤勝昭様、Iです。
おっしゃる通りです。本来はネットではなく、担当教員に聞くべきでした。考えを改め直します。
資料を送って頂きありがとうございました。是非参考にさせて頂きます。
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1367.金属薄膜の表面プラズモンについて

Date: Tue, 31 May 2016 01:37:41 +0900
Q: 佐藤勝昭先生
HPを拝見させていただきました。K*大学修士1年のT*と申します。Webへ掲載する名前は匿名でお願いいたします。
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以下、基板上に非常に薄い薄膜があることを想定させていただきます。
膜厚10 nm程度の薄膜に表面プラズモンが励起する場合、膜厚が非常に薄いために薄膜の上表面と下表面の両者に表面プラズモンが励起して相互作用し合い、高周波数と低周波数の2つの励起モードが生じるという論文をいくつか見つけました。
こういった論文は電子エネルギー損失分光法（EELS）に関する論文で多く見受けられ、薄膜の横から100 keV程度の電子を入射した時に生じる現象について議論しています。
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参考
 E. A. Stern et al., Surface plasma oscillations of a degenerated electron gas, Physical review 20, 130 (1960).
また、その励起される表面プラズモンの波長などについては触れられていません。
そこで質問なのですが、
誘電体基板上の金属薄膜 (膜厚10 nm程度) へ強い光を入射させた場合、薄膜上表面と基板との境界面の両者において表面プラズモンが励起し、２つの励起モードは生じ得るでしょうか。
また生じる場合は、２つの表面プラズモンはどれくらいの波長を持っているのでしょうか。求め方等があればご教示頂ければと思います。
以上、お手数おかけいたしますが、ご返答頂けますと幸いです。
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Date: Wed, 1 Jun 2016 00:13:40 +0900
A: T君、佐藤勝昭です。
　SiO/Si界面のプラズモンは、価電子プラズモンで、金属薄膜に見られる自由電子プラズモンとは異なり 6.5eV(波長190.7nm), 9eV(137.8nm)の紫外線領域に現れます。プラズモンは縦波なので、電子線では吸収が見えますが、光では明確には見えません。
　ご質問の金属薄膜/誘電体においても価電子プラズモンは見られますが、あなたの考えているのは近赤外～可視域に現れる自由電子プラズモンではないのですか？
表面プラズモンの干渉は、近接場を使うと見ることができます。例えば、
Li Jiang-Yan et al., Chin. Phys. B Vol. 22, No. 11 (2013) 117302 を読んで下さい。
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Date: Sat, 11 Jun 2016 01:27:49 +0900
AA: 佐藤勝昭先生
お返事遅くなり申し訳ありません。
早急なお返事をありがとうございました。是非、参考にさせていただきます。
誠にありがとうございました。
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1368.錫メッキ線とアルミカシメを画像処理で区別したい

Date: Mon, 1 Aug 2016 03:26:55 +0000
Q: 東京農工大学　佐藤勝昭様、A社Hと申します。
始めて、メールをさせて頂きます。
先生の研究室に光を用いた金属の反射の資料が有る事をインターネットを介して知った事でメールしています。現在、弊社ではコネクター端子のカシメの部分を画像処理を用いて出荷検査を行っております。
私共の悩みは、線材が銅からアルミに変わったことで端子の色（錫メッキ色）とアルミ電線の色の見分けが付かず画像処理による出荷検査に手間取ってます。
そこで、検査する光の波長を変えることによって、うまく画像を読み取る事が出来ないかと思い、何か良いアドバイスを頂けないかと思い、不躾ですがメールをさせて頂きました。
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Date: Wed, 3 Aug 2016 23:24:21 +0900

A: H様、佐藤勝昭です。
　高松に出張中だったため、お返事が遅くなり申しわけありません。
スズはありふれた金属ですが、私の手持ち反射スペクトルは半導体の灰色スズしかありません。
メッキで堆積した銀白色のスズは白色スズだと思われますので、下記論文を、長岡技科大の石橋先生にお願いして取り寄せてもらいました。
G Jezequel, J C Lemonnier and J Thomas, Optical properties of white tin films between 2 and 15 eV, Journal of Physics F: Metal Physics, Volume 7, Number 12
　添付の図は左がアルミ、右が白色スズです。横軸EはeV単位で描かれています。光子エネルギーE(eV)を波長λ(nm)に変換するには、λ=1239.8/Eの式を使います。
　図のように、AlとSnの反射スペクトルは非常に似ていますが、Alの方が全体に反射率が高くなっています。しかし、Al表面は酸化膜ができているので、反射率は図のスペクトルより低く、スズとあまり変わらないと思います。
　従って、スペクトルを詳細に測定しない限り、AlとSnを完全に区別することは不可能です。
　あまりお役に立てなくて申しわけありません。
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AA: お忙しい中、ご連絡有難う御座いました。
実は、本件に付いては複数のテ゛ハ゛イスメーカーや画像検査メーカーに問い合わせを行っていましたが、何処からも出来ないとの回答を受け大変困っていた所です。ご意見を頂いた内容で検討をして見ます。
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1369.アルマイト処理したアルミ表面の輻射率について

1370.磁性体のヒステリシス損失の熱化メカニズム

1371.シリコンナノドットの発光寿命

最新のQ&A(#1300-)

Q&A(4)#1000-#1299

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「物性なんでもQ&A」更新記録 (2016.12.12 update)
アップした日付	質問項目	分類	質問者

2016.11.17	1371.シリコンナノドットの発光寿命	光物性	K大Y君
2016.10.07	1370.磁性体のヒステリシス損失の熱化メカニズム	磁性	N高専K君
2016.08.24	1369.アルマイト処理したアルミ表面の輻射率について	光物性	N社Tさん
2016.08.06	1368.錫メッキ線とアルミカシメを画像処理で区別したい	光物性	A社Hさん
2016.06.04	1367.金属薄膜の表面プラズモンについて	光物性	K大T君
2016.05.26	1366.ナノ粒子の液相分離	ナノテクノロジー	M大I君
2016.05.11	1365.金属の色の物理的起源について	光物性	S社Kさん
2016.05.02	1364.希土類イオンの蛍光スペクトルについて	光物性	G大Kさん
2016.04.13	1363.異種金属の接触電位差	固体物性	T大Tさん
2016.03.12	1362.PVC樹脂の物性	化学	Y社Tさん
2016.02.18	1361.Er³⁺イオンの蛍光スペクトル	光物性	K高専I君
2016.02.12	1360.硫酸銅水溶液をビタミンCで還元したときの色	光物性	N大S君
2016.02.07	1359.液中プラズマについて	ナノテクノロジー	M大I君
2016.01.05	1358. ファラデーの電磁誘導の法則について	電磁気学	N高専Iさん
2015.12.31	1357. 複素誘電率について	誘電物性	K大Tさん
2015.12.24	1356. 金の透過光について	光物性	高校教諭山本さん
2015.12.24	1355. 炎色反応の記述	光物性	福田さん
2015.12.24	1354. プラズモンの電場増強効果とステンドグラスの色	光物性	T大Kさん
2015.12.18	1353. 磁性微粒子の高周波特性	磁性	A社Oさん
2015.10.29	1352. 全反射と金属の反射のちがい	光物性	S社平本さん
2015.10.23	1351. 水の配向とフォノンの関係（ハイパーラマン散乱)	光物性	K大Yさん
2015.09.07	1350. AlGaAsはGaAsよりAs抜けが起きやすいか？	結晶工学	D社Sさん
2015.08.24	1349. アクリルゴムの熱膨張係数について	誘電物性	F大Oさん
2015.08.24	1348. 仕事関数制御についての質問	電子物性	H大Mさん
2015.08.24	1347. 誘電体内部での電磁波エネルギー収支について	光物性	T社Aさん
2015.07.01	1346. 励起子吸収がある場合の(ahv)^2 プロットによるバンドギャップ推定	光物性	N大Hさん
2015.05.25	1345. 真鍮板の反りについて	金属物性	W社Oさん
2015.04.01	1344. 自然光学活性について	光物性	京大古賀さん
2015.03.26	1343. fAより小さな電流の測定法	計測	L社Hさん
2015.03.20	1342. 複素誘電率とクラウジウス・モソッティの式	誘電物性	T社Kさん
2015.02.01	1341. 金の酸化物の作製について	金属物性	妹尾さん
2015.01.31	1340. 半導体のドーピングとラマンスペクトル	光物性	Ｔ大学Hさん
2015.01.27	1339. CrやTiドープのAl₂O₃の蛍光について	光物性	A独法FIさん
2014.12.31	1338. ナノスケール・シリコンの誘電率	誘電物性	K大 Iさん
2014.12.15	1337. ガラスのファラデー効果の測定	磁気光学	横国大小澤さん
2014.11.04	1336. 磁場ルミネセンスはあるか	光物性	中学教諭Ｉさん
2014.10.17	1335. 太陽光パネルの反射	光物性	T大Aさん
2014.10.13	1334. 磁性体の比熱	磁性	A大Yさん
2014.09.20	1333. シリコンのヤング率の温度依存性	機械的性質	K大Iさん
2014.09.15	1332. 断熱消磁冷却の電場バージョンはあるか	熱物性	山形さん
2014.09.05	1331. 光起電力の円二色性	光物性	東大石原さん
2014.08.11	1330. 結晶中の原子の座標・配位数	結晶工学	Z社Yさん
2014.07.25	1329. 鉄と酸化鉄の比透磁率	磁性	X社Oさん
2014.07.25	1328. 高比透磁率材料の厚さと磁気飽和、飽和磁束密度の関係	磁性	K社Eさん
2014.07.20	1327. 磁気光学効果における磁場の効果	磁気光学	京大古賀さん
2014.07.20	1326. 運動する点電荷の式を金属中に適用するには	電磁気学	大学教員Wさん
2014.07.06	1325. 金属光沢の説明	光物性	高校教員Iさん
2014.06.24	1324. 燃焼管内で使えるミラー材料	金属物性	Ｅ社Ｏさん
2014.06.20	1323. 金のナノロッドの光学応答	光物性	Ｔ大Ｋさん
2014.05.15	1322. Mgドープ窒化ガリウムに関する質問	光物性	Ｋ社Sさん
2014.04.28	1321. 金属の斜め入射反射光の色味	光物性	Ｋ社Ｂさん
2014.04.19	1320. 銀950の熱伝導率と熱膨張係数	金属工学	D社山田さん
2014.02.28	1319. アモルファス金属について	金属工学	Ｋ社Ｉさん
2014.01.10	1318. 強磁性体単結晶と多結晶の磁化の違い	磁性	Ｋ大Ｔさん
2013.12.25	1317. 炎色反応	光物性	日鐵住金出合さん
2013.12.22	1316. セラミクスのスパッタ成膜速度とガス圧の関係	結晶工学	Ｔ大Ｔさん
2013.12.06	1315. スピン注入のメカニズム	磁性	Ｈ大Ｔさん
2013.12.05	1314. 無磁場で生じる円二色性	光物性	Ｋ社Ｍさん
2013.12.02	1313. パーマロイの水素焼鈍	磁性	Ｍ社Ｔさん
2013.11.28	1312. 太陽光線のじりじり感について	光物性	Ｓ社Ｎさん
2013.11.27	1311. 金属の酸化による機械的性質の変化	金属物性	横浜国大齋藤さん
2013.11.20	1310. Al2O3基板上にエピタキシャル成長したZnOの結晶性	結晶工学	D大Oさん
2013.11.14	1309. 金属の光学定数（複素屈折率）の温度変化	光物性	新潟工大南さん
2013.11.06	1308. フェルミエネルギーについて	光物性	Ｔ大Ｓさん
2013.11.06	1307. 赤外透過率を用いたガス濃度定量	光物性	Ｋ社Ｍさん
2013.10.13	1306. 金属の吸収スペクトル	光物性	Ｔ大Ｎさん
2013.10.13	1305. 不動態皮膜の耐酸性と導電性の両立	金属工学	Ｔ社Ａさん
2013.10.13	1304. UV-LEDの光軸の見つけ方	光物性	Ｖ社七瀬さん
2013.10.10	1303. 電磁波による非破壊検査	電磁気学	S大Yさん
2013.09.28	1302. GaAsの光学定数	光物性	電通大冨田さん
2013.08.14	1301. ITOのエッチャント	プロセス	阪大井口さん
2013.08.29	1300. 石英ガラスの耐薬品性	化学	O社Tさん
2007.09-2013.08	Ｑ＆Ａ(3)#1000-1299
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佐藤勝昭のプロフィール

第15回応用物理学会業績貨(教育業績)受賞者と受賞理由

件名‥インターネット書籍等を通じた応用物性分野の教育･普及活動への貢献

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