物性なんでもＱ＆Ａ(#1000-#1299)

1000. 白色LEDについて

Date: 2007/09/05 9:34
Q: 佐藤先生、突然のメール失礼いたします。
先生のホームページを拝見させていただきました。どうか、質問よろしくお願いいたします。

現在、N＊＊大学３年生のＨ＊＊と申します。
Web上にアップする際は、匿名でお願いいたします。
白色LEDについて勉強してます。
現在は、青色LEDに黄色蛍光体をかぶせる形で、白色光を得ているのが主流と分かりました。
さらに勉強を進めましたら、以下の2点の問題により、青色LEDではなく紫外光LEDを元として、
白色LEDを作成したいように（研究者の方々は）思ってるようなのです。

①青色発光のパワーを強めることは難しい。
②460nm（青色）で、効率的に励起する適当な蛍光体はなかなかない。

なぜ、青色では、①、②のような状態になるのでしょうか？
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Date: 2007/09/07 10:36
A: H君、佐藤勝昭です。
　①青色のパワーは十分あると思います。ただ、青色を使って、黄色を励起するので、青と黄色のパワー分配のバランスがむずかしいということがあるのではないでしょうか。紫外線でRGB蛍光体を別々に励起すればパワーの分配がやりやすいと思います。
　②蛍光体としてはいろいろのものがありますが、主として希土類系が使われますが、ちょうど470nm付近に励起帯をもつものは、少ないということです。紫外励起なら色んな蛍光体が使えます。
　③紫外でRGB三色を励起する方が演色性がよいというのが開発の主目的です。
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Date: 2007/09/09 19:28
AA: 佐藤先生、お早いお返事ありがとうございました！！
現在、自分なりに勉強はしているのですが、まだまだ知識量が足りない状態です。
したがって、きちんとした質問を行うことができない状態のように思いました。
また、質問が出てきましたら、メールさせていただいてもよろしいでしょうか？是非とも、よろしくお願いいたします！
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Date: 2007/09/10 10:08
Q2: Hです。

自分なりに勉強しまして、また分からないところが出てきました。現在、うちの大学の授業で、半導体の授業を履修しているのですが、この授業をしていただいてる教授にも質問に行ったのですが、よく分からない、という回答でした。

質問① 現在、白色ＬＥＤと緑色蛍光体に関する英語論文を読んでいます。
SrAl2O4:Eu2+ (2価のEuをドープしたアルミン酸ストロンチウム)という緑色蛍光体を用いて、InGaN UV-LED の上に乗せ、紫外励起の緑色ＬＥＤを作製するという論文です。
ここで疑問なのは、なぜ、２価の Euなのに、緑色（下図516nm前後）なのか？ということです。
２価のEuの最低励起状態と基底状態のエネルギー差は、430nm前後と思います。うちの先生にも伺ったのですが、分からない、という回答でした。
以下の図の、516nmがEu2+、614nmがEu3+の影響と書いてありました。
Fig.5

質問②
SrAl2O4:Eu2+　粉末の励起-発光スペクトル図が以下です。
Fig.3 この緑色蛍光体粉末を、エポキシ樹脂で、熱硬化させて緑色ＬＥＤを作製しています。そして、その緑色ＬＥＤの発光スペクトルが質問①にもあります以下の図です。
Fig.5 疑問点は、なぜ粉末状のときは、614nmの赤色が発光せず、緑色ＬＥＤにしたら発光するのでしょうか？
エポキシ樹脂で120℃で熱硬化（これも疑問です。InGaN UV-LEDを120℃の高温にさらして壊れないのか？、と不思議です。）
したことが原因なのでしょうか？と言いますのは、粉末作製の際に、還元環境下（Eu3+より不安定なEu2+ を多く残すために）で作製されています。それを高温状態にするということは、酸化され、Eu3+が増えたから、ということなのでしょうか？と考えているのですが、正しいのでしょうか？

質問③ また、この論文では、完成した緑色ＬＥＤの発光スペクトル図（質問①の Fig.5）より、結論として、
「　All the characteristics indicate that SrAl2O4:Eu2+ is a good candidate phosphor that can be applied in white LEDs.　」
と書かれてます。しかし、この図から、何がどう良い候補の蛍光体（good candidate phosphor）なのか分からないのです。自分なりに考えるには、InGaN UV-LED は市販されていると思いますし、よって比較的強力な紫外光を出すのではないか？と思います。よって、上図を見ますと、その強いとされるInGaN UV-LEDの発光強度と同じくらいの緑色発光を出しているように思えます。516nm前後と397nm前後を積分したら、圧倒的に516nm 前後の積分量が上まっているように思えます。したがって、この緑色ＬＥＤの発光効率は緑色ＬＥＤとして使用するには、十分に期待が持てる、ということなのかな？と考えています。この考えで正しいのでしょうか？
（添付ファイル：Z.C.Wu et al., Materials Letters 60 (2006) 3499-3501）
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Date: 2007/09/11 1:43
A2: Ｈ君、佐藤勝昭です。
　論文を読みました。
　この論文は、電子系の学部３年生にはちょっと難しいかもしれませんね。
　① ２価のEuの励起状態が430nm（青）というのは、出典はなんでしょうか？ f-f遷移を考えておられるのでしょうか？f-d遷移（正確には4f65d1→4f7遷移)を考えた場合には、配位子が何であるかによって、赤、緑、青のいろんな遷移を示します。4f電子状態は原子核に強く束縛され結合の影響を受けないのですが、5d 電子状態は配位子のp電子状態と結合して結晶場分裂を受けているため、f-f遷移の第１励起状態よりかなり低エネルギーに励起状態を作ります。EuSではEu2+のf -d遷移は赤の発光を示しますし、SrS:Eu2+では緑の発光を示します。私は、以前、SrGa2S4:Eu2+単結晶を作ったことがありますが、f-d遷移による美しい緑色発光を示しました。SrAl2O4でもSrのサイトをEuが置換すると励起状態は緑色に来ると思います。
　② Fig.3の粉末のPLスペクトルは、ジョバン・イボンの蛍光分光装置で測定したものです。(b)は励起波長が365nm、(c)は励起波長が397nmの単色光源で励起したときのPLスペクトルです。一方、Fig.5はUV-InGaN LEDを励起光源としたときのスペクトルです。LEDのスペクトルは決して単色光源ではありません。色々の波長が含まれています。Eu3+の4f6状態の吸収帯(7F0→5D3遷移)は408nm付近にあり、LEDの397nmのピークの裾にかかっているので、5D3状態が励起され、5D0状態に緩和し、5D0→7F2の発光(614nm)を起こすのだろうと思います。熱硬化樹脂による影響ではないでしょう。
　③　これまでの黄色と青を合成した白色LEDでは緑の成分が少ないため、この白色光源で照らすと緑がくすんで見えるという演色性の悪さが問題でしたから、この緑色蛍光体を黄色蛍光体とともに利用すれば演色性が改善されるので、good candidate phosphor that can be applied in white LED's (白色LEDに応用することができるよい候補)と書いたのでしょう。
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Date: 2007/09/12 12:13
AA: Ｈです。
先生ありがとうございました。
自分は、この論文翻訳するのに、1週間くらいかかったのですが、先生は、こんなにすぐに理解してしまわれるのですね・・・
本当に尊敬します。
貴重なお時間を割いていただきまして、本当にありがとうございました。
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1001. ZnO透明導電膜について

1002. 酸化チタンの伝導帯位置の決め方

1003. シリコン研磨発生時の物質の処理

1004. Al-Cu合金鋳造の際の成分の偏り

Date: 2007/9/18 8:44
Q: 佐藤先生
はじめまして、㈱Ｓ＊＊＊のＳ＊と申します。（匿名希望）
弊社は鋳造業を営んでおります。
先日、疑問があったので材料学の本やWEBで調べてる最中に先生のHPを拝見させて頂きました。
もしよろしければ回答を御願い致します。

合金鋳物を鋳造する時に、成分が偏る理由が知りたいのです。
例えば、Al-CuでCuが10%の時に製品を鋳造すると、鋳物のある部分では5%で違う部分では15%になったりする事が多々あります。
ちなみに、母材はメーカーの保証付きのAl-Cu90-10のインゴット合金です。
テストピースは問題なく90-10です。
Al-Mg系でマグネが飛ぶ時とは異なるようです。
御教え願えれば幸いです。よろしく御願い致します。
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Date: 2007/09/19 1:37
A: Ｓ様、佐藤勝昭です。

クリックすると拡大します

　私は、金属工学の専門家ではありませんので、正しくお答えできるかどうかわかりませんが、一応私の知識の範囲でお答えします。
添付図はAl-Cuの合金状態図（いわゆる相図）です。
（http://tptc.iit.edu/Center/research/PhaseDiagram/Content/result/Al-Ni-Cu%20system/Al-Cu.gif による）
加工用Al-Cu合金の場合、Cu組成が少ないので、合金状態図のα相の状態を保つことが出来ますが、鋳造用Al-Cu合金は、Cu含有量が多いので、出発融液の温度によってはα相を保てず、共晶組成の合金が固化することになるのではないかと存じます。
例えば、90-10合金を700℃で融解し徐冷したとしますと、液相線に達したところで、α相のAl(Cuをわずかに含む)を析出しながら、液相線に沿って降下し共晶点に達します。共晶点から急冷すると Cu18%のAl-Cuが得られます。もし、共晶点から徐冷すると、α相と θ相（Cu33%の金属間化合物）が析出します。

合金状態図とにらめっこしながらよく考えてみてください。

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Date: 2007/09/19 9:21
AA: 佐藤先生
御多忙の中、早速の御返事、ありがとうございました。
おっしゃる通り、状態図を見て、考えてみます。
ありがとうございました。
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1005. 37℃の水に23℃の水入り小瓶を入れたときの温度

1006. 鉄-アルミの金属間化合物の物性値

1007. 磁性ガーネットの磁気光学スペクトルの光入射方向依存性

1008. p型ゲルマニウムの仕事関数

1009. 磁石にかかる力

1010. 間接遷移・直接遷移は何によって決まるのか

Date: 2007/10/10 8:54
Q: 東京農工大学　佐藤勝昭先生

突然のメールながら失礼します。
北海道大学博士課程３年　Ｋ＊と申します。
（web公開時は名前のみ匿名でお願いします）

物性Q&Aをいつも拝見させていただいております。
この度はかねてからの疑問がどうにも解けないため、先生のご助言を頂けないかと思い、メール致しました。
お忙しいところ大変恐縮ですが、どうぞ宜しくお願いします。

質問は、
「間接遷移になるか直接遷移になるか、それは何によって決まるのか」
というものです。

私が勉強してきた一般的な半導体物性の本では、クローニッヒペニーモデルによってエネルギーギャップの出現、E-k分散関係を求める手続きが説明されています。
E-k分散関係を得る基礎的な過程は理解しているつもりですが、実際の半導体において、伝導帯下端がΓ点にくるかどうか、そしてこれが何によって決まるのか、ここまで結びつけた理解ができません。

また、これに関して調べていたところ、以下の記述を見つけました。
（Siが間接遷移であることを説明する一文です）
http://mole.te.chiba-u.jp/（研究内容　→　半導体物語）

電気伝導に使うのは、シグマ結合の結合性軌道と反結合性軌道ですから、
価電子帯と伝導帯の形がかなり違います。そのため、光子を直接つくるのは難しいのです。

これについても、次のような疑問を持ちました。
Siはsp3混成軌道を形成し、それぞれの原子の結合は、シグマ結合によるものかと思います。
しかし、GaAsといった直接遷移の半導体も、Si同様にsp3混成軌道を形成し、原子同士は結局Siと同じような結合をしているのではないかと思います。
これを基に考えると、GaAsも間接遷移になってしまうのでは、と思いました。

以上、質問をまとめますと、伝導帯下端がΓ点に来るかどうかは、定性的にどのように決定されるのか。ということになります。

２つの質問を含むようになってしまい申し訳ありませんが、長い間すっきりとした理解が出来ずにいる問題です。
どうか先生のご助言を頂けたらと思います。
宜しくお願いします。
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Date: 2007/10/11 0:47

A: Ｋ君、佐藤勝昭です。
　GaPとGaAsは同じ閃亜鉛鉱構造をもつIII-V族半導体です。
GaPはEg=2.261eVの間接遷移型、GaAsはEg=1.424eVの直接遷移型です。
両者をx:1-xの割合で混ぜ合わせた固溶体GaAs1-xPxのEgは添付図(b) のように組成によって変化します。x<0.45では直接遷移型、x>0.45 では間接遷移型の半導体になります。
（図は、佐藤勝昭編著：応用物性（オーム社）第3章よりコピー）
　図(a)を見ればわかるように、Γ谷とX谷の相対的な位置関係で、直接→間接の変化があるのです。どちらが低くなるかは、単純には説明できません。バンド計算をして初めてわかるものです。
　AsとPのイオン半径の違いや電子親和力の違いなどが原因と考えられますがいろいろの原因が重なっているため特定できないと思います。
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Date: 2007/10/11 8:37
AA: 東京農工大学
佐藤勝昭先生

おはようございます。
先日Q&Aに質問をさせて頂いた北海道大学のＫです。
佐藤先生、早急な回答ありがとうございます。

添付図を使った非常に分かりやすい回答を有難うございます。
GaAsではΓ谷が最下部ですが、リン組成を高くするに従い、X谷が最下点になることが見て取れます。
この連続的変化からも予想されるように、やはり単純な説明という訳にはいかないんですね。
何らかの定性的な理解を得たいと、ここに固執しすぎました。

この度は大変お忙しいところ回答を頂き、有難うございました。
今後も物性Q&Aを拝見させていただき、勉強していきたいと思います。
有難うございました。
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1011. クロムモリブデン合金鋼SCM440の焼き戻し性能曲線

1012. ギブスの相律

1013. コイルを近づけたときの磁性粒子に働く力

1014. ガラスエポキシの硬化則

1015. 金属と半導体の電気伝導の温度変化の主要因

1016. 鉄のバルクと薄膜の磁化の差異について

1017. リンゴの色、金属の色

Date: 2007/10/26 9:17
Q: はじめまして、静岡県で物理学の勉強をしている岡部佑機です。
疑問に思うことがありましてインターネットを検索していたところ先生のホームページにあたりました。
そこで、光の反射・吸収・透過のことについて、いくつか質問させていただきたいのですがよろしいでしょうか。
御多忙中とは存じますがよろしくお願いします。以下に質問を書かせていただきます。

①白色光がリンゴにあたる。リンゴは赤くみえる。これは、リンゴが赤色以外の光を吸収し、赤色の光を反射するからだと思います。
ここで、選択反射は何に依存するのか。
また、何が光を吸収するのですか。（電子が吸収し励起されて熱エネルギーになるのですか。）
何が光を反射するのですか。（電子が吸収し、再放出するのですか。）
反射・吸収のメカニズムを教えてください。

②金属が金属光沢を生じる理由は何ですか。（リンゴは光沢がありません。自由電子が光を反射しているのか。）

③可視光線・電波は、ガラスに対する透過率が大きく、金属に対する透過率は小さいですが、これは、結合の違いによる原子密度が原因なのでしょうか。
透過とはどのようなメカニズムで起きている現象なのでしょうか。

よろしくお願いいたします。
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Date: 2007/10/26
A: 岡部佑機様、佐藤勝昭です。
　岡部様のご年齢、学業経歴、職業キャリア等がわかりませんので、一通り物理学を学んだことのある年配の方という想定でお答えします。理解するには、多少、固体物理学の知識が必要です。

（１）リンゴの赤色は、選択反射によるものではありません。物性なんでもQ&A 質問No.85にありますように、「リンゴの皮には、アントシアン系の色素が含まれています。これは、美しい花の花びらや紅葉する葉に含まれている色素です。酸と結合すると赤く発色します。この色素を透過し、散乱されて出てきた光は、波長600nm-700nmの波長の光が多く含まれています。」
　アントシアニンの光吸収スペクトル（永田雅輝他：植物環境工学　18 [1] 42-49 (2006)）によれば、吸収帯が450-580nmにあって、橙、緑、青、紫を吸収するため、その補色である赤が透過するのです。
坂田健他：アントシアニジンの構造と電子状態に関する量子化学的研究：分子科学会、分子構造総合討論会2005、講演番号1P079
によりますと、アントシアニン色素は３つの６員環をもち、理論計算の結果、 HOMO（highest occupied molecular orbital:半導体の価電子帯に相当) から LUMO(lowest unoccupied molecular orbital:半導体の伝導帯に相当）への１電子励起が主成分であるとしています。いわば、バンド間遷移なのですね。

（２）金属の金属光沢の原因は、自由電子の集団運動（プラズマ振動）によって入射した光の電界が遮蔽され、中に入れないことによります。詳細は、金属の色の物理的起源をお読み下さい。

（３）金属においては、自由電子のプラズマ振動によるほか、フェルミ面の下の満ちた電子状態からフェルミ面の上の空いた電子状態への遷移による吸収が可視域に連続的に分布しているために、光が透過しないのです。一方、ガラスをはじめとする誘電体では、価電子帯と伝導帯の間に明確なバンドギャップが開いているため、バンドギャップ以下の光子エネルギーをもった電磁波ではバンド間遷移が起きないので吸収がないのです。
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Date: 2007/10/27 10:20
Q2: 私の年齢は24歳です。今年高等学校の教員になったものです。
物理学に関してそれほど詳しいわけではありません。
御回答ありがとうございます。
（１）リンゴの赤は、白色光の反射ではなく、リンゴそのものが発しているのですか？
以下に自分なりの解釈を書いてみました。正しいでしょうか。
リンゴが赤いのは、色素が酸と結合したときに放出されたエネルギー（電磁波）のうち、波長450-580nmの橙、緑、青、紫がアントシアニンに吸収され、波長600nm-700nmの赤が透過されるためである。
]ただ、暗いところ（白色光なし）では赤く見えないような気がするのですが。発色しているならみえるはずでは？

（２）金属中に電磁波による電場が進入すると自由電子が力を受け、電気分極がおき、逆向きの電場を生じ金属内部の電場は０となり（振動数が小さい電磁波の場合）電磁波が金属内部に進入しないのと同じことになる。ここまではわかったつもりです。
しかし、金属内部に進入しないこと＝反射することであることが納得に苦しみます。電磁波は進入しているけれども実際は進入していないのと同じであるだけで、それが反射につながるのはどうしてでしょうか？無知で申し訳ありません。

（３）「金属においては、フェルミ面の下の満ちた電子状態からフェルミ面の上の空いた電子状態間のエネルギー差が可視光線領域に連続的に分布しているため、光の吸収が起こり、透過しない。このほかに、プラズマ振動による反射の影響もあるが。しかし、ガラスなどの誘電体は、価電子帯と伝導帯の間に明確なバンドギャップが存在するため可視光領域程度のエネルギーではバンド間遷移がおきないため吸収されず透過する。」ということでよろしいでしょうか？
そうすると、紫外線やX線などの高いエネルギーを持った電磁波は、ガラスなどの誘電体に吸収されるのでしょうか？また、金属に対してどのように作用するのでしょうか？

お忙しいところ誠に申し訳ありません。
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Date: 2007/10/27 12:24
A2: 岡部様、佐藤勝昭です。
　メールありがとう。高校の先生なのですね。前回の回答は説明不足だったようなので補足します。
（１）リンゴが赤色発光していることは全くありません。
　物体を白色光で照らしたとき、光が物体から帰ってくるのは、反射とは限りません。むしろ散乱のほうが一般的です。白い紙は実は無色透明な材料から出来ていて、その材料自身の鏡面反射率は４％そこそこです。紙が白いのは、微細な材料の粒に光が入って裏面で全反射してきたり、粒を透過したのち、他の粒の界面で散乱されたりして、様々な方位に向けて光が散乱されるためです。
　赤い絵の具でも、同じことです。一例として、バーミリオン（朱赤）という絵の具を取り上げますと、しんしゃ（硫化水銀HgS）が色素として使われています。この物質は半導体で、バンドギャップは2eVで、これ以下の光子エネルギーの光を透過するので透過光は赤です。HgSの反射率は赤だけが特に高いわけでは決して高くありません。バーミリオンでは、HgSの微粒子が有機物で練り合わされていて、有機物の中に微粒子が多数浮かんでいる構造です。入射した白色光は HgS粒子を透過し赤以外の波長の光が透過します。裏面に達したとき、もし裏面に対する入射角が臨界角を超えていると全反射しますし、そうでなければ裏面から抜け出します。そして、別のHgS粒子の表面で反射され、更に反射されたり、透過したりして、外に出てきます。このとき、光の方向はランダムになってしまいます。リンゴの皮の赤も同じです。入射した白色光の内、赤い色のみが散乱してくるのです。

（２）「金属内部に進入しないこと＝反射することであることが納得に苦しみます。電磁波は進入しているけれども実際は進入していないのと同じであるだけで、それが反射につながるのはどうしてでしょうか？」というご質問ですが、これは電波工学におけるインピーダンス整合の考えと同じです。あなたが、内部インピーダンス50Ωのアンテナに、回路インピーダンス50Ωの同軸ケーブルを接続すればアンテナで受けた電磁波はそのままテレビ受像器に導かれますが、もし300Ω のフィーダー線をつなげば、インピーダンス不整合のため反射がおきゴースト像になるでしょう。電磁波が送られてきて、表面で侵入が出来なければ、表面で吸収されない限り、反射するしかないではないですか。
　理論的には、前回紹介した「金属の色の物理的起源」に書いてあるとおり、金属内部に電磁波が侵入できない状態は、負の誘電率で説明されます。電磁気学によれば、誘電率εの物質に空気中から光が垂直入射したときの光強度の反射率R は、R=|(ε^1/2－1)/(ε^1/2＋1)|^2で表されますが、εが負の実数とするとR=1となります。すなわち100%反射するのです。

（３）あなたの解釈はその通りです。通常のガラスは紫外線を吸収します。石英ガラスはバンドギャップが大きいのでかなり短い波長の紫外線でも透過します。 X線領域になると、光の領域とは別の考えが必要です。X線領域になると、閉殻の電子状態からの遷移が関与します。この遷移が始まるエネルギーをX線吸収端と言います。鉛ガラスを用いると通常のX線は吸収されますが、普通のアルカリガラスはX線を透過します。
金属は紫外線を吸収しますが、X線についてはX線吸収端以下のエネルギーのものについては透過します。
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Date: 2007/11/01 14:32
Q3: 返事が遅くなってしまい申し訳ありません。ありがとうございました。
ガラスを熱すると色づいて見えるのは、熱することによって伝導帯への遷移が可視光領域のエネルギーでも可能になるからということですね。
また、質問させていただくことがあると思うのですがよろしいでしょうか。
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Date: 2007/11/01 15:22
A3: 岡部様、佐藤勝昭です。
　ガラスを熱すると色づくのは、黒体輻射によるものです。星の色が高温ほど青いというのと同じです。バンド間遷移は関係していません。
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Date: 2007/11/07 10:50
AA: そうでした。ありがとうございます。またお邪魔させていただくことがあるかと思いますが、どうぞよろしくお願いいたします。
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1018. パワーMOSのGate容量の温度特性について

1019. 磁気光学の測定系

Date: 2007/10/31 14:43
Q: 佐藤勝昭先生

東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻D3の嶋田と申します。
物性なんでもQ&AのWebサイトは事あるごとに大変参考にさせていただいております。

さて、透過配置での磁気光学の測定系を新たに組み立てることになり、ミラーで組むのとレンズで組むのとで、どのような違いがあるのかお伺いしたくメールにて質問させていただきました。

測定したい波長領域は250～850nmで光源ランプを分光器で分光した後、透過配置の光学系を経て光電子増倍管で検出します。
磁場は出力磁場方向に穴(直径5mm)が開いた電磁石で印加します。
（想定している光学系の模式図を添付させていただきました。）

凹面ミラーで組んだ場合と、凸レンズで組んだ場合とでは下記の有利不利のトレードオフになっているものと考えられます。

ミラーの場合
【利点】
色収差がない
【欠点】
偏光子、PEMに斜入射
スポットサイズ大きい（磁石の穴を通れない）

レンズの場合
【利点】
偏光子、PEMに垂直入射
スポットサイズ小さい（磁石の穴を通れる）
【欠点】
色収差がある

広い波長領域で色収差を消すにはミラーで光学系を組めばよいと思われますが、この場合偏光子やPEMには斜入射となってしまいます。
また、偏光が乱れるため、PEMの後にミラーを入れられないので結局、焦点距離の長いミラーでサンプルに光を絞ることになり、サンプル上でのスポットサイズが大きくなってしまいます。

一方、レンズで組む場合には色収差は出るものの、PEMや偏光子にはほぼ垂直入射となります（波長によっては垂直から外れる）。
また、スポットサイズの点でも有利となります。

以上の点を踏まえ、レンズで組もうと考えていますが、色収差があることが磁気光学効果にとって影響があると考えられますでしょうか？
（少なくとも、透過スペクトルを測定するのには問題ないはずです。）

また、逆に、ミラーの場合で、PEMや偏光子への斜入射は、どの程度の角度までなら許容となるのでしょうか？

お忙しい所大変恐縮ですがよろしくご指導お願いいたします。
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Date: 2007/11/01 11:19
A: 嶋田君、佐藤勝昭です。　メール、添付図拝見しました。波長範囲が紫外寄りなのですね。ご質問の、
「色収差があることが磁気光学効果にとって影響があると考えられますでしょうか？」
ですが、色収差が問題になるのは小さなサンプルの場合です。石英レンズの250-850nm による焦点の位置ずれはδf/f=-δn/(n-1)で表されます。この波長範囲のδnは、 Palik: Handbook of Optical Constants of Solids p759-760によれば、 n(250nm)=1.5084, n(850nm)=1.4525なので、δn=0.0559, nの平均値は1.4805 ですからδf/f=-0.0559/1.4805=-0.037です。従って、仮にf=20cmであれば、 6.4mmもずれます。この値が問題になるかどうかは試料の大きさ、一様性などが関係するので何ともいえません。しかしほぼ無視できるでしょう。
問題は、むしろ、偏光光学系に２つのレンズがはいることです。ミラーを使った場合は、ミラーに偏光特性があったとしても、偏光子・ＰＥＭ・検光子の外にあるので、全く問題がないのですが、ＰＥＭのあとにレンズが２つも入っているので、よほど均一で複屈折のないレンズを使わないと、ベースラインがうねる場合があることです。これは、お使いになるレンズで実際に調べてごらんになればよいと思います。問題がなければ、お使いになってよいと思います。

次に「斜め入射の問題」ですが、これは使う偏光子のview angle(視野角)によって違います。
ローションプリズムは60度もありますが、グランテーラーは８度程度しかありません。ＰＥＭにおいては入射角が０でない光は光路長が長いため、リターデーションが大きくなります。精密測定なら問題がありますが、通常の使い方では変調をかけるだけなので、１０度くらいなら全く問題ないと存じます。
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Date: 2007/11/01 18:02
Q2: 佐藤先生

東京大学の嶋田です。
早速の回答ありがとうございます。

実際に使用しているf=200mmの石英レンズのデータシートでは焦点距離が 181mm（250nm）～204mm（850nm）と20mm以上変化するようです。
試料は径１mmほどのピンホールに貼り付けてあり、その径内では均一だと考えられるので、問題にならないと理解しました。

偏光子の詳細を書くのを忘れていましたが、グランテーラーを使用しています。角度で８度ですと、Fナンバーでは3.6程度なので、今の（PEMを入れたりするスペースの都合上）長い焦点距離のミラーで試料に光を絞る場合には偏光子がパスを切ってしまうなどの問題はほとんどないと思います。

心配だったのはむしろPEMへの入射角度が平行からずれることでしたが、これも10度程度までなら問題ないとのことですので、グランテーラーを通った光はこの範囲にあるので大丈夫ということですね。

加えての質問で申し訳ありませんが、PEMと検光子の間にミラーを入れると場合にも、レンズを入れた場合と同様にベースラインがうねるという理解でよいでしょうか？
（佐藤先生の教科書では偏光が乱れるので入れるべからず、となっていましたが。）

これまでカー効果の測定をする際には、正負の磁場でそれぞれ変調シグナルを測って引き算するという方法でベースラインのゆれを消してきました。

よろしくご教授下さい。
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Date: 2007/11/01 23:25
A2: 嶋田君、佐藤勝昭です。　偏光子と偏光子の間にミラーを入れますと、大変偏光が乱れます。私自身、スペースの関係からやりましたが、偏光性を打ち消すためにミラーを組み合わせるなどの努力をしましたが、完全には打ち消すことが出来なかったです。　おっしゃるように、結局はブランクの測定しておいてさっ引くとか、正負磁界で測定して差を取るとしかないようですね。
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Date: 2007/11/02 0:02
A2': 嶋田君、佐藤勝昭です。
　NHK基礎研勤務時代の1976年4月～6月期の四半期報告の抜粋をお送りします。
このなかに、ミラーを組み合わせて、ベースラインのうねりを取るための試みが紹介されています。このほか、当時、InSb赤外検出器の窓材で苦労したことなどがあって、あのころの苦労を思い出しています。
　何かの参考になれば幸いです。
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Date: 2007/11/02 15:41
AA: 佐藤先生

東京大学の嶋田です。
資料大変興味深く読ませていただきました。

やはり、レンズに比べてミラーは偏光を大きく乱す様ですね。
キャンセルするための工夫も凹面鏡では、パス組みがなかなかシビアになりそうな気もしますが。

奇しくも、当方もInSbのディテクター（Kolmar社製）で赤外領域の磁気光学を測定（しようと）しており、サファイア窓のものなので、複屈折でベースラインがゆれているかもしれませんね。（鏡を入れたから仕方が無いとばかり思っていて、正負磁場で引き算していたのであまり気にしていませんでしたが…）

大変、懇切丁寧なご返答ありがとうございました。
少し手を動かしながらレンズ/ミラーの違いなど確かめてみます。
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Date: 2007/11/02 16:18
A3: 嶋田様、佐藤勝昭です。　
　ＩｎＳｂ検出器の窓材問題ですが、これには後日談があります。
お送りした資料では、InSbの前に検光子がありませんよね。
検光子を置いたら、InSbの窓の影響がなくなることがわかりました。
そして、その数学的な解析を進めているときに、検光子を入れた場合に、変調周波数の2倍すなわち2fの成分をとると、旋光角の情報が得られることに気がついたわけです。
　これが、下記の論文のもとです。
K.Sato: Measurement of Magneto-Optical Kerr Effect Using Piezo-Birefringent Modulator; Jpn. J. Appl. Phys. 20 [12] (1981) 2403-2409.
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Date: 2007/11/05 10:14
AA2: 佐藤先生
東京大学の嶋田です。
なるほど。大変興味深い後日談ですね。
今でこそ、偏光子-PEM-検光子で変調分光をすれば, 2fと1fでそれぞれ旋光角と楕円率角が同時に求まるというのは半ば常識ですが、当時はそうではなかったということですか。
逆に、サファイア板の複屈折を利用して楕円率角のキャリブレーションを行うというのも、こういった経験からのアイディアにも思えます。
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1020. 半導体単結晶のゲージ率

Date: 2007/11/02 1:35
Q: 佐藤先生　

はじめまして。Ｈ＊大学で半導体薄膜の研究をしているＯ＊＊　といいます。（匿名でお願い致します。）

①　単結晶Si、SiCのゲージ率を調べているのですが、半導体に関する物性が書いてある本等を　　ご存知でしたら教えていただけないでしょうか？

②　ピエゾ抵抗特性について様々な文献を調べているのですがなかなか見つかりません。ピエゾ抵抗の原理が　　書いてある本等をご存知でしたら教えていただけないでしょうか？

よろしくお願い致します。
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Date: 2007/11/02 15:33
A: O様、佐藤勝昭です。
　ゲージ率(gauge factor)Kは、ひずみ(ΔL/L)あたりの抵抗値の変化率(ΔR/R)で定義されています。
　K=(ΔR/R)/(ΔL/L)=(ΔR/R)/ε
ピエゾ抵抗効果の原理と特性についての教科書としては、
浜口智尋・谷口研二：（現代人の物理シリーズ４）「半導体デバイスの物理」（朝倉書店, 1990)p170-173
の7.3節圧力センサーに詳しく出ています。表7.2にGeとSiのゲージ率が出ています。

Ge (1Ωcm)
結晶軸	ｎ型	ｐ型
[100]	-1	-5
[110]	-97	+67
[111]	-147	+104
Ｓｉ（２Ωcm）
結晶軸	ｎ型	ｐ型
[100]	-132	+10
[110]	-104	+123
[111]	-13	+177

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1021. セラミックスの発光

1022. GaAs, GaPのバンドギャップ

1023. なぜ光伝導スペクトルを測定するのか

Date: 2007/11/06 16:35
Q: 私はＯ＊＊大学３回生　応用物理学科所属のＴ＊という者です。（匿名希望）
先日は、混晶のバンドギャップエネルギーに関して質問をさせていただきました。
とてもわかりやすい説明とサイトを教えていただきありがとうございました。
このバンドギャップに関することでもう１つ疑問があります。（前の質問とはつながりはありませんが．．．）

光電流スペクトル（吸収スペクトル）を調べると、立ち上がり付近がバンドギャップとなりますが、励起子の影響などにより、実際のバンドギャップよりも小さくなるということを本（半導体工学　第二版　松波弘之著　昭晃堂）を読んで知りました。

ではなぜ、光電流スペクトルをしらべるのですか？
バンドギャップを知りたいのであれば、発光スペクトルを分光器を用いて計測すれば、知ることができるのではないですか？
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Date: 2007/11/07 14:00
A: Ｔ君、佐藤勝昭＠札幌です。
　発光スペクトルを測定できるのは、励起された電子とホールが再結合する時に、光を放出する遷移（radiative recombination)の場合に限られます。
発光スペクトルに自由励起子が観測されるのは、よほどよい結晶の場合に限られます。
大抵は、束縛励起子か、ドナーアクセプタ対発光が見られることの方が多いのです。
　ドナーアクセプタ対発光では、バンドギャップよりかなり低いエネルギー位置で発光します。
たとえ自由励起子が観測された場合でも束縛エネルギーがわからないと正確なバンドギャップは得られません。
　自由励起子でも束縛エネルギーが小さい場合、熱的に解離して電子は伝導帯を、ホールは価電子帯をマイグレートして、どこかのトラップ準位に捕獲され、そのエネルギーがフォノンとして放出される場合があります。
伝導帯の電子と価電子帯のホールが、バンド間直接遷移で再結合して発光する場合もありますが、室温ではスペクトルがブロードで弱いことがしばしばです。
　よく光らない場合でも、伝導帯と価電子帯にキャリアがあれば、電界を印加すれば、光電流として観測されますから、正確な情報ではなくても、とりあえずバンドギャップのエネルギーの近似値が得られるのです。

　私もずっと以前に、磁性半導体CdCr2Se4のバンドギャップを決めるために光伝導スペクトルを測定した経験があります。バンドギャップ付近の発光はほとんど観測されませんし、薄膜ができないので吸収スペクトルの測定もむずかしいので光伝導に頼らざるを得なかったのです。
　K.Sato and T.Teranishi: Photoconductivity and Electronic Structures of CdCr2Se4; J. Phys. Soc. Jpn. 29 [2] (1970) 523
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1024. なぜPtの自由電子の散乱寿命は短いのか

Date: 2007/11/10 2:15
Q: 佐藤先生

Ｍ＊＊社のＯ＊＊と申します。匿名で「M社のO」でお願いします。
工学部電気系出身で、半導体素子の研究開発をしております。
「物性なんでもQ&A」を楽しく拝見しております。

「Q468. プラズモン励起について」に関連して質問があります。
このQ&Aにおいて、ご質問者の「Ptはダンピングが大きく・・・」に対して、佐藤先生も「（Ptは）ご指摘のようにscattering lifetime が短く・・・」と回答されています。

私の質問は、なぜPtはAgやAuなどの貴金属に比べて、 scattering lifetime が短いのでしょうか。
これは、電子のバンド構造より予測できることなのでしょうか。

お忙しいところ申し訳ありませんが、ご指導よろしくお願いいたします。
小生、先生の本などにより物性の基礎は修めておるつもりですので、かなり専門的なご説明でも理解できる自負があります。
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Date: 2007/11/10 10:13
A: Ｏ様、佐藤勝昭です。
　Ptの伝導電子の散乱ライフタイムがなぜ短いかというご質問ですが、明確なお答えができるかどうか自信がありません。
　バンド構造だけからは散乱の寿命まで予測できないとは言えます。
キャリアの散乱には、フォノンによる散乱、不純物による散乱のほか、遷移金属の場合磁気的な散乱も関与します。白金はパウリ常磁性体ですが、強磁性秩序をもつ寸前の状態にあるといわれています。たとえば、PtCo, PtFeなどの合金では、Ptが磁気モーメントをもつことが、XMCDの測定から明らかにされています。スピン軌道相互作用が大きいことも考慮すると、スピンの揺らぎによる散乱が効いている可能性がありますが、それを裏付けるデータを持ち合わせていません。お答えにならなくて申しわけありません。
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Date: 2007/11/10 11:43
A2: 追伸O様、佐藤勝昭です。
　先程、バンドは無関係と書きましたが、もうすこし説明しておきます。
筑波大学松本紳研究室のHP にPtのバンド構造と状態密度曲線(DOS)が載っています。
DOSを見ると、Ptのフェルミ面は狭い5dバンドの中にあることが分かります。
この点は、Auとの違いで、Auではフェルミ面の2eV下に5dバンドが存在します。
このため、自由電子の有効質量が大きいので、電気伝導は小さくなります。しかし、だからといって散乱寿命が短いとは言えないのです。散乱寿命に結びつけるにはスピン散乱を考える必要があるのではないかと思うのです。
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Date: 2007/11/30 3:38
AA: 佐藤先生、M社のOです。
「Ptは散乱ライフタイム」に対して、ご指導ありがとうございました。
お礼が遅くなり申し訳ありません。
ご質問者も佐藤先生も当然のように「Ptの散乱ライフタイムが短い」ことをお話しされているので、現象だけでなく原因の物理も広く知られていることかと思ったのですがそうでもないようですね。
ただ、確かにスピンの効果は大きいような気がします。
お忙しい中、丁寧にご説明して頂き、ありがとうございました。
今後も、「物性なんでもQ&A」で勉強させて頂きます。
御礼まで。
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1025. 強誘電体薄膜のキュリー温度

1026. 太陽電池の理論的最大変換効率の導出法

Date: 2007/11/13 21:27
Q: 私はＯ**大学　３回生　応用物理学科所属のＴ＊という者です。（匿名希望）
半導体デバイスの本を読んでいると、Ｓｉ単結晶によるｐｎ接合のエネルギー変換効率の理論値は２２％となっていたのですが、どのような理論式からでてくるのでしょうか？固体物理の本なども見たりはしたのですが、見つけられず頼ることにさせていただきました。
Ｓｉフォトダイオードの実験の考察に用いたいと考えております。
できれば導出もしりたいですが、ここでの記述はつらいですから、理論式だけでも教えていただけるとありがたいです。
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Date: 2007/11/14 11:11
A: T君、佐藤勝昭です。
　実験レポートの考察に使う式を、「物性なんでもQ&A」に求めようというのは本来心得違いです。
しかし、変換効率の理論的背景を知ろうという気持ちをもつことは評価できますのでお教えしましょう。
図書館に行って（古い論文ですが）次の論文を探してきて読んでください。
J.J. Loferski: Theoretical Considerations Governing the Choice of the Optimum Semiconductor for Photovoltaic Solar Energy Conversion;
Journal of Applied Physics 27 (1956) 777-784.
この論文は、太陽電池関係の論文では必ずといってよいほど引用される文献です。
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これによると、ｐｎホモ接合ダイオードを念頭に、次のようにして式を導いています。
まず、光照射を受けたpn接合は、電流電圧特性が
　I_j=I₀(exp(eV/kT)-1) (1)
で表されるような非線形抵抗に並列に置かれた電流I_s の定電流源に等価です。
ここにI_oは逆方向飽和電流です。
もし、整合負荷がpnダイオードに接続されているとすると、取り出しエネルギーが最大になる電圧V_mpは次式で表されます。
　exp(eV_mp/kT)(1+eV_mp/kT)=(I_s/I₀)+1=exp(eV_max/kT) (2)
ここに、V_maxは開放端子電圧です。従って、V_mpを計算するにはI₀とI_sを決める必要があります。
I_0はダイオードに関するSchockleyの式I_0= Aexp(-Eg/kT) から導かれます。
（この式の係数Aには、移動度や伝導帯・価電子帯の状態密度などが含まれますが、Siでは10^-8のオーダーの量です。）
一方、I_sは次式で与えられます。
　　I_s=Q(1-r)(1-exp(-αl)) e nI_ph(Eg) (3)
ここにQはキャリア収集効率で、回路を通り抜けるキャリア数と、バルクで生成されたキャリア数の比です。
また、rは光の反射係数（シリコンでは、反射防止コーティングをしなけらば40%くらい反射します(佐藤註））です。
αは吸収係数、lは吸収層の厚みですから、exp(-αl)は試料を透過してしまう光強度の割合、 n_ph(Eg)は、半導体において電子ホール対を生成するに十分な光子エネルギーをもった単位時間・単位面積あたりの光子の数です。
　最後に、最大変換効率η_maxは、単位面積に到達した太陽光のパワーに対する取り出せる最大電力との比として定義され、次式で与えられます。
　η_max=Q(1-r)(1-exp(-αl)){(eV_mp/kT)/(1+eV_mp/kT)}{en_ph(Eg)/N_ph}(V_mp/E_av) (4)
ここにN_phは太陽光スペクトルに含まれる全光子数、E_avはその平均エネルギーです。
　太陽光のパワースペクトルのピークは1eV付近にあるので、光子の数はエネルギーの増加とともに減少します。従って(4)のn_ph(Eg)はEgの増大とともに減少します。一方、I_s/I₀はI₀= Aexp(-Eg/kT)を考慮するとEgとともに増大します。従って、V_mpもEgとともに増大します。
このため、η_maxをEgの関数としてプロットすると、ピークを生じるのです。
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1027. 相変態について

1028. 先端をしぼった電磁石からの磁場

Date: 2007/11/16 2:54
Q: 佐藤勝昭先生．
はじめまして．私，Ｍ＊大学工学部機械工学科4年Ａ＊と申します．(ホームページへのアップ時は，学校名，氏名とも匿名でお願いいたします) 先生のホームページ拝見させていただきました．
さて，質問のほうなのですが，添付させていただいた図のように，コイルの中に入れた磁性体の先端をしぼった電磁石を設計しようと考えているのですが，先端(r=0)からr (r>0)の位置での磁場の計算の仕方がわかりません．
No.1013の内容も参考にしてみたのですが，あの場合だとr=r´のところからの磁場なので，それから，今回の場合の，面積が小さくなっていく磁性体を通り，先端からの磁場とする応用の仕方がわからず，断念しました．
また，コイルを半無限長コイルと近似して，r=r´での磁束密度B=μnI/2から，r=r´での磁束φ=(μnI/2)*S1と計算し，先端r=0で断面積がS2になるので，r=0での磁束密度がB2=(μnI/2)*(S1/S2)と計算しました．
しかし，ここからどうすれば良いか分からなくなってしまいました．
私の学校の教授に聞こうと思ったのですが，その教授は学会等で忙しくしているらしく，今年は学校には来れないらしいので，誰に相談すべきか悩んでいたときに，佐藤先生のホームページを見つけ，御迷惑かと思いましたが，御相談のメールを送らせていただいた次第です．
お手数おかけしますが，ご教授お願いできないでしょうか？
よろしくお願いします．
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Date: 2007/11/18 0:15
A: Ａ君、佐藤勝昭です。
　r=0における磁束密度がB2[Wb/m2]ですから、そこにB2S2[Wb]の磁極が置かれたの同じです。r>>D2であれば、先端からrの位置における磁界はクーロンの公式で与えられるはずです。
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Date: 2007/11/18 2:2015
Q2: 佐藤先生．
Ｍ大のＡです．
回答ありがとうございます．
なるほど．確かに磁束の単位が[Wb]というのを忘れていました．
もう一つお聞きしたいのですが，
r>>D2という条件が気になりました．
これはどういうことなのでしょうか？
rがD2と近い値だとまずいのでしょうか？
よろしくお願いします．
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Date: 2007/11/18 8:54
A2: Ａ君、佐藤勝昭です。
　磁極の中心から軸上rの位置にある測定点を考えますと、磁極内の各点から測定点までの距離は一定ｒではなく、磁界の方向も軸から傾いていますから、各点からの寄与を中心から磁極の半径D/2にわたって積分しなければならないのです。しかし、r>>Dであれば、磁極内のどの位置からも距離はrと見なせますし、磁界の方向も軸方向と見なせるからです。
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1029. サファイヤ板の複屈折

Date 2007/11/22 3:20
Q: 佐藤勝昭先生
Ｋ＊大学のＩ＊＊と申します。（HPに載せる際には、匿名希望です）
いつもお世話になっております。
ファラデー楕円率の校正をサファイア板を用いて行いたいのですが、サファイア板の楕円率を教えていただけないでしょうか。
また、何面のサファイア板を用いればよいのでしょうか。
お忙しい中、ご迷惑をおかけします。
ご教示いただけますよう、よろしくお願い致します。
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Date: 2007/11/22 15:57
A: Ｉ君、佐藤勝昭です。
　サファイアはc面(0001)以外は複屈折を持ちます。通常はc軸を含むa面 (1120)を使います。
ある面に垂直に入射した光のうち、常光線に対する屈折率n_oと異常光線に対する屈折率n_eとしますと複屈折は複屈折Δn=n_e-n_oとして与えられます。
長さdとしますと、これによる位相差は2πΔnd/λ=ωΔnd/cです。このサファイア板に直線偏光を入射したとき、出てきた光の異常・常光線の位相差が0 のときは直線偏光ですし、π/2のときは円偏光です。この途中では楕円になります。
したがって、楕円率を測定する設定で、適当な厚みの適当な面のサファイヤ板を入れたとき、出力には波長とともに振動するが様子が見られます。ピークの位置が円偏光（楕円率=1）になりますので振動波形の包絡線をとれば、校正ができるのです。
　λ=.590μmにおいてｃ軸に平行な方向の屈折率がn_e=1.768、c軸に垂直な方向の屈折率がn_o=1.760となっていますので、Δn= 0.008 です。
この波長で１／４波長板にするには 2πΔnd/λ=(π/2)*(奇数)　なので　d=36.875*奇数[μm] となります。
短波長まで細かい校正をしたければ、薄くすれば波長に対して細かい振動がでます。
(なお、校正の具体的な方法は、 K.Sato, H.Hongu, H.Ikekame, Y.Tosaka, M.Watanabe, K.Takanashi and H.Fujimori
Magnetooptical Spectrometer for 1.2 - 5.9 eV Region and its Application to FePt/Pt Multilayers;
Jpn. J. Appl. Phys. 32 Part 1 [2] (1993) 989-995.
をご覧下さい。)
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1030. ショットキーダイオードのI-V特性

1031. エリプソメトリで測定した磁性ガーネットの屈折率の磁界依存性

Date: 2007/12/04 19:08
Q: 佐藤勝昭様
元Ｔ社のＳです。紅葉も真盛りを過ぎようとしているこの頃益々ご活躍と存じます。過日は磁力線と光線軸の傾きによって、磁気光学結晶ガーネットに複屈折の生じることを指摘頂き有難うございました。
　再びHPをみてご相談お願いします。同じ希土類BiIG結晶ですが、エリプソメトリーによって屈折率を測定するに当たり、外部磁界で容易軸方向[111]に飽和磁化している状態と、磁界が無くマルチドメインの状態とで測定の結果にどのような差が生じると考えられるでしょうか？
試料結晶は{111}板0.3mm厚で[111]方向に成長誘導異方性のある状態、測定波長は光通信帯域１～1.7μｍです。
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Date: 2007/12/05 0:20
Ａ：Ｓ様、佐藤勝昭です。
　メール有り難うございます。
お尋ねのようなケースのエリプソメトリ測定をやった経験がありませんので、何が起きるか断定的に言えないのですが、考えられることを述べます。
磁気飽和して単一磁区になった場合には[111]軸の周りについて等方的ですが、縞状磁区になった場合、縞の長手方向と、垂直方向では屈折率に異方性が出る可能性があります。また、DyIGのように磁歪の大きなガーネットの場合、単磁区では磁気ひずみが生じていますが、多磁区では磁気ひずみは打ち消しています。屈折率はひずみに敏感なので、わずかながら磁界の有無による変化がある可能性があります。
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Date: 2007/12/06 20:44
Q2: 佐藤勝昭様
早速のご回答有難うございました。
反射光に対して、均一に磁化されている場合は極カー効果のみ発生、磁区がある時は磁壁が存在するごく微小部分では縦、横カー効果も発生と考えても良いでしょうか？
磁壁では磁歪も複雑でしょうか？
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Date: 2007/12/10 15:42
A2: 様、佐藤勝昭です。
　エリプソメトリにおいては光は斜め入射しますから、斜め入射の極カー効果に加えて、一般には、縦カー効果、横カー効果が加わってきます。しかし、磁区内では磁化は面直で上向きか下向きかだけですから、極カー効果のみが寄与します。エリプソメトリでは、rp/rs=tanΨ exp(iΔ)を評価しますから、極カー効果があるとΨ、Δが磁化方向の正負に応じて正負に変化します。初磁化状態で磁区に分かれている場合には、この効果は打ち消しているはずです。しかし、面直上向きの十分強い磁界で飽和させると、上向きの成分のみが寄与するので、磁化によるカー効果が重畳します。したがって、エリプソで見た屈折率は、非常にわずかながら変化があるはずです。
　一方、磁気光学効果を考えず純粋に光学的に考えたとき、磁化があると磁歪のために屈折率が変化しています。単一磁区では全体として大きな磁歪eがあり、屈折率は全体として変化を受けています。消磁状態では磁歪はe/3になっており、全体として飽和状態の1/3の屈折率の変化になっているはずです。しかしミクロに見ると、縞状磁区では、屈折率の変調が起きているはずなので、島に対直に入射した光は回折格子を見ることになります。磁区／磁壁の周期が波長に近いとこの効果が無視できないと思います。
　また、磁壁内では、面内成分がありますから、縦・横磁気カー効果の寄与があります。縦カー効果は、両側の磁壁で反対方向ですから打ち消すはずです。横カー効果は磁化の方向に応じて強度が変調されるはずです。しかし、この成分は小さいのではないかと推察します。
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Date: Thu, 6 Dec 2007 20:44:35 +0900
Q3: 佐藤勝昭様
早速のご回答有難うございました。
反射光に対して、均一に磁化されている場合は極カー効果のみ発生、磁区がある時は磁壁が存在するごく微小部分では縦、横カー効果も発生と考えても良いでしょうか？磁壁では磁歪も複雑でしょうか？
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Date: Mon, 10 Dec 2007 15:42:35 +0900
A3: Ｓ様、佐藤勝昭です。
　エリプソメトリにおいては光は斜め入射しますから、斜め入射の極カー効果に加えて、一般には、縦カー効果、横カー効果が加わってきます。しかし、磁区内では磁化は面直で上向きか下向きかだけですから、極カー効果のみが寄与します。エリプソメトリでは、rp/rs=tanΨ exp(iΔ)を評価しますから、極カー効果があるとΨ、Δが磁化方向の正負に応じて正負に変化します。初磁化状態で磁区に分かれている場合には、この効果は打ち消しているはずです。しかし、面直上向きの十分強い磁界で飽和させると、上向きの成分のみが寄与するので、磁化によるカー効果が重畳します。したがって、エリプソで見た屈折率は、非常にわずかながら変化があるはずです。
　一方、磁気光学効果を考えず純粋に光学的に考えたとき、磁化があると磁歪のために屈折率が変化しています。単一磁区では全体として大きな磁歪eがあり、屈折率は全体として変化を受けています。消磁状態では磁歪はe/3になっており、全体として飽和状態の1/3の屈折率の変化になっているはずです。しかしミクロに見ると、縞状磁区では、屈折率の変調が起きているはずなので、島に対直に入射した光は回折格子を見ることになります。磁区／磁壁の周期が波長に近いとこの効果が無視できないと思います。
　また、磁壁内では、面内成分がありますから、縦・横磁気カー効果の寄与があります。縦カー効果は、両側の磁壁で反対方向ですから打ち消すはずです。横カー効果は磁化の方向に応じて強度が変調されるはずです。しかし、この成分は小さいのではないかと推察します。
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Date: 2007/12/13 14:43
AA: 佐藤勝昭様
遅れましたが詳細なご回答有難うございました。
定量的に差を明確にし、最適ARコートするため実測予定です。
年明けには結果は出ますので両者の値をお知らせします。
親切なご教示をいただき感謝いたします。
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1032. イオン照射したCoCr膜のMsとTcの変化

1033. 酸素プラズマ中の石英の帯電

Date: Tue, 18 Dec 2007 10:35:45 +0900
Q: 東京農工大学名誉教授佐藤勝昭様
Ｆ社のＳと申します。H/Pを拝見させていただき,ご質問します。
申し訳ありませんがよろしくお願いします。

酸素プラズマ中の石英(SiO2)の帯電についてご質問します。
酸素プラズマ中では石英(絶縁物)は一般にはマイナスに帯電すると思いますが、プラスに帯電する可能性はないでしょうか？
すみませせんが,よろしくお願いします。
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Date: Wed, 19 Dec 2007 02:32:13 +0900
A: Ｓ様、佐藤勝昭です。
　私は、酸素プラズマ中で石英をおいて帯電させた経験がありませんので間違っているかもしれませんが、私の考えを述べさせていただきます。
　プラズマにおいてはプラスイオンと電子が分離していますが、マイナスの電子は軽くて動きやすいので、チェンバーの金属壁に到達して逃げていきます。一方、プラスイオンは空間に残ります。（電子は高周波の動きに追従できるが、イオンは追従できずほとんど動かない）
　このため、プラズマの中心部においた石英はプラスに帯電するはずですが・・・。
なんでもQ&A　「832. プラズマポテンシャルとセルフバイアス」をご参照下さい。
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1034. 形態の違うシリコンの物性値

Date: Tue, 18 Dec 2007 20:04:24 +0900
Q: 佐藤さま
初めまして。
(株)Ｔ＊で働いているＡ＊と申します。

ボランティアでこのような活動をなさっていることに驚き、でもすごくありがたく感じています。
学生時代の研究で放射伝熱学を通して半導体の世界に興味を持ち、今の仕事に至っています。
バックグラウンドはないですが、忙しいながらも日々楽しく仕事をして知識を増やしています。

すごく基礎的なところで非常にきがひけるのですが、シリコンの物性について教えていただきたいです。
シリコンと一口に言っても、amorphous/single crystal/poly crystalとあると思うのですが、このどの状態においても物性は同じなのでしょうか？
会社の図書室で調べた中では、この状態を明記してデータが記載されているような資料を見つけられませんでした。

具体的に私が知りたいのは各状態における密度と酸化速度(特にwet酸化)の差です。
結合の状態が違うのならば密度が変わってくるだろうし、その場合には酸化速度も変わってくるのではないかと予想しているのですが・・・。
酸化反応の際のシリコン消費分はあくまでもSi-O結合の問題であって、44%であることは変わりないですよね？
このあたりについても教えていただけないでしょうか。
参考になりそうな文献ももしご存知でしたら教えてください。

お忙しいところ図々しくお願いして申しわけありませんがどう資料を探していいのか行き詰まっているのでご助力いただけたらと思います。
どうぞよろしくお願いいたします。
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Date: Wed, 19 Dec 2007 00:14:38 +0900
A: Ａ様、佐藤勝昭です。
　シリコンの物性といっても、結合性、電子物性、光物性、熱物性、機械的性質など入さまざまなものがあります。　アモルファスシリコンは、 a-Si:H（水素化アモルファスシリコン）と記されるように、水素を数％～１０数％含んでおり、結晶Siとは別の物質（珪素と水素の合金、または、有機物のC-HにおいてCをSiに代えたもの）と言ってよいでしょう。
　アモルファスシリコンの結合性は結晶シリコンと同じ４配位ですが、配位の方向も結合の長さもランダムで、その結果３配位になってダングリングボンドができて、ドーピングしてもキャリアが活性化しないので、水素で終端しようというのが、水素化のコンセプトだったのです。従ってアモルファスシリコンの密度は結晶シリコンの密度より低くなりますが、結晶の場合のような物質定数ではなく、アモルファス性によって異なった値をとります。
　多結晶シリコンといってもいわゆるポリシリコンは、アモルファスシリコンの海の中に微小な結晶粒が浮かんでいる状態です。従って、その結晶粒の大きさや分布の様子の違いによって密度も異なった値をとります。アモルファスシリコンからレーザーアニールでラテラル成長で結晶化した膜の場合、その密度は結晶とほとんど変わりません。
　電子的にはバンドギャップは、水素含有量にも因りますが、太陽電池に使うものでは、1.7eV位で、結晶シリコンのバンドギャップ1.1eVよりもはるかに大きいこと、ギャップ内状態があるけれど、アンダーソン局在のために電気輸送には寄与しないことなどが知られています。ポリシリコンの電子状態は結晶の電子状態と基本的に同じですが、結晶粒界に障壁が存在することによって、移動度が小さくなっていることがあります。
　さて、お尋ねの酸化速度の違いですが、私の手元にデータがありませんが、水素化アモルファスシリコンは、単結晶とは別の物質と考えるべきでしょう。単結晶シリコンの表面は極めて酸化しやすいのですが、水素化アモルファスの表面は比較的安定です。
また、多結晶のものは粒界にWetの酸化剤が浸透しますので、酸化しやすいと思います。
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1035. 「多元合金」の英訳

1036. MgOをトンネル障壁に使うとTMRが増大する理由

1037. 銅とアルミナ基板の接合

Date: Tue, 25 Dec 2007 15:06:54 +0900
Q: 佐藤様
初めてメールさせて頂きます。㈱Ｎ＊＊のＳ＊と申します。
HPへ掲載の際は匿名でお願い致します。
今更という内容かも知れませんが放熱基板製作にあたり銅板とアルミナ基板の接合に取り組んでおります。
不活性雰囲気（N2）で銅の融点（1083℃）より若干低い温度で圧縮しながら加熱すれば接合するという知見をもとに試験を進めていますが、うまく張付かなかったり逆に溶けすぎたり（表面状態は綺麗なまま貼り付けたい）と行き詰っております。
条件出しだけの問題として時間をかければできるのか不安があり質問させて頂く事にしました。
具体的な質問としては酸素濃度と銅の融点の相関関係の分かる資料等があれば教えて頂きたいです。
又、本件の接合に関する製法で既に確立しているものがあるのであれば教えて頂きたいです。
私なりにNETで検索したりと調べて見ましたがこれといったものがなく、初歩的な質問かもしれませんが御回答頂ければ幸いです。
以上
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Date: Tue, 25 Dec 2007 22:33:38 +0900
A: Ｓ様、佐藤勝昭です。
　私は、金属とセラミクスの接着については全くの専門外です。
参考になるかどうか分かりませんが、Cuとα-Al2O3結晶（セラミクスではありませんが）の接着に対する酸素分圧の影響については、次の論文がありますのでご紹介しておきます。
U. Alber, H. Mullejans, and M. Ruhle:
Wetting of copper on α-Al2O3 surfaces depending on the orientation and oxygen partial pressure;
Micron Volume 30, Issue 2, April 1999, Pages 101-108.
　この論文は、融点と分圧の関係ではなく、高い酸素圧の方が強い結合が実現すると書いてあります。また、R面の方がB面よりCuとの結合を作りやすいと書かれています。したがって、CuのAl2O3への接着は融解ではなく酸化物イオンとの結合の問題ではないのでしょうか。
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1038. アルミニウム合金の物性値の温度依存性

1039. アルミナのレーザー加工

1040. ヘリウムリークディテクターでのヘリウムの検出原理

Date: Sun, 6 Jan 2008 18:25:59 +0900
Ｑ：こんにちわ、佐藤先生
ＨＰを拝見しての質問です。
私は、半導体メーカーＮ社のＯ＊（匿名でお願いします。）です。
文系出身者です。
ヘリウムリークディテクターでのヘリウムの検出において逆拡散（カウンターフロー）を利用して検出していると言う事を聞いているのですが、この逆拡散現象による、検出には一定の法則（等式）などがあるのでしょうか？
また、リークレート（漏れ量）とその漏れ量とガス（特に特殊高圧ガス）の関係が良く理解できません。
具体的には、漏れ量が　5.0x10^-10Pa・m³/secとなった場合例えばAsH₃のようなガスはどれぐらい漏れることになるのでしょうか？

Ｑ＆Ａの質問を拝見して似つかわしくない質問なのかとは思いますがよろしくお願いいたします。
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Date: Mon, 07 Jan 2008 11:44:09 +0900
Ａ：Ｏ様、佐藤勝昭です。
　小生は、真空工学は専門ではありません。正しくお答えできる自信がありません。
キャノンアネルバのホームページに出ている「真空基礎講座」のリーク探しのページが役に立つと思います。リーク探しその３，その４にヘリウムリークディテクタのことが書いてあります。
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　アネルバのホームページの受け売りですが、 「プローブ法」の原理については、次のように書かれています。

「プローブ法では、プローブガス（ヘリウムガス）に対する排気速度Ｓと、リークハンティングの対象となっている真空容器の容積Ｖとの比（排気時定数τ＝Ｖ／Ｓ）が重要となります。 τの大きい真空系に対するヘリウムガスの信号の変化と、τの小さい真空系に対するヘリウムガスの変化は図1に示してある通りです。この図からわかるようにτは中間ぐらいの大きさが最もリークハンティングに適していると言えます。このτの値は５～８秒が適当と言われています。 τを制御するためにはヘリウムに対する排気速度を変えることを行います。一般には主ポンプについているバルブを少し絞ることによりτを大きくしています。」
====================================================================================================================
「カウンターフロー」については、次のように書かれています。

「リークディテクタには真空ポンプ系が組み込まれていますが、主ポンプは圧縮型（分子流ガスの運動方向を揃えて圧縮する方法）のポンプ、即ち油拡散ポンプかターボ分子ポンプが使用されています。最近はターボ分子ポンプのコストが下がったため油拡散ポンプを使用することは少なくなりました。これらの圧縮型のポンプは、軽いガスほど圧縮比が小さいという特徴をもっているので、ヘリウムガスの排気速度が小さくなります（またはより小さくすることができます）。
リークディテクタは、被測定系の圧力によっては、大気圧に近い圧力での測定を行うときもありますので、上記の特徴をもったポンプを用いてヘリウムへの逆拡散現象を利用し、質量分析計へヘリウムを導くことができます。これをカウンターフロー方式と呼びます。図4は通常の方式とカウンターフロー方式を比較したものです。カウンターフローの場合では、ターボ分子ポンプはヘリウムガスより重いガスに対しては、十分な圧縮比を維持しているので、質量分析計の中は高真空に保たれます。」
ということで、おそらく、ポンプの圧縮比、排気速度などによるので、簡単な計算式は無いのではないでしょうか。
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　より詳細には、アネルバにお問い合わせになってはいかがでしょうか。
特殊高圧ガスのリークと、真空装置のリークとでは、状況が異なります。高圧になりますと分子流から粘性流に変わると言うことです。
そのまま換算することは出来ないと思います。また、AsH3(アルシン)のような危険なガスの場合には、慎重の上にも慎重を期す必要があるでしょう。
ガスの専門家にお問い合わせになることをお勧めします。
　専門違いでお役に立てず申し訳ありません。
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1041. 運動量行列要素

Date: 2008/01/15 21:58
Q: 東京農工大学佐藤勝昭様
はじめまして。
Ｓ＊＊社のＭ＊＊と申します。
公開の際は匿名でお願いいたします。
分からない点を調べている際に先生のHPを拝見し、質問させていただきたく思い、メールさせていただきました。

主な半導体の運動量行列要素の経験式や実験データが出ているサイトや文献を教えてください。

お忙しいところ恐縮ですが、よろしくお願いいたします。
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Date: Tue, 15 Jan 2008 17:49:50 +0900
A: Ｍ様、佐藤勝昭です。
　小生は、半導体レーザや量子井戸レーザなどの発光効率について研究したことがありませんので、具体的な半導体の運動量行列要素の式を扱ったことがありませんが、わかる範囲でお答えします。
　東大物性研の近藤高志先生の「ニューマテリアル特論」の
 ３つめの講義ノートに運動量行列要素の式が書かれています。このなかの式(36),(37)をご覧ください。
　また、以前、NTT基礎研の影島博之氏が、理論的な研究をしておられました。たとえば、
Hiroyuki Kageshima and Kenji Shiraishi:Momentum-matrix-element calculation using pseudopotentials; Phys. Rev. B 56, 14985 - 14992 (1997)
をお読みください。詳細は、影島氏に直接お尋ねください。
　以下に、この論文から、GaAs, ZB GaN, WZ GaNの価電子帯頂と伝導帯底の間の運動量行列要素を採録しておきます。
単位はatomic units (hbar/a_B)

GaAs

	Γ	X	L	U
補正あり	0.55	0.48	0.58	0.71
補正なし	0.54	0.48	0.57	0.71
Suzuki, Uenomiya	0.622

(補正とはcore repair termの補正のことです。)

ZB-GaN

	Γ	X	L	U
補正あり	0.43	0.48	0.54	0.63
補正なし	0.65	0.57	0.69	0.70
Suzuki, Uenomiya	0.507

WZ-GaN

	Γ	K	H	A	M	L
補正あり	0.43	0.53	0.36	0.01	0.00	0.25
補正なし	0.66	0.53	0.42	0.02	0.00	0.31
Suzuki, Uenomiya	0.510

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Date: Wed, 16 Jan 2008 21:20:12 +0900 (JST)
AA: 東京農工大学佐藤勝昭様
お忙しい中、私の質問に答えていただきいありがとうございました。
　ぜひ、参考にさせていただきたいと思います。
　また、お願いをする時があるかもしれませんので、そのときは宜しくお願いいたします。
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1042. 分極と光学遷移

1043. 銀接点に生じる硫化銀被膜について

1044. テルル化ビスマスの屈折率と硬度

1045. グラファイトとダイヤモンドの点欠陥の活性化エネルギー

1046. 石英ガラスの緑色発光

1047. 金属中の電磁界の解析

Date: Thu, 24 Jan 2008 16:45:04 +0900
Q: 東京農工大学佐藤勝昭教授

はじめまして。
Ｋ高専専攻科2年のＭ＊と申します。
「物性なんでもQ＆A」を拝見し、質問をさせて頂くことにしました。
学校名も名前も匿名でお願いします。

　私は現在学校で、ある研究をする準備としてドルーデ金属（銅）中に電磁波を入射するシミュレーションを行っています。
そこで電磁波(波長80nmのsin波)を真空から銅に入射させたところ、透過波は減衰していくのですが、銅中の境界近くの電界が振動を始めます。
この現象は物理的におかしいのでしょうか。
そもそも銅のプラズマ波長は約140nmなので、波長80nmの波は銅を減衰なく伝搬するのでは？とも思います。
銅の誘電率はドルーデ分散を用いています。
私の文だけでは分かりづらいと思い、シミュレーション結果を添付させていただきました（ただし、領域の半分より左側が真空、右側が銅、横軸：位置、縦軸：電界です）。

大変お忙しい中申し訳ありません。
どうぞろしくお願い致します。
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Date: Thu, 24 Jan 2008 19:21:39 +0900
A: Ｍ＊君、佐藤勝昭です。
　ご質問の研究は高専の専攻科の研究ですよね。まずは、指導教員の意見を聞いてください。
それでもらちがあかないときには一緒に考えてみましょう。
あなたの質問では、前提条件がわからないので、お答えできません。
（１）図の横軸の単位は何ですか？メートルですか？
（２）半分が真空ということですが、2.5e-7の位置より左ですか？すると振動は真空側に見られるのですか。
（３）計算には、FDTDを使っているのですか？FDTDのソフトは、気をつけないと、ナノ領域には適用できないという研究があります。
（４）80nmの電磁波とは極紫外光ですよね。そのような光に電磁界解析することに意味はあるのでしょうか。
（５）銅のプラズマ波長140nm(8.86eV)というのは,バンド間遷移を考えない場合のプラズマで、実際には、バンド間遷移のために誘電率の実数部・虚数部は複雑なスペクトルを示します。単純なDrude分散など成り立ちません。現実的なパラメータを使うべきでしょう。
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Date: Thu, 24 Jan 2008 21:31:11 +0900
Q2: 佐藤勝昭　教授
Ｍです。早速のお返事ありがとうございます。
指導教員の意見も聞いたのですが、どうしてもらちがあきません。
質問の前提条件は以下の通りです。

（１）図の横軸の単位は[m]です。
（２）ちょうど横軸2.5e-7[m]から右領域を銅に設定してあります。
よって、振動は銅側に見られているものと思います。
（３）CIP法という方法で解析しています。私たちは、CIP法をFDTD法に代わる電磁界解析手法として注目しています。しかし現段階では、CIP法による電磁界解析を分散性媒質に適用する方法が確立されていません。
そこで私は、その方法を模索しています。模索した結果、FDTD法で分散性媒質を解析する際に用いられるRC法を、CIP法でも用いることにしました。送付した解析結果は、この方法を用いたものです。
比較のためFDTD法でも同じ条件で解析した（自作プログラムで）ところ、やはり同じ結果が得られました。解析結果は物理的におかしな気がするのに、 CIPでもFDTDでも同じ結果が出たということで悩んでいます。
（４）私は光ナノテクノロジーで必要となる電磁界解析に、CIP法を用いることを目標としています。そのための一段階として、CIP法を分散性媒質にも適用できるようにしようとしています。80nmの電磁波は、分散性が考慮できたかどうかを調べるために用いました。
（５）私の勉強不足でした。ただ、現段階ではDrude分散で考えたいと思います。

Drude分散を持つ銅に、80nmの電磁波が入射した場合の電磁波の応答は、私の解析結果のようになるのでしょうか。全く異なるのでしょうか。

どうぞよろしくお願い致します。
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Date: Fri, 25 Jan 2008 10:42:19 +0900
A2: Ｍ君、佐藤勝昭です。
　誘電率の式としてどのようなものをお使いですか。
純粋に自由電子のみを考えたDrudeの式は、
　ε=1-ω_p²/ω(ω+i/τ)
と書けます。もしτ→∞（散乱を考えない）とすると
　ε=1-ω_p²/ω²
となります。この場合は、ω<ω_p　ではε<0となり、このときは反射率が100%となり、電磁波は金属の中に入り込めません。
ω>ω_p　になると、一部の電磁波は界面で反射され、残りは中に入ります。
τ→∞ということは、損失がないので減衰することもありません。
もし金属の厚みが有限であれば、進入した電磁波は裏面で反射して戻ってきます。この戻ってきた電磁波と入射した電磁波が干渉することによって、複雑な振る舞いをするはずです。
τとして有限の値をとった場合、金属にはいった電磁波は減衰しますが、金属の厚みが無限大でない限り反射した波が来ますから、干渉が起きるでしょう。
　従って、計算するときの金属のサイズを考えないと、端っこから必ず反射波が来るので干渉が出てしまうでしょう。

実際には、バンド間遷移がありますから、ε=1-ω_p²/ω(ω+i/τ)の1のかわりに、バンド間遷移に基づく誘電率の分散が加わります。
「銅」という具体的な系でやるのであれば、きちんとした複素誘電率の値を使うべきでしょう。
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Date: Fri, 25 Jan 2008 13:16:39 +0900
Q3: 佐藤勝昭教授
Ｍです。丁寧ななご回答ありがとうございます。

誘電率はτの値が有限の場合のDrudeの式を用いています。
銅の厚みは、入射地点から右側は半無限であると設定しているため、裏面からの反射の影響とは考えにくいと思っています。
私のプログラム、あるいは考え方のどこかに誤りがあるようです。教授がおっしゃることを踏まえ、少し考え直して、新たに取り組んでみたいと思います。

お忙しい中、本当にありがとうございました。
感謝します。
これからも頑張ってください。
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Date: Fri, 25 Jan 2008 14:34:17 +0900
A3: Ｍ君、佐藤勝昭です。
　添付図を見る限り、戻り電磁波があるとしか考えられません。有限の数のセルに分けて計算している限り、境界面があります。半無限というのを計算機ではどのような扱いにしているのでしょうか。
ナノサイズでの電磁波解析の数値解析については、東大の宮野研の田丸先生のすぐれたお仕事があります。
田丸博晴：電磁場の数値計算（FDTD法）
石原照也監修「メタマテリアル－最新技術と応用－」（基礎編第3章)、シーエムシー出版 (2007).

田丸博晴：単一金属ナノ粒子の光散乱特性：数値計算による実験の評価
山田淳監修「プラズモンナノ材料の設計と応用技術」（第10章)、シーエムシー出版 (2006).
などをよくご参照されるとよいでしょう。
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1048. 原子の電子準位の状態数

Date: Sat, 26 Jan 2008 18:24:10 +0900
Ｑ：　佐藤勝昭先生
初めまして、A社で機能材料開発に携わっているＯ＊です。
先生のHPを拝見させて頂きました。
学生時代、先生編著のオーム社「応用物理」でお世話になりました。
さて、キッテル著の「第2版熱物理学」で、分からないところがありますので、ご教授下さい。
図1.1に、水素、リチウム、ホウ素の（全系の）エネルギー準位が低い方から示してあります。
水素の場合は、エネルギーの低い方から状態数が、2→8→18→32→50→、となっており、これは、それぞれ、主量子数1→2→3→4→5→、に対応することが分かります。
（水素原子の場合は、1電子でクーロン型ポテンシャルなので、エネルギーが　主量子数のみで決まると理解しています。）
また、リチウムについては、2→6→2→6→10→2→6→24→、で、最後の2→6→24のところの 2が(1s)(2s)2、24が(1s)(2s)(2p)から来ると考えていますが、6のみ分かりません。
それから、ホウ素については、6→12→2→2→10→、となっており、最初の6が (1s)2(2s)2(2p)から来ているだろうことは分かりますが、12からが分かりません。
フントの法則も考える必要があるかと思い計算してみましたが、うまくいきませんでした。

お忙しいところ申し訳ありませんが、宜しくお願い致します。
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Date: Sat, 26 Jan 2008 22:00:41 +0900
Ａ：Ｏ様、佐藤勝昭です。
　キッテルの「第2版熱物理学」は手元にないのですが、一応、分かる範囲でお答えします。
まず、水素もリチウムも、Ｏ様が書かれているように1電子系ですから、比較的簡単です。
水素では、純粋に主量子数で考えて結構です。
リチウムの場合、Condon-Shortley: The Theory of Atomic Spectraによれば、
基底状態は2sで励起状態は, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d+4f, 1s²
となっています。状態数は、基底状態2sが2, 励起状態は2pが6, 3sが2, 3pが6, 3dが10, 4sが2, 4pが6, 4d+4fが24です。

ホウ素は3電子原子です。多電子系の電子状態は多重項で考えなければなりません。Condon-Shortleyでは
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電子配置	多重項	全角運動量J (括弧内は状態数)	状態数
2s² 2p	²P	J=1/2(2), 3/2(4)	計6(基底状態)
2s² 3s	²S	J=1/2(2)	計2
2s 2p²	⁴P	J=1/2(2), 3/2(4), 5/2(6)	計12
2s² 3d	²D	J=3/2(4), 5/2(6)	計10
2s² 4s	²S	J=1/2(2)	計2
2s² 4d	²D	J=3/2(4), 5/2(6)	計10
2s² 5d	²D	J=3/2(4), 5/2(6)	計10

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これだと、6→2→12→10→2→10→10となり、 6→12→2→2→10ではありませんね。

一方、米国NISTのダイアグラムでは
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電子配置	多重項	全角運動量J (括弧内は状態数)	状態数
2s² 2p	²P⁰	J=1/2(2),3/2(4)	計6(基底状態)
2s 2p²	⁴P	J=1/2(2), 3/2(4), 5/2(6)	計12
2s² 3s	²S	J=1/2(2)	計2
2s 2p²	²D	J=3/2(4), 5/2(6)	計10
2s² 3p	²P⁰	J=1/2(2), 3/2(4)	計6
2s² 3d	²D	J=3/2(4), 5/2(6)	計10
2s² 4s	²S	J=1/2(2)	計2
2s² 4p	²P⁰	J=1/2(2), 3/2(4)	計6
2s² 4f	²F⁰	J=5/2(6), J=7/2(8)	計14

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従って、6→12→2→10→6→10→2→6→14 となります。少し、近づきましたね。
実験で得たスペクトルをどの準位にアサインするかは、高い励起状態では、かなり不確定性があるのではないでしょうか。
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Date: Sun, 27 Jan 2008 13:23:37 +0900
AA: 佐藤勝昭先生
早速のお返事どうもありがとうございます。
いろいろと勉強になりました。今回、分かったことは以下の通りです。
(1)キッテル本の図の励起状態の数は実験データである。
　（本には明確な記載が無いので、少々不親切だと思います。）
(2)多電子系において、励起状態に、電子が主量子数の異なる状態に移るものが
　含まれる場合、フントの法則が使えないため、励起状態をエネルギーの低い方から
　並べるのは困難。
　（私の書いた、リチウムの励起状態の順序誤っていました。主量子数n=4は考えていませんでした。）
それから、学生時代と、少し間があって現在と、磁性分野に携わっています。
応用技術も大切ですが、磁性の基礎も開発には欠かせないので、再勉強中です。
（実験屋には不必要かも知れませんが、守谷理論とか式を追うだけでも難しいです。）
周りには磁性の理論を深いところまで分かっている人がいないので、今後とも宜しくお願い致します。どうも'ありがとうございました。
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1049. 構造複屈折

1050. 酸化アルミによる酸化チタン光触媒作用の増強

1051. 子ども科学教室の説明(紙おむつ、バネ電話、簡単モータ)

Date: Sun, 27 Jan 2008 16:12:38 +0900 (JST)
Q: 佐藤勝昭先生、お世話になります。

当方は、かわさきＡ工房と申しまして、一般人が子供たちに科学に興味を持ち、実験をわかりやすく体験できるようにと活動している任意団体です。
私はそこの代表をしているＳ＊＊と申します。
機械科の出身ですが、不勉強な学生時代の余韻が残り今になって苦労しています。
（団体名・氏名はできれば匿名でお願いしますが、先生の都合に合わせます）
こちらのＨＰは大変高度な内容なので、時々勉強させていただいております。
つきましては、以下の実験の原理について原理説明をしてみましたが、自信がありません。
場違いの感もありますが、教えていただける方が近くにいないので、お手数ですがご指導いただければありがたい次第です。

＠１．高分子ポリマーの不思議（紙おむつ）
子供用原理説明：高分子ポリマーは水を吸水してジェル状になります。これは高分子ポリマーの小さい隙間から水が中に入り込み、浸透圧という圧力がある為、水は外には出てきません。
このジェル状の水をもとの水にもどすには、塩を加えてやります。高分子ポリマーは、塩でその小さい隙間を大きくし、水を引きつける能力をなくしてしまいます。
大人用原理説明：高分子ポリマーの分子中には親水基があり、水を含むと一部が電離し、＋イオンが離れ水中にでます。ポリマー中の親水基には－イオンが残っていて、＋イオンと－イオンが互いに引き合う力により水分子が親水基にとらえられます。これは、縦横に張り巡らされた高分子の編み目の中に水分子が水素結合で押さえ込まれるためです。なので、圧力を加えても水分子をはじき出しません。

＠２．糸電話でエコーマシン＜ばね電話＞
子供用原理説明：糸電話では、糸が振動して音を伝えることができます。その糸の代わりにばねを使ったのがばね電話です。ばね電話で話すと、自分の声が相手にはエコーがかかって聞こえます。ばね電話では、音がばねの端ではねかえるので、音がばねの中を往復して、エコーがかかって聞こえます。
大人用原理説明：ばねを伝わる縦波が端で反射され、往復によりエコーがかかる。

＠ネオジム磁石で簡単モータ
子供用原理説明：磁界の中で電流が流れると電線には力が働くことが分かっています。ここで、磁石とくぎと電池を直列につないだ時、くぎに電流が流れるので、くぎを回そうという力が働いています。
大人用原理説明：くぎの頭を磁石のＮ極につけ、くぎのとがった先を乾電池の＋極につけて、乾電池からくぎをぶら下げます。くぎは磁化されて、くぎ全体から磁力線が出てきます。くぎの中を移動する電子は、下から上向きです。くぎが回転するのは「フレミングの左手の法則」により、くぎの表面の電子全てについて、磁力線からローレンツ力を受けて回転運動になる。
以上ですが、どうぞよろしくお願い申し上げます。
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Date: Sun, 27 Jan 2008 16:51:43 +0900
A: S様、佐藤勝昭です。
　青少年の理科離れが問題になっている昨今、このような啓蒙活動をなさっていることに同じ川崎市民として敬意を表します。
　書かれている３つとも、説明が難しい課題ですね。
＠１　紙おむつ
　「浸透圧」は子どもに難しいかもしれませんね。
花王のHPの説明は、浸透圧を使っていますが、比較的わかりやすいですよ。
大人用の説明も、疎水基、親水基、水素結合などというとかえってわかりにくいので、高分子の網目構造によるくらいのほうがわかりやすいのではないでしょうか？

＠２　糸電話、バネ電話
　おっしゃるようにバネを伝わる縦波がエコーを生じさせていると考えて良いはずです。バネの縦波とは、バネの伸縮により疎密波として伝わるので、ばね定数によって幅がありますが、速さは数m/s～数10十m/sという遅い速度になっており、エコーになるのです。もし、鉄の線をぴんと張ったのでは、弾性波の速度が速すぎてエコーになりません。このあたりのことを、説明すべきでしょう。

＠３　簡易モータ
　「磁石とくぎと電池を直列につないだ時」と書かれている実験装置のイメージがつかめませんこのようにすると釘はその中心軸の周りに回転するのですか？この場合に、釘を流れる電流による回転力の説明は難しいです。釘は磁性体なのでそれ自身でネオジム磁石の磁界と相互作用するので話がややこしくなります。
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Date: Sun, 27 Jan 2008 18:47:50 +0900 (JST)
Q2: 佐藤勝昭先生
早速のご返事有難うございました。
川崎に御住まいとのこと、力強い限りです。

＠１　紙おむつ
折りたたまれた分子の鎖が水をつけると、分子の鎖が伸びきるまで水を吸収するという絵と説明が分かりやすくて感心しました。さすが製造メーカのＨＰで、これを検索するのを忘れておりました。有難うございます。
＠２　糸電話、バネ電話
弾性波は線材の中を進み、縦波はコイル状になった円形の面で進むということでしょうか。理解が足りなくてすみません。もう少し、説明をお願いします。
＠３　簡易モータ
以下のＨＰを参考にしました
http://www.eneene.com/omoshiro/11tankyoku/

このＨＰにも説明がなされていますが、
この説明を見ると、くぎ全体がＮ極になるように見えるのですが、
実際はどう考えたらよいのでしょうか。

以上ですが、また質問させて頂いてもよろしいでしょうか。
今後とも、どうぞよろしくお願い申し上げます。
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Date: Sun, 27 Jan 2008 20:28:33 +0900
A2: S様、佐藤勝昭です。
＠２　バネを円柱と考えて、そこに伝わる弾性波として取り扱ってよいと思います。円形の面で進むと見ても良いでしょう。
＠３　簡易モータ
ネオジム磁石は釘を磁化するだけのためなのですね。わかりました。
釘全体が１つの磁極になることはありません。磁石のNに着けたくぎの頭はSになり、先端はＮになるでしょう。磁化の方向と電流の方向が平行ですから、ローレンツ力qv×Ｂは働きません。おそらく、不均一な電流パスがあって、釣り合いからずれていて、回転トルクが生じるのではないでしょうか。この系は、ローレンツ力を理解するには、あまり、教育的な系ではないようです。
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Date: Sun, 27 Jan 2008 22:19:19 +0900 (JST)
Q3: 佐藤勝昭先生
＠２了解しました。有難うございます。
＠３　簡易モータ
はい、くぎの先端がＮ極です。磁化の方向と電流の方向が平行なので、ローレンツ力が働かないとのこと。残念です。何度か子供たちに見せました。するとすごい反応がありましたので、何とか説明を付けたかったのです。理解度が足りないので、確認させてください。
磁化の方向と電流の方向が平行というのは、電池の－極がＮ極となり、そこから使用電線と同じように弧を描きながら磁力線が出て磁石まで到達する。するとくぎの部分では電流と磁力線が逆向きで平行になる。不不均一な電流パスというのは、くぎの先端で電池の＋極の出っ張りとの接触部分と電線が釘に触る部分の電流の流れに乱れが生じて、磁力線の方向に対して電流の方向が平行でなくなる場合にフレミングの法則で力が発生する。
・・・というふうに考えてはおかしいでしょうか。
おっしゃるように教育的な題材ではないようですが、興味がありましたので、しつこくお伺いしました。すみません。
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Date: Sun, 27 Jan 2008 23:41:49 +0900
A3: S様、佐藤勝昭です。
　磁極から出る磁界ですが、一般には、釘の先端（Ｎ）から外の空間を弧を描いて釘の頭（Ｓ）に繋がります。釘は長いので釘の中を通反磁界は無視して良いと思います。釘の周りには、アンペールの法則に従って同心円状に磁界が取り巻いています。従って釘の外には、電流による磁界と釘の磁化からの磁界とがベクトル的に加わっています。この磁界を全部合わせると、その合力は釘と平行になるはずです。従って、これでは、力が生じません。電線と釘の電気的接触は釘の横っ腹ですから電流には斜めの成分があるはずです。この不均一で非対称の電流のために回転力が生じていると考えるのが自然でしょう。
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Date: Mon, 28 Jan 2008 00:15:24 +0900 (JST)
AA: 佐藤勝昭先生
遅くまでお付き合い頂き申し訳ありません。
ようやく自分なりに理解できました。
分かりやすく説明頂き有難うございました。

近くにお住まいと分かりましたので、教えて頂くのにも元気が出てきました。
また質問させていただくことがあるかと思いますが、我慢のお付き合いをお願い申し上げます。
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Date: Tue, 29 Jan 2008 22:23:07 +0900 (JST)
Q4: 佐藤勝昭先生
お世話になります。かわさきA工房のS*です。

質問です。
タコ糸の場合の糸電話と鉄線の場合の糸電話ですが、

タコ糸の場合：相手の紙コップに届いた時に反射をしないのは何故でしょうか。
鉄線の場合：弾性波のスピードが速すぎて反射がないとのことですが、どうしてばね電話では反射が起こりエコーになるのでしょうか。ここのところがどうも理解力がないので、よく分かりません。

ご指導お願いします。
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Date: Tue, 29 Jan 2008 23:40:43 +0900
A4: S様、佐藤勝昭です。
　私の説明が悪くて誤解を与えたようですね。
糸でも鉄線でもバネでも反射はあります。何度か反射して減衰するまでの時間が問題なのです。人間がエコーとして捉えるには10-30msくらいの遅れがなければならないと云われています。今、1mの長さの糸電話を考えましょう。エコーが聞こえるためには1往復しなければなりませんから、長さは2mです。
ナイロンの音速は、縦波c1=2620m/s, 横波c2=1070m/s
鉄の音速は、縦波c1=5950m/s, 横波c2=3240m/s
ですから、遅い方の横波でも、2mの線を伝わる時間は、
ナイロンで1.87ms、鉄で0.62msです。ナイロンだと最低5往復、鉄だと最低15往復位行き来しないと、エコーになりません。その間に音は減衰してしまうのでエコーにならないのです。
バネの場合、ばね定数によって違いますが、疎密波の伝搬速度は数m/s ～数十m/sなので、5～50m/sとしておくと、2mの線を伝わる時間は、 400ms～40msとなり、十分エコーとして識別可能な時間になります。
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Date: Wed, 30 Jan 2008 01:53:27 +0900 (JST)
AA: 佐藤先生
遅くまでお付き合い頂きありがとうございます。
何度か反射して減衰するまでの時間が糸とばねで違い、糸は減衰が大きく音として聞こえなくなるので、エコーにならない。ばねは振動が伝わる時間と反射してくる時間差がちょうど良い時間差なのでエコーとして聞こえる。という理解をしました。
簡単に出来る実験が、原理説明をしようとするときこんなに大変なものとは考えていませんでした。
どうもありがとうございました。
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1052. ＩＴＯの仕事関数

1053. 二次元正方格子における磁化率の温度変化

Date: Wed, 6 Feb 2008 17:56:50 +0900 (JST)
Q: Ｙ＊＊大学理学部四年生、Ｋ＊＊といいます。ＨＰを見ました。匿名でお願いします。
現在、二次元正方格子反強磁性体の物質を取り扱っています。Ｍ－Ｔ（磁化ー温度）曲線を測定したのですが、ネール温度（反強磁性体転移おきる温度）より高い温度で、キュリーの法則に反して磁化率の落ちていく様子が見られました。
ネール温度より高い温度でこのようなことが起きるのはなぜでしょうか？ネール温度で反強磁性転移が起きるのは確認済みです。よろしくお願いします。
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Date: Wed, 6 Feb 2008 23:21:57 +0900
A: Ｋ君、佐藤勝昭です。
　磁化率χが高温側で温度上昇と共に落ちるのは当たり前でしょう。
もし磁化率の逆数が高温側で落ちたら不思議ですが。いずれにせよ、グラフを添付していただけないでしょうか。
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Date: Thu, 7 Feb 2008 10:17:59 +0900 (JST) Q2: 早いお返事ありがとうございます。グラフを添付させていただきました。

先のメールでは説明が不十分でした。申し訳ありません。グラフを見ていただければわかると思うのですが、低温にすすんでいるのに、ネール温度より手前から磁化率の低下が見られます。キュリーの法則では磁化率は上がると思うのですが。グラフの→？のあたりです。ちなみに磁場は磁化困難軸に平行にかかっております。取り扱っている物質は正方格子反強磁性体です。
よろしくお願いします。
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Date: Thu, 7 Feb 2008 23:45:26 +0900
A2: Ｋ君、佐藤勝昭です。
　図をみて、どこかで見たことがあると思って、探しましたらありました！
理研の田村さんのお仕事です。
　そもそも、統計物理の教えるところによれば、二次元ハイゼンベルク系では反強磁性転移は絶対零度まで現れないはずです。従って、反強磁性秩序が現れると云うことは一見二次元格子であるけれど、低温では層間の交換相互作用が無視できず三次元の秩序があるということです。高温になると二次元系として振る舞うので、どこかの温度で二次元と三次元の転移があるということです。これを次元クロスオーバと呼んでいます。
　高温では層内の相互作用に支配されていて、二次元性を示しますが，層間相互作用の影響は磁化率のピークよりも低温側でようやく現れてきていると考えられます。このような物質の例は，層状の正方格子構造をもつ銅(II)化合物などでたくさん知られていて，二次元正方格子モデルに従って磁化率ピークを示し，そのずっと低温側で反強磁性転移を示します。
(文章は、上記サイトから引用しました。）
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Date: Fri, 8 Feb 2008 05:26:16 +0900 (JST)
AA: とても参考になりました。どうもありがとうございました。
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1054. ろう材の熱伝導率

1055. 結晶SiとアモルファスSiの活性化エネルギー

1056. エレクトロニクスの期末テストの解答が欲しい

Date: Tue, 5 Feb 2008 13:09:24 +0900
Q; 佐藤勝昭様
はじめまして、私は浅野と申します。
お願いがあります。
このホームページにあるエレクトロニクスIIの期末テストの問題を個人的に解いたのですが、解答が無く困っております。
最近、電子回路を勉強しており、大変良い問題だったので挑戦してみました。
誠に一方的なお願いではありますが、「解答例や解答手順」等の資料がありましたら是非拝見させて下さい。
もし、解答例や解答手順が存在しましたらお願いします。
お忙しい中申し訳ありませんが、よろしくお願いします。
神奈川県大和市在住　浅野
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Date: Tue, 05 Feb 2008 15:48:35 +0900
A: 浅野様、佐藤勝昭です。
　以前の授業なので標準解答が残っていませんでしたので、急遽作成しました。
間違っているかもしれませんが、取り急ぎお送りします。
解答pdf
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Date: Tue, 5 Feb 2008 19:59:08 +0900
AA:佐藤　勝昭様
解答ありがとうございました。
早速、拝見させて頂きます。
お忙しい中、このような好意に大変感謝しております。
佐藤先生の講義プリントも大変参考になり勉強になります。本当にありがとうございました。
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1057. 酸化タングステンの機械的性質

1058. ６６ナイロンの黄変

1059. ラマン散乱による結晶歪みの評価

1060. 光学薄膜の透過率

Date: Mon, 11 Feb 2008 08:25:27 +0900 (JST)
Q: はじめまして。F*大学工学部4年のY*と申します（Webでは匿名でお願いします）。
私が研究している中の１つに多層膜による光の反射防止というものがありまして、設計した値と実験のデータの比較から設計のミスではないかと思い、恐縮なのですがご助力していただきたくメールさせていただきました。
大変基本的な質問で恥ずかしいのですが、垂直入射で光エネルギーの吸収が無いとすると透過率はどのような式で表すことが出来るのでしょうか。
本を参考に設計していたのですが、薄膜内での繰り返し反射というところがよく分からなかったので、おそらくそこが原因で結果にずれが生じているのではと考えています。
以前佐藤先生は、反射率の質問のところでエクセルによる解析をなさっていたかと思いますが、リンク先を開くことが出来なかったので、差し支えなければ参考までにそちらの方もお願いできればと思います。

お願いばかりして大変恐縮ですが、よろしくお願いします。
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Date: Mon, 11 Feb 2008 18:39:23 +0900
A: Y君、佐藤勝昭＠那覇です。
　大学のHPからprovider(Lacoocan)に移したときにリンク切れが発生しました。申しわけありません。旅先なので、帰宅してから対応します。
なお、薄膜の多重反射については、藤原史郎「光学薄膜」（共立）という本に詳しく載っていますので、図書館に行って調べてください。
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Date: Tue, 12 Feb 2008 02:07:24 +0900
A2: Y君、佐藤勝昭です。
　リンク切れを修復しましたので、ご確認下さい。
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Date: Wed, 13 Feb 2008 17:56:20 +0900 (JST)
AA: 佐藤先生。
返事が遅くなってすみません。
そして出張先から休日なのにも関わらず素早い対応をしていただき、本当にありがとうございます。

佐藤先生に教えていただいた本を参考に、現在多層膜を設けた時の基板内の繰り返し反射を見直しています。
ファブリ・ペロモデルでの透過率がおそらく求めている答えだと考えていますが、本文の説明が多少分かりにくく苦戦しています。
出来るだけ自分で理解しようと思いますが、また質問させていただくかもしれません。
失礼とは存じますが、その時はよろしくお願いします。
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1061. 窒化ガリウム(GaN)の抵抗率の基板による違い

1062. ボルタは電池の出力をどうやって確認したか

Q: Date: Thu, 14 Feb 2008 17:43:08 +0900
素朴な質問なのですが教えてください。
ボルタが電池を作った時に電気が流れたことをどういう手段で確認したのでしょうか？
まだ、電球とかはなかったようですが！
　　　　　　山口市　　　佐伯清子
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Date: Thu, 14 Feb 2008 19:27:43 +0900
A: 佐伯様、佐藤勝昭です。
　ボルタ電池のことは「大人の科学」のネット版に出ています。
これによれば、ボルタは死んだカエルの脚に２種類の違う金属を当てて、金属同士を触れさせると、脚がけいれんすることから、電気が起きていることを見出したようです。
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Date: Thu, 14 Feb 2008 20:24:01 +0900
AA: 佐藤先生
　ボルタ電池の件ありがとうございました。
　また不明なことがありましたらよろしくお願いします。
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1063. フラーレン(C60)単結晶のフォトルミネッセンス

V. Capozzia, M. Santoroa, G. Celentanoa, H. Bergerb and G. F.
Lorussob: Growth and photoluminescence spectra of C60 single
crystals; Journal of Luminescence Volumes 76-77, February 1998,
Pages 395-398
　これによると、1.4eV～1.8eVにAからHまで8個のピークが見られてい
ます。最も強いピークC(1.66eV),D(は1.62eV)は１重項励起子のゼロフ
ォノン発光線、F(1.51eV),G(1.47eV)は3重項励起子のゼロフォノン線と
アサインされています。A(1.76eV),B(1.71eV)は高温で消滅するので、X
-トラップによるとしています。

R. D. Averitta, P. M. Pippengera, V. O. Papanyanb, J. A. Durac,
P. Nordlanderd and N. J. Halasa: Photoluminescence spectra of
epitaxial single crystal C60; Chemical Physics Letters Volume
242, Issue 6, 1 September 1995, Pages 592-597
　これによりますと、12000～14500cm-1(1.48eV～1.80eV)に6つのPLピ
ークがあります。最も強いピークは14250cm-1(1.76eV=701nm)にありま
す。６つのピークは、1重項励起子および3重項励起子による発光とそれ
に伴うvibroic遷移（格子振動と電子状態が結びついた状態の関与する
遷移）とアサインしています。

このほか、Phys.Rev. Lett.にもよい論文が出ていました。

W.Cuss, J.Feldmann, E.0.Goebel, C.Taliani, H.Mohn, W.Mueller, P.
Haussler,and H.-U.ter Meer: FIuorescence from X Traps in C60
Single Crystals; Phys. Rev. Lett. Volume 72, April 1994, Pages
2644-2647.
　この論文ではPLのピークは730nmと820nmにあると書いてあります。
観測されたピークのアサインは下表のようになっています。
t1u, huとあるのは実験で得られたピークでfalse originと書いていますが、
必ずペアで現れ、その間隔は約33meVです。
これらは、vibronic mode（格子振動・電子状態の結合状態）で、
表の左端が計算で得られた0-0(始状態、終状態ともにフォノンが結合していない状態)
のスペクトル位置を示しています。

	0-0 (eV)	t1u (nm) (eV)	hu (nm) (eV)	Δ (meV)
X₁	1.993	683.2　1.815	695.1　1.784	31
X₂	1.940	703.7　1.762	718.4　1.726	36
C	1.871	732.4　1.693	747.4　1.659	34
X₃	1.839	746.5　1.661
X₄	1.816	757.0　1.638		1
X₅	1.781	773.5　1.603	789.8　1.570	33

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1064. チタン酸バリウム薄膜研究の意義

1065. 半導体の光学現象の量子力学

1066. 電磁波とプラズモンの結合についての疑問

1067. 光学薄膜の反射

1068. 単元素金属の結晶構造の起源

1069. ナトリウムターシャルプトキサイドの物性

1070. 高温におけるステンレスの光学的性質

Q: Date: Fri, 14 Mar 2008 09:31:59 +0900
Dear Prof. Sato,
Q: My name is Bisson. I work at A** company.
I work with laser cutting technology.
I am sorry to disturb you in your work.
I got your reference from Mr. S*, whom you probably know well I think.
You gave him the optical constants of stainless steel at room temperature.
Of course, we are interested in the optical data of stainless steel at 1 and 10 microns and at the melting point in order to calculate absorption. I found a paper relevant for this problem, in attachment herewith.
But it is for iron. What can we expect for stainless steel?
Also, is the electrical conductivity of stainless steel at the melting point both in soild and liquid phases available?
If so, do you think we can use the Hagen-Rubens law to calculate absortpion?
Thank you in advance,
Best regards,Bisson
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Date: Mon, 17 Mar 2008 00:44:45 +0900
Dear B
Thank you for your e-mail.
The paper you sent me is concerning about the infrared emissivity of transition metals.
You seem want to know infrared absorption of stailess steel.
Generally speaking, "emissivity" is not directly related to "absorption". Although the emissivity is a measure of the absorptivity of material, it should be noted that the value depends on the surface conditions and geometry of materials.

Emissivity of stainless steel depends on material conditions:
emissivity is 0.85 for weathered SS, 0.075 for polished SS, and 0.54 - 0.63 for type 301 SS.
(http://www.engineeringtoolbox.com/emissivity-coefficients-d_447.html)
Therefore, it is evident that you cannot use the emissivity values instead of absorptivity.

Spectral dependence of absorption in SS may be nearly the same as those of Fe. The Hagen-Rubens law may be applied to any metals including liquid states.
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Date: Wed, 19 Mar 2008 08:43:52 +0900
Q2: Dear Professor Sato,
Thank you very much for your kind reply and for introducing this interesting web site.
I was asking about the possible jump of absorption at the melting point of stainless steel.
Such phenomenon was found for pure iron as you can see in the attached file.
Best regards, J-F.Bisson
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Date: Thu, 20 Mar 2008 09:29:38 +0900
A2: Dear J-F
I understand your question. I am not an expert in the emissivity of materials. Whether there is a clear jump in the emissivity, so in turn the absorption, seems to be a delicate problem, since there are so many uncertainties of determining factors for the emissivity. I cannot judge the ratio of emissivities of liquid and solid state in Fe, 1.03, is within the experimental error or not.
Concerning about the emittance of stainless steel in the vicinity of the melting point (1700K) you can refer to the following article.
==================================
A.Cezairliyan, A. P. Miiller: Thermophysical measurements on low carbon 304 stainless steel above 1400 K by a transient (subsecond) technique;
International Journal of Thermophysics, Volume 1, Issue 1, pp.83 -95 (1980)
Abstract Simultaneous measurements, by a subsecond duration transient technique, to determine the specific heat capacity, c_ p , the electrical resistivity,rho, and the hemispherical total emittance in the temperature range 1400-1700 K, and the melting point and the radiance temperature at the melting point, of AISI type 304L stainless steel are described. The results are expressed by the relations:
c_p=1127-7.265x10^-1+2.884x10^-4 T^2
rho=75.59+4.695x10^-2T-9.592x10^-6 T^2
where c_p is in J ・ kg^-1 ・ K^-1, rho is in Mohm・ cm, and T is in K. The value of the hemispherical total emittance is 0.37 in the range 1700-1900 K. The melting point and the radiance temperature (at 653 nm) at the melting point are 1707 and 1590 K, respectively, yielding a value of 0.385 for the normal spectral emittance at the melting point. Estimated inaccuracies of the measured properties are: 3% for the specific heat capacity, 2% for electrical resistivity, 5% for hemispherical total emittance, and 8 K for melting point and radiance temperature at the melting point.
Best regards, Katsuaki
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Date: Wed, 19 Mar 2008 22:02:44 -0400
Dear Professor Sato,
AA: Thank you very much for your kind reply. I will consult the paper you suggest and, if I find something interesting, will let you know.
Best regards,
J-F. Bisson
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Date: Wed, 16 Apr 2008 10:35:36 +0900
Dear Professor Sato,

Comment: Following our correspondence about optical properties of metals, especially stainless steel, I would like to give you some feedback. Following your mail and article from Cezairliyan et al. you introduced us, I studied these papers. Then I found another paper from Makino in attachment herewith. When comparing the normal emissivity measurement of Makino with the resistivity given by the fitting formula by Cezairlyan, we find that the Hagen-Rubens law applies well for 10 microns wavlength but not so well at 1 micron wavelength. However, I am not sure whether it is correct to compare AISI 304L with JIS SUS 304, which are two different standards, how do you think?

Anyway, a more complete modelling of the optical properties of metals is proposed by Makino, which I think is reasonable. From the latter`s data and model, refractive index values are: n= 12.3 -12.9 i and n=5.1-6.1 i for 10.6 micron and 1.06 microns wavelengths respectively.

Now, when using the Fresnel formula to calculate the absorption as a function of wavelength, the conclusions are quite different from that obtained with complex refractive index at room temperature. Indeed, if I did not make a mistake, at large incident angle, the absorption at 10 microns becomes larger than at 1 micron!

Best regards,

Jean-Francois Bisson
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Date: Fri, 18 Apr 2008 00:00:54 +0900
Dear Jean-Francois
Thank you for your e-mail with an attached file of Makino's paper. As for your question whether we can compare AISI 304L with JIS SUS 304, I think the difference may not be serious as far as the optical properties are concerned.
I read through the Makino's paper. Since the paper makes so many assumptions to the parameters, I feel some umbiguity in his conclusion.
I recommend you to carry out experiment yourself to find whether Hagen-Rubens rule is the case or not.
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1071. 複合材料の比熱

1072. 酸化物焼結体の酸素の不定比性（酸素欠損）の定量

1073. Fe-Al合金の結晶構造

Date: Tue, 22 Apr 2008 17:22:02 +0900
Q:　熊本大学の邱然鋒(Qiu Ranfeng)です。FeAl4, Fe2Al9, FeAl2 などのAl-Fe系金属化合物の結晶系及び格子定数を知りたいですが，教えてもらいませんか。よろしくお願いいたします。
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Date: Tue, 22 Apr 2008 22:13:18 +0900
A: 邱様、佐藤勝昭です。

　Fe-Al系合金の相図は図の通りです。
FeAl4は存在しません。
結晶構造ですが、
FeAl bcc (秩序相）
Fe3Al DO3 (無秩序相）
Fe2Al3 cubic (complex)
FeAl2 triclinic
Fe2Al5 orthorhombic
FeAl3 monoclinic
となっています。
格子定数は文献を調べなければなりません。
添付の文書の文献を調べてください。
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Date: Wed, 23 Apr 2008 11:17:15 +0900 AA: 佐藤先生：　熊本大学の邱です。ほんとうに有難う御座いました。 ----------------------------------------------------------------------------------

1074. パイプコイルの加振試験

Date: Wed, 16 Apr 2008 15:49:26 +0900 Q1: 佐藤様
いつも本HPを利用させて頂いております。
Ｎ＊社Ｓ＊と申します。Webでは、社名、氏名とも匿名でお願いします。
物質に関する質問ではありませんが、図のような試験を実施したいと考えていますが、よい方法が見つかりません。よい案があればご教示お願い致します。
添付ファイルに示す部品を３Hzで振って評価をします。
くれぐれも匿名でお願いします。宜しくお願致します。
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Date: Wed, 16 Apr 2008 17:50:38 +0900 (JST)
A1: Ｓ様、佐藤勝昭です。
　フランジとバネ状のパイプにC重油を入れて３Hzで振動させて、何を試験したいのですか。説明不足なのでお答えのしようがありません。
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Date: Wed, 16 Apr 2008 18:11:18 +0900
Q2: 佐藤様
お世話になります。説明不足で申し訳ありませんでした。
本部品は、エンジンの燃料系配管の一部に設置されます。配管が振動します。
振動を吸収するようにコイル状のパイプ（SUS)になっています。
試験条件は、運転時のデータから決定しています。
まだ情報が不足でしたら連絡下さい。分かり範囲で回答致します。
--------------------------------------------------------------------------------------
Date: Wed, 16 Apr 2008 21:00:08 +0900
A2: Ｓ様、佐藤勝昭です。
　まだ、何を試験したいのかわかりません。
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Date: Thu, 17 Apr 2008 07:52:50 +0900
Q3: 佐藤様
情報が不足しており申し訳ありません。フランジとパイプは溶接で締結しております。
溶接部の耐久性を確認したく本試験を計画しました。
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Date: Sun, 20 Apr 2008 23:36:43 +0900
A3: Ｓ様、佐藤勝昭です。
　溶接部の耐久性なのですね。
バネ状のものがパイプであるという点をのぞけば、普通のバネを板に溶接したものの振動試験と同じではないのでしょうか。
　バネの振動試験では、御社の技術が定評あると思うのですが・・。
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Date: Mon, 21 Apr 2008 11:10:13 +0900
Q4: 佐藤様
お世話になります。確かにコイル状のパイプを加振することはできるのですが、パイプ内部に圧を立て、且つ、油温を150度にするところで行き詰っています。
社内的にも事例がなく悩んでいます。上記のことを考慮していただきご教示頂ければ幸いです。
宜しくお願い致します。
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Date: Sat, 26 Apr 2008 09:47:43 +0900
A4: Ｓ様、佐藤勝昭です。
　このところ超多忙でしたので、お返事が遅くなってごめんなさい。
あまり一般性のないご質問で、職場での問題のコンサルタントを求めているものなので、「なんでもQ&A」の趣旨には沿っていないのですが、
お困りのようなので、試験方法についての提案を添付図に示します。
　オイルを何らかの方法で加圧し加振機の固定側から供給します。
　振動側のフランジはメクラ蓋をしておきます。
　パイプの加熱はバンドヒータで行います。
　温度センサを使って温度制御を行います。
この提案で何か事故が起きたとしても責任は負いかねますので、お含み置き下さい。
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Date: Sun, 27 Apr 2008 08:21:15 +0900
Q5: 佐藤様
お世話になります。
回答ありがとうございました。
オイルの温度を上げると体積膨張で内圧が上昇してしまいます。
内圧を一定に保持するのに苦労しそうです。（圧力鍋？）
都合のよい装置があればご紹介いただけないでしょうか。
再三のお願いで申し訳ありませんが、宜しくお願い致します。
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Date: Sun, 27 Apr 2008 11:14:32 +0900
A6: Ｓ様、佐藤勝昭です。
　封じきりにするとたしかに内圧が上がってしまいますから、外部に圧力調整装置を付けているわけです。流体の圧力はどこでも一定ですから外部の圧力調整装置において、圧が一定になるように制御すればようでしょう。具体的には気体を使ってオイルに加圧して、圧が一定になるよう気体側の圧力調整弁を制御すればよいのです。
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Date: Sun, 27 Apr 2008 13:31:26 +0900
AA: 佐藤様
お世話になります。
お休みのところ申し訳ありませんでした。
アドバイスを基に試験装置の設計に入りたいと思います。
本当にありがとうございました。
今後とも宜しくお願い致します。
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1075. 分光分析における微分スペクトルについて

　ローレンツ型の振動子モデルでは、光子エネルギーをω、スペクトル線の中心エネルギーω0、スペクトル線の半値幅γとすると吸収係数αは、近似的に次の式で表されます。
α=A*(ωγ)^2 /{(ω^2-ω0^2)^2+(ωγ)^2}
この式をEXCELで計算したものが添付のスペクトルの青の記号です。(図をクリックすると拡大します。）
ω0=2, γ=0.5, A=1として計算してあります。
この曲線の1次微分のスペクトルを数値的に求めたものを赤の記号で、 2次微分のスペクトルを求めたものを緑の記号で示します。
2次微分を取ったものは、もとのスペクトルよりピーク位置をはっきり示していることがわかるでしょう。
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Date: Mon, 28 Apr 2008 13:52:44 +0900
AA: 佐藤先生
この度は何度もご教授いただきありがとうございました。
Ｋ大学理工学部　Ｓです。
グラフの形はよく分かりました。データの2次微分から分析をして、間違いの無い結論を出したいと思います。
深く御礼申し上げます。
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1076. 空間電荷制限電流について

Date: Mon, 21 Apr 2008 15:29:56 +0900
Q: 東京農工大名誉教授　　佐藤先生
こんにちは、Ｓ＊社のＨ＊と申します。　半導体プロセスが仕事のエンジニアです。　佐藤先生のこのHPは、いつも興味深く読ませて頂いております。　尚、公開されるときは、匿名でお願いしたいと思います。

本HPの佐藤先生への質問「NO. 826. 空間電荷制限電流の温度依存性(半導体中の) 」などを参考に空間電荷制限電流について調べております。

絶縁膜に大量の電荷が注入される場合の電流値が、電圧の 2乗に比例し膜厚の3乗に反比例することなどは数式を追いかけて理解することが出来たのですが、この現象の意味する物理的な意味が飲み込めないでおります。
「オーミックな電流より流れるのになぜ制限電流と呼ぶんだ？」などどくだらないところに気を取られて現象の理解が出来ておりません。

恐れ入りますが、この現象を解説して頂けないでしょうか。
お手数お掛けしますが、どうか宜しくお願いします。
失礼します。
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Date: Mon, 21 Apr 2008 18:21:14 +0900 (JST)
A: Ｈ様、佐藤勝昭です。
　J₀がV₀の２乗で立ち上がる（J₀=(9/8)εμ(V₀²/d³)）ということは、微分コンダクタンス (g=dJ₀/dV₀)はV₀=0のときゼロということを表し、空間電荷によって電流は制限されているのです。
しかし、大きな電圧を印加するとオーミックより流れるようになるのです。
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Date: Mon, 21 Apr 2008 19:02:47 +0900
AA: 東京農工大名誉教授　　佐藤先生
こんにちは、Ｓ社のＨです。　早速ご回答いただきましてどうも有り難うございました。
　
微分コンダクタンスのことまでは考えてみませんでした。
そうすると、電圧を印加していくときの微係数がオーミック電流（V₀=0のとき微係数≠０）より小さいことを見て「電流の流れ出しが制限されている」ということに着眼したネーミングだったのですか。　私は、大きな電流が流れることだけに気を取られておりました。

このような質問にお答えいただきまして、どうも有り難うございました。
　今後とも宜しくお願いいたします。

それでは、失礼します。
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1077. 磁化の変化による磁気特性の変化

1078. 半導体の実験についての質問

1079. ソーラーパネルは発光するか

1080. ペロブスカイト型酸化物における物性変化の定性的説明

1082. 金ミラーの温度変化による変形

1083. ポラリトンの描像について

1084. Ｘ線の侵入深さについて

1085. Ｎ－メチル－２－ピロリドン

1086. (Ba_0.7Sr_0.3)TiO₃のヤング率、ポアソン比

1087. プラスチックの電波透過性

1088. サブバンド間プラズモン

1089. 光電子分光におけるコヒーレント部分とインコヒーレント部分

1090. 強誘電体光変調器

1091. アルミニウム容器での尿素の保存

1092. カーボンナノチューブの磁気エネルギー

1093. 酸素気体透過率の小さい有機材料

1093C. 質問#1093へのコメント

Date: Fri, 20 Jun 2008 13:08:13 -0400
佐藤先生、化学会社のＳ＊です。掲載の際は匿名でお願いします。以前シリコーン材料の件でコメントさせていただきましたが、今回はプラスチックの気体透過性についてコメントさせていただきます。
しばらくサイトを覗いていなかったので、遅れたタイミングになりましたが、ご容赦ください。
ポリエチレンやナイロンの気体透過性のデータがあるのに、ウレタンやエポキシのデータがなかなか見つからないのは、次の理由によります。
ポリエチレンやナイロン（ナイロン６、ナイロン６，６など）は、名前イコール化学式と考えることができ、バルクの性質は、化学式が同じである限り、メーカーやグレードが異なっても、大差はありません。
ですから代表データをハンドブックに記載しても、大きく間違うことはないわけです（それでも、添加剤によって透過性が大きく変わる例はあります）。
しかし、ウレタン、エポキシ、ポリエステルなどの名前は、ポリマー全体の内、結合部分の化学を表しているにすぎないのです。
分子と分子をウレタン結合でつないだのがウレタン樹脂、エポキシ結合でつないだのがエポキシ樹脂です。
こういった材料のバルク特性は、結合と結合の間の分子に左右されることが一般的ですので、そこがどんな化学式をしているのかがはっきりしていないと、バルクの特性はわかりません。
ですから、「ＸＸＸＸＸとＹＹＹＹＹＹを結合したウレタン樹脂」などと指定すれば、気体透過性のデータが得られる可能性があります。
しかし、想像されるように組み合わせの数はほぼ無限にありますので、とてもハンドブックなどに全てを掲載することはできないわけです。
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Date: Sat, 21 Jun 2008 08:52:30 +0900
A: Ｓ様、佐藤勝昭です。
　コメント有り難うございました。質問者に伝えるとともにWebにアップします。
今後ともよろしくお願いします。
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1094. スピン偏極の光学的測定について

1095. ドーピングによってシリコンの色は変わるか

Date: Thu, 12 Jun 2008 15:33:04 +0900
Q: 佐藤勝昭先生へ
はめまして、私はＳ＊大学の修士１年Ｕ＊です。
　度々物性なんでもQ&Aを参考にさせていただいています。HPへ掲載の際は匿名でお願い致します。

現在Siの光学特性を勉強しています。
以前のHPを見たときにシリコンの色はｐ型、ｎ型などで変化するか？
という質問に対して自由キャリアが増えることで、赤外領域のスペクトルは変化するとの回答がありました。

しかし、高濃度に不純物(たとえばB)をドーピングしたとき、Siのバンド構造が変化して紫外、可視光領域の反射スペクトルにも変化が出る可能性はあるのではないでしょうか。
というのが質問です。

また、ヘビードープシリコンの物性を調べましたが、自由キャリア吸収によるスペクトル変化の文献はあるのですが、ドーピングによるバンド構造が変化して反射率がどのように変化するかは分かりませんでした。何か良い文献があれば教えていただけたら幸いです。
宜しくお願い致します。
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Date: Thu, 12 Jun 2008 17:56:06 +0900 (JST)
A: Ｕ君、佐藤勝昭です。

1096. 六方晶サファイヤの結晶面の名称

Date: Fri, 13 Jun 2008 13:08:17 +0900
佐藤勝昭先生
Ｓ＊＊株式会社のＹ＊と申します。こんにちは。
(公開される際は匿名にてお願い致します。S社のYです。)
ホームページの物性Q&Aを拝見させていただき、連絡させていただきました。

現在、六方晶の材料を扱っております。ご存知と思いますが、代表的な結晶面には、一般的に名前がついております。具体的には、{0001}をC面、{10-10}をM面、{11-20}をA面、{10-12}をR面、などがあります。
web上にも、サファイア基板を取り扱っておられる京セラ殿のページに絵が描いてあります。

質問は
・他にも名前が付けられている結晶面はあるか？(どのように調べたら良いか？)
・立方晶の結晶面には名前はついていないのか？なぜか？
・CやMなどのアルファベットはどのような由来でついたのか？
・それ以外の特異な結晶面に名前をつけて良いか？(例えばB面など)

です。誠にお手数とは存じますが、よろしくお願い致します。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　以上
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Date: Sat, 14 Jun 2008 00:12:24 +0900
A: Y様、佐藤勝昭です。


SEMIM65-0306によるサファイヤの面方位名称　図をクリックすると拡大

　六方晶サファイヤの結晶面の名称については、ＳＥＭＩの規格に若干の混乱があり
２００６年に修正が行われ、SEMIM65-0306という国際規格になりました。
このいきさつは、2007年春の応用物理学会講演会27p-SM-1（半導体B・分科内招待講演）で沖電気の
佐野芳明さんがまとめて報告されました。そのときのパワポがネットにアップされています。
pdfファイルを添付します。アルファベットのいきさつは、わかりません。
佐野芳明さんに聞かれては如何でしょうか。大抵の面は上記規格に出ていますので、勝手に命名しない方がよいでしょう。
　立方晶の場合は(100), (110), (111)などミラー指数で表されるのが普通だと思います。
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Date: Sat, 14 Jun 2008 10:29:46 +0900 (JST)
AA: 佐藤勝昭先生
Ｓ社のＹです。大変参考になりました。ありがとうございました。
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1097. PN接合の拡散電位を電池として利用できるか

1098. 皮膜で固定したアルミ線の熱膨張と線膨張

1099. MIM構造の容量ー電圧特性

Date: Wed, 2 Jul 2008 11:28:57 +0900 (JST)
Q: 先生始めまして。
Ｋ＊大学　修士一年のＫ＊といいます。
一つお聞きしたいことがありましてメールさせて頂きます。

修士で研究室を変えまして、新しく半導体の勉強をしています。
最近までMOS構造に関する勉強をしてきたんですが、最近MIM　(METAL-INSULATOR-METAL)構造にも取り組みだして、最近容量ー電圧特性を測りました。

そこで質問なんですが、MIM構造の容量ー電圧特性は何故直線になるんでしょうか？？

負バイアスをかけたときに単純に反転しないからでしょうか？
バンド図を描いて考えるんですがどうしても結論に達しません。
なにか、MIM構造の良い文献や本等がありましたらお教え願えると幸いです。
もしかしたら色々と考えすぎかもしれませんが、なにぶん勉強始めたばかりなので考えが追いつきません、時間がありましたらお願いいたします。
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Date: Wed, 2 Jul 2008 15:34:53 +0900 (JST)
Ｋ君、佐藤勝昭です。
　お返事が遅くなり申しわけありません。
・薄いトンネル障壁をもつMIMのトンネル電流による電流電圧特性はよく論じられていて、Simmonsの式でフィッティングできるので私もやった経験があるのですが、容量は測定したことがありません。
　通常のトンネル接合では電荷の蓄積が起きないので、容量は一定だと思います。 Simmonsの式の誘導は、ドイツのUlm大学の講義ノートが参考になります。
・一方、HfO2, Ta2O5などのhigh k絶縁物を挟んだMIMキャパシターは、Si-RF回路などに使われ、注目されていますが、私は研究したことがないのでよくわかりません。それでネットで調べましたところ、添付のような論文が見つかりました。
このVCC(=voltage coefficient of capasitance)には、２次の係数αと１次の係数βがあり、　C=C0(1+αV^2 +βV)　として表されるようです。
論文では正の係数のものと負の係数のものをスタックして、VCCを小さくすることができるという話が書いてありますが、αやβの原因は書いてありません。
おそらく、何らかのトラッピング（捕捉準位によるキャリアの捕捉）による電荷の蓄積が働いているのであろうとは思いますが、不勉強でよくわかりません。おそらくバンド図で解釈できる話ではないと思うのですが。
もし、あなたの今やっている研究が、修士論文に関わる研究であるならば、あなたの指導教員に、尋ねて教えてもらうべきです。研究室を変わったのなら、わからなくて当たり前なのですから。
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Date: Thu, 3 Jul 2008 11:29:25 +0900 (JST)
AA: 先生、お忙しい中こんなにも丁寧にお返事頂いて本当に嬉しいです。
基本的に私の研究室は全て自分で考えろ、的な方針で、MIMに関しても自分自身でやっていて、得られた結果も自分で咀嚼しているんですが、分からないことだらけです。
MIMの容量に関しても当たり前やろ！的な雰囲気だったので質問できる人もおらず、ずっと一人で考えていました。

先生に教えていただいた事をヒントにしてもう少し深く考えてみたいと思います。有り難うございます。
これから暑くなりますがお体に気をつけてお過ごしになって下さい。
どうしても分からない時はまた質問させて下さい。
あつかましくてすいません。

では、失礼します。
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1100. ワイヤグリッド偏光子

1101. FTIR分析ATR法に最適なプリズム

1102. 赤色LEDの光を当てたとき青色LEDの光電流が流れないわけ

1103. TM入射光に対するブリュースター角の求め方

1104. n形およびp形半導体のキャリア密度の温度変化

Date: Sat, 26 Jul 2008 03:35:07 +0900
Q: はじめまして、私はＨ＊大学のＪ学科に所属しておりますＳ＊と申します。
ＨＰへの掲載は匿名でお願いします。「物性何でもＱ＆A」のＨＰをいつも拝見させていただいております。
さっそく質問なんですがＮ型半導体とｐ型半導体における電子密度の温度特性について、よくわからないので詳しく定性的に説明してください。
お忙しいと思いますが、御教授のことよろしくお願いします。
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Date: Sat, 26 Jul 2008 17:47:12 +0900 (JST)

A: Ｓ様、佐藤勝昭です。
　学生さんですか？その場合はコースと学年を書いてくださいね。学んでいる基礎によって教える方法が異なるからです。
貴学Ｊ学科電子情報コースのカリキュラム表によれば、物性工学、半導体デバイス工学が3年次の必修となっています。あなたの質問内容は物性工学で学んでいるはずです。
情報工学コースの場合には、物性関係がありません。物性を学んだことがあるかどうかで、説明の仕方はすっかり変わります。
　とりあえず、物性を学んでいるとして話を進めます。
ｎ型やｐ型のいわゆる外因性半導体では、ｎ型の場合は伝導帯の底からΔEdだけ低いエネルギー位置にドナー準位が、p型の場合は価電子帯の頂からΔEaだけ高いエネルギーの位置にアクセプタ準位があります。これらは、それぞれ、ドナーにとらえられた電子の束縛エネルギー、および、アクセプタにとらえられたホールの束縛エネルギーです。　キャリア密度の温度変化を横軸を1/Tにとり縦軸をキャリア密度の対数をとって表した図を添付します。（このようなプロットの仕方を提唱したスエーデンの科学者アレニウスにちなんでアレニウスプロットといいます。）
ｎ型を例にとって話をしますと、ΔEd>>kTであるような低い温度では、電子はドナーに捕まったままで、伝導帯に電子はほとんどありません。温度が上がるとドナー電子のうちボルツマン分布に従うexp(-ΔEd/2kT)の分だけが、伝導帯に供給されます。（これは、難しく云うとフェルミ分布のすそがボルツマン分布で近似できることによるのですが・・）　従って、横軸を1/T縦軸を対数にすると、添付図の右側のようなゆるい傾きのプロットになります。
さらに温度Tが上がると-ΔEd/2kTは限りなくゼロに近づいて、exp(-ΔEd/2kT)は1に近づきます。すなわち、ドナーの電子が全て活性化します。キャリア密度波温度に対しほぼ一定になります。これを出払い領域とか飽和領域といいます。
さらに温度が高くなると、真性半導体と同様の価電子帯から伝導帯への遷移が起きて、 exp(-Eg/2kT)の形で温度変化します。これが、図の左端です。
これが、定性的な説明です。詳しくは、佐藤勝昭編著「応用物性」第2章のp.41付近（名大竹田先生執筆部分）をお読み下さい。
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1105. 半導体のフェルミ準位はなぜ禁制帯の真ん中に来るか

1106. ポリウレタンチューブからの溶出

1107. 高濃度ドープ半導体の活性化エネルギー

1108. ＩＨ土鍋の銀ペースト

1109. シロキサンの水への溶解度

1093C. 質問#1109へのコメント

Date: Wed, 17 Sep 2008 15:32:31 -0500
C: 佐藤先生、
米国化学会社Sです。
完全にタイミングがずれましたが、質問1109（シロキサンの溶解性）についてコメントを差し上げます。
活性汚泥に含まれるシロキサンは、ほとんどがシャンプーやリンス由来のものですが、正式にはポリジメチルシロキサン（略称PDMS）です。従って、先生が書かれた化学式のHを全てCH3に置き換えたものが、問題となるシロキサンです。この構造からわかるように、水への溶解性はゼロと考えてよく、水を用いての除去は不可能です（逆に油層には来ますけど）。
ただし、中性ではない水（酸性かアルカリ性）によってPDMSは加水分解し、最終的には水溶性のシラノール種に変換されます。シラノール種とは、SiOHを含む化学物質の総称です。
また、地中では粘土と接触することによって分解されることも知られています。
PDMSの汚泥中での挙動や、粘土による分解については、多くの文献が発表されています。例としてhttp://www.dowcorning.com/content/publishedlit/01-1113-01.pdf　をあげておきますが、GoogleでPDMS fate in sludge を検索すれば、たくさん出てきます。
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Date: Thu, 18 Sep 2008 05:52:48 +0900 (JST)
A:S様、佐藤勝昭＠ベルリンです。
　お久しぶりです。コメントありがとうございます。
帰国次第、HPを更新します。今後とも、宜しくお願いします。
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1110. 黄銅の熱伝導率の温度係数

Date: Thu, 28 Aug 2008 18:55:41 +0900
Q: はじまして。
私は伸銅品メーカーＳ社に勤務しておりますＫです。
突然ですが質問させて下さい。
伸銅品というのは温度によって、熱伝導率・電気伝導率は変わってくるのでしょうか? 一般的に純銅は温度が高くなるにつれて熱、電気伝導率は下がるので、伸銅品も同様だとは思うのですが、
具体的に常温と115℃における数字の違いというのはお分かりになりますでしょうか?
※C3604(快削黄銅) フラットバー4X12 及び 6X16 です。

突然の質問で大変もうしわけございません。
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Date: Thu, 28 Aug 2008 19:30:19 +0900 (JST)
A: Ｋ様、佐藤勝昭です。
　ちょっと調べてみましたが、黄銅の熱伝導率の温度係数までは載っている書物が見つかりませんでした。JISは調べていません。ひょっとしたら、あるかも。
　金属の熱伝導は、格子振動による寄与は少なく、ほとんどが電子によって担われています。
電子による熱伝導率Kと電気伝導率σの間には、Wiedeman-Franzの法則が成り立ち、
　K/σ=LT
と表されます。従って、電気伝導度の温度依存性がわかれば熱伝導率の温度依存性も推測できます。
金属の電気伝導率の表によりますと、銅の電気抵抗の温度係数は4.3×10^-4(/K)に対し、黄銅のそれは10×10^-4(/K)となっています。従って、銅の2倍ちょっと温度変化するようです。ところが、熱伝導率の表によれば、銅の熱伝導率は

25℃	125℃	225℃
401	400	398 (W/m K)

となっており、25℃から125℃に加熱したとき、温度係数は-1/400/100=-2.5×10^-5という電気伝導の温度係数より小さな値です。
黄銅の熱伝導率の温度係数はわかりませんが、せいぜいその倍程度と考えてはいかがでしょうか。
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Date: Mon, 1 Sep 2008 09:55:35 +0900
AA: 佐藤勝昭様、Kです。
詳しく教えていただき大変ありがとうございます。非常に助かりました。
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1111. emu/gからμ_Bへの換算

1112. ダイヤモンドのバンドギャップ以下の光の浸入長

Date: Sat, 6 Sep 2008 22:36:57 +0900
Q: 佐藤先生
Ｋ＊大学物４年のＩ＊と申します。（Web up時は匿名でお願いいたします）
物性なんでもＱ＆Ａは、よく分かっていなかったことを丁寧に解説してくださっていて、いつもありがたく拝見しています。
初歩的な質問で恐縮ですが、メールさせていただきました。

バンドギャップよりも大きいエネルギーをもつ励起レーザーの侵入長は、吸収係数の逆数程度ということは分かるのですが、バンドギャップよりも小さいエネルギーをもつ励起レーザーの侵入長は、どのように求めればよいのでしょうか？

私は現在、ワイドバンドギャップ（5.5eV）半導体であるダイヤモンド薄膜のラマン測定を研究テーマにしているのですが、
励起レーザーのエネルギーが物質のバンドギャップよりも小さい時、レーザー光は物質を透過する（侵入長が無限長になる）と思っていたのですが、ダイヤモンド薄膜のラマン測定をしている論文を探していると、244nm(5.08eV)のバンドギャップ以下のエネルギーをもつ励起光でも侵入長が短くなり、薄膜の情報が得られることが分かりました。

すみませんが、お時間のあるときに、ご教授いただければ幸いです。
よろしくお願いいたします。
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Date: Sun, 7 Sep 2008 00:43:07 +0900 (JST)
A: I君、佐藤勝昭です。
　ダイアモンドの吸収端付近の光学定数の表をPalik Optical Constant of Solids IIから抜粋します。

光子エネルギー (eV)	波長(μm)	屈折率n	消光係数k
7.5	0.1653	3.321	0.553
7.3	0.1698	3.376	0.473
7.1	0.1746	3.444	0.210
7.0	0.1771	3.322	9.35×10^-2
6.8	0.1823	3.146	3.44×10^-2
6.6	0.1879	3.031	1.47×10^-2
6.4	0.1937	2.944	9.87×10^-3
6.2	0.2000	2.836	8.62×10^-3
6.0	0.2066	2.826	7.99×10^-3
5.8	0.2138	2.780	5.02×10^-3
5.6	0.2214	2.740	1.48×10^-3
5.3	0.2339	2.688	2.98×10^-3
4.82	0.258	2.614	1.47×10^-3

1113. The question about the p-GaN ohmic contact(p型GaNへのオーム性接触について)

1114. pn 接合ダイオードの順方向電流-電圧特性について半導体物性

Date: Sat, 30 Aug 2008 12:17:13 +0900 (JST)
Q: はじめまして，私はA高等専門学校専攻2年のＹと申します．佐藤勝昭先生の「物性なんでもQ&A」を拝見させていただき，ぜひ教えていただきたいことがあるので質問させていただきます．なおHPへの掲載は匿名でよろしくお願いします．

質問内容
　私は現在，pn接合ダイオードの電流-電圧特性（以下I-V特性と省略します）について詳しく解析しています．特に順方向I-V特性についてですが，電流を対数にとったグラフを描き解析すると，以下のように4つの領域を考えることができます．文章だけだとわかりにくいので画像を添付させていただきます．
(1)バイアス電圧が微小な領域では空乏層における再結合電流が主で，理想係数n=2となる．
(2)バイアス電圧が中程度だと拡散電流が主で，理想係数n=1となる．
(3)高いバイアス領域ではキャリアの高注入による電流が主で，理想係数n=2となる．
(4)さらに高い領域であれば，ダイオード自体がもつ直列抵抗効果により，電流増加が鈍ります．
通常，半導体の電流機構は，ドリフト・ディフュージョンモデルで説明できるという文献を読みました．上記に示した4つの領域において，ドリフト電流が主となる領域はあるのでしょうか．

　また整流用のpn接合ダイオードとPINフォトダイオードの構造的な違いについてですが，これらの違いは，PINフォトダイオードのほうが真性半導体が間に入っている分だけ空乏層が大きいこと以外，pn接合ダイオードと同じ構造であると考えてよいのでしょうか．

　整流用のpn接合ダイオードとPINフォトダイオードのI-V特性を比較してみました．前者を測定した結果からは，上記の4領域に分類することができませんでしたが，後者は上記の4領域に分類することができました．空乏層が広い分だけ再結合電流が多くなり，再結合電流の領域がより顕著に現れたと考えてよいのでしょうか．実験結果の画像を添付します．(pn 接合I-V特性, pn 接合ダイオードとpinフォトダイオードのIV特性の比較
)
長文となってしまい，お手数とは思いますが，ぜひとも御教授いただければ幸いです．
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Date: Tue, 2 Sep 2008 01:40:32 +0900
A: Ｙ君、佐藤勝昭です。
　拡散(difusion)モデルでは、ショックレーの式が得られます。
　　　　J=Js{exp(eV/kT)-1}
で表されます。従って、ご質問の４領域の中では(2)です。
一般には、４つの領域がに明確に分かれるということはなく、領域の境もあいまいです。
君の測定結果について、
　半導体デバイスの専門家にメールで尋ねているところですが、私は、基本的にpnもpinもそれほど大きな違いはないとおもいます。
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Date: Tue, 2 Sep 2008 19:42:10 +0900 (JST)
Q2:早速の返信，ありがとうございます．前回送信した測定結果なのですが，Agilent Technologies社製の半導体パラメータ・アナライザーB1500Aを用いて行いました．さまざまなダイオードで測定を行ったのですが，このpinフォトダイオードほど理論に一致する結果を得られるダイオードはありませんでした．

　前回送信した画像(Si pin フォトダイオード)の理想係数を求めた画像を送信します(添付ファイル図1)．ほとんど，理論どおりの結果になっていると思います．また，直列抵抗効果による影響を考慮して，I-V特性の高い電流(直列抵抗効果が生じる)領域を補正すると，キャリアの高注入領域の傾きとほぼ一致しました．なお，直列抵抗効果により生じる抵抗値の導出は，図2のような手法で行っております．よって，実際のI-V特性は直列抵抗効果による領域を除くと，(1)再結合電流による領域，(2)拡散電流による領域，(3)キャリアの高注入による電流領域の3つとして考えることができると解析しております．

　またpn接合ダイオードのI-V特性において，「直列抵抗効果による電流増加割合が減少し始めたところから，ドリフト電流が主体になる」というように，本校の先生がおっしゃっていたのですが，これは正しいのでしょうか．さらに，この直列抵抗効果が生じ始める電圧が，ほぼ拡散電位に等しいともおっしゃっていました．
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Date: Fri, 12 Sep 2008 00:26:35 +0900
A2: Y君、佐藤勝昭です。
　ご質問につき、専門家である愛知工業大学堀田厚生教授にお尋ねしましたところ、下記の回答を頂きました。
================================================================================
I. まず、ダイオードの電圧電流特性について、

１　上記に示した4つの領域において，ドリフト電流が主となる領域はあるのでしょうか．

　　　半導体で、電流が流れる仕組みは拡散とドリフトの二つです。
(1)バイアス電圧が微小な領域では空乏層における再結合電流が主で，理想係数n=2となる．
この場合、電荷の生成/捕獲による電流が発生します。これは電荷の生成により、電荷が生まれ、次に捕獲されるわけですが、その電流の流れは微小電界によるドリフトだと思います。
(2)バイアス電圧が中程度だと拡散電流が主で，理想係数n=1となる．
　これは、接合の近傍では、拡散電流が主ですが、接合の近傍を離れて、外部端子まで流れる電流はドリフト電流です。拡散電流とドリフト電流は連続した、電流の流れです。電流値は同じ。
(3)高いバイアス領域ではキャリアの高注入による電流が主で，理想係数n=2となる．
　この場合は、上と同じで、接合の近傍では、拡散電流が主です。ただし高注入なので、n=2となります。接合の近傍を離れて、外部端子まで流れる電流はドリフト電流です。
(4)さらに高い領域であれば，ダイオード自体がもつ直列抵抗効果により，電流増加が鈍ります．
　ダイオードの持つ直列抵抗は半導体のバルクの抵抗分ですからこの部分はドリフト電流です。ただし接合の近傍は拡散電流です。

２　これらの違いは，PINフォトダイオードのほうが真性半導体が間に入っている分だけ空乏層が大きいこと以外，pn接合ダイオードと同じ構造であると考えてよいのでしょうか．

　その通りだと思います。

３空乏層が広い分だけ再結合電流が多くなり，再結合電流の領域がより顕著に現れたと考えてよいのでしょうか．

　空乏層が広いと生成/捕獲の確率が上がりますからそうもいえます。接合の善し悪しで、再結合中心の濃度が異なりますから、その違いともいえます。

II. 第2の質問について
　以下のような回答になると思います。
１　「(1)再結合電流による領域，(2)拡散電流による領域，(3)キャリアの高注入による電流領域の3つとして考えることができると解析しております．」

　　作成されたpinダイオードが、理論式によく合致しているということで、仰るとおりです。

２　「直列抵抗効果による電流増加割合が減少し始めたところから，ドリフト電流が主体になる」

PN接合においては、接合近傍で、拡散電流、バルクのシリコンでは、ドリフト電流が主です。電流のメカニズムは違いますが、一連の連続した電流です。

３　「この直列抵抗効果が生じ始める電圧が，ほぼ拡散電位に等しい」

　これは、PN接合の電圧降下はほとんど接合の拡散電位で決まっていて、外部端子につながるバルクのシリコンの抵抗分は小さいと言っていることと同じです。通常、ダイオードは寄生抵抗を減らすため、不純物濃度の濃い半導体で、外部端子までの距離を短く作るため、これは当たっています。
　真性半導体でダイオードを作れば外部抵抗が大きくなり、上のことは言えません。しかし、そんなダイオードは作りません。

　堀田厚生
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Date: Fri, 12 Sep 2008 10:48:52 +0900 (JST)
AA: お忙しいところ，御教授ありがとうございました．佐藤勝昭先生，堀田厚生先生には心から感謝しております．非常に参考になりました．
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1115. アルミ溶接時の反りについて

1116. 薄膜シリコン太陽電池の分光感度の光バイアス依存性

1117. GaAsの電子線励起プラズマの光学的観察

Date: Fri, 10 Oct 2008 22:31:32 +0900
Q: 佐藤勝昭先生
私、Ｏ＊大学博士課程3年のＫ＊と申します。
突然のメール申し訳ありません。
先生のHPを拝見させていただきました。
半導体に詳しい先生のお力をお借りしたくメールさせていただきました。
WEBにアップされる際は、匿名で研究内容はふせていただけないでしょうか？

GaAsの光誘起による反射率、透過率というのが変化するという報告があるようです。

Phys. Rev. B 60, 8890 - 8896 (1999)
Appl. Phys. Lett. 51, 1442 (1987)

たとえば800nm(1.5eV)のレーザーでポンプすると、GaAsもしくはGaAlAsのバンドギャップが1.4eV程度なので伝導帯端の少し上に励起キャリアが分布し、それが反射（透過）率変化を引き起こすようです。
さらに、このような励起過程というのは非常に高速で、レーザーパルス幅(100フェムト秒程度)にほぼ追随する程度のタイムスケールで観測できるようです。
[ここに研究内容が書いてありますが、希望により伏せてあります。]
そこで、質問なのですが、
・例えば30MeV程度の電子線で励起した直後、励起キャリアはどのように分布するのでしょうか？
恐らくX線で励起した場合も励起キャリアは伝導帯には同様な分布を作る思いますが、その分布は伝導体全体に均一に分布するのでしょうか？
それとも、どこかのエネルギー準位に何らかの分布を持つのでしょうか？
よろしくお願いいたします。
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Date: Sat, 11 Oct 2008 01:18:27 +0900
A: Ｋ君、佐藤勝昭です。
　論文は、半導体をレーザーで強励起したときに生じる電子正孔プラズマによる非線形光学現象ですね。
近赤外から中赤外にかけての反射率変化は、吸収の変化と屈折率の変化の両方の効果です。
吸収の変化は、強いバンド間励起によって価電子帯の上のサブバンドに高密度のホールが出来ると、下の満ちたサブバンドから上の空いたサブバンドへのサブバンド間吸収が生じることが吸収変化の一因のようです。
一方、屈折率の変化は、自由キャリアのドルーデ項が再結合の速度によって大きく変化することが原因とされています。

　さて、お尋ねは、電子線励起でも同様の反射スペクトル変化が見られるかということですね。
高いエネルギーの電子線で励起すると、電子は価電子帯から伝導帯の遙か上の方に励起されますが、数百fsから数ps以内に伝導帯の底に落ちてきます。
このとき、エネルギーのほとんどを格子振動に渡して熱化してしまいます。このため、強いパルスレーザー光によるバンド間共鳴励起に比べ、遙かに少ないキャリア対しか作れません。
もし同じ程度励起しようとすれば、相当な電子線のフルーエンスが必要で、そうすると熱化も大きくなってしまうでしょう。
[この部分は研究内容に関する回答ですが、希望により伏せてあります。]
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Date: Wed, 15 Oct 2008 22:39:34 +0900
AA：佐藤勝昭先生
早速のお返事ありがとうございます。
Ｏ大学のＫです。

やはり、GaAsを電子線で励起したとしても熱化時間がいくらかあるわけなのですね。
[ここに研究室での実験内容が書いてありますが、希望により伏せてあります。]
液体などでも同じようなこと（熱化）がおきるといわれていて、固体ならどうかと疑問に思ったのですが残念ながら、同様のようですね。

現在はGaAsの実験には手を出せない状態なのですが、また時間ができたら、実験をやってみようと思います。

お忙しい中お答えくださりありがとうございました。
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Date: Wed, 15 Oct 2008 22:51:49 +0900
A2: Ｋ君、佐藤勝昭です。
　私は、自分の答えにあまり自信が持てないので、半導体の光による励起に詳しい東京農工大学の三沢和彦先生にご意見を伺いましたところ、次のような回答を得ましたので、参考にしてください。
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　佐藤勝昭先生
　三沢です。
　keV程度の電子線照射ですと、カソードルミネッセンスとして半導体のバンドギャップでの直接発光が見えるでしょうから、先生のご回答の通りかと思います。
　この他、パルス電子線照射で結晶転位が起こることも報告されていて、EBリソグラフィにおける半導体試料損傷の研究もあるようです。
　30MeV程度の高エネルギーの電子線になりますと、原子核から放射線が放出されたりするとも思われます。
　取りいそぎ、ご参考まで。
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Date: Thu, 16 Oct 2008 12:42:51 +0900
AA2: 佐藤勝昭先生
お返事ありがとうございます。Ｏ大学のＫです。
わざわざほかの先生にも聞いてくださりありがとうございました。お手数をおかけしました。
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1118. 骨の透磁率

Date: Tue, 21 Oct 2008 09:25:11 +0900
Q1: はじめまして
私は㈱Ｍ＊＊技術開発センターのＯ＊と申します。
先生のＨ・Ｐを見て、メール差し上げた次第です。
先生のＨ・Ｐに載せる際は社名及び氏名は匿名でお願い致します。
さて、現在弊社で開発検討中の磁気治療器に関してご質問したい事があります。
コイルより発生した磁界はコイルより離れるに従い磁界強度は小さくなっていくと認識しております。
また、治療器という特性上、発生磁界は体に作用させるため、磁界の透磁率が関係すると認識しております。
そこでご質問ですが、骨の透磁率はどうなっているのでしょうか？
製品より発生する磁界を骨がシールドしてしまうかどうかの検討をしております。
詳しくはお知らせできないのですが、発生する磁界はＭＨｚ帯で数mT 程度の磁界強度を考えております。
生体の透磁率は一概に定義する事は難しいと思いますが、ご助言だけでも頂けると幸いです。
私は電磁気学どころか物理学も専攻した事がない素人であります。
稚拙なご質問で大変恐縮ですが何卒よろしくお願い申し上げます。
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Date: Wed, 22 Oct 2008 09:45:43 +0900
A1-1: Ｏ様、佐藤勝昭です。
　骨の成分は、リン酸カルシウムです。物質の磁性の元となる遷移元素（鉄やニッケルなど）を含んでいないので、弱い反磁性または常磁性ではないかと推察します。
従って、比透磁率は、限りなく１に近く、磁気シールドなどの作用はないと断言できます。
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Date: Wed, 22 Oct 2008 13:49:26 +0900 (JST)
A1-2: Ｏ様、佐藤勝昭です。
　本日、大学に来たので、文献を調べましたが、骨の成分であるリン酸カルシウムCaPO3に関する透磁率あるいは磁化率のデータは見つかりませんでした。
添付のデータによれば、他のリン化物のモル磁化率χはリン酸亜鉛Zn3(PO4)2で-141×10^-6cm³mol^-1、リン酸鉛Pb3(PO4)2で-182×10^-6cm³mol^-1といずれも負（反磁性）で小さく、比透磁率μ=1+χはほとんど1と考えて差し支えないと思います。
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Date: Wed, 22 Oct 2008 15:14:02 +0900
AA1: 佐藤先生
㈱ＭのＯです。
早速のご対応ありがとうございます。
文献の調査まで時間を割いて頂き、まことにありがたく存じます。
骨の成分、リン酸カルシウムが弱い反磁性との事で、骨を構成する物質に磁性がなければ磁界に作用しないのは少し考えると当たり前の事ですね。
素人考えの稚拙な質問に関わらず丁寧にご回答頂きありがとうございました。
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Date: Thu, 23 Oct 2008 10:18:45 +0900
Q2: 佐藤先生
お世話になっております。
㈱ＭのＯです。
骨には磁性がないため、磁界遮蔽効果はないとの方向で上司と打ち合わせを進めた次第です。
そこで、新たな疑問が生じたため、メールを差し上げた次第です。
C. Ramon, J. Haueisen and P.H. Schimpf, Influence of head models on neuromagnetic fields and inverse source localizations, BioMedical Engineering OnLine 2006, 5:55（Page 4 of 13）によると骨の電導度は他の組織に比べて群を抜いて低いとされています。
この際に使われる単位：Conductivity(Siemens/cm)に関する認識なんですがこれはあくまで、電場にだけ関係する事だと認識しています。
つまり骨は電場は遮蔽するが磁界は遮蔽しないと私は認識しております。しかし、上司も私同様電磁気学に通じていないため、この認識に判断がつきません。
現状といたしましては、治療器より生じる磁界にコイルからの距離だけを考慮するのか、距離と遮蔽効果、２項目を考慮するのか、どちらが正しいのか判断がついておりません。
先に述べたように私は電磁気学に通じておりません。
そのため、骨は電場は遮蔽するが磁界は遮蔽しないという私の認識が正しいのか誤りなのか佐藤先生にご教授頂ければと存じます。
またもや佐藤先生のお手を煩わせる質問ですが何卒よろしくお願い申し上げます。
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Date: Thu, 23 Oct 2008 22:48:05 +0900
A2: Ｏ様、佐藤勝昭です。
　その文献によれば、頭蓋骨の電気抵抗率は16000[Ωcm]（導電率=1/電気抵抗率=6.25E-5[S/cm]）ということですから、ほぼ絶縁物と考えてよいでしょう。電磁波は、金属のように電気抵抗が低いと遮蔽され透過しなくなりますが、非磁性の絶縁物は通り抜けます。あなたの認識（電場は遮蔽する）は全くの誤りです。
（医療関係の技術開発センターで医療機器を扱っている方が、電磁気学を知らないでは、世間に通用しません。努力して勉強されることをお勧めします。）
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Date: Fri, 24 Oct 2008 09:49:13 +0900
AA: 佐藤先生
おはようございます。
Ｍ社のＯです。
ご返信ありがとうございます。
「骨は電気抵抗が高く絶縁物で、磁性がないため電磁波は透過するとの認識に改めました。」
佐藤先生のおっしゃる通り努力不足、勉強不足でございます。前任者の退職に伴い、今年度下半期より現在の開発プロジェクトに参加しているため、日々精進していく所存です。
まことにありがとうございました。
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1119. 金/シリコンショットキーダイオード

1120. アルミニウム蒸着とクロム蒸着

Date: Thu, 23 Oct 2008 14:23:45 +0900
Q: Ｓ＊＊社のＴ＊と申します。
以前、佐藤先生にはアルミニウムの反射について丁寧にご教授して頂きました。

今回アルバダ式逆ガリレオファインダーの設計を行っているのですが視野枠見え辛いと言う現象がおきております。

視野枠をクロム蒸着し、反射面をアルミニウム蒸着（レンズ中心は蒸着せず周辺だけを蒸着しています）をしています。

下記内容で視野枠を見易くしようと考えているのですが考え方等に間違いがあるでしょうか？

①視野枠線幅を2倍にすれば光量が2倍になるので明るくなる
②アルミニウム反射面の範囲を増やす（アルミニウムが蒸着されていない箇所に視野枠から出た光線が当たっている割合が多かった）
③視野枠線をクロム蒸着からアルミニウム蒸着に変更する。

見た目だけですとアルミニウムとクロム蒸着で差はない様に見えるのですが同じ線幅でもアルミニウムとクロム蒸着では大きく異なるのでしょうか？
お忙しいとは思いますがご教授の程宜しくお願い致します。
社名は伏せて頂きたいと思っています。
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Date: Thu, 23 Oct 2008 18:04:33 +0900 (JST)
A1: Ｔ様、佐藤勝昭です。
　アルバダ式逆ガリレオファインダーというのがわかりません。
従って、視野枠が見え辛いと言う現象がどんなことなのか理解できません。
図を添付して説明していただけないでしょうか？
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Date: Fri, 24 Oct 2008 09:45:03 +0900
Q2: 東京農工大学名誉教授　佐藤様
Ｓ社Ｔです。
説明不足で、お時間を取らせてしまい申し訳ありません。
添付したファイルにアルバダ式逆ガリレオファインダーの簡単な説明を記述しました。
つたない説明で分かりにくい箇所もあるかと思いますが、読んで頂けますでしょうか。
現在問題になっているのは、視野枠が薄く見辛いと言う事です。
視度は合っているので、視野枠の光線が眼に届く量が少ないのだと思っています。
視野枠線にクロムメッキを使用していますが、こちらをアルミ蒸着に変更すると反射率が約1.5倍位上がると思っています。
クロムの反射率50％とアルミの反射率85％ですと見栄えに大きく差が出るものでしょうか？

お忙しいとは思いますが宜しくお願い致します。
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Date: Fri, 24 Oct 2008 16:40:03 +0900 (JST)
A2: Ｔ様、佐藤勝昭です。
①視野枠線幅を2倍にすれば光量が2倍になるので明るくなる：
　　この認識で正しいと思います。

②アルミニウム反射面の範囲を増やす（アルミニウムが蒸着されていない箇所に視野枠から出た光線が当たっている割合が多かった）：
　　視野が狭くなりませんか？

③視野枠線をクロム蒸着からアルミニウム蒸着に変更する。：
　　下記のように、1.4倍程度になるはずですが、アルミは酸化して反射率が低下している可能性があります。

　クロムの反射率50%、アルミの反射率85%というのはどこから出ているのでしょうか。
PalikのOptical Constants of Solids vol.2 に出ているn,kのデータから
直入射の反射率をR={(n-1)^2+k^2}/{(n+1)^2+k^2}の式で計算しますと
波長　　n　　　k　　　R
409　　1.54　3.71　69.5%
456　　1.99　4.22　70.2%
512　　2.75　4.46　67.6%
556　　3.18　4.41　65.5%
611　　3.48　4.36　64.4%
701　　3.84　4.37　63.8%
となり、可視光領域で平均65%以上あります。
一方、アルミニウムは（酸化してなければ）
400　　0.49　4.86　92.4%
450　　0.62　5.47　92.4
500　　0.77　6.08　92.3
550　　0.96　6.69　92.1
600　　1.20　7.26　91.6
700　　1.83　8.21　90.3
となり可視域で92%程度あります。
従ってCr×Alでは約60%、Al×Alでは約85%で後者だと前者の1.4倍となります。
実際には酸化のためにおっしゃるような値に落ちているかもしれません。
まずは、CrもAlも蒸着直後MgF2などでコートし酸化を防げば、もう少しはっきりと見えるかもしれません。
また、アルミに変えて、銀のミラーにすれば、97%以上の反射率が見込まれます。Ag×Agならトータル94%も反射します。
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Date: Mon, 27 Oct 2008 08:51:12 +090
AA1;東京農工大学名誉教授　佐藤様

返事が遅くなり、申し訳ありません。
クロムの反射率50%と言うのは、
実際に蒸着した製品（視野枠線）を業者に測定して貰った際のデータです。
（線幅が0.1ｍｍと言う細さなので、測定し辛いようです。

専門とは違う分野での質問になってしまい先生にはお手数をお掛けしました。
本当にありがとうございます。
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Date: Mon, 27 Oct 2008 14:35:06 +0900
A3: Ｔ様、佐藤勝昭です。
　幅0.1mmの細線の反射を測定するとき、エッジ部分での散乱がありますから、反射率の絶対値を正確に評価するのはむずかしいと思います。本当は５０％よりも高かったのではないかと拝察します。いずれにせよ、線幅を２倍程度にすれば、見やすくなるでしょう。
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Date: Mon, 27 Oct 2008 15:08:13 +0900
Q4: 東京農工大学名誉教授　佐藤様
S社Ｔです。
エッジ部分の散乱があると言う事は考えてもいませんでした。
散乱があると言う事はエッジがボケると言うことなのでしょうか？
（ボケるまではいかないのかも知れませんが）
何度も質問してしまい、申し訳ありませんがご意見をお聞かせ頂けますでしょうか？
宜しくお願い致します。
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Date: Mon, 27 Oct 2008 15:08:13 +0900
A4: T様、佐藤勝昭です。
　平面での反射は、ミクロに見れば、表面に誘起された多数の電気双極子からの放射がconstructiveに干渉して加え合わされて、入射角と同じ反射角でビームが出て行くのです。しかし、エッジでは、反面からの双極子放射が無いので、反射角以外の方向にも散乱されます。ぼけるというかエッジがはっきりしなくなる効果があります。
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追伸：Tさま、佐藤勝昭です。
　前メールほどは、エッジがはっきりしなくなると言いましたが、　金や銀などプラズモンが存在する場合、エッジでは光散乱が強調される場合もあるようです。
http://www.jst.go.jp/kisoken/crest/report/heisei19/pdf/pdf13/13_1/011.pdf
要するに、無限の平面と細線とでは反射の様子が異なると言うことです。
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Date: Tue, 28 Oct 2008 08:55:06 +0900
東京農工大学名誉教授　佐藤様
回答ありがとうございます。
今までの内容を踏まえ、再度検討したいと思います。
今回も先生には本当にお世話になりました。
ありがとうございました。
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1121. ＩＴＯの面抵抗変化

Date: Fri, 24 Oct 2008 19:24:02 +0900
Q: はじめまして佐藤勝昭様。
HPを拝見しメールさせて頂きました。
私は株式会社　Ｄ社のＳと申します。公開時は社名名前共に匿名でお願いします。

ITOの性質に関する質問をさせて頂きます。

弊社ではITOフィルム（基材は、PETフィルム）を使用しております。
添付資料の様にITOフィルムのITO面に通電（５V・７２H)していると
面抵抗値が「＋極側で１００Ω高く」、「－極側で１００Ω低く」なり、
放置しておくと元に戻る　現象が発生しました。
しかし、同じフィルムでも現象が発生しないものがあります。

面抵抗値が変動し元に戻る現象はこれまでに経験がなく解らない現象です。
そこで、「SEMでの表面観察（１万倍程度まで）」・「通電時の熱収縮」・「ITOの（基材）密着性」「表面の凸凹性」・「EDXによる測定」を確認しておりますが、現象が発生するものとしないものとの「差」が見つかっておりません。

・ITOが通電によって、面抵抗値が変動することは、通常起こりえることなのでしょうか？
・この現象の有効な確認方法

以上２点についてご教授お願い致します。
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Date: Sat, 25 Oct 2008 00:05:48 +0900 (JST)
A: Ｓ様、佐藤勝昭です。
　このご質問は、一般性がなく、「物性なんでもＱ＆Ａ」の主旨に合わないのですが、お困りのようなので調べてみました。
　ご質問ではＰＥＴフィルムにＩＴＯを使っておられるそうですね。
ＰＥＴ上にＩＴＯを成膜する際に加熱しますとＰＥＴが分解して炭素がＩＴＯに混入します。
Web J-tokkyoの「透明導電性積層体」http://www.j-tokkyo.com/1999/B32B/JP11010780.shtml によりますと、
【００２０】発明者らは、加熱プロセスにおけるＩＴＯ膜の抵抗上昇が、ＩＴＯ膜中に炭素が多く混入していることが原因であり、加熱処理によってその炭素量が変化するために抵抗値変化が引き起こされることを見いだした。ＩＴＯ膜中の炭素は加熱処理によって減少しており、すなわち、膜中から抜け出しており、炭素量の減少が抵抗値の上昇につながっていることが示唆される。炭素含有量がもともと多いＩＴＯ膜は、その炭素が抜け易く性能は不安定であり、抵抗値変化が大きいばかりでなく通電時に断線しやすい脆い導電膜となっている。
と書かれています。
　従って炭素の含有量を測定してご覧になると、いかがでしょう。
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Date: Mon, 27 Oct 2008 08:18:17 +0900
佐藤勝昭様へ
早速のメールを頂きありがとうございます。

早速ITO膜内の炭素量の比較を行います。

今回は、主旨から外れる質問をしてしまい申し訳ございませんでした。
また、お調べ頂けとても感謝しております。この度はどうもありがとうございました。
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1122. シリコンウェハのランプ加熱

1123. 超伝導磁気分離技術の実験をやりたい

Date: Wed, 29 Oct 2008 19:25:25 +0900
Q: ＨＰページを拝見してメールさせてもらいました。
私、Ｋ＊県立Ｈ＊高等学校の１年の生徒のＳです「匿名でお願いします」
今度学校で超伝導磁気分離技術の実験を行おうと思っています。
磁性付与などは難しいので磁性活性炭を使おうと思っているのですがどこをさがしてもありません。
なので磁性活性炭の値段と売っている、または貸し出しなどができる所があったら教えてもらいたいのですが。
また超伝導電磁石に必要な超伝導線も貸し出しできる所があったらそちらのほうも教えてもらえると幸いです。
お忙しいところ申し訳ありませんができるだけ早く返信していただければと思います。
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Date: Wed, 29 Oct 2008 20:51:23 +0900
A: Ｓ君、佐藤勝昭です。
　申し訳ありませんが、私には、超伝導磁気分離技術の経験がありません。
磁性活性炭も使ったことがありません。磁性活性炭は、株式会社ＭＳエンジニアリング
〒551-0031　大阪市大正区泉尾6-2-10　Tel06-6552-1555　Fax06-6552-3653　e-mail:info@ms-engineering.co.jp
が扱っていますから、電話で聞いてみてはいかがでしょうか。高校生が、実験に使うと言うことなら、分けてくださるかも知れませんよ。
　ただ、超伝導電磁石を高校生が自力で作って磁気分離をやろうというのは、経験のある指導者がそばにおられるのなければ、無理があるような気がします。まず、超伝導線はNbTi系などの低温超伝導体をお考えでしょうか？（高価な液体ヘリウムが必要です。
また高価なクライオスタットが無いと、超伝導にできません。）それとも、Bi2Sr2Ca2Cu3Ox系などの高温超伝導体をお考えでしょうか？（これなら液体窒素で超伝導にできます。これでも、液体窒素用クライオスタットが必要ですよ。）高温超伝導線は、住友電工で入手できると思いますが、超伝導体で磁石を作るのもそれほど簡単ではありません。超伝導線の曲げ方によっては、超伝導を破壊してしまいます。電源も大電流を流すことができ、かつクエンチのときに対応できる回路を備えたものが必要です。高校生がちょこっと作れるようなものではありません。
　国際超電導研究所ISTECに相談してご覧なさい。
財団法人　国際超電導産業技術研究センター/超電導工学研究所
〒135-0062　東京都江東区東雲一丁目10番13号　電話 (03)3536-5703　FAX (03)3536-5717
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Date: Wed, 29 Oct 2008 20:58:17 +0900
AA: お早い返信ありがとうございます。
確かに高校生には難しそうですが、できる限りを尽くしていけるところまでいきたいと思います。
本当にありがとうございました。
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Date: Sat, 1 Nov 2008 00:20:04 +0900
A2: Ｓ君、佐藤勝昭です。
　高校生がチャレンジするのは素晴らしいと思います。頑張って下さい。なお、液体ヘリウムとか液体窒素の扱いには、十分な注意が必要ですので、指導教員の立ち会いのもとに実験して下さい。
MSエンジニアリングさんも、君から電話があれば、サンプルを分けて下さるとのことですから頑張って下さい。
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<参考>超電導工学研究所の町さんからS君からの問い合わせに対するメッセージ
Date: Thu, 6 Nov 2008 12:39:38 +0900
Sさんへ（cc　佐藤勝昭先生）
超電導工学研究所の町と申します。
メールをありがとうございました。Sさんのメールおよび佐藤先生のお返事も読ませて頂きました。返事が遅くなって申し訳ありません。

「超伝導と環境問題」というテーマでの実験を計画されているということで，非常に興味深くメールを拝見いたしました。磁性活性炭と超伝導マグネットを用いたいということは，おそらく大阪大学の西嶋茂宏先生の高温超伝導磁気分離システムのことを念頭に置かれていることと思います。

高温超伝導体を用いた磁気分離による環境浄化には，もう一つの方式があり，これは九州電力と日立製作所が共同開発しているものです。
それは線材を用いた超伝導マグネットではなく，着磁した超伝導バルクを用いるものです。

ここで少し超伝導体の性質について説明します。

超伝導体は直流電流に対しては電気抵抗がゼロであるという性質を持ち，これを線材に加工し，コイルを作製することで非常に強力な磁場を発生させることができます。ただし流せる電流は無限ではなく，ある臨界値に達すると超伝導ではなくなり電気抵抗が発生します。この電流値のことを，臨界電流と呼びます。電流が流れるということは，そこに磁場が発生します。自分自身に流れた電流によって発生した磁場は，超伝導体内部に侵入しようとしますが，低い磁場ではマイスナー効果という性質のために，磁場が内部に侵入することができません。磁場が高くなってきても，磁場そのものは侵入できませんが，量子磁束という形で超伝導体内部に存在できるようになります。この入り込んだ量子磁束が超伝導体内部で動いてしまうと電圧が発生してしまいますので，完全な超伝導状態とは呼べなくなってしまいます。臨界電流値の高い線材というものは，量子磁束が内部で動かないように，特定の場所に「ピン止め」できる傾向が強いと言えます。量子磁束をピン止めできる性質を積極的に利用したのが，超伝導バルクマグネットです。超伝導転移温度よりも高い温度で磁場を印加し，その状態で超伝導体を転移温度以下に冷却すると量子化された磁束がピン止め点に捕捉され，外部から観察すると，非常に強い永久磁石が存在するように見えます。

以上述べた性質は，第２種超伝導体と呼ばれるものの性質です。

つまり高い磁場を発生する方法は，
・超伝導線材を使ったコイル
・高温超伝導バルクを使ったマグネット
の２つの方法があることが分かります。そして，それぞれの場合に超伝導磁気分離システムがあることになります。

さて，結論から言いますと，佐藤先生がおっしゃるように，どちらのマグネットも簡単に作製することはできません。現在市販されている超伝導線材は，NbTiなどの金属系のものとBi2Sr2Ca2Cu3Oy などの高温超伝導線材です。

金属系の超伝導線材は液体ヘリウムやGM冷凍機などで冷却しなければ超伝導にはなりませんので，もしも学校にそのような設備があれば別ですが，現在無いとなれば，入手するだけでも大変なことになると思います。またNbTiなどは，かなり固い材料ですので，コイル化するには，専用の巻線機が必要です。

高温超伝導線材は，国内で手に入るのは，住友電工のBi2Sr2Ca2Cu3Oy(Bi2223)線材ですが，こちらは金属系よりも高価です。超伝導転移温度が高いので，冷却は液体窒素でも可能ですが，この線材は液体窒素温度でのピン止め力が弱いので，通常の永久磁石よりも強い磁場を発生することはできません。こちらも液体ヘリウムや冷凍機で冷却すればかなり高い磁場を発生できます。

もしもマグネットが作製でき，低温クライオスタット（低温を保つための容器）が確保できたとしたら，これも佐藤先生のメールにあった大電流を流せる電源が必要です。100Aクラスの電源が必要でしょう。

次に，高温超伝導バルクを使ったマグネットですが，こちらも冷却は液体窒素で可能です。線材を用いたコイルのように，クライオスタットがなければならないということはなく，簡単には発砲スチロールなどで容器を作ることもできますし，大電流の電源も不要です。こちらの問題は，高温超伝導バルクが非常に高価であること，および着磁をするために超伝導マグネットを所有する機関に依頼するなどして，着磁状態で冷却したまま運搬しなければならないという困難があることです。

以上のような理由で，実物の超伝導マグネットを用いた磁気分離システムを構築するのは，かなり困難であると思います。

磁気分離については，概念を説明するための実験ならば可能です。例えば，有害物質に付着した微小な磁性体を模して，粗いものならば砂鉄や細かいものならばコピー用のトナーを用いる方法です。これらを液体に混ぜて，非磁性で透明な管に流します。途中に強力な永久磁石を置いて，磁性体の軌道を変えて，別の管にでも導けば，綺麗になった液体が得られるというものです。磁性体の粒径は揃えておいた方がうまくいくようですし，液体は粘性があるものを用いるとゆっくりとした動きになりますので，磁気分離の原理を視覚化するのに適していると思います。磁石には，Nd-Fe-B系の強力なものを用いるのがいいでしょう。管は円柱ではなく，平管にすれば，効率的に磁場が加えられると思います。

そこで，永久磁石をより強力な超伝導マグネットの替えれば，現実の磁気分離システムになる，というような説明をするのがよろしいかと思います。

超伝導現象については，別に実験するという手もあります。短期間であれば，当所から超伝導バルクを貸し出すことはできますので，永久磁石の磁場をどのようにピン止めできるかを実験し，二つの実験を組み合わせて，磁気分離システムを説明してみてはどうでしょうか。

このメールがお役に立てばよいなと期待しております。
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<参考> 上記回答に対するS君のレスポンス
　Ｋ高校のＳです。
返信が遅くなり真に申し訳ございません。
町さんからのメールを受け、班員と相談した結果学校には専門的な設備も無いことから超伝導バルクなどを使った実験はしないことにしました。
ただ町さんからのアドバイスであやふやだった知識もまとまり、どのような実験をやればいいのかがわかりました。
町さんのおっしゃったとおりに超伝導の持つ性質と磁気分離技術の概念の説明という形で発表をし、超伝導磁気分離技術の説明をしたいと思います。
町さんのアドバイス及び、ご協力には本当に感謝しています。
本当にありがとうございます。
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1124. ファラデー楕円率は磁化に比例するか

1125. 混合攪拌時にホイップクリーム状になる理由

Date: Thu, 13 Nov 2008 22:17:07 +0900
Q: 工学博士佐藤勝昭　先生
突然メールをお出しいたしますが、貴HPを見ての問い合わせです。
宜しくお願いいたします。
ポリウレタン原料の変性ポリオール（二重結合を取り込んだポリオール）に無機顔料（特に酸化チタンが顕著）を均一分散させる場合、ハイシェアーな混合機を使用し、長時間混合攪拌を続けると、全体が（液状からかけ離れて）ホイップクリーム状になってしまう理由を教えて下さい。
安定的に均一分散させた（外観が）液状品を作りたいのです。
　　　　　　　　平井龍昭（弱小企業に勤めている老技術者（64歳））
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Date: Thu, 13 Nov 2008 23:03:37 +0900
A: 平井様、佐藤勝昭です。
　私は、化学製品の専門家ではありませんので、一般論でお話しします。
ホイップクリームがなぜ泡立つのでしょうか？泡は、空気の粒です。
混合攪拌の際に、空気を巻き込んでいるのです。例えば、「生クリームができるまで」のサイトをご覧下さい。
何らかの形で原料（おそらく無機顔料）に気泡が抱き込まれていたのではないでしょうか。
乳製品など食品工業では脱気装置（ディアレータ）が用いられるようです。
正確なことはその道の専門家にお聞き下さい。
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Date: Thu, 13 Nov 2008 23:28:15 +0900
Q2: 佐藤　先生
早速、ご返信を頂きまして有難うございます。あまりにも速いので驚いております。
ご説明頂いた意味合いは充分理解いたしました。
実は本当の性状を上手く表現出来なかったので「ホイップクリーム」状と書き込みましたが、泡が巻き込まれているか否かは良く観察してみます。
原料系で、水が大量に入っていることを書き忘れましたが、水のある場合、メカニズムが異なって来るのでしょうか？
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Date: Fri, 14 Nov 2008 00:13:23 +0900
A2: 平井様、佐藤勝昭です。
　水ですか？変性ポリオールの攪拌に伴って反応が進み温度が上がっていないでしょうか。温度上昇で水蒸気が発生する可能性がありませんか？
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Date: Fri, 14 Nov 2008 06:37:38 +0900
Q3: 佐藤　先生
色々とアドバイスを頂き有難うございます。
変性ポリオールは反応する相手がありませんので反応熱は出ないはずですが、ハイシェアー攪拌機なので摩擦熱で昇温していることは確かです。
また、ばらばらと情報が追加され申し訳ありませんが、水はポリオールの３０ｗｔ％位入っております。その他シリコン系の消泡剤（主にイソシアネートと反応する時に発生する炭酸ガスによる気泡を取り除くため）が含まれています。
攪拌時間は１時間くらいで、直後の充填時には、このホイップ状現象は起こっておりませんが、半月も保管して取り出した時に気が付く様な現象です。
最終的には、イソシアネートと混合し、骨材（大半は硅砂／樹脂の５～１０倍）を加えて、鏝でコンクリート上に塗布します。
その時の粘度（鏝への抵抗感）が異なるので問題となる次第です。
なお、最終製品の仕上がり感には殆ど差が出ません。
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Date: Fri, 14 Nov 2008 10:23:09 +0900
A4: 平井様、佐藤勝昭です。
含まれていた微細な気泡が保管中に集まって泡の原因になる程度になったのでしょうね。
攪拌中に減圧するなどによって内部に含まれる気体をできるだけ減少させる以外に解決できないのではないでしょうか。
　この方面の知識に疎くて十分なお答えができず申しわけありません。
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1125C. 質問#1125へのコメント

Date: Mon, 17 Nov 2008 11:27:49 -0600
C: 佐藤先生、
アメリカ化学会社のSです。
1125の「ホイップクリーム状」の件ですが、私も専門家とは言いがたいのですが、似たような経験があります。
「混ぜた直後はそうでもないのに、放置しておくと現象が出る」というのは、水素結合による擬似架橋が原因の場合があります。
混合によるせん断の記憶がある間は液状を保ちますが、徐々に水素結合が進み、いわゆるチクソトロピーな性質が出てくるものです。
これを防ぐためには、無機物質の表面の水酸基を化学修飾によりカバーする必要があります。それが無理なら、混合してすぐに使うのがベストです。
また、無機顔料のマスターバッチ（濃度の高いペースト）を作っておき、それを使用直前にポリオールと混合するとましになる場合もあります。
この現象に詳しい人に現物を見てもらうしか、根本的な解決法はないと思います。
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1126. プラスチックの赤外吸収

Date: Thu, 20 Nov 2008 13:47:28 +0900
Q: はじめまして、Ｏ社　開発技術課　井上と言います。(匿社名でお願いします。)
佐藤先生のHPを拝見させていただき、先生の知識をお借りしたく、メールさせていただきました。

現在、「9.3μm～9.4μmの遠赤外線を透過し、それ以外の赤外線を吸収するプラスチック」を探しています。
これを人の検知に利用したいと考えている為、人が発する遠赤外線(9.3μm～9.4μm)だけを透過できればプラスチックなら理想ですが、5μm～15μm程度(焦電センサなどで利用される人体検知用光学フィルタと同等)の透過でも問題はありません。
プラスチックに限定している理由は焦電センサに利用する安価なプラスチック製フレネルレンズに光学フィルタの機能を付加できないかと考えているためです。
当社は焦電センサ及びプラスチックに精通した者がおらず、情報をネットで調べたり、工業試験所に問い合わせたりした結果、遠赤外線を透過させるには、ポリエチレンがもっとも適しているのではないかと考えております。ただし、ポリエチレンの赤外分析チャートからは遠赤外領域における波長依存性がほとんどみられないので、そのままでは目的のフィルタとしては利用できません。(赤外分析チャートは周波数に対する透過率ですが、500cm-1～25cm-1を20μm～4mmの波長に読み替えて判断しました。)
実際、安価なプラスチック製フレネルレンズにはポリエチレンが使われていますが、赤外線の波長依存性は確認できませんでした。

そこで質問ですが、
1.ポリエチレンに赤外線の波長依存性は無いという私の認識は正しいでしょうか？

2.１．が正しい場合、ポリエチレンに他の材料を混ぜる、または、安価な別の材料と組み合わせる事(ポリエチレンに別材料のフィルムを貼るなど)で特定の波長(9.3μm～9.4μmまたは5μm～15μm)だけを透過できる方法はありますか？あるなら、その組み合わせはどのようなものでしょうか？また、特定の波長だけを透過できるようになる形状(厚みや光を屈折させるレンズ形状など)はありますか？

3.ポリエチレンに限らず、特定の波長だけを透過できるプラスチックはありますか？あるなら、それは何でしょうか？

4.プラスチックに限定せず、特定の波長だけを透過する光学フィルタに使える安価でフレネルレンズに加工し易い材料はありますか？

以上、お忙しい中、申し訳ありませんが、ご教授いただけますよう、お願いいたします。
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Date: Fri, 21 Nov 2008 01:29:51 +0900 (JST)
A: 井上様、佐藤勝昭です。
　プラスチックの光学特性は専門外ですが、すこし調べてみました。

質問１．ポリエチレンに赤外線の波長依存性は無いという私の認識は正しいでしょうか？
答え：ポリエチレン一部の波長（720cm-1(13.9μm), 1470cm-1(6.8μm), 2900cm-1(3.45μm)）を除いては吸収がありませんからあなたの認識でよいと思います。

ポリエチレンの赤外透過スペクトル(クリックすると拡大します。)

質問2．ポリエチレンに他の材料を混ぜる、または、安価な別の材料と組み合わせる事(ポリエチレンに別材料のフィルムを貼るなど)で特定の波長(9.3μm～9.4μmまたは5μm～15μm)だけを透過できる方法はありますか？
答え：上記波長領域は分子振動による吸収の領域なので、いろいろな振動スペクトルをもつプラスチックを探し出して混ぜるしかありませんが、適当な分子振動の吸収スペクトルがあるか、また均一に混じるかを調べなければならないでしょう。

質問３．ポリエチレンに限らず、特定の波長だけを透過できるプラスチックはありますか？あるなら、それは何でしょうか？
答え：ポリイミドは図のように多数の吸収線があり、1000cm-1(1μm)付近に透過帯があります。透過率が低いですが、目的によっては使えるかも知れません。

ポリイミドの赤外透過スペクトル(クリックすると拡大します。)

質問４．プラスチックに限定せず、特定の波長だけを透過する光学フィルタに使える安価でフレネルレンズに加工し易い材料
答え：フレネルレンズに加工できるような材料はないと思います。多層膜で干渉フィルタを作ることができれば、特定の波長帯を透過するバンドパスフィルタができると思います。
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Date: Fri, 21 Nov 2008 11:27:05 +0900
AA: お世話になっております、井上です。
お忙しい中、早々にご返答いただきありがとうございました。
添付いただいた図は社内セキュリティに引っかかってしまったのか確認できませんでしたが、各質問について回答いただいた内容から、プラスチック製フレネルレンズに光学フィルタの機能を持たせる事は難しそうだと認識しました。
また、ポリエチレンの赤外分析チャートにおける吸収域をカイザーと波長で併記いただいた事で、どの波長が吸収されるのか明確に理解する事ができました。
カイザーから波長を求める計算式は工業試験所より教わっていましたが、理解しきれず、３箇所の吸収域はおよそ遠赤外線波長に引っかかっていないだろう程度の認識しか持っていなかった事は恥ずかしい限りです。
今回、ご教授いただいた知識を参考に自身の知識を深め、焦電センサと人体検知の可能性を拡げられる製品開発に役立てていきたいと思います。
この度はお忙しい中、対応いただきありがとうございました。
佐藤先生の知識を拝借できました事に感謝しております。
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1127. 防音継ぎ手

1128. プラスチックの透湿性

Date: Fri, 21 Nov 2008 00:21:33 +0900 (JST)
Q: はじめまして。Ｓ＊社のＹ＊と申します。
社名・氏名共に匿名でお願い致します。
現在、製品に塗布する防湿材の選定を行っており、この防湿材に含まれる樹脂成分についてご教授頂きたくメールさせていただきました。
比較している3種の防湿材には、各々「ポリオレフィン系樹脂」、「ゴム系樹脂(ポリブタジエン)」、「アクリル系樹脂」を使用しています。
質問：上記の樹脂成分を防湿性、接着強度、導電性などの観点より比較したいのですが、これらに関する特性値はお持ちではありませんでしょうか。
(吸水率や透湿度、引張強さ伸び率、絶縁抵抗値、誘電率…ｅｔｃ）
製品に塗布しての熱衝撃試験や高温高湿試験などを行っているのですが、すべて合格すると思われ、なかなか比較することができず。
機械系育ちということもあり化学的なことには疎く四苦八苦しております。
ネットで調べたりもしましたが、「吸水性がよく…」などのあいまいな表現でしかなく数値としての比較ができません。
お忙しいとは存じますが、ご回答をよろしくお願いいたします。
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Date: Fri, 21 Nov 2008 15:47:43 +0900 (JST)
A: Ｙ様、佐藤勝昭です。
　同じ質問をヤフーの知恵袋にもされてますね。私は、化学の専門家ではないのですが、お困りのようなのでさがしてみました。

プラスチックの水蒸気透過性については、三菱化学グループのホームページに安田武夫さんが書かれた「プラスチック材料の各動特性の誠験法と評価結果」に表の形で出ています。
（pdfファイル添付）この論文には、他の特性値もあります。

ポリメチルメタクリレート（アクリル）	41(g/m^3・24h)
ポリブタジエン	58(g/m^3・24h)

ポリオレフィンについては出ていませんが、三井化学ファブロのクレアフォースという製品のカタログでは、180(g/m^3・24h)という数値が出ています。
導電性についてはいずれも高抵抗で電気は流れないと思います。接着性についてはしかるべきサイトをごらんください。その他の物性値も、製品を作っている化学会社にお問い合わせになれば技術情報を持っていると思います。
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1129. 磁界中での化学反応

Date: Wed, 26 Nov 2008 18:21:37 +0900 Q: 突然のメールで恐縮です。わたくしは秋田県仙北市のE*社のF*ともうします。
環境対策の一環としてYUZOX（燃料の磁気分解による）というものをあつかってます。
まえおきはさておき、磁界内において磁力に反応する物質はあるのでしょうか。
例としてセラミックに炭をいれて加熱すると遠赤外線がでる、磁性共鳴ではマイクロ波が波長転換して遠赤外線を放出など。
また、ラジカル反応が液体内でおこるとすれば、燃焼、たとえば石油ストーブにも効果はあるのでしょうか？
　液体の磁気分解をおこなうと、分子の結合が弱くなり一部（炭化水素でいえば炭素と水素結合）の結合が細かくなる、ということなんですが、
K准教授によればこまかくなってもすぐ分子が結合する、とのことでした。
しかし、分子を光学顕微鏡で観察できればいいのですが、さしつかえなければ教えていただきたいのですが。
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Date: Wed, 26 Nov 2008 19:59:17 +0900 (JST)
A: F様、佐藤勝昭です。
　メールありがとうございます。私は、YUZOXについては、不勉強で全く存じ上げませんので、一般論でお答えします。
「磁界内において磁力に反応する物質」という意味がわかりません。
（１）ご質問の「反応」が物理的な反応を意味するのでしょうか。
一般に伝導電子をもつ物質には、反磁性といって、加えた磁界を打ち消そうとして逆向きの磁化を生じる反応がありますし、遷移金属を含む物質は、常磁性といって磁界を受けて磁気モーメントが誘起される反応があります。しかし、反磁性も常磁性も弱い磁性です。
一方、強磁性といって外部磁界を加えなくても自発磁化を持つ物質においては、外部磁界により磁気ヒステリシスを示すような反応があります。

（２）ご質問の「反応」とは化学反応のことでしょうか？
磁界の物質に及ぼすエネルギーは強磁性体ではかなり強いのですが、有機物などの反磁性体または常磁性の物質では、磁気の及ぼすエネルギーは小さいのです。
スピンS=1/2の原子に及ぼす磁気のエネルギーはゼーマンエネルギーといいますが、その大きさは(g=2として)1テスラ(10000ガウス)の静磁界をかけても0.1meVの程度しかありません。
ボルツマン定数kとT=300Kの積で表される室温の熱エネルギーは25meV程度なので、強磁性体でない物質が1テスラの磁界を受けても、化学反応を起こすほどのエネルギーをもらうことがありません。
磁界として高周波の磁界を印加した場合は静磁界とは異なる現象がおきます。
プラズマの中の電荷をもつ粒子や荷電化学種は電磁界中でサイクロトロン共鳴をするので運動エネルギーをもらいます。
このエネルギーは加える高周波電力に依存しますが、十分に化学反応を起こすことができます。
たとえば、マイクロ波によるECRプラズマは半導体のプロセスにも用いられていますし、高周波マグネトロンスパッタ装置も荷電粒子の高周波磁界による運動を利用してアルゴンイオンをターゲットにぶつけ基板上にターゲット物質を堆積させていますが、これも半導体工業で普通に用いられています。
このほか常磁性体にマイクロ波を当てると電子スピン共鳴(ESR)がおきますし、強磁性体では、強磁性共鳴がおきます。高周波磁界による共鳴現象が起きると、最後は緩和して格子振動となり、熱になります。このとき遠赤外線を発しますが、これは「波長転換」ではありません。

私は、化学の人間ではないので、ラジカル反応のことは詳しくありません。炎が磁界の影響を受けるという話は知られており、「ブンゼン火災の燃焼・排出特性に及ぼす一様磁場の影響」という論文があります。この論文で加えている磁界は5テスラという大きなものです。
高周波磁界をかけた場合は、何らかの変化はあると思いますが、データの持ち合わせがありません。

「液体の磁気分解をおこなうと、分子の結合が弱くなり一部（炭化水素でいえば炭素と水素結合）の結合が細かくなる」という話は、私には理解できません。
さきほども述べましたように静磁界の非磁性原子に及ぼすエネルギーは非常に小さいので、超強磁界(10テスラ以上)を印加しないかぎり、液体を分解することは不可能だと思うからです。
もちろん、高周波磁界では、何らかの分解を起こす可能性があります。

数ナノメートルのサイズの分子レベルの分解を光学顕微鏡で観察することはできません。なぜなら、回折限界のため、可視光線を使う限り、液浸レンズを使っても分解能は、100ナノメートルを見るのが精一杯でだからです。
あまりお答えになっていなくて申し訳ありません。
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Date: Wed, 26 Nov 2008 23:02:55 +0900
Q2: 返信ありがとうございました。秋田のFともうします。
磁力に反応とは、例えば酸化チタンに光、電磁波が当たると電子スピンが励起し、有機物などを分解するなど。ある准教授から電磁波のことも教えていただきました。
磁界（YUZOXの双極閉回路構造より中心部で0.7Tから1Tの磁束密度）内で物理的に反応が起こるとすればどういった反応が考えられますでしょうか。
　また、燃焼効率の妨げとなる原因は吸気と排気と摩擦以外にどんなことが考えられますでしょうか？
今回メールさせていただきましたのは、今地球環境について考えております。一つは燃料です。
メーカーは否定しておりますが、YUZOXというものを車につけることにより排気ガスの削減が可能となります。（一部の車種）
私は7年ぐらい前に磁石を燃料ホースに向かい合わせにつけたところ、燃費がよくなったのを覚えています。6月か7月にたまたまYUZOXのことを知り東京まで押しかけて、販売を許可していただきその営業をしております。
しかし、大学の教授からは07T、0.8Tなんてそんなことない、と否定されておりますが、鳥取大学、静岡大学では磁気分解を取り上げております。
燃料の磁気分解による、また塞流感応電位による燃焼効率の向上により加速、排気ガスの削減、ついでに燃費もあがっております。
燃料の削減と有害物質の削減により環境対策として考えております。
　もう一つは、温暖化が進むと海流にどんな影響がでるのか、ということです。温度はさわがれていますが、海流のことはだれも発表しません。
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Date: Wed, 26 Nov 2008 23:52:19 +0900 A2: F様、佐藤勝昭です。　酸化チタンに光が当たるだけで有機物を分解することは,東京大学名誉教授で神奈川サイエンスパーク理事長の藤嶋先生が以前に発見された現象(光触媒効果)です。
電磁波を当てる必要はありません。なぜ分解が起きるかの物理的メカニズムについてはまだ完全には解明されていないので、メカニズム解明のためにESR（電子スピン共鳴）の研究が行われています。電子スピン共鳴が起きるということは不対スピンがあるということなので、有機物分解のメカニズムにラジカルが関与しているだろうということが推測されているのです。
　私は、YUZOXについて全く存じませんので、YUZOX内で物理的に何が起きているかのコメントは差し控えたいと存じます。
前に書きましたように、通常の磁性学の範囲では、0.7T-1Tの静磁界がおよぼす効果は余り大きくないということは確かで、もし、何らかの効果が見られことが事実であれば、何か別のメカニズムを考えなければならないということでしょう。鳥取大学・静岡大学で追試が行われているのであれば、そちらにお尋ね下さい。
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Date: Thu, 27 Nov 2008 00:34:41 +0900
AA: 返信どうもありがとうございました。勉強させていただきます。お忙しい中ほんとうにありがとうございました。
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Date: Thu, 4 Dec 2008 23:44:04 +0900
A3: F様、佐藤勝昭です。
　なんでもQ&Aのやりとりをご覧になったH社の萬(よろず)様より次項#1129Cに示すようなコメントを頂きました。
私は、不勉強で磁界の作用を過小評価していました。
　萬様に紹介いただいた坂口喜生「スピン化学」（裳華房2005）を本日紀伊国屋書店で買ってきました。
この本によりますと、（詳しくは理解できていないのですが）三重項ラジカル対と一重項ラジカル対の変換が磁界効果をもつことが書かれております。反応場を狭くすると、化学反応に対して磁界がかなりの効果を示すことが記述されています。
私の不勉強のため、不十分なご返答をしたことをおわびします。
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1129C. 「磁界中での反応」へのコメント

1130. ファラデー効果の磁区像と磁壁

Date: Sun, 7 Dec 2008 01:45:24 +0900
Q: 佐藤勝昭先生
はじめまして。私、Ｏ＊大学4年Ｈ＊と申します。
(ホームページへのアップ時は、学校名、氏名とも匿名でお願いいたします。)
先生のホームページ拝見させていただきました。
法政大学大学院大学院工学研究科「磁性工学特論第7回 ―光と磁気(1)―」の講義資料に関しての質問です。
私は現在、ガーネット薄膜の磁壁をファラデー効果を用いて偏光顕微鏡で観察しようと考えています。
ある論文にファラデー効果で見た磁壁の画像(講義資料のスライドの31のような画像です)があり、それを再現しようと思ったのです。

ですが、論文やテキストなど普通に書かれているのは磁区のストライプ幅が同じ画像ばかりでした。
そこでたまたま先生の講義資料の中に同じ画像を見つけ、質問させていただいた次第です。

講義資料のスライド31にあるNHK技研の玉城氏の磁区の画像に関してなのですが、黒い部分は磁壁と考えてよろしいのでしょうか？

私なりに調べていくうちにファラデー観察に直交偏光子法という方法があることと、Bi置換によってファラデー回転角が大きくなることを知ったのですが、「白い部分が ↑or↓スピンで黒い部分が磁壁」という確信に迫る論文を見つけることができませんでした。

もう１つ、まことに申し上げにくいことなんですが、
もし「直交偏光子法を用いて磁壁を見た」、「白い部分が↑or↓スピンで黒い部分が磁壁」と宣言している論文をご存じでしたら、教えていただけないでしょうか？
厚かましくて申し訳ありません。
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Date: Sun, 7 Dec 2008 02:10:30 +0900
A: H*君、佐藤勝昭です。
　私の講義資料を見ていただきありがとう。
ファラデー効果で磁区を見ますと、↑磁区が白なら、↓磁区は黒く見えます。
玉城さんの測定結果の黒い部分は磁壁ではありません。逆向きの磁区です。
磁壁は白から黒への移り変わりの部分にあるのです。磁壁の厚さは数十原子層程度なので、光学顕微鏡では見えません。
磁気力顕微鏡では、磁区と磁区の境目に磁極が出るような磁壁の場合に磁壁が見えますが、通常は直接見るのはむずかしいです。
ローレンツ電子顕微鏡では磁区と磁区の間に白または黒の部分が見えますが、これは、電子ビームの曲がり方が違うために白い部分や黒い部分が見えるのであって磁壁そのものではありません。
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Date: Sun, 7 Dec 2008 02:52:43 +0900
Q2: 佐藤勝昭先生、ご返答ありがとうございます。Hです。
磁壁ではないんですか…
添付のpdfの最後のページを見ていただきたいのですが、この論文には磁壁が近づいたり離れたりしている時の画像だと書いてあります。
この黒いのは磁壁ではないということですよね？
できれば判断していただけないでしょうか？
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Date: Sun, 7 Dec 2008 09:56:35 +0900
A2: Ｈ君、佐藤勝昭です。
　論文読みました。確かにこの論文で見ているのは磁壁です。
前のお答えは、私の説明不足でした。
直交偏光子法の説明を見てください。
玉城さんのデータは、磁区の↑と↓を白黒のコントラストで表すために、偏光子と検光子を完全に直交させず、5度くらいズラしてあるのです。
ご指摘の論文の図は、偏光子と検光子を直交させた配置で測定したものと思われます。（論文に詳細が記述されていませんが）
↑磁区も、↓磁区もファラデー効果のため、光が通るようになるので、白くなりますが、磁壁においては磁化が回転して面直磁化成分が0になるところがあるため暗くなりますから、（黒い帯が磁壁というわけではないが）確かに磁壁の中心位置を表しているのです。（通常の方法では、このコントラストを見るのはむずかしいので何らかの工夫をしたのでしょうね。）
君を混乱させたようでごめんなさい。
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Date: Sun, 07 Dec 2008 15:33:03 +0900
Q3: 佐藤勝昭先生、解説ありがとうございます。Ｏ大学Ｈです。
この論文の黒い部分が磁壁でよかったです。
偏光子と検光子を完全に直交させて磁壁を見ているということが確信できました。
この論文と同じような画像があって、「偏光子と検光子を完全に直交させて磁壁を見ている」と書かれている論文をご存じでしたら教えていただけないでしょうか？
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Date: Sun, 7 Dec 2008 18:31:05 +0900
A3: Ｈ君、佐藤勝昭です。
　磁壁そのものを光学顕微鏡の明視野像で見るのは通常困難とされています。
なぜなら、180度ブロッホ磁壁の厚さtはｔ＝π(A/K)^(1/2)で与えられ、鉄の場合 A=8×10^-12 J/m, K=5×10⁴J/m³ を代入すると、t=12.6π×10^-9 m、すなわち磁壁の厚さは約40 nmに過ぎないのです。磁気バブル用の磁性ガーネットでは、磁気異方性が2桁程度小さいので光学顕微鏡で観測できるサイズになります。
　磁気バブル用の磁性ガーネットにおけるネール磁壁の中のブロッホラインを磁気光学的に観測する試みは、Thiavilleらによって行われました。
A. Thiaville et al.: Direct Bloch line optical observation;
J. Appl. Phys. 63 (1988) 3153-3158.

彼らは、暗視野散乱法で磁壁（黒い帯）を観察し、磁壁の中に含まれるコントラストの強い部分（矢印）をブロッホラインだとしています。
このイメージは、単純な磁気光学では説明できず、歪みが関与していることが理論的に明らかにされています。
A. Thiaville et al.: On the influence of wall microdeformations on Bloch line visibility in bubble garnet;
J. Appl. Phys. 69 (1991) 6090-6095.
磁区および磁壁の理論と実験に関しては、
A.Hubert and R.Schaefer: "Magnetic Domains"; Springer 1998
に詳しく載っていますから、勉強してください。
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Date: Sun, 07 Dec 2008 19:32:19 +0900
AA: 佐藤勝昭先生、Ｈです。
論文データありがとうございます。
このデータを参考に勉強し、理解していきます。
本当にありがとうございました。
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Date: Sat, 13 Dec 2008 17:33:37 +0900
Q4: 佐藤勝昭先生、O大のHです。
匿名でお願いします。
前回私が質問させていただいたことに関して、論文の著者に質問できる機会がありました。
今回はいろいろ教えていただいたせめてものお礼としてその情報を、先生に還元したいと思いましたのでメールしました。
あの磁壁は暗視野散乱法で見たのではなく、クロスニコル法を用いて普通の顕微鏡で見たそうです。
偏光子と検光子をうまく直交させただけで見たようです。
ほんの少しで情報で申し訳ありません。

ここからが質問なんですが、

　磁壁中にBloch lineがあるということは、磁壁の巻き方が2種あると考えていいのでしょうか？　つまり、巻き方が1種ではBloch lineはできないのでしょうか？
それともう１つ質問があるのですが、
　暗視野散乱法は簡単じゃないと耳にしたのですが、難しいことなんでしょうか？
できればどういう点で難しいのか教えていただけないでしょうか？
お願いします。
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Date: Sat, 13 Dec 2008 19:13:38 +0900
A4: Ｈ君、佐藤勝昭です。
　貴重な情報をありがとう。単なるクロスニコル法だったのですね。
ガーネットは磁壁の幅が広いので、観測できたのだと思います。
さて、ブロッホラインですが、あなたの言うとおり、ネール磁壁においては磁化の回転方向に右巻きと左巻きがあって、その境目ではブロッホラインになるのです。
　暗視野法は、ビームの中心付近をマスクして、周辺のみの光を使うのです。顕微鏡によっては、そのためのコンデンサレンズ・スリットを付属品として備えています。それほど難しいことではありませんが、視野が真っ暗になるので、焦点を合わしたりするのが難しいのです。
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Date: Sat, 13 Dec 2008 19:51:12 +0900
佐藤勝昭先生、Ｏ大のＨです。
なるほど、わかりました。毎回ありがとうございます。
では、失礼します。
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1131. ダイヤモンドとグラファイトの熱伝導

1132. 仮想屈折率法における負の消光係数

1133. シリコンの直接バンドギャップ

Date：Mon, 15 Dec 2008 03:03:50 +0900 (JST)

Q1: 以前、メールで質問をしたＭ大学のＭです（ネット公開では匿名でお願いします）。
シリコンのバンドギャップについて質問があります。
シリコンは間接遷移型半導体ですが、バンドギャップエネルギーより高い光子エネルギーに対しては直接遷移が見られるとあります。
直接遷移になるための光子エネルギーとは、Eg1の光子エネルギーを与える必要があるのか、Eg2の光子エネルギーを与える必要があるのか、どちらになりますか。
また、参考文献にのっているシリコンのバンドギャップエネルギー1.11 eVという値は、Eg1の値だと思うのですが、直接遷移になるために、Eg2の光子エネルギーが必要ならば、そのEg2の値も教えてください。
以上、よろしくお願いいたします。
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Date：Mon, 15 Dec 2008 09:38:44 +0900

図1

図8

A1: M君、佐藤勝昭です。　シリコンの直接遷移は、あなたの図のように単純ではなく、結晶工学スクールのテキストの図1(a)に示すバンド図において、ｋ空間におけるΔ線やΛ線に沿っての平行なバンド間遷移が全部、直接遷移に寄与するのです。
　同じく添付のテキストの図８に説明がされています。そのピーク(3.46eV)は明瞭なのですが、いろいろの遷移が混じっているので、ギャップEg2の単純な見積もりはむずかしく、正確な値は不明瞭になっています。
　消光係数の変曲点は2eV付近になりますので(Palik: Optical Constants of Solids voll.1 p565)Eg2はほぼ2eVと考えてよいのではないでしょうか。

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Date：Mon, 15 Dec 2008 11:22:51 +0900 (JST)
Q2: 佐藤様
M大学のMです。
早速のお返事ありがとうございます。

基礎ができていないので、申し訳ないのですが、直接遷移でなくても、シリコン太陽電池において間接バンドギャップ1.11 eVと同じフォトンエネルギーを照射すると、バンド間励起によって、光電流として流れますか？
それとも、光を照射するだけでは光電流として流れることはできませんか？
一般的なシリコン太陽電池の感度波長は1μm以下みたいですが、これはバンドギャップ1.11 eV以上のフォトンエネルギーを与えているからですか？

以上、よろしくお願いいたします。
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Date：Mon, 15 Dec 2008 13:02:30 +0900 (JST)
A2: M君、佐藤勝昭です。

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図1 光伝導

図2　太陽電池

　大学で光伝導を学ばなかったでしょうか。少し解説しておきます。
　半導体のバンドギャップを超えるエネルギーの光を照射すると、価電子帯から伝導帯への励起がおき、伝導帯には電子が、価電子帯にはホールが熱平衡より過剰に注入されます。(間接遷移でも過剰なキャリアができることには変わりがありません。）
　これだけでは、光電流は流れません。電界を加えなければ、光電流は観測されません。
　図１のように電界を加えて電子とホールを分離しますと、電子は正の方向に流れ、ホールは負の方向に流れるので、電子・ホールともに電気伝導に寄与します。電子がホールと再結合するか、電子またはホールが欠陥などにトラップされるまでは、電気伝導に寄与し続けます。これが光伝導（光導電、内部光電効果とも呼ばれる）です。もちろん、図2に示すフォトダイオードや太陽電池のように、pn接合を作ると界面に空乏層ができ、電界を加えなくても拡散電位差が生じるので、光電流が観測されます。
　今、光で生成されたキャリア密度がΔｎ[cm^-3]、移動度がμ[cm^2/V・s]、キャリアが再結合またはトラップされるまでの時間をτ[s]　(トラップの束縛エネルギーが低いと、熱的に再励起されるので、何度かトラップされてついに再結合するまでという場合もあります)とすると、光伝導による導電率σ_p=Δneμτ[S/cm]で与えられます。ここにeは電子の電荷1.6×10^-19[C]です。
　このように、バンドギャップを超える光でなければ余分のキャリア密度Δnが発生しないので光伝導は起きません。しかし、実際に光伝導スペクトルを計測してみると、バンドギャップより少し低いエネルギーで光伝導が起き始めます。これは、バンドギャップの中に、不純物や欠陥による準位があって、そこにとらえられていた電子またはホールが光エネルギーを吸ってバンドに励起されキャリアとなるのです。逆に、これらの準位は、電子またはホールを放出してからになるので、今度は光励起キャリアのトラップとしても働くのです。
　なお、半導体光物性については、貴大学の電気電子工学科のM*先生が量子エレクトロニクスで詳しく教えておられるので、授業を聴講されることをおすすめします。

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1134. PEMを用いた磁気光学測定における楕円率の膜厚依存性

Date: Wed, 17 Dec 2008 21:40:10 +0900
Q: 佐藤　勝昭先生
 以前ファラデー楕円率が磁化に比例するかについて質問させていただきましたＫ＊大学のＨ＊と申します。（HPに載せる際には、匿名希望でお願いいたします）
再度ファラデー楕円率についての質問で恐縮なのですが、どうしてもわからないことがありましたのでメールした次第です。
私は、石英基板上に真空蒸着させた様々な膜厚（膜厚は水晶振動子により測定）のNi薄膜のファラデー回転角や楕円率を円偏光変調法を用いて測定しました。
その際飽和ファラデー回転角（Ni薄膜の磁化が面直方向に飽和したときのI(2p)/I(0)）は、10,20,30,50nmと膜厚に比例して大きくなるのですが、飽和ファラデー楕円率の方（I(p)/I(0)）は比例しません。
10,20nmは比例するのですが、その後30,50nmと膜厚の増加に伴い楕円率も増えるのですが明らかに比例していません。
回転角やリタデーションの変調振幅が大きくなると近似が成り立たなくなり正確に測定できなくなるとは思うのですが（光と磁気p.98）、なぜ回転角が比例している膜厚で楕円率の方は比例しないでしょうか？
実際に装置やデータを見ていないので察しにくいとは思いますが、思い当たる節がありましたら教えていただけますでしょうか。
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Date: Thu, 18 Dec 2008 19:05:28 +0900 (JST)
Ａ：Ｈ君、佐藤勝昭です。
　30nm, 50nmのNiの厚みになりますと、吸収がかなり強くなります。
2eV(620nm)における消光係数κの値は3.65です。
吸収係数に直すと、α=4πκ/λ=0.074[nm^-1]ですから
　d=30nmでは、αd=0.074×30=2.22；exp(-αd)=0.109
　d=50nmでは、αd=3.7; exp(-αd)=0.025
となって、光信号が非常に小さくなります。するとPEM測定におけるf成分も2f成分も小さくなります。
楕円率を測定するf成分は、いろんなところから変調周波数成分の不要輻射を受けていますから正しい楕円率を測定できていない可能性があるのです。そのような余計な信号の位相は、正しい信号とは逆相の場合もあり、信号が小さいと何を測っているかわからないこともあります。
回転角を観測する2f成分はあまり不要輻射を受けにくいので、弱い信号でも比較的正確に観測できているのではないでしょうか？
光の透過率を考慮してあまり厚い膜で測定しない方がよいかと存じます。
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Date: Sat, 20 Dec 2008 16:23:08 +0900
Q2: 佐藤勝昭　先生
ご返信いただきありがとうございます。
光信号については、光源の強度を変えても測定に影響はなかったため問題はないかと思われたのですが・・・
ヒステリシスの形はどの膜厚でも回転角と楕円率で相違はありません。
正しい楕円率を測定できているかどうかというのは何で判断すればよいのでしょうか？
また現在私は、楕円率の絶対値から磁化の議論をおこないたいと思っているのですが、楕円率の絶対値から議論するのは難しいのでしょうか？
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Date: Sat, 20 Dec 2008 19:49:31 +0900
A2: Ｈ君、佐藤勝昭です。
　カー回転とカー楕円率が正確に測定できているかは、カー回転スペクトルをクラマース・クローニヒ変換して、相手のスペクトルが得られるかがポイントになります。カー回転のピークにおいてカー楕円率の傾斜が最も急になり、逆にカー回転の傾斜が極大の時にカー楕円率がピークになるかどうかをチェックしてください。クラマース・クローニヒ変換は、外挿に近似が入るので絶対値は不正確ですが、カー回転ピークの高さと、カー楕円率のpeak-to-peak値がほぼ等しくなります。

　PEM変調周波数(p)成分は、PEM素子と発信器とコントローラをつなぐケーブルや、コントローラとロックインアンプをつなぐ参照信号のケーブルなどから不要輻射として信号入力に入ってきます。アースの取り方が悪くても不要輻射を受けます。光を切ってもロックインにp成分が観測されれば要注意です。

　なお、光強度の信号をフォトマルにフィードバックして一定にする回路は使っておられますか。これを使わないと、正確な値は出ないことがあります。フォトマルの光電流にはDC成分の上にpHｚと2pHzの高周波成分が重畳しているのですが、DC成分の大きさによって高周波成分のゲインが異なるのです。このような現象はdifferential gainといって一般に起きます。もっとも、2p成分は正確に測定できているのですから、あなたのケースでは、この問題はないと思います。

　「楕円率の絶対値から磁化の議論をおこないたい」とのことですが、回転角が正確に測定できているのであれば、わざわざ、問題のある（原因は不明）楕円率を使うことにこだわる理由はないと思うのですが、・・。
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Date: Sun, 28 Dec 2008 00:07:03 +0900 (JST)
Q2: 佐藤　勝昭先生
返信が遅れて申し訳ありません。先日PEMを用いたファラデー楕円率の測定について質問させていただいたＨと申します。いろいろ御助言いただきありがとうございました。
さっそくフィードバック回路を用いてDCをほぼ一定にすることで1.5eVから3eVと狭い範囲ではありますがスペクトルを測ってみたところ、ファラデー回転角の傾斜が極大の辺りで楕円率のピークが観測されました。もっともどの膜厚においてもスペクトルの形はかわりませんでしたので、50nmのときも測れているということになるのでしょうか・・・
光を切ってもロックインにp成分が観測されれば要注意というのは、いわゆる暗電流のことでしょうか。光を切っている場合、ロックインの表示は0です。
ただしロックインのことで一つ気になることがあります。2p成分はRが0で位相が反転するのですが、p成分はRが0ではないところで反転してしまいます。そのため例えばヒステリシスなどを測った場合、位相が反転するところでデータがとんでしまいます。これはどうしてなのでしょうか。
今まで楕円率でデータを取ってきているため、なるべく楕円率で議論したいと考えています。
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Date: Sun, 28 Dec 2008 00:43:13 +0900
A2: Ｈ君、佐藤勝昭です。
　光を切って、DC成分が観測されればそれは暗電流ですが、p成分がでるのは暗電流ではありません。p成分が出るとすれば、発振器から何らかの回り込みで（光信号を通さず）ロックインアンプに信号が入っていることを意味するからです。
　君の質問の「R=0で2p成分が反転」の意味がわかりません。反射率Rが0になることがあるのですか？それじゃあ、DC成分を一定に保つことなどできるはずないでしょう。
　　Ｈ君は研究室で以前、ＣＮＴに内包した金属を研究していましたよね。測定しているのは、上記試料でしょうか？ＣＮＴは細いので、1本の光学測定は不可能ですね。従って、多数の複合体の磁気光学を測定していることになります。しかも異方性がありますから、磁気光学スペクトルの解釈はとても面倒なものになります。
　ＣＮＴの反射スペクトルはLee et al.,JJAP 42 (2003) 5880-5886にあります。これによれば、CNTの金属相ではDrude型、半導体相では調和振動子型であるとされています。Drudeなので、ε'は負でしょうね。この中に磁性体を挿入した場合トータルのε'はどこかで0を切る可能性があり、そのとき反射率Rは急減すると思いますが、Rが0になるとは考えられません。
　それともＨ君の今のテーマは磁性フォトニック結晶でしょうか？この場合は確かに多重干渉により反射率が極小になる場合がありますね。そのときは、確かに位相の大幅な変化が期待されます。しかし、ヒステリシス測定の際に磁界の印加によって反射率が0になることがあるとは考えられません。
　具体的なことを聞かないと君の相談にのれません。
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Date: Mon, 29 Dec 2008 02:10:11 +0900 (JST)
Q3: 佐藤勝昭先生
色々説明不足で申し訳ありませんでした。確かにひとつ上の先輩はフォトニック結晶を研究していましたが、そのときから楕円率の方はうまく測れているか不明瞭でした。
現在の私の研究テーマは「Ni薄膜における電気化学反応による磁性変化」です。Ni薄膜の表面を電気化学的に変化させることで磁気異方性や磁気モーメントを可逆的に変化させうることが期待されます。薄膜の磁性を溶液中でその場測定するための手段として磁気光学測定を行ってきました。異方性の変化はヒステリシスの形からある程度議論できるので問題なかったのですが、磁気モーメントの変化を議論しようとしたところそもそも楕円率の絶対値が膜厚に比例しないので困っています。
ですから、楕円率の絶対値が膜厚に比例する領域では信頼のあるデータが得られており厚い場合は何かの要因で正確に測定できていないのか、それとも、どの膜厚においても測定できていないのかがわからなくなってしまい先生に相談した次第であります。スペクトルの形は膜厚によって変わらなかったので後者の方なのでしょうか。少し不安になってしまいます。
ちなみに回転角ではなく楕円率で測定した理由は、楕円率では石英や溶液のバックグラウンドが見られないためです。また今後のためにも楕円率をきちんと測定できるようにしたいと考えています。
そして今回の相談で先生を困惑させてしまったRとは、AC成分の振幅のことです。説明不足で大変申し訳ありません。一般的にロックインアンプでは位相が反転するのは、振幅が0の時ではないのでしょうか。振幅が0付近では正確に測定できなくなるとは思われるのですが、2p成分と比較してp成分は明らかに振幅が0ではないところで位相が反転してしまいます。
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Date: Mon, 29 Dec 2008 10:22:19 +0900
A3: Ｈ君、佐藤勝昭です。
　メールありがとう事情が飲み込めました。たしかに君の言うとおり、楕円率の方はバックグラウンドが少ないので、これを使うことに賛成です。
　特定の波長で測定した磁気光学定数が膜厚に比例しないことは私も経験があります。これは、スペクトルが膜厚とともにわずかながらシフトする場合です。（ファラデー回転もファラデー楕円率もその点では同じです。）しかし、特に分散型楕円率スペクトルの中心付近では、わずかな変化でも大きな変化につながるからです。従って、楕円率スペクトルのピーク付近で（できればピーク波長を追いかけながら）測定する必要があると思います。
　磁気光学定数（回転角・楕円率）から、磁気モーメントの大きさを推定するのは危険です。強磁性体の磁気光学効果の大きさは、ほとんどがスピン軌道相互作用によって決まっているので磁化に比例しませんし、あなたが言う電気化学処理した薄膜の場合は、モルフォロジーなど巨視的な構造的変化が伴っていますから、誘電率の対角成分の効果も考えなければなりません。拙著「光と磁気の」p.38(3.54)式にあるように膜厚で規格化した複素ファラデー回転角Φ=θ+iηは
　Φ=-(ω/2c)(iεxy/εxx^1/2)
で表され、電気化学的にεxxが変化する可能性もあり、磁気モーメントに関する情報を得るには、εxyに直して論じる必要があるでしょう。
　「2p成分と比較してp成分は明らかに振幅が0ではないところで位相が反転」する理由は、２つ考えられます。１つは、回り込みによる信号が重畳している場合で、もう1つは、ロックインアンプのフェーズ調整の問題です。2pとpでは別々に位相調整しなければなりません。それは、プリアンプの位相特性に周波数依存性があるからです。
　年明けに千代田区三番町にあるＪＳＴの私のオフィスに来ませんか？実験の状況をもっと話してもらって、指導してあげますよ。
　なお、指導教員のS先生には、私を訪問することを連絡してからお越し下さい。
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Date: Mon, 29 Dec 2008 14:50:19 +0900 (JST)
AA: 佐藤勝昭先生
お誘いいただきありがとうございました。
是非うかがわせていただきたいと思います。
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後日談

　1/9にデータを見せてもらった翌日、K大学の研究室に出向き直接指導しました。結果を紹介しておきます。

（１）データの飛びの問題：
　Ｈ君らは、ロックインアンプの振幅出力Rと位相出力φをGPIBでコンピュータに取り込み、X=Rcosφを計算していましたが、
　ロックインでは、アナログ出力として得られるX-出力とY-出力を用い、内蔵のコンピュータ（演算ユニット）を用いて、
　X,YからR=(X^2+Y^2)^(1/2)とφ=tan^-1(Y/X)を計算していました。
　この計算の際に、X成分が0になるときに位相φ=tan^-1(Y/X)が発散する状態になることがわかりました。従って、R,φのかわりに、
　X成分（Rcosφ）の出力を使うように指導しました。（但し、この場合位相の手動調整が必要になります。）
（２）楕円率の値が正確でない問題：
　サファイヤを使った校正曲線がある波長で符号を変える現象が起きており、明らかにPEMのリターデーションが波長に応じて
　変化していないことを示していました。チェックした結果、HindsのPEMコントローラでコンピュータから波長を入力して
　外部制御する場合はREMではなくLOCにする必要があるのですが、H君らはREMを使っていました。
　（注：REMは、外部から0-5Vのアナログ電圧を入力してPEMを制御する場合に使います。)
　　なお、回転角については、PEMのリターデンションを波長制御をしない場合も、校正によって正確な値が得られます。
（３）楕円率に大きなオフセットがある問題：
　楕円率測定の状態で試料を入れないときに、検光子を回してもバックグランドが0になりませんでした。原因は
　「光源→分光器→レンズ系→偏光子→試料→検光子→レンズ→検出器」
　の光軸調整が十分でなく、光源→分光器の焦点調整も全くとれていないためでした。
　きちんとした光学系配置調整後は、オフセットを0にすることが可能になりました。
なお、指導教員からは下記のメールを頂いています。

　Ｋ大のＳです。
　昨年暮れから私ども研究室のＨ君の相談に親身にご回答頂き、さらに、私どもの大学へお越しいただいて
装置のチェックまでしていただき誠に有難う御座います。当日立ち会うことができず、また御礼が遅くなり
ましたことお詫び申し上げます。
　先生のご指示に従って測定を行なった結果、これまでの疑問点が解消し大変助かりました。測定結果を議論
しまして、これまでのデータに少しの修正をすることで大枠の考え方を修正することは必要ない状況であるこ
とが分かりました。今後ともご指導宜しく御願い親します。
　御礼まで。

卒論・修論については、本件の場合のように、指導教員の了解の元に質問をしてください。

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1135. 貴金属上の水滴の濡れ性変化

1136. 質問#1061「窒化ガリウム(GaN)の抵抗率の基板による違い」へのコメント

Date ： Mon, 5 Jan 2009 11:26:40 +0900
C: 佐藤先生
Ｈ社の土屋と申します。
応用物理学会結晶工学分科会では，先生には大変お世話になっておりまして，感謝いたしております。

先生の「物性何でもＱ＆Ａ」のウェブサイトを拝見しました。
すばらしいサイトだと思います。化合物半導体の成長に携わっている者として，拝見していて一点，気づいたことがあり，不躾ながら突然，メールさせていただきました。

『No.1061. 窒化ガリウム(GaN)の抵抗率の基板による違い』の項で学生さんがサファイア基板上と石英基板上で，製膜されたＧａＮの電気抵抗率に生じた違いの原因を質問されている部分です。

この質問者はどういう事情か，指導教官には聞きたくなかったようですが，（きっともっと自分で考えて見ろとでもいわれたのでしょうか）虫のいい質問だなあと少々あきれました。それはさておき，質問文に成長方法をはっきりとは書いていないので推定になってしまいますが，質問者は固体Ｇａソースを使用していると言うので，ＨＶＰＥ（クロライド成長）法を使っていると考えられます。

そういたしますと，塩酸ガスの影響で高温の石英が侵され，塩化珪素の発生によりＧａＮ中にシリコン汚染が生じてシリコンドナーが増えて低抵抗化したものと想像されます。
アンモニアガスを増すことで十分なＶ族原料が供給されて結晶欠陥が減少し，それとともにＧａＮ結晶は本来であれば高抵抗化するべきですが，シリコンが存在すると，不純物シリコンの活性化率の向上と再結合中心の減少により自由電子濃度が増加したものと思われます。

塩酸ガスの供給量やキャリアガスの種類，成膜温度など，判断に必要な実験条件を押さえずに質問している点を考慮しますと，やはり，考察すべきポイントがわからず，指導教官にしかられたんじゃないかなと，この学生に同情する次第です。

差し出がましいことを申し上げすみません。
今後ともよろしくお願いいたします。
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Date ： Mon, 5 Jan 2009 13:48:42 +0900 (JST)
Ａ：土屋様、佐藤勝昭です。
　貴重なアドバイスをありがとうございました。
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1137. 金属間化合物Fe₂Al₅の磁気特性

Date: Tue, 06 Jan 2009 16:55:11 +0900
Q: 佐藤勝昭先生
初めまして。Ｈ試験場のＴ＊と申します。
金属材料の研究開発しております。ネットで検索していて先生のサイトに至りました。

金属間化合物Fe2Al5の磁気特性を調べております。高温での磁気特性、特にキュリー点を調べています。
実験的には、常温ではFe2Al5は強磁性を有することを確認しておりますが、高温では実験が難しくお手上げの状態です。
磁気に関しては私は全くの素人なので、文献など調べておりますがなかなか行き着きません。もしご存じであれば教えて頂きたくお願い申し上げます。

なお、ネットへの掲載にあたっては、匿名にして頂きますようお願い申し上げます。
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Date: Tue, 6 Jan 2009 19:23:43 +0900
A: Ｔ様、佐藤勝昭です。
　私は、金属磁性学の専門家ではないので、データの持ち合わせがありません。
金属磁性の専門家に問い合わせているところですので分かり次第御連絡します。
　なお、以下は私見です。
Al-richのFeAl金属間化合物は耐食性をもち機械的強度が高く構造材料として最近元素戦略上注目されている材料ですが、あまりきちんとした物性データがないのではないかと思います。
結晶相図はMetals Handbook, Vol. 63, 10th Edition, ASM International, (1992)に載っています。
FeAl2の磁性はCrと同様のincommensurate型の反強磁性であるが、モーメントの傾きによる弱い強磁性(canted antiferromagnetism)がみられる書かれています。
(D. Kaptas, Phys. Rev. B 73, 012401 (2006) [4 pages])

　FeAl金属間化合物の粉末試料の磁性は名工研の橋井さんらが研究しておられます。
H10年度の報告によると名工研では、ボールミルで金属間化合物を作っており、メスバウア分光で磁性を評価しています。組成は書いてないのですが、ミリングの中間段階では強磁性だが、最終段階では常磁性となっています。
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Date: Wed, 07 Jan 2009 08:22:29 +0900
AA: 佐藤勝昭　先生
Ｈ試験場のＴです。お世話になります。
突然の質問にもかかわらず、早速のご回答ありがとうございました。教えて頂いた資料、文献を調べてみます。
他にも何か情報がありましたら、ご連絡頂きたくお願い申し上げます。

今後とも宜しくお願い申し上げます。
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Date: Sat, 10 Jan 2009 01:40:45 +0900
A2: Ｔ様、佐藤勝昭です。
　Fe-Al合金系の磁性の情報は「磁性体ハンドブック」p364にありました。
Fe3AlなどFe-richの組成はセンダストなどとして研究された磁性体です。Alの組成を増加すると、25%を超えたあたりから磁化は急速に低下します。
磁性体ハンドブックにはAl-rich組成のものは記述がありません。
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Date: Fri, 16 Jan 2009 00:07:03 +0900
A3: T様、佐藤勝昭です。
　金属磁性の専門家で以前Fe-Al系アモルファス合金を研究しておられた名工大の隅山教授がFe-Al系の文献をどさっとお送りいただきました。全部に目を通す時間がなかったのですが、その中で特に目に付いたのは、隅山先生の論文
K.Sumiyama, Y.Horose, and Y. Nakamura: Structural and Magnetic Properties of Nonequilibrium Disordered Fe-Al Alloys Produced by Facing Target Type DC Sputtering; J. Phys. Soc. Jpn. 59 [8] (1990) pp. 2963-2970.
です。この論文に添付のような磁気相図が出ています。(a),(b)はスパッタ法で作製したもので(a)は水冷基板、(b)は液体窒素冷却基板の場合です、(c)は水冷急冷で作製したバルク合金*です。
*)R.D. Shull et al.: Solid State Commun. 20 (1976) 863, K.H.
　Fischer: Phys Stat. Sol. (b) 116 (1983) 357, ibid.(b) 130 (1985) 13.
いずれにせよ、急冷Fe2Al5 (Al72%)では常磁性のようです。
上記隅山論文とその引用文献を調べてください。
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Date: Fri, 16 Jan 2009 00:38:56 +0900 (JST)
AA2: 佐藤勝昭　先生
H試験場のTです。
出張先からメールしております。

深夜にもかかわらずメールいただきありがとうございます。
また、丁寧なご回答を頂き、感謝の言葉がありません。
職場に戻り次第、文献を調べてみます。

突然のメールで依頼に対し、これほどの内容をしかも無償でご呈示いただけたことに驚くばかりです。
私はいわゆる公設試の者で、企業さんからいろいろな依頼を受けますが、これほど丁寧に対応した記憶がありません。
今後は私も先生に習ってできるだけの対応を心がけます。

名工大の隅山先生にも御礼をお伝えいただけると幸甚です。
取り急ぎ御礼申し上げます。
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Date: Sat, 17 Jan 2009 10:28:06 +0900
A4: Ｔ様、佐藤勝昭です。
　丁重なメール有り難うございました。
さて、Al-richのFe-Alは常磁性のはずなのに、Ｔ様の最初の質問にあった「強磁性」がなぜ出るかと言うことですが、隅山先生が送って下さった文献の中に
　R.A. Dunlap et al., Physical properties of rapidly quenched Al-Fe alloys,
　J. Phys.:Metal Phys. 18 (1988) 1329-1341
にAl86Fe14のTEM像があり、最小10nm程度の準結晶（電子線回折で５回対称）の微結晶が含まれているとされています。
また、as-quenchedの準結晶試料の磁化曲線はなかなか飽和しない振る舞いを示しており明らかに超常磁性的です。
その飽和磁気モーメントは0.76 emu/g (4.2K), 0.63emu/g (室温）であるが、結晶化した試料は強磁性的で非常に小さな飽和磁気モーメント0.055emu/g（室温）しか示さないと書かれています。
　おそらく、Ｔ様の試料もTEMでみると不均一で、作製の過程で準結晶が析出している可能性があるのではないかと思います。
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1138. 量子力学の質問

Date: Wed, 21 Jan 2009 05:54:44 +0900
Q: 私は、Ｋ**大学２回生の横山と申します。
突然のメール申し訳ありません。
先生のHPを拝見させていただきました。
私は物理学科で数学を専攻しているのですが、量子力学の単位が必要で困っています。
ですので、先生の御力を借りたくメールさせて頂きました。
問題は以下の通りです。
１）弦の振動を記述する波動方程式

を境界条件 Ψ(0,t) =Ψ(L,t) = 0　（Lは弦の長さ）のもとで解け。すなわち、変数分離法を用いて解くと、変微分方程式２つの常微分方程式に分離され、一般解は

（Aは定数）
で与えられることを示せ。
ただし

である。
また、

は独立な調和振動子の位置座標、

1139. アモルファスシリコンの吸収端

1140. 円偏光発生についての質問

1141. 光子の強度相関測定

1142. アルミニウムの誘電率

1143. 光照射による発熱効果

参考：光と磁気第2章2.8節

Siを添加したYIG結晶の強磁性共鳴周波数が光照射によって大きく変化する現象は1967年に英国のTeale, Templeらによって発見された²⁹⁾ 。この効果はその後オランダのEnzらによって詳細に研究され³⁰⁾ 、YIGだけでなく磁性半導体 CdCr₂Se₄や他のフェライトにおいても光照射による磁気的性質の変化が見いだされた。例えば、YIG:Si_0.006において77 Kでの光の照射によって、はじめ120あった初透磁率が数秒の間に10にまで減少する。
また、同じYIGにおいて、50 Hzで測定したヒステリシスループが、もとはＳ形で、 Hc＝0.6 Oeだったものが、光照射によって角形となり、Hc=2 Oeに増大する ³¹⁾。このほかにも、光誘導磁気異方性、光誘導ひずみ、光誘導二色性などが報告されている。この効果には、光による電荷移動型遷移が起きたことによる 3d遷移金属イオンの価数変化、光によって生成されたキャリアのトラップ準位による捕捉と再解放、電子正孔対の再結合などが絡み合っており、未だに完全な理解が得られていない。最近の興味ある研究としては、Co添加YNdIG薄膜での光誘導磁気効果が直流磁界に依存する効果の研究があげられよう³²⁾。
29) R.W. Teale and D.W. Temple: Phys. Rev. Lett. 19 (1967) 904
30) U. Enz and H. van der Heide: Solid State Commun. 6 (1968) 347
31) U. Enz, R. Metselaar, P.J. Rijnierse: J. Phys. (France),C1 (1970) 703
32) 大森一稔、中川活二、伊藤彰義：日本応用磁気学会誌19 (1995) 249

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Date ： Sat, 31 Jan 2009 16:41:00 +0900
佐藤勝昭　先生
今回の一件, 大変参考になりました.何とお礼を申し上げたらよいか分かりません。お陰様でしっかりした考察が書けそうです。
知財の件も了解いたしました。
何も知らない自分が恥ずかしくなりましたが,これをきっかけにこれまで無関心だった特許についても最低限の知識が持てるように勉強しようと思います。
参考図書に挙げていただいた先生の本は早速手続きをとりました。
届いたら早速読んでみようと思います。
今後もお世話になることがあるかもしれませんがまたよろしくお願いいたします。
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1144. 光学遅延変調法のファラデー効果の場合

1145. 磁気インピーダンス（ＭＩ）効果

Date: Mon, 02 Feb 2009 23:09:44 +0900
Q: 佐藤勝昭先生
はじめまして、Ｔ＊＊大学電気電子工学専攻修士2年のＹ＊と申します。HPにアップする際は匿名でお願いします。
HPを拝見させていただきメールを送らせて頂いています。
私はいまアモルファス磁性ワイヤに高周波電流を通電した際に起こる磁気インピーダンス効果を用いた磁気インピーダンスセンサについて研究しているのですがその原理でよく分からないところがあります。

ある本によると外部磁界によってアモルファス磁性体の磁化が傾き歳差運動をし、その結果円周方向の磁束密度の変化が大きくなり円周方向の透磁率が大きくなりインピーダンスが大きくなる。と書いてあります。
ここでいう”円周方向の透磁率”とは高周波通電電流によって誘起された交流磁界によってアモルファス磁性体は磁化されるわけですが、そのときのヒステリシスループにおける透磁率をひとつの透磁率で表したもののことです。
アモルファス磁性体の磁区が外部磁界によって傾き透磁率が変化するというのはなんとなくわかるのですが、円周方向の磁束密度の変化と透磁率の関係がよくわかりません。なぜ、磁束密度の変化量が大きいと透磁率が大きくなるのでしょうか？
ご教授お願いします。
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Date: Sat, 7 Feb 2009 14:01:16 +0900
A: Ｙ君、佐藤勝昭です。
　修士論文の研究ですよね。M2ということは最終段階でしょうか。
もっと早い段階でご質問のようなことを先輩とか指導教員に聞いておくべきでしたね。今頃になって・・という感じがします。
　ＭＩ効果に関しては
 ナノテックラボにわかりやすく解説があります。
インピーダンスは
Z=(a/2√(2ρ))R_DC(1+j)(ωμ(Hex))^(1/2)
となっていて、円周方向の透磁率μ(Hex)が基本的に重要です。
・初磁化状態ではアモルファスワイヤは長さ方向に磁区に分かれ磁区の中で交互に逆回転の周方向の磁化がありますが、外部磁界が加わると、各磁区の周方向磁化ベクトルがねじれています。
・長さ方向に高周波電流をながすと、円周方向に高周波の磁界が加わり、ねじれていた磁化ベクトルの向きが円周方向に戻ります。このとき円周方向の高周波磁束密度が変化します。
・円周方向の高周波透磁率は、円周方向の高周波磁束密度の変化を円周方向の高周波磁界で割ったものですから、上のプロセスで透磁率が変化するのです。
　これ以上詳しいことは、修論の指導教員にお尋ね下さい。
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Date: Mon, 09 Feb 2009 16:56:02 +0900
Q2: 佐藤勝昭先生
お答えいただきありがとうございます。
実は研究室でも私しかMIセンサを扱っていないので指導教員も詳しい原理が分からないんです。
磁界をかけて磁化ベクトルが変化して透磁率が変化するということは分かるんですが

＞円周方向の高周波透磁率は、円周方向の高周波磁束密度の変化を
円周方向の高周波磁界で割ったものですから

ここがいまいち分かりませんでした。透磁率はμ＝B/Hなので高周波でも磁性体内の磁束密度を磁界の強さで割った値になると思いますがなぜ、磁束密度の"変化"を磁界で割らなければいけないのでしょうか。
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Date: Tue, 10 Feb 2009 21:07:01 +0900
A2: Ｙ君、佐藤勝昭です。
　私も、MI効果の物理的起源に精通しているわけではないので、名古屋大学でMI 効果を研究しておられる内山剛先生にメールで問い合わせていますので、わかり次第お答えします。
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Date: Wed, 25 Feb 2009 16:56:44 +0900 (JST)
A2'：Ｙ君、佐藤勝昭です。
　名大内山剛先生から、学生さんの博士論文の中のバイアス透磁率に関する部分の抜粋をお送りいただきました。透磁率がバイアス磁界に依存することはStoner-Wolfarthの時代からわかっていたことのようです。
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Date: Mon, 02 Mar 2009 16:35:24 +0900
AA: 佐藤勝昭先生
山中です。わざわざ、名古屋大学内山先生にご相談してくださりありがとうございます。
これから頂いた論文の抜粋を読んでみます。
お忙しい中、私の質問に答えていただき、ありがとうございました。
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1146. フラーレンポリマーのバンドギャップ

1147. 軟鋼の表面張力

1148. 磁壁のピニング効果

1149. Mn5Ge3の選択エッチング

1150. 吸収が強いときの反射率

1151. チタン酸バリウム(BTO)、チタン酸カルシウム(CTO)のバンドギャップ

Date: Thu, 12 Feb 2009 12:30:18 +0900 (JST)
Q: ｎ＊大学4年　Ｓ＊（公開時匿名希望）と申します。
一度、質問させていただきました。現在抱えている問題についてのご質問をさせていただきたく、メールさせて頂きます。
ＢＴＯ，ＣＴＯが間接遷移か直接遷移か？誰の手法によってエネルギーギャップが見積もられたのかががいまいち検索などしても見つからないのでよろしければ教えてください。
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Date: Thu, 12 Feb 2009 13:35:22 +0900 (JST)
A: Ｓ君、佐藤勝昭です。
　ＢＴＯ，ＣＴＯというのは、それぞれ、BaTiO3, CaTiO3の略称ですね。
私はSrTiO3については、研究したことがあり(K. Sato and T. Ishibashi: Magneto-opt ical and Reflectivity Studies in SrTiO3; Proc. Magneto-Optical Recording Inter national Symposium 2002, Benodet, France, May 6-9, 2002, Trans. Magn. Soc. Jpn . 2 [4] (2002) 167-170. )、直接遷移であると思っていますが、BaTiO3, CaTiO3については不勉強で、実験結果を知りません。第１原理バンド計算によると、伝導帯の底は BaTiO3においてはM点にあり、CaTiO3においては、R点にあります。また価電子帯の頂はいずれの物質でもΓ点です。従って、両者ともに間接バンドギャップです。
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理論計算の結果は下記を参照してください。
Hong-Jian Feng, Fa-Min Liu: Electronic structure of barium titanate: an abini tio DFT study
F M Michel-Calendini et al: Band structure and optical properties of tetragonal BaTiO3, J. Phys. C: Solid State Phys. 6 (1973) 1709-1722.
S.Saha, T.P.Sinha, A. Mookerjee; First principles study of electronic structure and optical properties of CaTiO3; The European physical journal. B, Condense d matter physics 18 [2] (2000) 207-214
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1152. シリコン/アルミニウムのI-V特性

1153. ダイヤモンド加熱ATRの高温特性

1154. プリズムから金への斜め入射の反射

Date: Wed, 15 Apr 2009 22:44:09 +0900
Q: Ｍ＊高専専攻科2年のＫ＊と申します。（出来れば匿名でお願い致します）
早速なのですが，表面プラズモン共鳴について質問がございます。
現在，金薄膜をプリズム上に形成した状態での表面プラズモン共鳴吸収の角度‐反射率特性を実験にて調べたのですが，今後は，プリズムと金との間にクロム等のガラスとの密着性の高い金属を挟んで実験しようと思っております。
そこで，順序がおかしいのは承知なのですが，シミュレーションで角度‐反射率特性を算出，グラフ化して，実験値と比較し，より深みのある論文を作りたいと考えております。

いくつか論文や本を読んでフレネルの多層膜の式を用いて，まずは金一層，つまりプリズム‐金‐大気（真空）の場合から挑戦しようと思ったのですが，プリズム層(n=1.514)から金属層(n=0.16)への入射角θ2が6.06度以上で全反射してしまい存在しなくなってしまいます。
これでは多層膜の式が解けないのでθ2の考え方が間違ってるのではないかと思うのですが，どこが間違っているかご指摘頂けたらと思います。

また，以前の投稿109では，角度を変更しようとするには，偏光方向を考慮しないといけないので止めたとあったのですが，とても複雑になってしまうのでしょうか？
#176の添付ファイルと109を組み合わせて多層膜でのシミュレーションは不可能でしょうか？

お忙しいところ申し訳ございませんが、ご教授いただけると幸いです。
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Date: Thu, 16 Apr 2009 00:35:19 +0900 (JST)
A1: Ｋ君、佐藤勝昭です。
　メールありがとう。屈折率の大きな媒体から屈折率の小さな媒体に光を斜め入射すると当然ながら全反射します。しかし、界面の外には伝わらない波（エバネッセント波）が光の波長程度しみ出して減衰しています。このエバネッセント波と金の中の電子の疎密波（表面プラズモン）とが結合して表面プラズモンポラリトンになっているのです。
なんでもQ&A#109は、空気からシリコンへの斜め入射なのでエバネッセント波を扱うようにはなっていません。
表面プラズモンポラリトンの詳細については、福井萬寿夫・大津元一著「光ナノテクノロジーの基礎」などをご参照下さい。
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Date: Fri, 17 Apr 2009 19:20:09 +0900
A2: Ｋ君、佐藤勝昭です。前の回答を補足します。
　＃１０９は真空中からシリコンへの斜め入射反射率の計算式です。
プリズムのガラスから金の膜への斜め入射を扱うにはもとの式に帰らなければなりません。屈折率N_1の媒質から屈折率N_2の媒質へ斜め入射したときの反射率については、山田・佐藤他著「機能性材料のための量子工学」のp151-152に書きましたので、再録します。
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入射光、反射光、屈折光の波動ベクトルをそれぞれＫ_0、Ｋ_1、Ｋ_2とすると各媒質において，波動ベクトルの大きさに成り立つ次の関係式を得る。
Ｋ_0＝Ｋ_1＝(ω/c)(ε_1)^1/2＝(ω/c)Ｎ_1
Ｋ_2＝(ω/c)(ε_2)^1/2 ＝(ω/c)Ｎ_2
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4.1.21)
界面での電界成分と磁界成分の連続性から、
ψ_1＝ψ_0 　　　　　　　　　　　　　　　(4.1.22）
sinψ_2／sinψ_0＝Ｋ_0/Ｋ_2=N_1/N_2 　　　(4.1.23)
を得る。

（中略）

<一般の入射角の場合>
添付図において、入射面（入射光と法線を含む面）をｘｚとしたとき、この面に垂直な電界ベクトルの成分（ｙ成分）をＥ_sと垂直を意味するドイツ語senkrechtの頭文字のｓをつけて表し、入射面内の成分をＥ_p とｐ（parallel）をつけて表す。入射側には0をつけ、反射光には1、屈折光には2をつける。入射光と反射光の電界の比を複素振幅反射率またはフレネル係数という。ｐ偏光、ｓ偏光に対するフレネル係数ｒ_p、ｒ_sは、斜め入射の場合異なった値をもち、それぞれ次式で与えられる。

ｒ_p＝Ｅ_1p/Ｅ_0p＝（Ｋ_2cosψ_0－Ｋ_0cosψ_2）/（Ｋ_2cosψ_0＋Ｋ_0cosψ_2）＝tan(ψ_0－ψ_2)/tan(ψ_0＋ψ_2)
ｒ_s＝Ｅ_1s/Ｅ_0s＝（Ｋ_0cosψ_0－Ｋ_2cosψ_2）/（Ｋ_0cosψ_0＋Ｋ_2cosψ_2）＝－sin(ψ_0－ψ_2)/sin(ψ_0＋ψ_2)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4.1.25)
となる。ここに、ｒ_p＝|ｒ_p|ｅ~(iδ_p)、ｒs＝|ｒs|ｅ^(iδ_s)
である。
　(4.1.23)式を利用してψ_2をψ0で表すと
sinψ_2＝Ｋ_0sinψ_0/Ｋ_2
cosψ_2=(1-sin^2ψ_2)^(1/2)={1-(K_0sinψ_0/K_2)^2}^(1/2)
となるので、(4.1.25)式は、

ｒ_p＝{(Ｋ_2)^2cosψ_0－Ｋ_0((Ｋ_2)^2－(Ｋ_0)~2sin^2ψ_0)^(1/2)}/{(Ｋ_2)^2cosψ_0＋Ｋ_0((Ｋ_2)^2－(Ｋ_0)^2sin^2ψ_0 )^(1/2)}
ｒs＝{Ｋ_0cosψ_0－((Ｋ_2)^2－(Ｋ_0)^2sin^2ψ_0 )^(1/2)}/ {Ｋ_0cosψ_0＋((Ｋ_2)^2－(Ｋ_0)^2sin^2ψ_0 )^(1/2)}
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(4.1.26)
が得られる。
Ｋ_0, Ｋ_2に(4.1.21)を使って
Ｋ_0＝(ω/c)Ｎ_1、Ｋ_2 ＝(ω/c)Ｎ_2
を代入すれば、複素屈折率Ｎによる式になります。
プリズムのSiO2のＮについては、実数部だけでよいと思いますが、金のＮについては、実数部(屈折率n)・虚数部(消光係数κ)ともに考慮しなければなりません。

金/ガラスにおけるp偏光・ｓ偏光の反射の角度依存性を計算してみました。
ここでは、ガラスの屈折率は一定(=1.514)としています。
たしかに、８°の入射を考えますと、波長690nmにおいて、ｓ偏光の反射率は１００％となってしまいますが、ｐ偏光の反射率は有限の値９４％となっています。
複素反射率で見ますと
rp=0.700565649466593+0.672602588090427i
rs=0.983413106871728-0.181379881003642i
となっています。
rsにも大きな虚数部がありますから、光は侵入していることになります。

界面を透過してくる透過率をｔとすると、
ｔ_p＝１－ｒ_p
ｔ_s＝１－ｒ_s を使って計算できます。
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Date: Fri, 17 Apr 2009 20:39:55 +0900
AA: 親切丁寧なご説明ありがとうございます。
せっかくここまで教えていただいたので，一生懸命理解してより高度な質問が出来るくらいになろうと思います。
本当にありがとうございます。
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1155. ダイヤモンドとアルミナの接合

参考
材料	熱膨張率（K^-1)	熱伝導率(W・m^-1・K^-1)
ダイヤモンド	1.0×10^-6	1000
アルミナ	10.3 × 10^-6	40
シリカ	0.55× 10^-6	1.38

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Date: Mon, 11 May 2009 18:55:01 +0900
AA: 佐藤先生
ありがとうございます。
以前から酸化膜や水酸基などを介在させれば接合できるのではないかと考えてはいたのですが、あまりに知識が足らず、思考がその先に進まず恥ずかしい限りです。
是非調査の上、実験評価を実施したいと思います。
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1156. シリコンウェハーの光透過

1157. 電気を流しにくい物質

1158. 鉛フリーはんだAuSn4のヤング率

Date: Thu, 28 May 2009 16:01:10 +0900
Q: 佐藤先生
私はＨ＊＊社のＷ＊と申します。 HDDに組み込まれる磁気ヘッドを製造しております。

Sn3Ag0.5Cuの鉛フリー半田を用い接合を行なっています。半田接合部の破断応力の解析を行なおうとしているのですがAuとSnの合金であるAuSn4のヤング率の値が分かりません。教えていただけると幸いです。
また値が分からない場合定性的にSnのヤング率に比べAuSn4のヤング率は高いのでしょうか、あるいは低いのでしょうか? お教えください。
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Date: Thu, 28 May 2009 17:59:37 +0900 (JST)
A: Ｗ様、佐藤勝昭です。
　申し訳ありませんが、私は、金属工学の専門家ではないので、手元に関係するデータを持ち合わせません。
ただ、マイクロインデントで測定したデータによると、 AuSn4のIndentation Modulus　E/(1-ν^2)=43±4 GPaとなっています。（νはポワソン比）
また、私の手元にないのですが、
D. G. Ivey:Microstructural characterization of Au/Sn solder for packaging in optoelectronic applications;
Micron Volume 29, Issue 4, August 1998, Pages 281-287
には、Au/Sn半田のヤング率も書かれているようですので取り寄せて調べてください。
因みにSnのヤング率は49.9 GPaです。
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Date: Thu, 28 May 2009 18:11:24 +0900
AA: 佐藤先生
御回答有難うございます。早速お教えいただいたところを検索し調べます。
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Date: Fri, 29 May 2009 12:44:26 +0900
A2: W様、佐藤勝昭です。
　本日、農工大にいったので図書館で調べた結果、ご紹介した論文には載っておらず、 M.T. SHEEN Y.H. HO C.L. WANG K.C. HSIEH and W.H. CHENG：
The Joint Strength and Microstructure of Fluxless Au/Sn Solders in InP-Based Laser Diode Packages；
Journal of ELECTRONIC MATERIALS, Vol. 34, No. 10, 2005
のTable IIにAu/Snハンダのヤング率として59 GPaという値が載っていました。ご参考まで。
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Date: Fri, 29 May 2009 13:17:40 +0900
佐藤先生
貴重な追加情報の提供有難うございました。
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1159. 反転対称のある系の赤外吸収とラマン散乱

1160. LEDチップの機械的強度測定法

1161. CRS1010の比透磁率

Date: Fri, 3 Jul 2009 15:12:03 +0900
貝沼と申します。
材料名：ＣＲＳ１０１０の比透磁率が知りたいのでですが、教えてください。
会社員　37才
以上
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Date: Sat, 4 Jul 2009 12:00:26 +0900
A: 貝沼様、佐藤勝昭です。
　CRS1010というのは、米鉄鋼協会の企画AISIの1010に従うCRS(cold rolled steel=冷間圧延鋼)でその化学成分は、

C	Mn	P	S	Si	Fe
0.08-0.13wt%	0.30-0.60	0.040 max	0.050 max	0.10 max	残り

となっています。AISI 1010はJIS G3141に相当します。
JIS G3141は、冷間圧延鋼板及び鋼帯を規定しており,
　SPCC 一般用
　SPCD 絞り用
　SPCE 深絞り用
　SPCF 非時効性深絞り用
　SPCG 非時効性超深絞り用
となっています。
化学成分は

種類の記号	C	Mn	P	S
SPCC	0.15以下	0.60以下	0.100以下	0.050以下
SPCD	0.12以下	0.50以下	0.040以下	0.040以下
SPCE	0.10以下	0.45以下	0.030以下	0.030以下
SPCF	0.08以下	0.45以下	0.030以下	0.030以下

となっていますから、お申し越しのCRS1010はJISのSPCD～SPCFに相当すると思われます。
しかし、これらの磁性は探しましたが見つかりませんでした。
SPCCに関しては、JFE技報No. 8（2005年6月）p. 22.25
藤田、井上、江本：純鉄系磁気シールド材料の高透磁率化とその磁気シールド性能
という論文のTable 2に、彼らが開発したEFEという磁気シールド材の比較対象としてSPCCの透磁率が載っていました。
それによると、最大透磁率μmは厚みが0.8mmのSPCCでは730、1.2mmでは1900となっています。
もっと詳しくは、JFEスチール（株）スチール研究所の関係者にお尋ねになってはいかがでしょうか。
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1162. 樹脂の難燃剤

1163. SCM440,FCD450の物性値

物性	SCM440 (AISI4140）	FCD450 (GGG40)
ヤング率	190-210 GPa	167-170 GPa
ポアソン比	0.27-0.30	0.275
密度	7.7-8.03 g/cm^3	7.1-7.3 g/cm^3
線膨張係数	12.3×10^-6/℃	12×10^-6/℃
熱伝導率	42.7W/m・℃	33.5 W/m・℃
比熱	473J/kg・℃	544～711J/kg・℃
比透磁率	35-80^*	－
抵抗率	0.222 μΩ・m	0.5-0.7 μΩ・m

（*電気学会論文誌A 128 (2008) pp.289-297)
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Date ： Wed, 15 Jul 2009 13:18:29 +0900
AA: ありがとうございました。
参考にさせて頂きます。
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1164. 非磁性の絶縁体のファラデー効果

1165. シリコンへのドーピング

1166. eVから温度への変換

Date: Fri, 17 Jul 2009 11:58:18 +0900
佐藤勝昭先生へ
 この間分かりやすく英語で説明していただいて、どうもありがとうございました。
Q: ちょっと聞きたいことがありますが～
If we heat helium gas to a high-enough temperature,the average kinetic energy of an atom in its thermal motion will be so high that an inelastic collision between two helium atoms can easily excite one of them to its first excitation state at 19.8 electron volts above the ground state.
Estimate an approximate value of this temperature,applying the relationship 1.5kT= kinetic energy, where k is the Boltzmann's constant, k=1.38 x 10^-23 J/deg. Electronic charge = 1.6 x 10^-19C.
（ヘリウムを十分に高い温度に熱すると、原子の熱による運動エネルギーは非常に高くなるので、2個のヘリウム原子の非弾性衝突のために、そのうちの1個の原子は基底状態より19.8eV高い第1励起状態に励起されます。1.5kT=運動エネルギーという仮定を使って、およその温度を推定しなさい。ここにkはボルツマン定数です。）
という質問があります。
ここで、1.5kT=1/2mv²を使いますね？
そして、Tを求まるために、どうすれば良いでしょうか？
ありがとうございました。
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Date: Fri, 17 Jul 2009 13:10:52 +0900
A: Dear Suhi
This problem is a simple question that requires conversion of energy in eV to temperature in K.
The energy for the first excited state is E=19.8 eV. Using electron charge e=1.6x10^-19 C, the energy is converted to joule unit as E=19.8 x 1.6 x 10^-19=3.17 x 10^-18 J. Here I used Coulomb x Volt equals Joule.
By assuming E=1.5 kT, T can be obtained as T=E/1.5k=3.17 x 10^-19/(1.5 x 1.38 x 10^-23)=1.53 x 10⁴.
The answer is 15300 K.
（この問題は、エネルギーの単位をeVから温度に換算する単純な質問です。第1励起状態のエネルギーは、E=19.8 eVです。電子の電荷e=1.6x10^-19 Cを使うと、E=19.8 x 1.6 x 10^-19=3.17 x 10^-18J です。ここにCV=Jの関係を使いました。E=1.5 kTを仮定すれば、T=E/1.5kとかけますから、T=3.17 x 10^-19/(1.5 x 1.38 x 10^-23)=1.53 x 10⁴となります。答えは15300Kです。）
Best regards
Katsuaki
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Date: Sat, 18 Jul 2009 14:56:31 +0900
AA: 佐藤勝昭先生へ,
分かりやすく説明していただいて、ほんとうにどうもありがとうございました。
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1167. 金属と紙の拡散反射の違い

1168. 金属の非接触判定

1169. 金属多層膜のプラズモン

1170. 複素屈折率と磁気光学

Date: Mon, 17 Aug 2009 12:26:12 +0900
Q: お世話になっております、先日もこちらで質問させていただきましたH大学大学院OBのA*と申します。（匿名で宜しくお願いします）
磁気光学効果というのを知り興味深く感じて先生の著書「光と磁気」で勉強させていただいているのですが、領域の違いもあり勉強不足の部分もあり理解が及ばない部分があるのでここで質問させていただきたいと思います。

２つお伺いしたいのですが、1つは左右円偏向の複素屈折率の差が何故生じるか教えていただきたいのです。ごく初歩的な話かもしれませんが考えるほど分からなくなって困っています。

古典的に光の伝搬を式の上で考えマクスウェル方程式に代入して解くと、入射光と平行に磁場印加してある場合には複素屈折率の固有値N＾２は誘電テンソルの非対角項分だけ左右円偏向でズレが生じ、左右円偏向が媒質中を進むにつれて位相がズレていき、旋光性が生じるというのは理解できます。また量子論による解釈としても軌道の選択則を考えればよく分かる話です。

しかしトンチンカンな考え方をしているとは思いますが、等方性物質に直線偏向の光を入射するイメージを考えたときに電場の振動によって生じる分極は磁場によるローレンツ力を考えたとしても、等方的に生じており左右円偏向で複素屈折率に差が生まれるとは思えないのです。

自分なりに物理的にイメージ仕様としても、誘電テンソルの非対角項がなぜ左右円偏向の複素屈折率の差として現れるのかうまく説明できません。良い考え方があればご教授願いたいと考えております。

もう1つは、ファラデー効果の起源となる誘電率テンソルの非対角項εxyは個別の物質毎に全く異なる波長依存性をみせていますが、なぜこのような波長依存を持つのでしょうか？個別の物質の何に依存して波長依存性が変化しているのかご教授いただければと思います。

お忙しいとは思いますが、上記の件どうぞ宜しくお願いいたします
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Date: Mon, 17 Aug 2009 19:07:02 +0900
A: A*様、佐藤勝昭です。
　「光と磁気」をお読みいただきありがとうございます。
（１）最初のご質問は左右円偏光（偏向ではありません！）に対する屈折率のちがいがなぜおきるかを定性的に物理イメージがつかめないかというご質問と思います。

「電場の振動によって生じる分極は磁場によるローレンツ力を考えたとしても、等方的に生じており」という考えは間違っています。

磁場によるローレンツ力のもとで高周波電界によって生じる分極をもとめる式がp62の( 4．6)式です。この式は変位uを求める式ですが、uにNｑをかければ分極Pになります。[ (4.5）式]　
この結果
P_x=χ_xxE_x + χ_xyE_y
P_y=χ_yxE_x　+ χ_yyE_y = -χ_xyE_x + χ_yyE_y
となります。ここで（３．１１）を使っています。
(4.9)によれば、γ=0の極限では、χ_xx、χ_yyは実数、χ_xyは虚数です
Bの1次までの近似ではχ_xx, χ_yyは等しくBに依存しません。一方、χ_xyはBに比例します。[(4.9)式]
ここで、Bで展開したときのχ_xx0次の係数をa、χ_xyの１次の係数()虚数)をibと書けば、
P_x=a E_x +i b B E_y
P_y=-i b B E_x + a E_y
となります。
入射直線偏光がｘ軸方向に偏っていたとすると、
P_x=a E_x, Py=-ib B E_xとなりますから、分極は、x軸、y軸の単位ベクトルをそれぞれe_x, e_yとして
P=E_x(a e_x +i b B e_y)
とかけます。これは楕円偏光です。
楕円偏光というのは振動のx成分とy成分との間に位相差がある場合をいいます。この位相差がプラスかマイナスかで右回りの楕円か左回りの楕円かになります。上の式でy成分は磁界Bのプラスマイナスに対応して、プラスになったり、マイナスになったりするので、磁界の符号によって、右回り楕円になったり左回り楕円になったりするのです。

（２）第2の質問は、電子構造を考えなければならないのです。
これについては、４．４「磁気光学スペクトルの形」(p77)を読んでください。電子の光学遷移の置き方は個別の物質の電子構造を反映します。具体例は第6章(p116以後)に様々な物質の電子構造と光学遷移の関係を示しています。たとえば、６．３節p146に示したように、第1原理のバンド計算から導いた磁気光学スペクトルの形は実験を非常によく再現します。
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1171. 熱線遮断塗料

Date ： Wed, 19 Aug 2009 22:48:12 +0900
Q: 佐藤先生
いつも「物性なんでもＱ＆Ａ」のホームページを拝見させていただき、仕事の参考にさせていただいております。
Ｉ社の研究所におります、Ｓ＊と申します。
（ＨＰに掲載される場合は匿名でお願いできればと存じます）ぜひご教授いただきたいことがあり、メールを差し上げました。
お時間がある時で結構ですので、お返事いただければ幸いです。

熱線遮蔽塗料に興味があり、調べていたのですが、赤外線反射の機能は、近赤反射顔料によるものであることがわかりました。
以下のＨＰによれば、
http://www.tomatec.co.jp/ganryo/kinseki.html
顔料はCr2O3やCuCr2O4が主成分のようですが、近赤外領域のちょうど良い波長域に反射が起きています。

可視光や赤外域の反射といいますと、金属やITOのように自由電子による反射くらいしか思いつかないのですが、Cr2O3は絶縁体に近いものだと思いますし、CuCr2O4もキャリア濃度は低いように思われます。
この反射はどのような物性によって起きているのでしょうか？
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Date ： Thu, 20 Aug 2009 14:28:05 +0900
A: Ｓ様、佐藤勝昭です。　Cr2O3もCuCr2O4も絶縁物です。金属のような自由電子のプラズマによる高反射率は考えられません。
Cr2O3の電子遷移はCr3+の配位子場遷移による弱い吸収が赤～黄緑にあり、バンドギャップが3.3eVにあるるため、透過光は薄い緑色を示しますが、赤外域では「無色透明」なのです。
岩塩NaClは可視光線に対して無色透明ですが粉にすると白くなるように、無色透明なものを粉砕すると拡散反射によって白くなります。紙も70%くらいの拡散反射率を示しますが、無色透明な繊維分子がランダムに存在しており、透過した光が、ほかの繊維分子で散乱されたり反射されたりするので高い拡散反射率を示します。
（なんでもQ&A#1167）
Cr2O3は赤外では透明なので,粉末にすると赤外での拡散反射率を高くすることができます。ただし、粒径が波長の1/2よりも大きくなければなりません。
700-1100nmの赤外拡散反射率を高めるには,粒径が350-550nmであればよいのです。おそらく熱線遮蔽塗料には、粒径が350-550nmくらいのCr2O3などがアクリルなどに分散させてあるのでしょう。
Cr2O3を使わなくても赤外透明な物質ならなんでもよいはずですが、Cr2O3は耐食性に優れ、硬度が大きく傷つきにくいので塗布顔料として優れているのです。
詳しくは、添付資料"Infrered Reflective Inorganic Pigments"をお読みください。
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Date ： Thu, 20 Aug 2009 20:00:54 +0900
AA: 佐藤先生
こんなに早くお返事いただけるとは思っていませんでした。
本当にありがとうございました。

粒子径による散乱のためとは思っていませんでした。
文献にも載っていたように、白色のZnOとかTiO2なら有機の顔料を合わせることで鮮やかな色での遮熱塗料ができるのでしょう。
クロムの系は暗色の遮熱塗料として使われるのでしょう。

３価のクロムですから毒性は低いのでしょうが、６価のクロムの毒性イメージがあるので一般の遮熱塗料の解説には、クロム顔料を使っていることを明記している例は少ないようでした。

粒子径をそろえるだけでよいのなら、もう少し安全なイメージの顔料も考えられると思います。
大変参考になりました。ありがとうございました。
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1172. 縦カー効果を磁性薄膜製膜時の飽和磁化モニターに使えるか

1173. カーボンブラックの光学特性

Date: Thu, 01 Oct 2009 14:14:10 +0900
Q: Ｓ＊社のＴ＊と申します。（会社名は非公開でお願い致します）

現在、光学レンズの塗装（墨塗り）効果について色々とシミュレートしております。
レンズとの界面に墨を塗る事で、全反射の条件を変える事が出来ると考えているのですがシミュレートでその様な結果を得る事が出来ていません。
原因として考えられるのは、墨の成分の一つと考えられるカーボンブラックの光学特性が入力されてないからだと思っています。
色々、資料等を探しているのですがカーボンブラックの光学特性と言う考え方自体が間違っているのかその様なものを見つける事が出来ません。
つきましては、カーボンブラックの光学特性について詳しく記載されている文献等御座いましたら教えて頂けないでしょうか？
宜しくお願い致します。
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Date: Thu, 1 Oct 2009 15:56:27 +0900
A: Ｔ様、佐藤勝昭です。

1174. ナイロン製品は液体燃料にリサイクルできるか

1175. ウェーハの薄膜干渉色除去

Date: Tue, 6 Oct 2009 19:13:30 +0900
Q1: 佐藤先生。
N社Ｋ＊と申します。
ＨＰを拝見させていただきました。早速ですがご教示願えれば幸いです。
弊社では半導体ウェーハの外観検査装置を開発しています。
ウェーハを５倍対物レンズで白黒ラインセンサに結像させ撮像しパターンマッチングで欠陥検査を行うものです。照明は同軸落射で白色ＬＥＤ（ＯＳＬＡＭ）で行っています。
ウェーハ内の複数チップから参照チップ画像を合成し、その各ピクセル濃度に許容値をもたせ被検査チップとマッチングしています。
ところがウェーハの場所によりチップ内のパターンの色が変化し、このため参照チップの許容値が大きくなりすぎてしまいます。濃度の変化は２５５諧調で５０程度でるところがあります。
同じチップ内でも色変化が殆ど出ない場所、パターンもあります。色の変化はおそらくパッシベーション膜（０．５～３μｍ程度）とウェーハ面の干渉色が出ているものと考えます。
この干渉色を除去する方法がありましたら教えていただけないでしょうか？
よろしくお願いします。
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Date: Wed, 7 Oct 2009 19:03:38 +0900
A1: 一般的に言って、干渉縞の除去は簡単ではありません。
一番よいのはスペクトルを測定し、厚みと屈折率を仮定してシミュレーションを使って、元のスペクトルを推定する方法です。
おそらく市販の分光エリプソメータには、そのようなソフトが付属されているはずです。
　単一波長で、推定するのは不可能に近いです。
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Date: Wed, 7 Oct 2009 19:43:10 +0900
Q2: 佐藤先生
早速のご返事ありがとうございました。
ウェーハの同心円状に明るさムラがでます。透明膜厚は１μ程度のようでウェーハ中心と周辺で膜厚が変化し薄膜干渉により明るさムラが出ていると推測しています。
現実的な対策は４５０ｎｍと５５０ｎｍ付近にピークがある白色ＬＥＤのスペクトルとカメラの分光感度をかけ合わせなるべく各波長で等しいカメラ感度となるようフィルタを工夫するのがいいような気がしています。（複数の波長の干渉縞を取り込み明るさの平準化を図る）
ＬＥＤ照明光の半分を１／２ラムダ板を通すというのは効果ないでしょうか？
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Date: Thu, 15 Oct 2009 16:41:26 +0900
A2: Ｋ様、佐藤勝昭です。
　お返事が遅くなりました。白色LEDは青と黄色にピークがあるので、干渉縞も２つの単色光に対して起きます。
白黒センサでは、それらの平均したものが、膜厚による濃淡として現れているのでしょうね。
　干渉縞の間隔より十分に小さな欠陥であれば、測定したい試料との標準試料との画像マッチングでを見つけ出せると思います。このとき標準試料からの光量にばらつきがありすぎて、画像マッチングがうまくいかないということでしょうか。対症療法ですが、明るさの平均をとるというご提案でよいかと存じます。なお、1/2λ板で干渉を消すことはできません。
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Date: Thu, 15 Oct 2009 17:01:31 +0900
AA: 佐藤先生
ご回答ありがとうございました。
ウェーハにはパッシベーションと呼ばれる透明の保護膜（厚さ０．５～３μｍのようです）があります。
チップ内のパターンはどうやらミクロで見ると平坦ではなく、アルミ配線はおそらく１μｍ程度の厚みがあるようで、このアルミ配線部分では特にパッシベーション膜厚が薄くなっているようで、このため薄膜干渉の影響が強くでているようです。同じウェーハ内でも場所により０．１～０．２μｍの膜厚バラツキはあるようで、参照パターンチップ画像データで検査チップをパターンマッチングで検査していきますが明るさのばらつきのため、どうしても虚報や欠陥見逃しが生じてしまいます。

白色ＬＥＤよりもキセノン光源が望ましいのですが、ランプ寿命が短いのが難点です。とりあえずフィルタによりＬＥＤスペクトルをなるべく平坦にすることと、欠陥検出ソフトのアルゴリズムの工夫で対処します。

今後ともよろしくお願いいたします。
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1176. 濃度と誘電率の相関

1176C. 「濃度と誘電率の関係」へのコメント

1177. 基板と導電体の密着性

1178. 表面エネルギー

Date: Wed, 28 Oct 2009 22:41:55 +0900
Q: はじめまして、佐藤先生
Ａ＊大学　学部3年生のＭ＊と申します。
（HPでは匿名でお願いします。）
いつもHPの方拝見させていただいています。
先生の解答が分かりやすいのではじめて質問させていただきます。
＊質問事項
単純立方格子の表面エネルギーの求め方はわかるのですが、
最隣接原始と相互作用のみを考慮した場合の
面心立方格子の各面方位の表面エネルギーの
求め方がわからないので教えてください。
よろしくお願いします。
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Date: Wed, 4 Nov 2009 01:06:39 +0900

A: Ｍ君、佐藤勝昭です。
　出張等で返事が遅くなりました。
ご質問は、結晶の形態に関するウルフの理論に関しての課題でしょうか？
ヒントを差し上げましょう。
　ある結晶面についての表面エネルギーを計算するには、その面の１つの原子あたり何本の結合が切れているかを考えます。
たとえばfcc格子の(001)表面では、1原子あたり4本の結合が切れます。
隣接原子どうしの間の相互作用をJとすると、結合を切ったときのエネルギーの損失は
結合1本につき1原子あたりJ/2となります。
(001)面では単位結晶面(面積a^2)に2個の原子があります。表面エネルギー密度は、
4×(J/2)/(a²/2)=4J/a²
となります。他の面も同様にして、何本切れるかを考えてください。
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1179. 土壌の水分センサ

1180. クロムの弾性定数の温度変化

1181. ショットキー障壁高さに対するボイドの影響

1182. 貴金属と遷移金属の電気抵抗の違い

Date: Thu, 3 Dec 2009 14:56:31 +0900
Q1: 佐藤先生
物性なんでもQ&Aを拝見させていただきご質問したいと思い本メールをお送りいたしました。
なお、Webへの回答公開については甚だ恐縮ですが匿名としてS社Mとしてお書き添えいただければ幸いです。
大変不躾で申し訳ありませんが、質問の内容は下記の通りです。
昨今、電気特性についてあれこれ検討しておりますが、ふと電気抵抗について素朴な疑問を持ちましたのでご質問させていただければと思います。
質問内容
金属抵抗の違いはなぜ生まれるのか？
銅や銀などの貴金属類の抵抗に対し、鉄やニッケルなどの遷移金属は概ね一桁高い値を示しているように思います。
先の公開回答の中で946. 負の磁気抵抗効果の記載において、以下の内容を拝見しました。
＞伝導電子はs電子、磁化はd電子からもたらされます。ｄ電子は、ホールを介した相互作用で強磁性的に結合し、磁性半導体の磁化をもたらします。
とありますが、絶縁体の中にはモット絶縁体というものがあり、いままで単純に考えてきた金属の導電性については半導体で用いられるバンドギャップの概念以外に必要な概念があるのではないかと思いご質問と相成りました。
曖昧な質問で大変恐縮ですが何か手がかりを頂けるようでしたら幸いです。
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1183. 酸化物半導体の酸素空孔がドナーになる理由

1184. 「クントの実験」で鉄棒を擦ると振動する理由

1185. プロピレングリコールの密度と定圧比熱

1186. ATO, CeB6を用いた熱線遮断塗料

Date: Tue, 08 Dec 2009 22:14:21 +0900
Q: 佐藤先生
以前、熱線遮蔽塗料について質問させていただいたI社のSと申します。
その折は丁寧にお答えいただき、ありがとうございました。
（今回もホームページでは匿名でお願いいたします。）
今回も熱線遮蔽材料の質問でございます。

導電性の微粒子を分散させたインクを塗布した熱線遮蔽フィルムがあることを知りました。
http://www.smm.co.jp/product/kinousei/shahei.html

特許などの情報から、このホームページの図でＦＭＦ－３Ｓはアンチモンドープの酸化錫（ＡＴＯ）を入れたもの、ＦＭＦ－７Ｓはホウ化ランタン（ＬａＢ６）だと思われます。
この図を見て疑問に思ったことがあります。
文献などを調べますと、薄膜のＡＴＯ、単結晶のＬａＢ６ともに１０００－１３００ｎｍ以上では自由電子による反射が見られます。

ところが微粒子の場合、ＡＴＯではある波長以上の光が反射されてしまうのに対して、ＬａＢ６は９００ｎｍに吸収のピークがありますが、より長波長側は透過してしまいます。

表面プラズモンが関係しているのではないかと思いますが、ＡＴＯとＬａＢ６の振る舞いの差がわかりません。

お時間が取れるときで結構ですので、ご説明いただけると助かります。
よろしくお願いいたします。
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Date: Wed, 9 Dec 2009 10:52:03 +0900
A: S様、佐藤勝昭です。
　ホウ化ランタンを使っているのは、ＦＭＦ－７ＳではなくＫＨＦ－７Ｓですね。
酸化スズは本来は透明な物質です。Ｓｂドープで赤外吸収が高くなるのは自由キャリア吸収です。
ご紹介のＨＰ（http://www.smm.co.jp/product/kinousei/shahei.html）にのっているＦＭＦ－３Ｓのスペクトルは、これによってすんなりと理解できます。
一方、ＫＨＦ－７Ｓに使われているホウ化ランタンは、化学量論比の単結晶では赤紫色をしていますが、ホウ素過剰にすると青色、イオン打ち込みで緑色になると言われています。着色はおそらく欠陥やそれにもとづくLaの価数変化が関係していると思われます。
これを微粒子にして分散したときの状態はわかりませんが、吸収のピークを900-1000ｎｍにずらすことができたのではないかとぞんじます。自由キャリア吸収は、欠陥が増加してキャリアが減少すれば、中赤外域にシフトすると思われます。
　いずれにせよ、具体的なデータがないので推測でしかありません。
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1187. 磁気には電気分極に対応する概念はあるか

1188. カルコパイライト半導体物性データの出典

Date ： Fri, 1 Jan 2010 19:08:35 +0900
Q: 東京農工大学佐藤勝昭教授
初めまして。都城工専専攻科2年の山下恭平という者です。
先日、佐藤教授の「2009年春季第56回応用物理学関係連合講演会　シンポジウム」においてご発表された「イントロダクトリートークカルコパイライト系材料の高いポテンシャル」のパワーポイントファイルがインターネットにアップされており、それを拝見させて頂きました。
その中で、9ページのカルコパイライト型半導体の物性について記した表があり、この値をどのような文献から引用されたのか知りたく、メールを差し上げた次第です。
自分でもいろいろと調べたのですが、有料な文献サイトが多く、うまく見つける事が出来ずにいます。
このような内容でメールをして良いのか迷いましたが、もし可能であれば、引用された文献を紹介して頂けないでしょうか。
宜しくお願い致します。
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Date ： Fri, 1 Jan 2010 21:53:00 +0900
A: 山下恭平君、佐藤勝昭です。
　お申し越しの表は平木昭夫監修、田口常正編「高輝度青色発光のための電子材料技術」(サイエンスフォーラム、1991)という本の第4部第5章佐藤勝昭執筆部分pp.239-250の表-1によります。
ただしこの表は、入江泰三・遠藤三郎：結晶工学分科会1986年年末講演会「三元多元結晶の現状と将来」テキストpp.5-11(1986.12.11)の表からの抜粋です。
さらに遡ると、次の文献がもとになっています。
野村重孝、遠藤三郎、入江泰三：3元カルコパイライト型半導体の物性と応用;応用物理 55(8) pp.795-799 1986/08
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Date: Mon, 4 Jan 2010 12:44:51 +0900
AA: 佐藤勝昭教授
都城工専の山下恭平です。詳細な情報を紹介して頂き、ありがとうございました。
担当の教員に相談して、上記のテキストが保管されていないかチェックしたいと思います。
この度は、年末年始というお忙しい時期の中、本当にありがとうございました。
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Date: Fri, 8 Jan 2010 21:57:29 +0900
A2: 山下君、佐藤勝昭です。
入江泰三・遠藤三郎：結晶工学分科会年末講演会「三元多元結晶の現状と将来」テキストpp.5-11(1986.12.11)のpdf
および
野村重孝、遠藤三郎、入江泰三：3元カルコパイライト型半導体の物性と応用;応用物理 55(8) pp.795-799 1986/08
を私の隠れサイトにアップしましたので、ダウンロードしてご利用下さい。(Webでは公開できません。あしからず)
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Date: Mon, 11 Jan 2010 14:07:36 +0900
AA2: 佐藤勝昭教授、こんにちは。
都城工業高等専門学校の山下恭平です。
返事が遅れてしまい、すみませんでした。
アップして頂いたpdfファイルを拝見しました。
担当教員は持っていないということでしたので、どうしたらいいものか迷っていました。
本当にありがとうございました。これらのファイルを十二分に活用させて頂きます。
一介の学生の為に、ここまでして頂き、感謝致します。
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1189. 宝飾用合金の反射率

1190. 酸化アルミニウムポリマー

1191. 太陽光発電パネルは地デジ受信に影響するか

1191B. 結果報告「太陽光発電パネルは地デジ受信に影響するか」

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Date ： Sun, 13 Jun 2010 20:15:19 +0900
AA2: 佐藤先生へ
 質問1191でお世話になりました内藤と申します。
結果報告致します。
太陽光パネル設置前の屋根裏アンテナでは、問題なく地デジ放送を受信できました。
太陽光パネルを設置した場合、若干受信レベルは落ちましたが受信できました。
太陽光パネルはシャープND-160AV（多結晶）、アンテナはマスプロLS30、ブースターはUB33Nです。
テレビの受信感度は、パネル設置前は平均７５位でした、設置後は６０程度になりましたが問題なく受信できています。
本当に有難うございました。
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1192. 電磁界センサーによる金の判別

1193. 湿度100%の空気の物性値

1194. アクリルの可視光透過率

Date ： Wed, 3 Feb 2010 06:02:20 +0900
Q: 佐藤勝昭先生
こんにちは、Ｉ＊社Ｋ＊です。（氏名所属は非公開でお願いします。）
HPを拝見して質問を以下のようにさしあげます。
お忙しいことと存じますが何卒よろしくお願い申しあげます。

・固体の可視光透過率について
アクリル・ガラス等の透過性の高い固体の物質についてお伺いします。
これらの透過率を調べていたのですが、各素材メーカーの物性データ等で例えばアクリルなら型番にもよりますが９３％等具体的な数値が記載されていました。
この、９３％という数値なのですが、これは厚みによりどのように減衰していくのでしょうか。
メーカーへの問合せでは厚さに拠らずこの数値は保持されるとのことでした。
（※ただし営業の方と思われる方の回答で開発・研究部門の専門知識のある方ではないように思われました）
たとえば厚さが１ｋｍあるアクリルの固まりがあったとして、それでも透過率は不変なのでしょうか？
液体の場合には「ランベルト・ベールの法則」などで算出することが出来る？？
ようなことはなんとなくわかったのですが固体の場合にどのようであるかが調べてもわかりませんでした。
固体における光の減衰量を算出する方法はあるのでしょうか
具体的に知りたいこととしては例えば「透過率９３％のアクリルで光の量が０になるつまり光が途絶えてしまうようなことがあるとしたら、それはどれくらいの距離なのか」ということになります。
以上よろしくお願いいたします。
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Date ： Wed, 3 Feb 2010 11:19:18 +0900
Ａ：Ｋ様、佐藤勝昭です。
メールありがとうございます。
一般に、吸収係数をα[cm^-1]、厚みがd[cm]の固体において、表面での反射率をRとすると、透過率Tは
T=(1-R)² exp(-αd) (1)
と書くことができます。

まず、表面と裏面の反射を考えましょう。入射面側の透過率が(1-R)、出射面側の透過率(1-R)ですから両方で(1-R)²がかかります。この部分には試料の厚みdは関係していません。
透明媒体の反射率Rは,屈折率をnとすると
R=(1-n)²/(1+n)² (2)
n=1.492です(http://www.tangram.co.uk/TI-Polymer-PMMA.html)から、R=(0.492/2.4 92)²=0.039
(1-R)²=0.9235
となり、両面での反射だけで透過率は92.3%に落ちています。

次に、媒体の吸収を考えましょう。
吸収係数α[cm^-1]の媒体に入射した光の強度Iinとし、入射面からd[cm]通過するとき、光強度は指数関数的に減少し、位置dにおける光強度I(d)は、
I(d)=Iin exp(-αd) (3)
と表されます。この成分は、ご指摘のように試料の厚みの関数です。ではアクリル(PMM A)の吸収係数はどれくらいでしょうか、文献(Journal of Polymer Science: Polymer P hysics Edition Volume 21 Issue 4, Pages 647 - 655)によればPMMAの光強度の減衰率は153dB/km=0.153dB/m=0.00153dB/cmです。
dB(デシベル)というのは電磁波の強度の減衰を表すもので常用対数をlogで表すと減衰量(dB)=10log(Iin/I(d)) (4)
ですから、(3)を代入して
減衰量=αd10loge～4αd
なのでd=1cmとするとα=0.00153/4=0.00038=3.8×10^-4となり、exp(-αd)は限りなく1 に近い量です。
従って、1kmもの長さになると153dBも減衰しますが1cm～100cm程度であれば厚さとともに減衰する量は無視して差し支えないということになります。
というわけで、メーカーの方がお答えになったように、厚さによらず92.3%ということになります。
93%と92.3%の違いは、マテリアルの違いで屈折率がわずかに小さいと、その程度の差が起きます。

なお、「光が途絶えてしまうようなことがあるとしたら、それはどれくらいの距離ですか」というご質問ですが、通常大まかには光強度が1/eになる、すなわちαd=1になる距離dを光の到達距離としています。
　α=0.00153/4=0.00038=3.8×10-4[cm^-1]
なので、d=2.63x10³cm=26.3mです。
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Date ： Wed, 3 Feb 2010 15:08:14 +0900
Q2: 佐藤勝昭先生
こんにちは。
早速の回答ありがとうございます！
こんなにも早く答えていただけると思いもよらず驚きと感謝です。

正直に申し上げて、さっと読んだ程度では私の物理知識ではよくわからないのですが　明確にお答えいただけていることはわかります。

ちゃんと理解できるよう勉強していかなくてはですが、、、、

具体的な数字の回答もいただけまして非常に助かりました。
現在進めているプロジェクトで必要な数字ですので、２６．３ｍというのは思ったより短い距離ですね実際に制作して見てみたいものです。

ちなみにですが、、、、これは数式を理解していればわかることなのでしょうが　光の減衰のグラフはどのようであるでしょうか。
単純に距離に比例して徐々に減衰するまっすぐなラインなのか　最初はあまり減衰せずに途中から減衰率が上昇するようなカーブなのか　逆に最初にある程度がくんと減衰してその後は徐々に減っていくようなカーブなのか、、、教えていただけますと助かります。
まずは上記の２６．３ｍという数字をいただけたことで大きな壁はクリアできたのですが　もしお時間があるようならこの減衰のグラフについても教えていただけたら幸いです。

それでは失礼します。
本件誠にありがとうございました。
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Date ： Wed, 3 Feb 2010 16:30:33 +0900
A2: K様、佐藤勝昭です。

　表面反射を別として減衰のようすは、
　I(d)/Iin= exp(-αd)
で記述されます。指数関数y=exp(x)は高校の数学で学んでいるはずですが
　　exp(-x)=e^(-x)
＾の記号はべき乗をあらわします。すなわちeのマイナスエックス乗です。
ここにeは自然対数の底(2.71828182845904・・）です。
参考のため、y=exp(-x)のグラフを示します。
これの対数をとれば、xに対して直線になります。
　さきほど26mといったのは図のx=1の時すなわち1/eになるところです。
実際にはグラフのように、x=5のときも0.006くらいありますから、２６ｍの5倍の距離（約１３０ｍ）でも光源が明るければ感度のよい検出器を使って検出できるわけです。
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Date ： Wed, 3 Feb 2010 16:59:26 +0900
AA: 佐藤勝昭先生
ご丁寧に回答ありがとうございます。
高校の数学も既に抜けて落ちていてすみません、、、、
グラフ添付いただきありがとうございました。
光源の明るさによっては１００ｍでもわずかながら光を感知することが出来るのですね　グラフと式をよく読んでみたいと思います。
本件どうもありがとうございました。
また、何か伺うこともあるかと思いますが今後ともよろしくお願いいたします。
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Date ： Wed, 10 Feb 2010 01:51:19 +0900
Q3: 佐藤勝昭先生
こんにちは、先日は一連の質問にお答えくださりどうもありがとうございました。
その後、再度先生にいただいたお答えを見ていて疑問に思う部分が出てきましたのでお時間ございましたら回答いただけませんでしょうか。
>> > 通常大まかには光強度が1/eになる、すなわちαd=1になる距離dを光の到達距離としています。
すみません、この基準はどういうものになりますでしょうか。
人間の目に感知しない程度の光となるということでしょうか。
また、実際にはグラフのように、x=5のときも0.006くらいありますから、２６ｍの5倍の距離（約１００ｍ）でも光源が明るければ感度のよい検出器を使って検出できるわけです。
グラフでいくとx=0でない限り、限りなくゼロには近づいていきますが最終的にはゼロにならないのだと思うのですがということは「物理的に完全に」光が消えるということはないのでしょうか
単純に申し上げて、１ｋｍ角の巨大なアクリルの立方体が仮にあったとして真夏の直射日光を基準とする光強度、2000 μmol m-2 s-1 の光が垂直に入射した時に果たしてどの距離で「完全な」闇となるのでしょうか
添付の図での説明で具体的に描いています、しつこくて申し訳ございませんが、、、、最終的にはこういった図を出来るだけリアリティのあるグラデーションで描きたいと考えているのです。
お忙しい折大変恐縮ですが、何卒よろしくお願いいたします。
※光の単位が現在検討していることにふさわしくない場合は先生のお考えで他単位で教えていただければと存じます。
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Date ： Wed, 10 Feb 2010 09:15:04 +0900
A3: 佐藤です。前に述べましたようにアクリルの光強度は１kmで153dB減衰することがわかっています。dBで表した減衰率は距離に比例しますので、10kmなら1530dBです。どこまで行ってもゼロになりませんが減衰した光を検出できるかどうかの問題なのです。
添付図を見ました。人間の目は光強度の対数を感じますので、グラデーションはリニアに黒くなるものでよいでしょう。
人間が視認できる最も暗い星は６等星です。
6等星の明るさは1等星の100分の1の光強度です。
1等星の光強度は http://www.geocities.co.jp/Bookend-Kenji/5046/ryoshi4.htm によれば、「一等星が放出する光が視細胞のレチナール分子に与える単位時間当たりのエネルギーは、1億分の1アトワット=10^-8aW=10^-26W」と書かれています。同じサイトにレチナールの断面積は1nm²=10^-18m²と書かれていますから、 1等星の光強度は10^-8W/m²となります。
6等星はその1/100ですから、結局人間が視認できる光強度は10^-10W/m² と言うことになります。太陽光は10³W/m²の光強度なので、10^-13の減衰を受けるまでは「見える」ということになります。
これをdBで表すと-130dBです。アクリルの1kmあたりの減衰は153dBですから、130/153=0.84kmの厚さで太陽光が6等星なみになるということになり、1kmの厚さなら、真っ暗闇と考えてよいことになります。
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Date: Wed, 10 Feb 2010 12:10:32 +0900
AA2: 佐藤さま
こんにちは
たいへんたいへん丁寧な回答、誠にありがとうございます。
すみません、物理が本当に苦手で自分なりに理解を試みたのですが解決できず甘えて何度もお伺いすることになりすみませんでした。
これで今度こそ問題は解決したと思います。
本当にありがとうございます。
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1195. ポリ塩化ビニールの放射率

Date: Tue, 9 Feb 2010 18:45:04 +0900
Q: 佐藤先生へ
私はＫ＊大学の機械システム工学科4年のＨ＊と申します（Webには匿名でお願いします）
わからないことがあるので、失礼ながらメールさせていただきました。
ポリ塩化ビニルの放射率を教えていただけないでしょうか？
図書館で調べてもなかなか見つかりません。
どうかお願いします。
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Date: Tue, 9 Feb 2010 21:42:28 +0900
A: H君、佐藤勝昭です。
　"polyvinyl chloride emissivity" または "PVC emissivity" として、英語で検索するとすぐ見つかりますよ。
http://www.infrared-thermography.com/material-1.htm というサイトによればPVCの放射率は2.5-6μmに対して0.91-0.93となっています。
http://www.thermoworks.com/emissivity_table.html も同じ値を報告しています。
http://www.infraredheaters.com/page15.htm ではPVCシートの放射率として0.90となっています。

放射率は、なんでもQ&Aの#475「ＹＩＧの放射率」に書きましたように物質定数ではなく、同じ物質でも、温度、表面のテクスチャー、材料の履歴などに依存して大きく変化する量なので、上記の値も表面状態によってはちがった値をとる可能性があります。
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Date: Tue, 9 Feb 2010 21:53:16 +0900
AA: 佐藤先生へ
ご返答ありがとうございます。
温度等でちがってくるのですね。
よく検討してみようと思います。
本当にありがとうございました。
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1196. 亜酸化銅の熱処理による抵抗変化

1197. 軟鋼の物性値

1198. ヘリウムの空気への拡散

Date ： Wed, 17 Mar 2010 23:05:52 +0900
Q: 佐藤勝昭先生、こんばんは
以前に、アクリルの可視光透過率でお世話になりました、I事務所　のK*と申します。
すみません、再度質問をさせてください。
度々で恐縮ですが、何卒よろしくお願いいたします。匿名にての対応ですみませんがお願いいたします。

質問事項/ヘリウムの空気への拡散について

ヘリウムは比重が 0.1381で空気に比べ大変軽い気体ですが、拡散係数は大きく0.596[平方cm/秒]とのことです。
今、ガスバリア性が大変高くヘリウムが漏れないフィルムで一定の閉じた空間があるとして、その内部にヘリウムと空気が１：２の割合で存在しているとします。
このとき、ヘリウムと空気の比重差を考慮するとヘリウムが上部にたまり空気が下部にたまるような状態になるかと思っていたのですが、拡散係数のことを考えるとこのような状態は続かずにすぐにヘリウムと空気は混ざりあうように思えます。
因みに二酸化炭素と窒素の拡散係数は0.135[平方cm/秒]で約4倍の差があります。
比重と拡散係数と、どちらが実際は影響が大きいのでしょうか？
比重の影響が大きければ、水と油のように界面が発生して安定的２層になるかともおもったのですが、違うのでしょうか拡散係数のほうが支配的で、比重差によらずまざりあってしまうのでしょうか。
実際どのような状態になるのかおわかりになれば教えていただけないでしょうか。
よろしくお願いいたします。
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Date ： Sat, 20 Mar 2010 09:56:20 +0900
A: K様、佐藤勝昭です。
　専門外のためお返事が遅くなり申しわけありません。アルゴン・窒素等の混合ガスが市販されていますが、通常分離することは考えていません。一般に拡散が優位か重力分離が優位かは重力拡散と濃度拡散の両方を考慮して拡散方程式を解くという問題となりそれほどシンプルではありません。このあたりの話は、TOSHIの宇宙２というブログに詳しく載っています。
これによれば、酸素と窒素の混合気体（空気）においても一酸化炭素と空気の混合気体でも、分子拡散のほうが優勢で、重力分離は起きない、一酸化炭素ガスセンサを天井に取り付けるのは一酸化炭素が空気より軽いからではなく、燃焼によって対流が起こり、気体が上昇することを利用しているに過ぎないと結論づけています。
　ヘリウムと空気の混合気体の場合も、分子拡散が重力拡散よりも大きいので分離しないのではないでしょうか。
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Date: Sat, 20 Mar 2010 12:35:27 +0900
AA: 佐藤勝昭先生
こんにちは
回答丁寧にどうもありがとうございます。
専門外のことをお伺いしてしまいどうもすみません、、、、
そうですか、、、、なかなか難しい問題なのですね
参考のブログを拝見させていただき、細かい式のことはわかりませんがなんとなく納得できたような気がします。
どうもありがとうございました。
それでは失礼いたします。
度々の質問にご回答いただき感謝しています。
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1199. アルミニウム合金の音響異方性

1200. 均等拡散反射

Wed, 7 Apr 2010 00:29:12 +0900
Q: 佐藤勝昭様
はじめまして。私、Ｔ＊＊＊社のＫ＊と申します。
会社ではアンテナなどの電磁界のシミュレーション技術に携わっています。
佐藤先生のHPを見て、光学に関連した事項について質問させて頂きたいことがございます。
光学についてはまだまだ未熟であり、また社内には光学について良く知っている人間がいないため、Webサイトを検索しているうちに佐藤先生のHPに辿り着きました。
お手数とは存じますが、よろしければご教授頂きたく存じます。

質問内容：
　均等拡散反射/透過面(いわゆるLambert散乱する面)はどの方向から見ても輝度が一定であり、その光度がLambertの余弦則(I=I0cosθ)に従うということを理解しています。ところで、このような散乱がどのようなメカニズムで起きるのかご存じないでしょうか？
表面(境界面)の微細な凹凸による回折現象などが影響しているのでしょうか？
どのような角度で光線が入射しても輝度が一定になる散乱というのは非常に不思議に感じます。
　一方、鏡面については、反射/屈折光線の振幅あるいは強度についての反射/透過率はフレネルの公式に従うことを理解しています。
入射媒質が有損失の場合も、フレネルの公式に用いられる屈折率を消光係数を考慮した複素屈折率で置き換えれば良く、無損失の場合とは透過/反射率の値が異なることも佐藤先生のHPなどを見て理解しています。
　ところで、均等拡散反射/透過面の場合も、入射媒質が無損失と有損失の場合では反射/透過率(反射/透過光を半球に渡って積分した値を使用)は異なるのでしょうか？
また、均等拡散反射/透過面について、複素屈折率を用いて反射/透過率を求めるフレネルの公式のような理論式をご存じないでしょうか？
　この質問は、均等拡散反射する材料の複素屈折率を求めたいという背景があります。
エリプソメトリーによる複素屈折率測定は恐らく鏡面反射を仮定しているので、均等拡散反射する材料には使用できないのではないかと考えています。
また、弊社の環境ではエリプソメトリー測定はなかなか出来ないので、可視光の範囲での無偏光光による単純な反射測定による複素屈折率測定の方法を模索しています。
また、参考になる文献などご存じであれば教えて頂ければ幸いです。
先生の著書「機能材料のための量子光学」やBorn,Wolfの「光学の原理」などを見ても上記のようなことは見当たりませんでした。
長文となってしまい恐縮ではございますが、よろしくお願い致します。
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Date: Fri, 9 Apr 2010 00:28:29 +0900
A: K様、佐藤勝昭です。
　「どの方向から見ても輝度が一定」というのはふしぎではありません。
輝度というのは面積あたりの光束です。観測方向の角度が法線方向からθだけ傾いていたとすると光束はcosθをかけたものになりますが、添付の図（石黒浩三：光学；共立全書p119)のように見かけの発光面積ももとの面積にcosθをかけたものになっているので、輝度としては一定になるのです。
このため、光源が球または円筒であっても観測者には見かけの面積の等しい円板、矩形板と区別が付きません。太陽、満月、灼熱した金属球などはほぼこの条件を満たしているようです。
　さて、ご質問ですが、
（１）Lambert 散乱（完全拡散散乱）のメカニズム
「1167. 金属と紙の拡散反射の違い」「1171. 熱線遮断塗料」に書きましたように、無色透明の固体のを粉砕すると拡散反射によって白くなります。拡散反射が大きくなるためには、粒径が波長の1/2よりも大きくなければなりません。理想に近い拡散反射板は反射型液晶ディスプレイのために市販されています。また積分球に塗る白色塗料も理想に近い拡散反射をもたらします。

（２）有損失の場合の拡散反射率
　均等拡散反射面でも、入射媒質が無損失と有損失の場合では当然ながら反射率に違いが出ます。透明の粒子を透過した光が別の粒子の面で反射されたり透過したり複雑な過程を経て散乱光となるから、透過の際に損失があると、散乱強度に影響するのです。

（３）均等拡散反射面の複素屈折率による取り扱い
　もちろん、拡散反射の際に偏光の情報が失われますから、エリプソメトリ（偏光解析）は有効でないと思います。
私の理解では、拡散反射は平均化した光学定数だけでは説明できず、粒子の形状やサイズなどの因子をどのような扱うかに依存すると存じます。
私は、不勉強でこのあたりの最近の発展を知らないので、光学理論の専門家である山梨大学堀裕和教授に尋ねてみようと思います。
しばらくお待ち下さい。
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Date: Sun, 11 Apr 2010 17:21:38 +0900
Q2: 佐藤先生、Kです。
ご多忙の折、ご回答頂き、誠にありがとうございます。

均等拡散反射面でも入射媒質が無損失と有損失の場合では反射率に違いが表れ、その原因が透過光の損失にあるという先生のご説明が非常によく納得できました。
フレネルの公式を用いて反射率を計算すると、複素屈折率の虚部(消光係数)が１～１０の範囲で反射率が大きく変化するのですが、この範囲の消光係数の値は導電率で換算すると導体には及びませんが、半導体くらいの導電率になってしまいます。
実は、私は樹脂の化学変化による反射率の変化を調べていました。樹脂では、半導体ほどの導電率を持っているとは思えないため、屈折率(実部)の影響を考慮したとしても大きな反射率の変化が現れるとは考えられませんでした。確かに先生のおっしゃる通り透過光であれば光の周波数帯域における表皮厚さの薄さを考えれば、小さな導電率の変化でも有意な(透過光としての)反射率の低下を引き起こすと考えられます。
光学定数測定についても、確かに拡散反射する材料では偏光の情報が失われてしまいますから、光学定数はエリプソメトリーでは測定できなさそうですね。

また正直、ミー散乱の理論からランバート散乱まで発展させるのはかなり骨の折れる作業だと思ったので、山梨大学の堀先生からのご回答をご教授頂ければ幸いです。
お手数とは存じますが、よろしくお願いいたします。
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Date: Mon, 12 Apr 2010 23:18:20 +0900
A2: K様、佐藤勝昭です。
　山梨大学の堀先生からの回答をお伝えします。
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　　お問合せにかかわる完全拡散という極限概念あるいは理想化はたしかにさまざまな場面であるわけですが
　「それを近似的に実現する物理はあるかあるいはそれはどんな現象の極限か」という問いに置き換えると
　簡単そうに見えて実は例えば「摩擦の物理的機構は何ですか？」というような奥の深い問題になるように思います．
・簡単には
　「表面全体の複雑な散乱過程の統計的平均を議論すると入射条件に依らないような散乱状況になる極限を
　　Lambert光源あるいは散乱と呼び、そのような理想化ができる場合は例の式が成り立つ」
　というようなお答えになるかと思います．詳細に依らないという統計的性質を持つという前提は
　「詳細を議論してはいけない極限的状況である」という前提に立つ事とほぼ同等ということであると思います．
　この論理で行きますと、後半の光学応答に関しては「均等拡散面は入射条件を無に帰す極限的表面」ですので
　「光学応答自体の定義に意味が無くなる」ということが導かれるかと思います．
・以上のことから、お問合せの方の質問の真意は「実は完全な均等拡散面ではない現実の散乱表面」において
　「完全均等拡散からのずれ」を問題にしたいと考えておられると思います．
　すなわちお問合せの方の問題を正確に表現すれば「ほぼ均等拡散面とみなせるがそこからわずかにずれた
　実際の散乱表面がありその性質を詳しく調べるためにはどうすればよいのかあるいはどう考えたらよいのか？」
　ということではないかと推察します．
　質問された方自身の言葉をお借りすれば「均等拡散反射する材料の複素屈折率を求めたい」というのは
　「ほぼ均等拡散反射するように見えるが実際は『これこれの側面において』均等拡散反射とはわずかに異なる材料の
　複素屈折率を求めたい」という問いになると思います．
　ほぼ均質拡散面であるような状況でそのメカニズムの詳細を追いたいという事になりますと、問題意識を持っている
　「違い」に寄与しているメカニズムに関わる表面に関する詳細な情報を知ることが必要になります．
　すなわち『これこれの側面において』均等散乱反射とは異なるその『これこれの側面において』とは
　どのような側面なのかそれに応じて問題が異なりまたそれをはっきりさせれば問題は明確になってくると思います．
　そのような問題の中にはランダム表面の光学応答や近接場光も含む散乱問題も関与する
　たいへん高度な背景を持った内容も含まれてくるかと思います．
・取りまとめますと
　質問の内容に関わる問題は多様な物理側面を含んでいますので何を問題にするかによって解くべき問題そのものが変わってきます．
　どの光学応答の側面に着目してその表面の性質を調べたいのかによりさまざまなお答えを用意できると思います．
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というお答えでした。参考にして下さい。
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1201. シリコンのラマン散乱

Date: Fri, 30 Apr 2010 11:54:14 +0900
Q: 佐藤勝昭先生
お世話になります。X社のH*と申します。
佐藤先生のホームページの「基礎から学ぶ光物性」のeラーニング資料にて、光について学習させて頂いております。
ありがとうございます。

実は、
”補足資料：ラマン分光と赤外分光”を拝見し、P５９　Siのラマン選択則を手持ちの装置で確認してみようと思ったのですが、その前に不勉強な点につき、ご教授をお願いしたく、メールをお送りさせて頂いた次第です。

◆ご教授をお願いしたい内容◆
　X//(110)の図において、
θ=0°つまり、Y // ＜１１０＞でのラマン強度をX（YY）X’で0.0　、X（YZ）Y’で1.0とした場合に
、 θ=90°つまり、Y // ＜１００＞でのラマン強度がX（YY）X’で1.0　、X（YZ）Y’で1.0となる。
⇒この時、（全偏光成分で測光すると）ラマン強度が1.4倍になる。
と解釈したのですが、解釈として正しいでしょうか。言い換えると、
「ラマン散乱（全偏光成分の総和）強度は入射光の偏光方向依存性を持つ。」
のでしょうか。
X//(100)やX//(111)では（全偏光成分の総和）強度が偏光方向に因らず一定なので、X//(110)についてのみ、奇異に思えました。
不勉強で申し訳ございません。ご教授のほど、よろしくお願い致します。
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Date: Fri, 30 Apr 2010 14:47:12 +0900
A: H様、佐藤勝昭です。
　私の授業資料をお使いいただきありがとうございます。
ラマンの部分については、自分で計算したのではなく、"第10回結晶工学講習会（1983.10.20-21)のテキストに中島信一先生（当時阪大工）が書かれた赤外ラマン分光による結晶性評価（テキストのp75-82)に書かれたものをそのまま持ってきました。このテキストによると、x//(110)についてはθをY'と<110>軸とのなす角と定義しています。
　自分で計算したわけではないので自信はありませんが、ei=(cosθ,sinθ, 0)となるのと、テンソルを45度回転しなければならないので選択則が変わってsin2θ成分にsin θの成分が加わったきたのだと思います。無偏光の場合仰るように散乱強度は方位に依存しますね。
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Date: Fri, 30 Apr 2010 15:21:06 +0900
AA: 佐藤先生
早速、ご教授くださりありがとうございます。
散乱強度（受光部：無偏光）が偏光方位に依存するということを全く理解しておりませんでした。
ラマン選択則を理解するために、テンソル計算に対する苦手意識を克服する必要があると自らに言い聞かせ、（遅ればせながら）勉強を始めたいと思います。
このたびはご多忙のなか、私共のためにお時間をとってくださり、ありがとうございました。
引き続き、ご指導、ご鞭撻のほど、よろしくお願い申し上げます。
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Date: Fri, 30 Apr 2010 19:43:54 +0900
AA': PS. 本日、手持ちの（１１０）面方位ウェーハについて、後方散乱配置にて、入射光の偏光（垂直／水平）とウェーハステージの回転によりラマン散乱強度の偏光方位依存性を調べてみました。

◆X（YY）X'
　θ=0°⇔　＜１１０＞偏光　の時、Int. = 0
　θ=35°⇔　＜１１１＞偏光　の時、Int. = 6
　θ=90°⇔　＜１００＞偏光　の時、Int. = 6
◆X（YZ）X'
　θ=0°⇔　＜１１０＞偏光　の時、Int. = 5
　θ=55°⇔　＜１１２＞偏光　の時、Int. = 2
　θ=90°⇔　＜１００＞偏光　の時、Int. = 6

と、ほぼ図の通りの方位依存性が確認できました。
そんなわけで、理論の理解が後回しになってしまいましたので、頂いたテキストを元に、連休を利用して、勉強したいと思います。
いろいろとご指導くださり、ありがとうございました。先生にここまでして頂き、こころより恐縮しております。重ね重ね、お礼申し上げます。
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1203. 磁気分極の高速応答性

Date: Mon, 10 May 2010 12:55:14 +0900
Q: 佐藤教授様
　お世話になっています。
　Ｓ社のＭです。前回は、大変明瞭なご回答ありがとうございました。
　その後、実験は進めておりますが、前回の質問とは違った形の疑問が生じましたので　もしも可能ならばヒントをお教えいただけないかと思い、再度メール致しました。
質問内容
「電子分極に相当する、磁気分極？という概念は存在するのでしょうか？」
　ふと思ったのですが、電荷については、電子分極、イオン分極、配向分極など応答速度に相当する概念が存在します。
　また、電子分極に関しては光速と同じ速度で応答するといわれていますが、　同じことを磁気モーメントに関して考えた場合、なにが相当するのかという質問です。
　真空ならびに一般的な物質は透磁率が１、銅などは１を若干下回るものもありますが、透磁率は、遷移金属などでは１以上の高い値を示しますが、これらについては応答速度に追従性が寄与しそうです。
　また、磁気材料でも、セラミックなどで有名なペロブスカイト構造に相当する結晶構造があるようで先にもお話したとおり、アモルファスなどドメインが小さければ高速追従性がありますがドメインが大きな場合やフェライトなどのセラミックでは追従性が低く透磁率が比較的周波数が低めなところで飽和してしまいます。

　こうした意味、電子分極に相当する磁気モーメント成分がどんな形で材料物性として働いているのかイメージをつかみたく、もしご存知のことがあればお教えいただけないでしょうか。
　お手数ですがよろしくお願いいたします。
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Date: Mon, 10 May 2010 16:05:11 +0900
A: Mさま、佐藤勝昭です。
ご質問の件ですが、一つ一つお答えします。
・電子分極に相当する、磁気分極？という概念は存在するのでしょうか？
Answer> 前回にもお答えしましたが、磁気分極は存在します。通常は「磁化」(magnetization)といわれています。
　最近では、磁気分極magnetic polarizationという言葉も使われます。
（たとえば、. 「したしむ磁性」, 小林久理眞著, 志村史夫監修, 朝倉書店）
・電子分極、イオン分極、配向分極など応答速度に相当する概念が存在します。
　また、電子分極に関しては光速と同じ速度で応答するといわれていますが、　同じことを磁気モーメントに関して考えた場合、なにが相当するのかという質問です。
Answer>磁性に関してはミクロな磁化（磁気分極）とマクロな磁化（磁気分極）を　考えなければなりません。
　（電子分極は必ずしも光速では応答しません。自由電子の場合
　　プラズマ周波数が応答の極限です。電気双極子許容の光学遷移
　　でもスペクトル線幅の逆数くらいの時間がかかります。念のため）
○ミクロな磁気分極の起源は、電子スピンおよび電子軌道です。
　・ルビー(Al2O3:Cr^3+)のように非磁性体中に希薄に含まれた遷移金属　　イオンの磁気分極はスピン起源です。
　・ユーロピウム添加イットリウムオキシサルファイド(Y2O2S:Eu^3+)など　　希土類イオンの磁気分極は電子軌道＋スピン起源です。
　スピンによる磁気分極はかなり速い応答速度を持ちます。常磁性共鳴　の周波数までは応答します。強い磁界のもとでは遠赤外領域に来ます。
○強磁性体、フェリ磁性体のように自発分極があって、スピンがそろえ合っ　ている系におけるミクロな磁気分極のダイナミクスは、LLG方程式に従い　ます。ざっくりいって強磁性共鳴周波数までの高周波に応答します。
○一方、強磁性体、フェリ磁性体のマクロな磁気分極は、磁区(ドメイン)のダイナミ　クスが応答を決めています。（強誘電体でいえば、分域の挙動に相当します。）
　たとえば、磁気ヒステリシスの起源は磁区・磁壁の核発生と成長モデルで　理解されます。こちらは、あまり速い応答が期待できそうにないのですが、　電流注入による磁壁移動は結構高速であるといわれています。
○磁気分極は光学現象にほとんど寄与しませんが、磁気双極子許容光学遷移　が弱い吸収をもたらすこともあります。磁気分極のもとになる磁気モーメントは　軸性ベクトル、電子分極に相当する電気双極子モーメントは極性ベクトルです。
○材料物性への寄与を考えるには、マクロ・ミクロいずれであるかの見極めが
　大切だと思います。
ご質問の趣旨に的確にお答えできたかどうか、自信がありません。
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1204. CO2レーザ集塵でのアクリル回収率

Date: Fri, 28 May 2010 19:52:46 +0900
Q: 佐藤教授様
Ｍ＊社　Ｔ＊と申します。会社名、氏名は非公開でお願い致します。
ＨＰを拝見して質問をさせて頂いています。
メカ設計者のため物性に詳しくなくインターネット等で検索しましたが答えにたどり着けず、先生のＨＰのＱ＆Ａで質問をお願いしている次第です。

ＣＯ２レーザでアクリル樹脂の除去を行う際の集塵機の選定をするにあたり、集塵能力を算出中です。
ジョブショップでの簡易実験で、ある加工仕様を満たしつつアクリルが除去できるレーザの条件は出たのですが、加工時に発生するヒュームを取るための集塵機が必要な状態です。

仮にアクリルをある重量、レーザで除去を行い（例えば１Ｋｇ）ほとんどが昇華及び燃焼したと仮定しそのガスを集塵した場合、集塵機内のフィルター表面に固化したアクリルの質量は１Ｋｇになるのでしょうか？
アクリルがもとの状態に戻る可逆係数（表現がいいかわかりませんが）を教えていただけないでしょうか。

アクリルがレーザで固体⇒気体になり集塵機でフィルター等に付着して気体⇒固体へ戻る際のアクリルの可逆性が関連すると思うのですが、御忙しいとは思いますが回答をお願いします。
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Date: Fri, 28 May 2010 21:03:34 +0900
Ａ：Ｔ様、佐藤勝昭です。
　専門外なので、正しくお答えできるかどうか自信はありませんが、一般論でお答えします。
ＣＯ２レーザでアクリルを加熱したとき、もし、アクリル分子が分解せずそのままの形で気体になり、集塵機フィルタにおいて冷却され、気体のままフィルターを通ることなく、すべてが固体に戻るのであれば、あなたのおっしゃる可逆係数は100%になるでしょう。
　しかし、アクリル（アクリル酸エステルあるいはメタクリル酸エステルの重合体）をＣＯ２レーザで加熱したとき、どのような化学反応が起きるでしょうか。
　英文のWikipedia によれば、「アクリル(PMMA)の融点は160℃、沸点は200℃」と記載されています（2010.6.5注：沸点200℃はWikiの間違い：Sさんのコメント参照）から、沸点以上に加熱するとアクリルのままで気化するはずですが、実際にはもっと高温になりますからさまざまな反応が起きると考えられます。
　例えば、アクリルをＣＯ２レーザ加熱すると悪臭が出ることが記されています。
（大島商船高等専門学校紀要第41号 p.141）
この悪臭は空気中の窒素と反応してシアン化水素ができたと考えられ、あきらかに熱分解が起きていると思われます。このほか、分解してＣＯ２や低分子の炭化水素の気体も生じているでしょう。
　したがって、分解した気体がそのまま集塵機フィルターを通り抜ければ、アクリルに戻ることはありません。
　結論的に言えば、ＣＯ２レーザ加熱によって、どのような分解反応が起きているかを知れば、「可逆係数」なるものを得ることができるでしょう。私は、化学の専門家ではないので、どのような分解反応が起き、どのような気体が生じているかを、専門家にお尋ねになる必要があると思います。
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Date: Fri, 28 May 2010 21:18:59 +0900
AA: 佐藤教授様、Ｔです。
早々の回答ありがとうございました。
イメージは湧きました。一度化学の専門家に確認をしてみます。
ありがとうございました。
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Date: Sat, 5 Jun 2010 04:15:33 +0900
A2: T様、佐藤勝昭です。
　先日のご質問をWebにアップしたところ、米国在住のT社S様より、下記のようなコメントが寄せられましたので転送します。参考にして下さい。
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Date: Sun, 06 Jun 2010 13:25:21 +0900
佐藤教授様,Tです。
転送のメールありがとうございます。
Ｓ様のコメント参考にさせて頂きます。
Ｓ様のコメントの中に”温度が低いと液体のＭＭＡが凝縮する可能性が・・・”
とありましたが、加工点（レーザにてアクリルを除去する点）のすぐ横に集塵ノズルを取り付けてホースを経由して、集塵機で回収予定です。
集塵ノズル付近もホースも常温になりますのでＭＭＡが凝縮する可能性がありそうです。
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1205. #1204「CO2レーザ集塵でのアクリル回収率」へのコメント

1206. コバールと７８パーマロイのシート抵抗

1207. 全微分を偏微分を使って表す式がわからない

Date: Mon, 14 Jun 2010 20:42:12 +0900
Q: 佐藤先生、はじめまして。
突然のメールで失礼します。
私、田中と申します。
現在、大学には通っていませんが熱力学を独学していて質問があります。
熱力学関数のことで、
　　dU=-pdV+TdS
内部エネルギーU（V,S)の全微分はなぜ
　　dU=(∂U/∂V)_ｓdV + (∂U/∂S)_ｖdS
となるのかがわかりません。
参考書で、微分積分についても勉強しましたが、なぜこうなるのか全くわかりません。
お手数をおかけしますが、詳しく教えていただけないでしょうか。
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Date: Wed, 16 Jun 2010 00:51:04 +0900
A: 田中様、佐藤勝昭です。
熱力学の独学は大変ですね。(∂U/∂V)_sなどは偏微分です。偏微分の意味を添付ファイルにしましたので勉強してください。

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Date: Tue, 29 Jun 2010 05:44:35 +0900
AA: 佐藤先生、メール返信ありがとうございました。
大変わかりやすく教えていただき本当にありがとうございます。
またわからないことがありましたら、質問するかもしれませんがその時はまた、宜しくお願い致します。
お忙しい中本当にありがとうございました。
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1208. 酸化チタン粉末の熱処理による色の変化

Date: Tue, 15 Jun 2010 02:44:23 +0900
Q: いつもHPを拝見して勉強させていただいています。
私は大学四回生の材料系の学科に通っている学生なのですが、二つ質問をさせていただいてよろしいでしょうか。
研究で酸化チタンを使って光触媒の実験を行っているのですが、酸化チタンを100℃、200℃、300℃、400℃、500℃に酸化焼成して各温度での光触媒活性について調べています。
ここで黄色い粉末の酸化チタンが300℃以上の焼成だと白い粉末に色が変わってしまうのですが、どのようなことが起こっているのでしょうか。これが一つ目の質問です。
次に、この白い粉末の酸化チタンを水溶液に溶かし、ガラス板などにコーティングして乾燥機で水分を飛ばすと表面に白い膜ができるのかと思いきや、透明な膜が生成しますがなぜなのでしょうか。　文献などを調べるとレイリー散乱が関係していると書かれているのですが理解できなかったのでよかったら説明おねがいします。
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Date: Tue, 15 Jun 2010 09:23:42 +0900
A: M君、酸化チタンは本来無色透明です。粉末が黄色いのは酸素欠陥があるからです。酸素中焼成で欠陥が無くなれば本来の無色透明になります。無色透明の物質を粉末にすると白くなります。岩塩でも氷砂糖でも無色透明の物質を粒径が１μ程度の粉末にすると散乱によって白くなります。薄膜では散乱がないので無色透明です。
少し補足します。
http://www.nanonet.go.jp/japanese/facility/report/f-070.pdfによれば、「報告によると酸化チタンは、高温で還元されると紫灰色を示し、N ドープされたTiO2 は黄色になると言われている。本研究結果においてH25%/Ar、NO 1%/Ar、NO 10%/Ar のそれぞれの雰囲気中でのアニール温度によるサンプルの色変化を確認したところ、H2 5%/Ar 中においては600℃にて還元された灰色となるが、温度が室温まで下がると再び白色へと戻った。NO/Ar の場合は温度上昇時にN ドープされたTiO2 のように黄色へと変化するが、H2/Ar の場合と同様に再び白色へと戻る。この高温時の黄色への変化は、TiO2の酸素欠陥による影響であり、N がドープされた時の反応ではないと考えられる。」とあります。
あなたの実験結果では熱処理したら黄色が消えたとあるので、矛盾しているように見えますが、あなたの行った空気中の熱処理では酸化雰囲気であり、上記文献の熱処理は還元性であると考えれば、矛盾なく説明できると思います。
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Date: Tue, 15 Jun 2010 12:22:26 +0900
Q2: 返信ありがとうございます。
よろしかったらもう一つ質問したいのですが、なぜ酸素欠陥があったら黄色く見えてしまうのでしょうか。
そもそも酸素欠陥とはなんなのでしょうか。よろしくお願いします。
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Date: Tue, 15 Jun 2010 12:54:12 +0900
A2: さて、白い物質が色づく原因ですが、あなたは、カラーセンター（色中心）って聞いたことがないですか？
アルカリハライド（NaCl、KCLなど）に紫外線を当てると、マイナスの塩化物イオンが抜けて、空格子点（空孔）ができます。このため、空孔の位置にはあたかもプラスの電荷があるかのように働き、電子を引きつけて水素のような束縛状態を作り、赤から緑の波長の光を吸って励起状態になるため、透過光は青色に着色します。これが色中心です。
　TiO2においては、何らかの理由で酸素が抜けた空孔（これを酸素欠陥と呼びました）ができて色中心となり、青色を吸収するため、黄色に着色すると考えられます。
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Date: Thu, 17 Jun 2010 00:29:01 +0900
Q3: 丁寧な説明ありがとうございました。
実は私の勘違いでして、最初の粉末は酸化チタンではなく、ペル・オキソ・チタン溶液（PTA溶液）を用いたので始めは黄色で、酸化焼成すると、酸化チタンになり、白色を示すことが佐藤先生の説明からわかりました。
しかし、先生の説明では酸化チタンはもともと無色透明であり、それが散乱によって白色になるとのことでした。
ここで散乱によって白色に見える原理とはどのようなものなのでしょうか？また散乱する物質の大きさによって、レーリー散乱、ミー散乱などに分けられます。
今、白く見えているのは酸化チタンの粒子の散乱ですよね。次に２．５ｃｍ四方の瓦に酸化チタンの溶液を塗布して乾燥機に入れ、表面に酸化チタンの薄膜を生成させたところ、酸化チタンの薄膜は透明になりました。また、このときの状態をSEMで観察したところ、薄膜は均一であり、クラックなどは見られませんでした。
このとき透明にみえるのは粉末のときに白く見える場合との違いはなんでしょうか。
教えてください。
すみませんが匿名でお願いします。よろしくお願いします。
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Date: Thu, 17 Jun 2010 00:56:16 +0900
A3: M君、佐藤勝昭です。
　添付したのは、拙著「理科力をきたえるQ&A」のp123にある「粉砂糖は白いのに、氷砂糖はなぜ無色透明なのですか」の部分を抜粋したものです。そこに書きましたように、粉の粒子は形がランダムなので入射した光は、様々な方向に反射したり、透過した後も様々な方向に反射されまた粉の粒子を通っていろいろな方向に散らばって、その一部が目に届きます。このため白く見えるのです。白というのは拡散反射面があらゆる波長の光を均等に拡散反射する場合を言います。
薄膜は平らで拡散反射がおきないで、透過した光が戻ってきませんから、無色透明なのです。「理科力をきたえるQ&A」のp124にあるように拡散反射のあるすりガラスでも水に濡れると無色透明になりますが、それと同じです。
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1209. バンドの広さと電気伝導度の関係

Date ： Mon, 28 Jun 2010 06:36:57 +0900
Q: 佐藤勝昭先生
お世話になります。Ｓ＊社のＧ＊＊と申します。ＷＥＢ掲載時は、匿名でお願いします。
2008.07.29に質問させていただいたときは大変丁寧な説明ありがとうございました。最近、その質問も収録された先生の御本「半導体物性なんでもＱ＆Ａ」が発行されたというので購入させていただきました。
さて早速質問なのですが、金属において（と制限付きでなくてもいいのかもしれませんが、）バンド幅が広いとなぜ電気伝導がよくなるのでしょうか？
バンド幅はそれぞれの原子が持つ軌道同士が近いとエネルギー軸に対して上下に広がるイメージを私は持っています。そういうイメージで考えると電気伝導がよくなるのもうなずけます。
しかし、私は純粋にバンド構造から理解したいと思っています。

以前どこかで、図を使って説明を受けたことがありました。メールに添付しましたので、御覧いただけると幸いです。
k=0の軸に対して対称なバンド構造を持つ物質において、電場をかけていない場合は左右対称に電子が存在し全体として電気が流れていないが、電場をかけると電子の詰まる位置が非対称になり電気が流れる（例えば、右に進もうとする電子が左に進もうとする電子より多くなり全体として電気が流れる）というような説明でした。
この説明自体は納得できた記憶があるのですが、バンド幅と電気伝導の関係もこの図で説明できるのか私には分かりません。
もう一つ、これに関することで疑問があります。
バンド幅が大きいモデルと小さいモデルがあるとして、等しい大きさの電場をそれぞれに印加した場合、２つのモデルにおける電子の詰まる位置の変位は、次のどれになるでしょうか？
１．　k軸変位が等しい
２．　エネルギー軸変位が等しい
３．　その他
できれば、図を使って説明していただけるとありがたいです。
お忙しいところ申し訳ありませんがご回答宜しくお願いいたします。
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Date ： Mon, 28 Jun 2010 10:07:24 +0900
A: Ｇ様、佐藤勝昭です。
　メールありがとうございます。拙著をご購入賜りありがとうございます。
Ｇ様の書かれた図について、電子が電界によってk空間でシフトする様子のご理解は、正しいと思います。

さて、バンド幅と電気伝導のよさの関係ですが、あまり難しく考える必要はないと存じます。
伝導帯の底はパラボリックになっていると考えますと、
　　　　E=(1/2m*)(h'k)²
と表されます。ここにEは電子のエネルギー、m*は有効質量、h'はhbar、kは波数を表します。
狭いバンドでは、E-k曲線の縦方向がつまっているので、パラボラの係数(1/m*)が小さいのです。
従って有効質量m*が大きいのです。（有効質量は、E-k曲線の曲率の逆数に比例します。）
移動度μは電荷eと散乱の緩和時間τを用いて、μ=eτ/m*と表されますから、m*の大きな狭いバンドでは移動度が低いのです。
（μ=eτ/m*を誘導しておきましょう。
　電界Fがｋ空間の各状態に対して緩和時間（平均自由時間）τだけ加わったとすると、kで表される状態の運動量の増加の平均は　平均ΔP=h'Δk=Fτ です。P=m*vですから、速度の増加の平均は
　　　　Δv=(1/m*)ΔP=Fτ/m*
となります。
　電流密度Jは、キャリア密度n、電荷eとすると、
　　　　J=neΔv
なので、
　　　　J=(neτ/m*)F　
電流密度は電気伝導度σを用いてJ=σFと表されますから、電気伝導度は
　　　　σ=neτ/m*
となります。ここで移動度μを導入すると、
　　　　σ=neμ
と書けますから、結局
　　　　μ=eτ/m*
が得られます。）
　電界Fを印加したときの変化は、あなたの質問の(2) kに現れます。Δh'k＝Fτです。図に示すように狭いバンドではｋが変化してもエネルギーEが変化できません。だから電気伝導が悪いということもできます。
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Date: Tue, 29 Jun 2010 23:44:45 +0900
AA: 佐藤勝昭先生、Ｇです。
お返事下さいましてありがとうございました。
有効質量の辺りを勉強してバンド構造と伝導度の理解を深めたいと思います。
ありがとうございました。
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1210. アルミニウム中のチタンの拡散係数

Date：Fri, 09 Jul 2010 11:51:56 +0900
佐藤先生
　Ｍ社のＮ＊と申します。HPを見てメールをしました。
Al中のTiの拡散係数とAlの自己拡散係数がどちらが大きいか知りたいのですが、 Al中のTiの拡散係数のような都合の良いデータが載っている文献が見つかりません。
そのような文献をご存知ではないでしょうか？
または、理論的に導くことは可能でしょうか？

HPに掲載される場合は、匿名でお願いいたします。
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Date：Fri, 9 Jul 2010 21:56:07 +0900
N様、佐藤勝昭です。
　私の専門外です。もうお調べかも知れませんが、英文Webで調べた結果,
次の文献が引っかかりました。これらの文献およびその中の引用文献を参照して見て下さい。

アルミ中のチタンの冷間圧延による拡散　J-G. LUO AND V. L. ACOFF: Interfacial Reactions of Titanium and Aluminum during Diffusion Welding; WELDING RESEARCH SUPPLEMENT 239-s SEPTEMBER 2000

チタンとアルミの相互拡散　F.J.J van Loo and G.D Rieck: Diffusion in the titanium-aluminium system?II. Interdiffusion in the composition range between 25 and 100 at.% Ti ; Acta Metallurgica Volume 21, Issue 1, January 1973, Pages 73-84

アルミの自己拡散　T. E. Volin, R. W. Balluffi: Annealing kinetics of voids and the Self-diffusion coefficient in aluminum; Phys. Stat. Solidi(b) Volume 2 5 Issue 1, Pages 163 - 173 Published Online: 31 Mar 2006

Y. Mishin, Chr. Herzig: Diffusion in the Ti?Al system; Acta Metallurgica Volume 48, Issue 3, Pages 589-623 (2 February 2000)

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Date： Mon, 12 Jul 2010 09:42:12 +0900
AA: 佐藤先生
　M社のNです。
専門外にもかかわらず文献を調べていただきありがとうございました。
参考にさせていただきます。
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1211. 鉄がInPを半絶縁性にするわけ

Date：Fri, 9 Jul 2010 20:34:35 +0900
佐藤勝昭先生
初めまして。突然のメール失礼いたします。
私はＴ＊大学修士２年のＴ＊と申します。

この度ホームページで先生の質問コーナーの存在を知り、一点お聞きしたいことがございましてメールいたしました。
勝手で申し訳ございませんが、Webにアップする際には匿名でお願いしたいです。

早速質問なのですが、私は現在OMVPEでの結晶成長の研究に携わっているのですが、 InPに対して、Feをドーピングした場合に、半絶縁性となる文献を多く見かけます。しかしながらその原理について詳細に記述されている文献を発見することが難しく、また、一言で説明を求められても、「Feのドーピングは絶縁性になる」といった形での説明しかできず、直観的な理解にも苦しんでいる状況です。

そこで、この件についてお聞きしたく思います。
よろしくお願いいたします。
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Date：Fri, 9 Jul 2010 20:34:35 +0900
A: T君、佐藤勝昭です。
　一般に、GaAsやInPなどの化合物半導体単結晶は成長時にるつぼからケイ素などの不純物がドープされるために、あまり高抵抗ではありません。しかし、デバイスを作るには、素子間が絶縁されている必要があります。何らかの方法でキャリアを減らして絶縁性にしたもののが半絶縁性半導体結晶です。
　化合物半導体のキャリアを減らして半絶縁性にするには、キャリアを捕捉（トラップ）する準位を導入すればよいのです。トラップされたキャリアが熱的に活性化するのを防ぐには、準位のエネルギー位置がバンド端から十分離れている「深い準位」である必要があります。この目的のために、LEC（液体封止チョクラルスキー法）GaAsでは、EL2 と名付けられたAsのアンチサイトが関連する複合欠陥を導入します。HB(水平ブリッジマン法）GaAsではppm程度のクロム(Cr)を添加して、3d準位に基づく深い準位を作りこれによってキャリアをトラップします。InPではEL2欠陥がないので、多くの場合鉄(Fe) を添加して、3d準位による深い準位を導入します。半導体中の遷移金属の準位については多くの書物が出版されています。
　かなり前(1984年)に私が結晶工学分科会第11回講習会で話した「半導体中の遷移金属とDeep Level」のテキスト（何と当時は手書きだったのですね！）をスキャンしてpdf にしたものをWebにアップしました。
佐藤勝昭のホームページ→刊行・発表・出版→研究会テキスト→54「半導体中の遷移金属とDeep Level」あるいは、下記URLを直接入力して下さい。
URL=http://home.sato-gallery.com/research/deep_level.pdf
この解説では、半導体中のDeep Levelの起源を基礎から説明しています。化合物半導体については§５をお読み下さい。
また、文献には参考になる書物や論文が引用されていますので、参考にして下さい。
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Date：Sat, 10 Jul 2010 02:19:43 +0900
Q2: 佐藤勝昭先生、T大学　理工学研究科Tです。

早急かつ丁寧なご回答ありがとうございました。
大変わかりやすくまとめて下さり感謝いたします。
「InPに対してFeをドーピングすることで、伝導帯からも価電子帯からも遠い順位を形成することが可能で、そこにキャリアがトラップされる事で半絶縁性となる」という理解で良いでしょうか？

アップしていただいた資料は、私の専攻分野からは若干離れている事もあり、すぐに理解することは難しいですが、ご紹介いただいた文献を参考にしつつ、少しずつ理解を深めていけたらと思います。
また、その参考文献をもとに辿って行きましたところ、たくさんの関連論文に行きつく事が出来ました。

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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Date：Sat, 10 Jul 2010 09:41:17 +0900
A2: T君、佐藤勝昭です。
　「InPに対してFeをドーピングすることで、伝導帯からも価電子帯からも遠い準位（順位ではありません！）を形成することが可能で、そこにキャリアがトラップされる事で半絶縁性となる」というあなたのご理解でよいと思います。
　アップした解説論文は難解と言うことですが、次のように理解してください。
3d遷移金属を化合物半導体に添加した場合、ギャップ内に準位を作ります。その電子状態は、3d軌道由来のCFR(crystal field resonance)とともに、遷移金属を添加したことによって切断された結合（ダングリングボンド）と3d軌道が混成した電子状態(danglin g bond hybrid)もあるのです。このため深い準位を作りやすいというのが、私の解説のポイントです。また、遷移金属の価数は多価で、フェルミ準位がどこに来るかで価数はさまざまに変化することも重要なポイントです。Inを置き換えたFeはフェルミ準位が価電子帯端に近い場合はFe3+ですが、伝導帯に近い場合はFe2+となります。
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Date： Mon, 12 Jul 2010 13:28:25 +0900
AA: 佐藤勝昭先生
T大学理工学研究科Tです。
追加での丁寧な解説ありがとうございました。
大変理解が深まりました。
これで、結晶成長を行っているInPの絶縁性に関しての疑問が解決いたしました。
この度はありがとうございました。
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1212. 摩擦に強いプラズモン共鳴センサー

1213. サファイアガラス

1214. 溶液のファラデー効果を測りたい

1215. パルス電流におけるエレクトロマイグレーション

Date ： Wed, 25 Aug 2010 12:00:17 +0900
Q: 佐藤先生、こんにちは。
HPを見て質問です。
私はＢ＊と申しまして、Ｌ＊社でLED関連の仕事についております。
WEBにアップされる時は、匿名でお願いいたします。
===================================
最近LEDの寿命に関して調べていますが（LED自体には下記の方程式が適用されないかも知れませんが）金属配線などの　Electro Migration（EM）を考えるときブラック方程式が通常使われますね。
(佐藤註Black's Equation：MTTF=Awj^-n exp(Q/kT) , ここに A は定数, wは金属線の幅、jは電流密度、nはモデルパラメータ、Qは活性化エネルギー、Tは温度)
その式には電流密度というパラメータが入っています。
ここで質問ですが、
たとえば、１００ｍAのDCの電流と、デューティ比（Duty　Ratio）５０％の　２００ｍAの電流値の両方の場合に付いて、時間的の平均にして、両方１００ｍAの電流密度として適用するのが妥当なんでしょうか。
私の推測では同じ電流密度（EMの原因と考えるられるのが、金属GrainとGrainの接合部分にエネルギーを持った電子が流れることによると知られているので、平均にしたら同じ数の電子が流れることだと思ったのです。）と見なしていいと思って同じ寿命になると考えていますが、この場合、他の影響によって両方の寿命に違いがあるのでしょうか。
実際、実験を行う前に、ご意見を参考させていただきたいと思ったのでお伺い致します。
よろしくお願いいたします。
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Date ： Thu, 26 Aug 2010 01:53:57 +0900
A: Ｂ様、佐藤勝昭です。
エレクトロマイグレーション(EM)について私は専門知識をもっていませんが、一般論としてお答えします。
直流とパルス電流でEMの起きやすさがどう違うかは過去に研究されています。
Boon-Khim Liew et al.: Projecting Interconnect Electromigration Lifetime for Arbitrary Current Waveforms; IEEE Tranns Electron Devices 37 [5] pp.1343-1351 (1990)に詳しく検討されています。

また、実際アルミニウム配線において25%のDuty ratioのパルスを用いるとDCの場合よりcritical length-current density product(長さと電流密度の積の臨界値）を2.6倍に増やすことができたという報告があります。
Frankovic, R. Bernstein, G.H. Clement, J.J.：Pulsed-current duty cycle dependence of electromigration-induced stress generation in aluminum conductors; E lectron Device Letters, IEEE 17 [5] pp.244 - 246 (1996)
熱的な解析が行われており、パルスの場合、電流の流れない時間にヒーリングの効果があり、単純に平均的な電流密度で考えては説明できないと考えられているようです。論文を参考に検討して下さい。
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Date ： Tue, 31 Aug 2010 09:46:48 +0900
AA: 佐藤先生。
早速のお返事、どうも有難う御座います。
教えて頂いた論文は大変参考になりました。
疑問が解決されました。
まだ様子を見てみているところですが、今のところ、実際の実験結果も、論文通りの（定量的な値には差があるとは思いますが、）結果が出ています。
再度、ありがとうございます。
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1216. 加飾顔料のスパッタ成膜

1217. プラズマCVDのチャンバークリーニング

Date ： Wed, 29 Sep 2010 15:35:44 +0900
Q: 佐藤勝昭様
お世話になっております。
Ａ＊＊社のＫ＊＊です。匿名でお願いしたいのでお願い致します。「物性なんでもQ&A」のHPを見て質問させて頂いております。
（過去にも相談をしたことがあります。）
「質問事項」
プラズマCVDでは、C2F6や、NF3といったガスを導入してチャンバー内のクリーニングが可能ということを知りましたが、この方法でSiO2の除去が出来るそうですが、Ti（またはTiO2）膜、そしてTa（またはTa2O5）膜の除去は可能でしょうか？
また、除去の可能・不可能は何によって決まるのでしょうか？
よろしくお願いします。
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Date ： Mon, 4 Oct 2010 17:39:59 +0900
A: K様、佐藤勝昭です。
　9/25-10/2海外出張中のためお返事が遅くなったことをお詫びします。
US Patent 2005/0252529 A1
"Low temperature CVD chamber cleaning using dilute NF3"
のclaim[008]によれば、NF3で除去できるのは、
silicon nitride, polycrystalline silicon, titanium siliside, tungsten silicide , refractory metals and silicides
となっております。原則的には、シリコン、高融点金属、金属のシリサイドということで堆積した酸化物膜は、除去がむずかしいかと存じます。

US Patent 7267842 B2 (2007)
"Method for removing titanium dioxide deposits from a reactor"
によれば、TiO2を比較的揮発性の高いフッ化物や塩化物に変換して除去しようというものです。
詳しくは、patentを詳しく読んでください。
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Date ： Mon, 4 Oct 2010 18:03:31 +0900
AA: 佐藤様
ご連絡頂きありがとうございます。
貴重な資料を添付して頂き大変感謝しております。
仰られたとおり、内容を良く読み検討したいと思います。
何か進展がありましたら、ご報告致します。
どうもありがとうございました。
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1218. X線回折実験でMoを使う理由

1219. CoCrPtの磁気光学スペクトル

(この質問および回答は英文ですが、概要を翻訳して掲載しています。）

Date ： Wed, 06 Oct 2010 12:33:25 +0200
Q: 佐藤先生
私はセサル・ド・ユリアン・フェルナンデス博士と申します。
私は、ナノ構造磁性体（ナノ粒子、ナノ薄膜）および単分子磁性体の磁気光学効果を研究しています。
私はこれまで、CoCrPt薄膜の室温におけるMCD測定（スペクトルとMOヒステリシス）を行って来ましたが、下に示す貴論文がこの課題についての唯一の論文だと思いますので、コピーをいただけないでしょうか？
また、先生のホームページには磁気光学に関する多数の教育活動が見受けられますので、いくつかの資料（英文）をお送りいただけないでしょうか？
論文：K. Sato, M. Hosoba, S. Shimizu, K. Terayama and M. Futamoto: Magneto-optical Spectra of Single Crystalline CoCrPt Films between 1.2 and 6 eV; Proc. Magneto-Optical Recording International Symposium 2002, Benodet, France, May 6-9, 2002, Trans. Magn. Soc. Jpn. 2 [4] (2002) 171-174.
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Date ： Wed, 6 Oct 2010 23:23:58 +0900
A: セサル様、佐藤勝昭です。
CoCrPt単結晶膜の磁気光学スペクトルに関する私の研究に関心をお寄せいただきありがとうございます。
ご要望の論文のpdfファイルを添付します。
私の教育的な資料に関するご要望ですが、残念なことにほとんどが日本語です。
磁気光学に関する私の英文の教育的刊行としては、唯一、下記教科書の分担執筆があります。
"Magnetic Multilyers" edited by H. Bennett (World Scientific, 1994).
このほか、磁気光学に関する英文チュートリアル講演の英文スライドのppt（またはpdf）ファイルがいくつかホームページにアップしてあります。
(1)ISOM2000 Tutorila Seminar "Introduction to Magneto-optics"
(2)International Conference on Functional Materials 2001 Invited talk "Recent advances in magnetooptics"
(3)MORIS2009 Workshop Tutorials "Spin-related nanosciences for next generation in novative devices"
(4)International Workshop on Nano-structured Materials & Magnetics, Invited paper "Development and Application of Magneto-Optical Microscope Using Polarization-Modulation Technique"
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Date ： Fri, 08 Oct 2010 17:29:58 +0200
Q2: 佐藤先生、論文と明解で非常にたくさんの研究のプレゼン資料有り難うございます。
当グループは、４年前から磁気光学を研究していますが、磁気光学は、起源は単純そうに見えるのですが、実験的にも理論的にもむずかしいものであるとわかりました。
よろしければ、先生にいくつかの質問をしたいのです。先生にとっては単純な問題かも知れないのですが、私たちにとっては大問題なのです。
(1)第１の質問は、磁気光学と磁気的に測定したヒステリシスとの比較の問題で、私たちの研究の結果は、両者が一般に異なっているのです。
　私の解釈は「磁気光学は伝搬ベクトルに平行なナノ粒子をよく検出するのに対し、磁気測定ではあらゆる方向を向いたナノ粒子を全部検出してしまうから。」というものです。
CoCrPtの論文で、先生は、ランダム配向した結晶粒の場合もｃ軸配向した結晶粒の場合も磁気光学スペクトルは同じであると報告しておられます。同様に、WellerはFePtとCoの薄膜において同様の見解えに到達しています。これが正しければ、ガラスに堆積した多結晶膜において、磁気測定によるヒステリシスと磁気光学ヒステリシスとは異なっていると考えますが、正しいでしょうか？こういう研究はされていますか。私は、問題をマクロでなくミクロに考えたいのです。伝搬ベクトルがc軸に平行で、典型的なz^2軌道を考えます。ｃ軸に垂直に到達した電界ベクトルは、この条件の下で結合は最大になるからです。
(2)第２の質問は、実験に使っている光が電荷移動によって磁性状態を変えてしまうような場合、磁気光学と磁性の直接の関係は正しくなくなると考えてよいでしょうか？先生のお考えはどうですか？これは励起状態の寿命に関係するはずです。古典的な磁性体、例えば金属やフェライトにおいてこういう問題を扱った研究をご存じですか？
(3)先生の研究室では、ファラデー回転とファラデー楕円率を測定しておられますが、どうやるのですか？MCD測定にPEMを使っており、マニュアルに書いてあるようにPEMを使って旋光角と楕円率を測定しましたが、うまくいきませんでした。先生はどのようにPEMを使っているのですか？
(4)校正法：どのようにしてMOのセットアップを校正するのですか？可視光領域の校正用の化合物はありますか？符号の決定法は？文献ごとに定義が異なっています。
お答えいただければ幸いです。
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Date ： Sat, 9 Oct 2010 01:44:14 +0900
A2: セサル様、メールありがとう。
　あなたの具体的な実験データを見ていないので、お答えになっているか自信がありませんが、各質問に対する私の考えを述べます。
(1) 磁気測定と磁気光学測定でヒステリシスが異なる
磁気光学の信号は、試料の表面あるいは、表面から光の浸入長までの情報を反映するのに対し、磁気測定の信号は試料のバルク全部からの情報を反映しています。
このため、試料が膜厚方向に不均一であれば、磁気カー効果のループと磁気測定のループは一般に異なるのです。
(2) 光が磁気状態に変化を与えるとき
　通常よほど強い光を当てない限り、励起状態が磁性状態、さらには磁気光学効果に影響を与えることはありません。しかし、非常に強い光を使った場合に、非線形磁気光学効果が起きることがあります。 (3) PEMによる回転角と楕円率の測定
下記論文を注意深くお読み下さい。
K.Sato: Measurement of Magneto-Optical Kerr Effect Using Piezo-Birefringent Mo dulator; Jpn. J. Appl. Phys. 20 [12] (1981) 2403-2409.
(4) 校正法
校正法については、下記論文に記述しました。
K.Sato, H.Hongu, H.Ikekame, Y.Tosaka, M.Watanabe, K.Takanashi and H.Fujimori: Magnetooptical Spectrometer for 1.2 - 5.9 eV Region and its Application to FePt/Pt Multilayers; Jpn. J. Appl. Phys. 32 Part 1 [2] (1993) 989-995.
おわかりいただけたでしょうか？
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1221. NOT回路についての疑問

Date ： Fri, 5 Nov 2010 01:30:28 +0900

1222. 炭化チタンの組成比と格子定数

Date ： Thu, 25 Nov 2010 11:56:11 +0900
Q: 初めまして、Ｅ＊大学工学部M1のＩ＊と申します。
（webにupする際は匿名でお願いします）
物性なんでもQ&AのHPを見て質問させていただきます。

今自分たちはTi粉末と炭素粉末を10~90%の割合で混合し、
ペレット（1g）にして家庭用電子レンジ（2.45GHz）による
加熱（10min）でTiCの合成の研究をしています。
なお、発熱助剤として計2gの炭素でペレットを覆っています。

50％で混合するとXRDによる解析の結果TiCのピークが現れるのですが、それ以外の試料では炭素の量を増やす、または減らすとともに
ピークが高角側にシフトし、TiCNのピークに近づきます。
（50%を境にアーチ状になります）

窒素の存在を確かめたいのですが、軽元素であるため検出が難しく、困っています。
なぜピークがシフトするのかよろしければ教えてください。

長文失礼しました。
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Date ： Thu, 25 Nov 2010 15:16:42 +0900
A: I君、佐藤勝昭です。
　修士論文の研究に関することは、基本的には指導教員にお尋ねください。
ここではヒントだけ差し上げますから、詳細は指導教員に相談してくださいね。
添付したのは、NIMSのdatabaseにあるTi-Cの平衡状態図（相図）です。
（あなたは電子レンジで加熱しているので、系が熱平衡になっているかどうかわかりません。）
相図をみるとTi-CのNaCl相の範囲がTiリッチ側に大きく広がっていることがわかります。
このことはTi50%より上では、炭素空孔ができて密度が下がり、格子定数が小さくなると思われます。
Ti50%以下の炭素リッチでは、Ti-Cとグラファイトに相分離します。このために見かけ上TiCの
回折線が高角側にずれたのではないかと思うのですが、データをみていないのでなんともいえません。
なお、Ti-C-Nの三元相図は入手できませんでした。文献を探すしかないと思います。
　結合の変化をみるならXPSを測定するのがよいかもしれませんね。
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Date ： Fri, 26 Nov 2010 13:52:09 +0900
Q2: 佐藤先生、お忙しいところお返事ありがとうございます。
　担当の教員には先日相談した上での質問でした。お気づかい頂きありがとうございます。
　僕もTi-C-Nの三元相図を探しているのですが、まだ見つかっていません。
　もう少し探して勉強してみようと思います。
　貴重なお時間を頂き、ありがとうございました。
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Date ： Fri, 26 Nov 2010 21:20:41 +0900
A2: I君、佐藤勝昭です。
　指導教員と相談しておられるのですね。Ti-C-Nの実験で決めた相図はありませんが、
九州工業大学軽量金属材料研究室で熱力学的な理論計算をやっておられます。
H. Ohtani, M. Hillert:
Calculation of V-C-N and Ti-C-N phase diagrams;
Calphad, Volume 17, Issue 1, January-March 1993, Pages 93-99
Abstract:
The phase diagrams of the V-C-N and Ti-C-N systems are calculated by combining
the thermodynamic descriptions of the various phases used in recent assessmen
ts of the V-C, V-N, Ti-C and Ti-N systems. No ternary interactions were added
due to the limited and uncertain experimental information. Comparison is made
with experimental information available and satisfactory agreement is obtained
in some cases but not in other cases. The need for further experimental studi
es and theoretical treatments is stressed.
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1223. 電気抵抗の温度係数測定の実験データ処理

1224. 半導体レーザの電流－光強度特性

Date： Wed, 15 Dec 2010 14:10:15 +0900
Q: 佐藤勝昭様
はじめまして、某私立大の２年生のＴ＊＊です。
お手数おかけしますが、サイトのほうで掲載される際は氏名を匿名にしてくださるようお願いいたします。

Ｉ－Ｌ特性について
先日、半導体レーザー（ＬＤ）を光源とする小型レーザーの発振に関する学生実験を行いました。
レポートを書いているのですが、途中でつまづきました。どうかお力を貸してください。
まず、レーザー発振の確認として入力電流（mA）と光の出力の強度（μW)を測定し、Ｉ－Ｌ特性グラフを書きました。グラフをみると最初は光出力０μWが続いていて、入力電流がとある値に到達すると、突如ほぼ直線的に上がり始めました、その上がり始めた点の入力電流をしきい値電流I_th(mA)だと思うのですが、このしきい値電流を励起出力に換算してしきい値P_th（そのしきい値Ｐ_thは教科書に例としてしきい値電流を励起出力掲載されています)はどのようにしたら出せるのかがわかりません。
また、グラフがしきい値電流以降は直線的に（傾きが一定）上昇していくはずなのに、若干曲がっているのは、静電気などで半導体レーザーの劣化を引き起こしたため、光学損傷を起こしたからと考えていいでしょうか？（その他に測定時の温度変化なども考えられるのですが・・・）
よろしくお願いいたします
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Date： Wed, 15 Dec 2010 19:10:53 +0900

1225. 極座標の加速度表示について

Date： Thu, 16 Dec 2010 08:33:23 +0900
Q: 佐藤先生
お世話になります。Ｔ＊でございます。
ＷＥＢに掲載される場合はお手数おかけいたしますが、匿名にしてくださるようお願いいたします。
極座標を復習している際、お恥ずかしながら基礎的な事項で躓いてしまいました。
様々な参考書を調べましたが、どれもそれに関する記述はありませんでした。
まずこちらのサイトをご覧いただきたいのですが、
ページの最後のほうで、加速度aのφ成分は2r dφ/dt+rd²φ/dt²となりましたが、これを①式とします。
さらにこれはaのφ成分は　(1/r) d(r^2*dφ/dt)/dt と書くことができると書かれていますが、これを②式とします。
①式を②式にもっていくにはどういう操作を行えばよいのでしょうか？
①⇒②に変形する途中式を教えてください。
よろしくお願いたします。
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Date： Thu, 16 Dec 2010 09:10:56 +0900
A: T君．佐藤勝昭です。この質問は物性の問題ではなく数学の問題です。
①から②は難しくても②から①ならできるはすです。やってご覧なさい。
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Date： Thu, 16 Dec 2010 11:05:31 +0900
Q2: 佐藤先生 Tでございます.ご返答ありがとうございます.2から1はやりましたが、1から2はできなかったのですが、これはやはり普通はこの結果を公式として暗記して,2から1をその証明とするという流れと受け止めるべきでしょうか
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Date： Thu, 16 Dec 2010 13:41:46 +0900
A2: T君、佐藤勝昭です。　①から②への誘導はr²=g, dΦ/dt=fと置き換えれば簡単です。詳しくは添付ファイルを見てね。
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Date： Thu, 16 Dec 2010 22:10:16 +0900
AA: 佐藤先生、Ｔです。
ご丁寧に数学の質問までお答えいただき、本当にありがとうございます。
言葉では表せないほど感激しています。
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1226. PCB分画のための処理法

Date ： Wed, 29 Dec 2010 14:16:59 +0900
Q: 佐藤勝昭様
物性なんでもＱ＆ＡのＨＰを見まして、初めて質問させていただきます。
Ｎ＊社Ａ＊です。匿名にてお願いします。
質問の内容は下記の通りです。
　種々不純物を含んでいる中から、ＰＣＢを分画を行う方法を教えていただければと思います。
ダイオキシン類の場合、塩基性のアルミナを使用にて分画しています。
その対象がＰＣＢのみの場合、その分画にはどのようなアルミナ（中性、酸性など）をどのような条件で活性化し、どのような溶媒にて分画していけばいいのでしょうか？
　なるべく少量のアルミナを使用し、なるべく少量の溶媒にてＰＣＢを溶出させることができればと考えてます。
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Date: Thu, 30 Dec 2010 01:08:32 +0900
A: Ａ様、佐藤勝昭です。
　ご質問はアルミナカラムクロマトグラフィを用いたco-planar PCBの分画(fraction at ion)についてと思われます。
私は、分析化学は専門外なので、正確にお答えできるかどうか自信がありません。
パステルブルーのサイトにある下記ページを参考にしてください。

試料の前処理

内標準物質の添加クリーンアップスパイク

各捕集部からの抽出

硫酸処理-シリカゲルカラムクロマトグラフ：妨害物質を取り除く

多層シリカゲルカラムクロマトグラフ操作：妨害物質を取り除く

アルミナカラムクロマトグラフ操作

高速液体クロマトグラフ操作：コプラナーＰＣＢ

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1227. 差動形固定検光子法による磁気光学効果測定

1228. ダイヤモンド微結晶・アモルファスカーボン混相の光学バンドギャップ

Thu, 13 Jan 2011 21:44:48 +0900
Q: 佐藤勝昭様
Ｋ＊大学修士1年Ｉ＊と申します。匿名希望でお願いいたします。
ホームページを拝見しご質問したいと思いメールさせていただきました。
私は微結晶ダイヤとアモルファスカーボンの混相膜の研究をしています。
そこで光学バンドギャップを見積もる際に反射率と透過率から導いたαhνのプロット図を用いています。
ダイヤやアモルファスカーボンならば間接遷移バンドギャップがあるかと思いますが
本研究における混相膜においては、ダイヤ、アモルファスカーボンの間接遷移に
加えて粒界部分による直接遷移の発現が理論的に予測されています。
この場合複数のバンドギャップが見られると考えていますが、このような混相膜においても
αhνプロットの直線部分によるバンドギャップの推定は可能でしょうか。
αhνプロットでのバンドギャップ推定は結晶系であることが前提であると聞いたことがあります。
ご返答の程よろしくお願いいたします。
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Date： Fri, 14 Jan 2011 00:33:36 +0900
A: Ｉ君、佐藤勝昭です。
　メールありがとう。「微結晶ダイヤとアモルファスカーボンの混相膜」の光学バンドギャップを決めようとしておられるのですね。私は、カーボンの経験がないので、シリコンの例で説明します。

　一般に、結晶半導体において、吸収端付近の吸収スペクトルは
・直接遷移の場合、αhν=A(hν-Eg)^1/2, したがって、(αhν)²=A² (hν-Eg) (1)
・間接遷移の場合、αhν=B(hν-Eg)², したがって、(αhν)^1/2=B^1/2(hν-Eg) (2)
と表されます。、(αhν)² または、(αhν)^1/2 をhνに対してプロットすると、外挿がゼロを横切る位置が光学バンドギャップEgです。直接遷移なら吸収が強いので、薄い（～1μm）の試料でαを測定してプロット(1)を行い直線になれば直接遷移です。一方、間接遷移は吸収が弱いので、厚みのある（～0.1mm）の試料でαを測定してプロット( 2)を行ってみて直線なら間接遷移です。
一方、アモルファス物質ではTauc plot
　(αhν)^1/2=C (hν-Eg)　(3)
が成り立ち、形の上では、結晶の間接遷移のプロット(2)と同じになります。ただし、(2)と(3)では係数の物理的背景が全く違い、CはB^1/2に比べて、1桁近く大きいのです。
添付図は、高橋清・小長井誠著「アモルファス太陽電池」（昭晃堂, 1983）のp.110 の図4.15ですが、同じプロットでも、アモルファスシリコンの方が結晶シリコンより遙かに立ち上がりが急峻だということがわかるでしょう。
　なお、アモルファスカーボンに適用できるかは、私は、経験がないので、論文を探してください。
　なお、ご質問では、「微結晶の界面部分で間接遷移が直接遷移化する」という理論があるとのことですが、おそらく対称性の関係で、k空間でバンドの折り返しが起きて、直接遷移化したのではないかと推察しますが、界面だけが直接遷移だと吸収も弱く、それを分離するのは困難かと存じます。
　修士論文の研究でわからないことは、本来指導教員に教わるべきものです。私の回答も先生に示して、先生のお考えを聞かれてはいかがでしょうか？
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Date ： Fri, 14 Jan 2011 16:49:46 +0900
AA: 佐藤勝昭様
Ｋ大学Ｉです。
早速ご返答いただきありがとうございました。
今後の研究の参考にさせていただきたいと思います。
ありがとうございました。
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1229. 低温でMOS-FETのフラットバンドを求めるには

1230. 金属のプラズモンとバンド間遷移

Date ： Fri, 18 Feb 2011 13:21:54 +0900
Q1: 佐藤　勝昭先生
　はじめまして。
　日頃から疑問がある度に先生のHPで勉強させていただいており、誠に感謝しております。

　私は東京大学修士2年のA*と申します。お忙しいところ大変恐縮なのですが、質問があるのでメールいたしました。（質問をHPに載せていただける場合には匿名にしていただけないでしょうか。）
　最近プラズモンについて独学で学習し始めたのですが、金属微粒子が酸化チタンなどの酸化物半導体に付いている場合についてどうしても感覚的に理解できない部分があります。それは、「金属微粒子がプラズモン共鳴して金属の電子が価電子帯から導電帯に一電子励起して酸化物半導体に電子を受け渡す」ところで、プラズモン共鳴は自由電子の集団的振動のはずなのに一電子励起する部分です。

①どこで量子化しているのかが分からず混乱しています。

また
②光の波長を固定した場合に、金属ナノ微粒子の電子密度分布の中である電子密度（光の振動数が微粒子内部の双極子の振動より小さく追従できなくなる、カットオフ密度）の部分で光が反射され（同時に吸収されて）、金属内の自由電子の振動と光の交番電場が共鳴する、そして反射と同時に起こる吸収は一電子励起で、共鳴した振動は集団的な振る舞いという理解でよいのでしょうか。③カットオフのあたりは普通のプラズマと、微粒子の場合で同じように考えてしまっているのですがこの点もあっているのか不安です。

④さらに光を吸収しているのはナノ粒子全体として1電子ずつ吸光しているのか、それとも1原子ずつ吸収しているのかもよく分かりません。

⑤「局在プラズモン共鳴で反射・共鳴する波長についてナノ微粒子は反射係数が大きく、反射係数が大きいことは吸収係数も大きいことになる」と聞いたことがあるのですが、反射係数の大きさと吸収係数の大きさの関係はどのようになっているのでしょうか

　勉強が足りず、とても基本的なことをお訊きしてしまって申し訳ございません。
　どうかご教授いただけないでしょうか。よろしくお願いいたします。
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Date ： Sun, 20 Feb 2011 14:35:13 +0900
A1: Aさん、佐藤勝昭です。
　メールありがとうございます。JSTの国際評価委員会が2/17-19にあり、お返事が遅れたことをお詫びします。
「金属の電子が価電子帯から導電帯に一電子励起」という記述なのですが、貴金属のプラズマによる反射率のディップの原因は、単なる自由電子のDrude型誘電率の実数部がゼロを横切ることによるプラズマ端ではなく、Efから数eV深いところにある3dバンドから Efへの遷移によるローレンツ型の誘電率の実数部が加わったことによるハイブリッドプラズマによるのです。
これについては、添付ファイルの解説をお読みください。
　この解説を読まれた後、もう一度、ご質問していただけませんでしょうか？
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Date ： Mon, 21 Feb 2011 14:19:44 +0900
Q2: 佐藤　勝昭先生
　早速のご返信どうもありがとうございました。私こそお返事が遅れてしまい申し訳ございませんでした。
　分かりやすいPDFファイルを送っていただきありがとうございます。

＞Efから数eV深いところにある3dバンドからEfへの遷移によるローレンツ型の誘電率の実数部が加わったことによるハイブリッドプラズマ

　これは金属の反射には自由電子の集団的な振動だけでは反射のスペクトルを説明することはできず、3dバンドからs軌道のバンドの下端であるフェルミエネルギーまでの遷移の吸収で、反射が落ちてしまうということでしょうか。
　「反射率が大きいところで吸収率が大きい」というわけではないということは理解できました。また金属の着色についても疑問を持っていたのでとても勉強になりました。

　私の理解が追いついておらず大変申し訳ないのですが、ハイブリッドプラズマ状態はナノ微粒子のような小さい金属の場合も同じなのでしょうか。バルクの場合は吸収は3dバンド→フェルミエネルギー準位の遷移のみ考慮すれば良いけれど、ナノ粒子では局在プラズモン共鳴（LSPR）の吸収も考えればよいということでしょうか。

（LSPRでは金属の表面の分散関係と共鳴波長を考えなければならず、たとえば金のナノ粒子の場合LSPR吸収スペクトルはある程度大きな幅（波長領域）で吸収していますが、そのなかでAuのバンドギャップに対応するは波長だけは電子遷移としてもナノ粒子に吸収されると思うのですが、この波長についてはLSPRの吸収とバンド吸収が別途行われていると考えるべきなのでしょうか。それともLSPRとバンド間遷移の吸収がカップリングなど、何らかの関係を持っていると捉えるべきなのでしょうか。別途に行われているとすれば、金の原子一つ一つがバンド間遷移でフォトンを吸収していると思うのですが…。）

　最後にもうひとつ疑問があるのですが、教科書や学会におけるLSPRの話（金属）では金や銀などの貴金属とAl、Pd、アルカリ金属くらいしか出てこないのですが鉄やニッケル、コバルトなどの普通の卑金属ではLSPRは起きないのですか。内殻が電子で満たされていて、s軌道に電子が1つあるものがLSPRを生じる傾向があるようですが、何か理論に基づいているのでしょうか。

　　沢山質問があって大変恐縮です。ナンセンスな質問も混じっているかもしれないのですがどうしても分からなくて困っているのでどうぞよろしくお願いいたします。
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Date ： Mon, 21 Feb 2011 18:24:29 +0900
A2: Aさん、佐藤勝昭です。
　ハイブリッドプラズマの周波数において誘電率の実数部がゼロを横切る状況は微粒子でも変わらないと思います。誘電率の実数部は誘電率の虚数部（吸収を表す）とクラマースクローニヒの関係で結びついています。実数部の分散の原因は確かにバンド間遷移ですが、ゼロを横切る光子エネルギーでは、バンド間吸収は起きていませんので注意が必要です。
　ナノ微粒子の場合、表面プラズモンといって、表面に電子密度の粗密波ができ、それと光が結合して局在表面ポラリトンという素励起になっているものと考えられます。プラズモンポラリトンというのは、プラズモンと光との間でエネルギーのキャッチボールをしている仮想共鳴状態ですから、部分的には遷移が起きていると考えられます。したがって、光電流に寄与することは十分に考えられます。
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Date ： Mon, 21 Feb 2011 20:05:18 +0900
Q3: 佐藤　勝昭先生
　丁寧に教えていただきありがとうございます。
　頭の中でもやもやしていた部分がだんだんすっきりしてきました。

＞プラズモンポラリトンというのは、プラズモンと光との間でエネルギーのキャッチボールをしている仮想共鳴状態ですから、部分的には遷移が起きていると考えられます。

　何度もお手数をおかけして申し訳ございませんが、上記のところをもう少しくわしく教えていただけないでしょうか。「仮想」とはエネルギーを間接的にやり取りしているからなのでしょうか。
　また「仮想共鳴状態」から「部分的な遷移」の経緯と、「部分的な遷移」の言葉の意味を具体的にご教授いただけると大変うれしいのですが…。
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Date ： Mon, 21 Feb 2011 23:01:18 +0900
A3: Aさん、佐藤勝昭です。
　仮想共鳴状態といったのは私の造語で、アンダーソンの仮想束縛状態(virtual bound state)のアナロジーです。これは、4d遷移金属(Pd,Rhなど)にわずか(1%程度)にFeを添加した希薄合金の磁化率の振る舞いを説明するために導入された考えです。　Feの3d軌道は4d遷移金属の連続的な4dバンドの連続スペクトルの中に埋め込まれていますが、原子のｄ軌道の性質を持ちながら厳密には原子に束縛されていない状態です。　3d電子はあるときは伝導電子的に振る舞い、あるときは束縛電子として磁性に寄与します。　このように、量子力学では、「部分的に」異なる状態が混じり込むことがよくあります。
光による電子分極も、物質中では分極波として伝わります。このとき、光と分極波はエネルギーのキャッチボールをしながら進んでいきます。このため、光は遅くなります。
別の見方をすると、光の電界を受けてバーチャルに励起状態に遷移し、励起状態が基底状態に混じり込んでくることで電子分極が起きるのです。
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Date ： Tue, 22 Feb 2011 08:25:16 +0900
AA: 佐藤　勝昭先生
　大変丁寧で明解な解説をいただきありがとうございました。やっと遷移とプラズモンの関係が分かりました。プラズモンと光の相互作用についても理解することができました。どうしても感覚的に納得できず苦しんでいましたので、佐藤先生にご教授いただき大変感謝しております。
　最後まで根気強く教えてくださり本当にありがとうございました。

　今後ともご指導のほどどうぞよろしくお願いいたします。これからもHPで学習させていただきたいと思います。
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Date ： Tue, 22 Feb 2011 20:48:09 +0900
A4: Aさん、佐藤勝昭です。
「鉄やニッケル、コバルトなどの普通の卑金属ではLSPRは起きないのですか。」というご質問にお答えしてませんでしたね。
#1212の質問で硬い金属はプラズモンセンサーに使えないかという質問がありましたが、基本的には、それと同じ回答になります。
「3d遷移金属における3d電子電子の有効質量は重く、プラズマ振動は赤外領域になります。またプラズマ振動も減衰が激しいので金銀のような明瞭なεのゼロ交差は見られません。というわけで、3d遷移金属において自由電子プラズマは期待できません。」
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Date ： Tue, 22 Feb 2011 21:21:54 +0900
AA2: 佐藤　勝昭先生
　最後の質問まで忘れずに答えてくださり本当にありがとうございます。また、HPに掲載していただきありがとうございました。
　卑金属だと赤外領域でしかもプラズマ減衰も激しいのですか…それで学習していると顕著なプラズモンが見られる貴金属ばかり出てきたのですね。とても分かりやすい説明をいただきどうもありがとうございました。
　私は専攻が化学なのですが、今回の学習事項を自分の研究につなげていけたらいいなと考えております。
　また勉強していて疑問点が出てきて調べてもわからず困ったときには質問させていただこうと思いますので、どうぞご指導のほどよろしくお願いいたします。
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1231. ZnS:Cu²⁺の電荷移動による光吸収構造について

1232. MOS容量の計算式の導出法

1233. 水蒸気の比誘電率

1234. ポリロンフィルムの熱伝導率

Date ： Wed, 18 May 2011 04:27:46 +0900
Q: 佐藤勝昭様
Ｋ＊大学、機械システム工学専攻2年、Y.Hと申します。
私は現在、とあるモデルハウスの熱損失計算を行っています。
しかしながら、ポリロンフィルムについて計算する際、ポリロンの熱伝導率がわからなくて困っています。
お忙しいところ申し訳ありませんが、ご教授くだされば幸いです。
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Date ： Wed, 18 May 2011 10:54:33 +0900
A: YH君、佐藤勝昭です。
　ポリロンは商品名で、化学物質としてはLLD-PE　(linear low density polyethylene)です。
熱伝導率のデータベース（http://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html）には
HD-PE(high density polyethylene)の熱伝導率は0.42 - 0.51W/(m.K)というデータが載っていますが、LLD-PEについては載っていません。
MATBASEというデータベースでは
HD-PEのデータベースの中に、熱伝導率 0.46 - 0.52 W/m.K と書かれており、
LD-PEのデータベースの中に、熱伝導率 0.3 - 0.335 W/m.K とあります。
LLDとLDの違いはそれほど大きくないと思うので、0.3 - 0.335 W/m.K を使っておけばよいのではないでしょうか。
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Date ： Wed, 18 May 2011 15:27:14 +0900
AA: 佐藤勝昭様
Ｋ大学のＨＹです。
お忙しい中ご返答いただき、ありがとうございます。
商品名と知らずに調べていた自分が恥ずかしい限りです。
本当にありがとうございました。
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1235. 超伝導体の高周波特性

1236. フラットバンド条件の導出法

Date ： Sun, 29 May 2011 04:38:16 -0400
Q: 以前にご質問した、Ｄ社で半導体のエンジニアをしている伊藤と申す者です。
今日は、ＭＯＳ構造におけるフラットバンド条件ＶＦＢの導出を教えて頂きたく、メールいたしました。
グローブやジーのテキストに、酸化膜中に任意の密度ρ(x)で電荷が分布するときのフラットバンド条件ＶＦＢとして、
　ＶＦＢ＝-([∫0?d:xρ(x) dx]/d)/C：式(1)
d；酸化膜厚　Ｃ；酸化膜の容量
なる記述がありますが、「式(1)をどのように導出するのか？」お教え下さい。
ちなみに、電荷密度から電界を求め、電界からＶＦＢを求めるステップで自分でトライしてみましたが、導出できませんでした。
式(1)の前に、
酸化膜中の位置 x₀ に単位面積当たりQ₀ の正のシート電荷がある場合のフラットバンド条件、
　ＶＦＢ＝-(Q₀/C)(x₀/d　：式(0)
については、自分で導出できましたが、式０を一般化した式１の導出が上手く行きません。
ご指導の方、よろしくお願いいたします。
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Date ： Sun, 29 May 2011 22:12:38 +0900
A: 伊藤様、佐藤勝昭です。
xの位置にある厚みdx電荷シ－トによるVFB貢献ΔVは式(0)から
　ΔV(x)＝-(Q₀/C)(x₀/d)=-(ρdx/C)(x/d)=-(xρdx/C)
VFBはすべてのΔV(x)をx=0からx=dまで積分して
　ＶＦＢ＝∫(0～d):ΔVd=-∫(0～d):(xρdx)/C
と書けます。
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Date ： Mon, 30 May 2011 05:22:40 -0400
AA: 佐藤先生、伊藤です。
式(0)より、△V(x) を定義し、そこから積分で式(1)に至るとは、思いつきませんでした。
ご指導ありがとうございました。
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1237. 光の屈折の法則と空間の一様性

Date ： Sat, 11 Jun 2011 11:47:18 +0900
Q: はじめまして。塾で理科系の講師をしておりますO*と申します。できれば匿名でお願いします。
光の屈折の法則を教えるとき、屈折率の異なる媒質の界面をｘ軸として、それに垂直な軸をｙ軸とし、界面に斜めに光を入射したとき「ｙ方向成分では空間の一様性が保たれないので、運動量は保存しなくなる」が、「ｘ方向成分では運動量は保存する」のでｘ方向の運動量の比からスネルの法則を導くようなことをやってみせるのですが、実は私も生徒もｙ方向は空間が不連続になるのは理解できるのですが、「ｘ方向に『空間の一様性』が保たれる」、という理屈がよくわかりません。
光のｘ方向成分でも明らかに光は別の屈折率媒体へ変わっているのにと考えたりします。
同じ理屈で空気中から水中へ斜めに弾丸を撃ち込むと、弾丸の軌跡は空気、水界面で屈折するのでしょうか？
よろしくお願い申し上げます。
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Date ： Sun, 12 Jun 2011 00:04:27 +0900
A: O様、佐藤勝昭です。メールありがとうございました。

普通は、光の屈折を電磁気学で考え、力学的には考えないので、新鮮に映りました。
まず、電磁気学ではどのように考えるかを述べましょう。（講談社：機能材料のための量子工学第4章より）
　図のように等方性媒質１から等方性媒質２に向かって，平面波の光が入射するときの反射と屈折を考えます。
両媒質は均質であり、それぞれの媒質の屈折率はn₁，n₂であるとします。
　この図では、境界面から媒質２の中に向かう法線方向をy軸にとります。光の入射面はxy面内にあるとします。
入射光と法線のなす角（入射角）をψ₀、反射光の法線となす角をψ₁、媒質２へと屈折する光の法線となす角をψ₂とします。
　入射光、反射光、屈折光の波動ベクトルをそれぞれＫ₀、Ｋ₁、Ｋ₂とすると，
各媒質内において，波動ベクトルの大きさの間に成り立つ次の関係式を得ます。
K₀＝(ω/c)n₁、K₁＝(ω/c)n₁、K₂＝(ω/c)n₂　　　（1）
境界面内(x軸上)での波動ベクトルの各成分の保存性から、x成分については
　Ｋ_0x＝Ｋ_1x＝Ｋ_2x　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）
が成り立ちます。一方、
　Ｋ_0x＝Ｋ₀sinψ₀、Ｋ_1x＝Ｋ₁sinψ₁、Ｋ_2x＝Ｋ₂sinψ₂
でなので、(2)式を使うと　ψ₁＝ψ₀　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3）
（これは、反射の法則）および
　sinψ₂／sinψ₀＝Ｋ₀/Ｋ₂ 　　　　　　　　　(4)
を得ます。　いま話を簡単にするため媒質１は真空（n₁＝１）媒体２の屈折率がn（n₂＝ｎ）であるとします。
このとき、(4)式は
　sinψ₂／sinψ₀＝1/ｎ　　　　　　　　　(5)
となります。これがスネルの法則です。
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次に、力学に翻訳しましょう。
　波の運動量Pは波動ベクトルKに(h/2π)をかけたものです。上に述べた境界での波動ベクトルのx成分の保存性(2)が、あなたのいう「ｘ方向成分では運動量は保存する」に対応します。すなわち、境界において媒質１と媒質２の境界に平行な運動量成分は保存するのです。

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Date: Tue, 14 Jun 2011 10:41:27 +0900
Q2: 佐藤勝昭先生
ご丁寧なお答え、ありがとうございました。御礼が遅くなりまして申し訳ございません。先生からご呈示いただいた図をみて、疑問が氷解しました。波動ベクトルのｘ成分は境界面上に投影されるため、媒質１，２でも変化はないが、波動ベクトルのｙ成分は媒質１，２で異なるため不連続になるということで納得いたしました。あくまで運動量にこだわるようですが、媒質１から媒質２に質量ｍの弾を撃ち込んだときに、先生の図をお借りして、媒質１での運動量をｐ₀, 速度をｖ₀、同様に媒質２でｐ₂、v₂とすると、
sinψ2／sinψ0＝ｐ₀/ｐ₂=mv₀/mv₂=v₀/v₂
媒質１を気体、または真空、媒質2を液体（例えば水）とすると一般的に
v₀＞v₂と推測されますので、ψ2＞ψ0となり、例えば空気中から水中へ弾を撃ち込むとその軌道は光とは逆に水中で界面に近い方へ「屈折」すると考えてよろしいでしょうか？生徒はなんかおかしい、といいますが。
というのも、ｘ線の波長近くでは、屈折率が１以下になることが観測されており、ドブロイ波で考えると、運動量は弾丸と同じように考えて、屈折率1以下が説明できるのですが、こういう考え方は間違いでしょうか？どうも自信がなく、よろしければご意見をお聞かせ下さい。
よろしくお願いします。
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Date: Tue, 14 Jun 2011 12:03:05 +0900
A2: O様、佐藤勝昭です。
　光波の媒質境界面での屈折と質点の運動を同じように扱うわけにいきません。確かに、光が媒体２に入ると、速度が変化しますが振動数が一定なのでエネルギーhν　が保存されます。媒体２に光の吸収があるときは、光子数が変化しますが、光子エネルギーは変わりません。
質点の運動では、媒体２に入るときに速度が変化しますと、運動量にも運動エネルギーにも変化が起きます。運動量だけで考えては間違うのではないでしょうか？
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Date: Tue, 14 Jun 2011 12:37:58 +0900
AA:佐藤勝昭先生
運動エネルギーのことを忘れていました。おっしゃるとおりです。ご丁寧にありがとうございました。
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Date: Tue, 14 Jun 2011 12:41:55 +0900
A2':O様、佐藤勝昭です。
　そもそも光では界面との相互作用を考えないのでK_{_0x}=K_2xとしましたが、質点に関しては、水分子との衝突（表面張力を含む）があるので、p_0xとp_2xは保存しません。水にトランスファーされた運動量p_waterxまで考えなければなりません。
この衝突が運動エネルギーを失う原因なのです。
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1238. 遠赤外線ロングパスフィルタ

Date ： Sat, 9 Jul 2011 10:26:49 +0900
Q: 佐藤勝昭先生、東工大Ｍ２の岡本と申します。
波長が25μmの遠赤外線を透過し、10～15μm程度以下を通さないロングパスフィルターを探しています。
低温装置の内部に組み込むため、自分で加工できるような材質のものが望ましいです。
最初、人感センサーに使われているものを取り外して使えないかと思ったのですが、私がインターネットで調べた範囲では、長波長側で再び透過率が下がるようで断念しました。
研究室にもこの分野の専門知識を持っている人がいないため、ずうずうしいとは思いながら、お聞きするしだいです。お知恵を拝借できれば幸いです。
どうぞよろしくお願い申し上げます。
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Date ： Sat, 9 Jul 2011 18:00:22 +0900
A: 岡本様、佐藤勝昭です。
　赤外の吸収スペクトルは赤外活性フォノンのいわゆるReststrahlen反射によって決まります。
25μmを通し、10-15μm以下を通さないものは、私の知る限りありません。
I.F.Silvera and G. Birnbaum: Far Infrared Spectroscopy; Appl. Optics 9, 617 (1970)によると、サファイヤは,4.2Kにおいて、28μmより長い波長を透過し、10μm～25μmを吸収するようです。（添付図１）
25μm付近だけの光が欲しいのなら、反射スペクトルを使ってはいかがでしょう。例えばCaF2(フッ化カルシウム）の場合添付図２のように反射率は、20-50μmで高く、10-20μmではゼロ、10μm以下でも5%以下です。
（工藤恵栄：分光学的性質を主とした基礎物性図表（共立出版昭和47年刊；絶版）参照

添付図１：サファイヤの透過・反射スペクトル

クリックで拡大

添付図２：フッ化カルシウムの透過・反射スペクトル

クリックで拡大

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Date ： Mon, 11 Jul 2011 14:44:44 +0900
AA: 佐藤勝昭先生、岡本です。
ご回答いただき誠にありがとうございました。
大変参考になりました。
反射スペクトルを用いた方式を検討してみたいと思います。
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1239. ソフトフォノン

1240. ゲート制御型トランジスタの特性

Date ： Sat, 16 Jul 2011 10:10:22 -0400 (EDT)
Q: 佐藤先生、Ｄ社で半導体のエンジニアをしている伊藤です。
今回で、３回目の質問になります。(#1232, #1236)
いつもありがとうございます。
現在A.S.Grove著『半導体デバイスの基礎』（邦訳版）を勉強しています。
Groveを勉強していて疑問に思ったことを質問させて下さい。
先生の手元にGroveのテキストがあることを前提に質問させて頂く、ご無礼をお許しください。

ーテキスト10章の図10.12（337頁）についてー
V_G＞０でＩＢが増加しピーク特性を示すのは、これまでの流れで理解できました。以下２点が解りません。　１．I_Bが変動しているのに、何故I_C＝一定になるのか？　２．V_G＜０でI_Bが増加しているが、これはどうしてか？テキストには「ゲート電圧が負で大きい場合のベース電流の変動は無視する」とありますが、 V_G＜０でのI_Bの増加が気になります。以上、よろしくお願いします。

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Date ： Tue, 19 Jul 2011 10:37:51 +0900 (JST)
A: 伊藤様、佐藤勝昭です。
　Gloveの教科書の第10章は、pn接合においてフィールドプレートによってゲート電圧を印加して表面空間電荷領域におけるキャリアの再結合／発生を制御するという内容で、半導体デバイスにおいて表面が非常に重要だということを認識してもらうのがねらいでしょう。
この目的には図10.11で十分だと思いますが、さらにトランジスタにおいても、再結合電流がベース電流として流れるので、表面再結合が重要だということを示しています。
　さて、お尋ねの件ですが、図10.12の出典になる論文を見ないと実験条件がわからないのでコメントがむずかしいのですが、
（１）I_Bが変動しているのに、何故I_C＝一定になるのか？
ですが、V_Gで変化するのはemitter-base間を流れる再結合電流だけなので、n+からpへの注入電流はV_BEが一定なら、I_Cは変化しないのではないかと思います。
（２）V_G＜０でI_Bが増加する理由
ですが、emitterとgateの間に流れる電流が乗っているのではないかと思いますが、原著を読まないとわかりません。
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Date ： Wed, 20 Jul 2011 05:55:45 -0400 (EDT)
AA: 佐藤先生、伊藤です。
お忙しいところ、ご回答ありがとうございました。
１については、ご教示を踏まえて、もう一度バイポーラを復習します。
２については、論文にあたって見ます。
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Date ： Sat, 13 Aug 2011 20:26:55 +0900
伊藤様、佐藤勝昭です。
　前のご質問に対して専門家である「半導体の基礎理論」（技術評論社）の著者堀田厚生先生に伺ったところ、次のように答えていただきました。

コレクタ電流が一定なのは、そのような条件で測定しているからだと思います。エミッタ電流一定で測定してもいいように思います。
ゲートに負電圧をかけるとNチャネルがゲート電極の方に伸び、エミッタ領域が広がり、注入された電子が多くなるが、その電子は表面近くに注入されるので、コレクタ電流に寄与せず、大部分がベース電流になるのでしょう。

　参考にしてください。
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1241. GaAsのAs空孔の電子描像

Date ： Fri, 12 Aug 2011 16:09:26 +0900
Q: 佐藤勝昭先生、F*大学修士1年I*と申します。アップ時は何れも匿名でお願いします。
先生のＨＰを拝見させていただいており、とても勉強になります。

Q＆A #1183（酸化物半導体～）を拝見し、質問させていただきたいと思います。
「GaAsにおいて、正電荷・負電荷が周期的に並んでおり全体としては中性」という部分です。
Ga、Asともに元々は中性ですよね？なぜ、結晶で見た時Gaが正、Asが負電荷になるのですか？（電気陰性度が関係するのでしょうか）
仮に、電気陰性度の考えが正しかった場合、As空孔があるとき、中性のAsとしてそこに結合するはずだったAsが存在していないだけで、空孔が正電荷のように振る舞うことについてイメージが浮かびません。これは間違っているのでしょうか？
もしくは、少なくともAs空孔の周りのGaが正電荷として存在しているので、結晶全体が中性を保つためには、#1183の先生のお答えのように、空孔の位置に正電荷があるかのように振る舞い、電子を束縛することにより中性を保つことができるということでしょうか？
とても混乱しています。お忙しいとは思いますがご教授お願いします。
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Date ： Fri, 12 Aug 2011 17:52:15 +0900
A: I君、佐藤勝昭です。
　実際に空孔付近の電荷分布がどうなっているのかは、見てきたわけではないので何ともいえないのですが、私は次のように考えています。

　GaAsはGaの3個の外殻電子を結合に提供し、Asは5個の外殻電子を結合に提供して、トータル8個の電子を2つの原子が共有することによって結合し、結果的にシリコンと同様に４配位の結合になっています。Gaの原子核には3個の正電荷があり、Asの原子核には5個の正電荷がありますが、電子がそのクーロンポテンシャルを遮蔽しているため、電子は結晶全体に広がっています。これで全体としての中性条件を保っています。電子分布のマップを見ると、GaとAsの間に電子分布のピークがあって、共有結合が出来ていることがわかります。

　では、ZnSではどうでしょうか、Znは2個の外殻電子をもち、硫黄は6個の外殻電子持ちます。もしZnが2個の電子を全部Sに上げれば、ZnはZn²⁺イオン、SはS^-2イオンとなってどちらも閉殻構造となり、プラス２価とマイナス２価のイオン同士がクーロン力で引き合って、イオン結合になります。図を見てもZnとSの間には、電子分布のピークが見られません。
　実際は、ZnSでもZnの2個の外殻電子とSの6個の外殻電子が共有結合を作ろうとする性質も持っているので、ZnSにおいては、イオン性が主で共有性が副になって共存しています。
　実は、化合物半導体では、程度の差こそあれ、いずれもイオン性と共有性が共存しています。GaAsおいても図の電子雲の分布を見るとGa³⁺:As^-3というほどでないにせよ、イオン性があってGaはプラスイオン、Asはマイナスイオンとして働きます。AsをNに変えてご覧なさい、GaNではイオン結晶のように分極を持ちます。

　CuInSe₂では、理論的に計算された電子分布を見るとCu-Se間には電子分布の山があって共有結合性が強く、In-Se間は電子分布の谷になっていてイオン結合性が強いというように1つの結晶で２つの結合性を持つ場合もあります。

　ここで、ご質問のGaAsにいけるAs空孔について考えましょう。共有結合のみで考えると、Ga位置においては、原子核は3+なのに4個の電子があり、Asでは原子核は5+で4個の電子があるのですが、Asがいなくなるとその位置にはあたかも共有結合電子が分布して存在することになります。これは電子をトラップした状態です。このモデルではGa空孔が出来ると、電子分布が少なくなりホールがトラップされたと考えます。
　一方、イオン結合的に考えた場合、Ga3+とAs3-が静電結合していますから＋－＋－・・となって全体の中性を保っていますが、As3-がいなくなるとあたかも空孔の位置にプラス電荷があるように振る舞い、これに周りの電子が束縛されると考えます。このモデルなら、Ga空孔が出来るとその位置にあたかもマイナス電荷があるように振る舞ってホールがトラップされることになり、理解しやすいと思います。

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Date ： Thu, 18 Aug 2011 12:04:23 +0900
AA: ご丁寧に教えていただきありがとうございました。また、お礼が大変遅くなり申し訳ございません。
今後も、HP等を参考にさせていただき、勉強していきたいと思います。ありがとうございました。
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1242. 熱間押出アルミニウムのスジ状欠陥の色の見え方

Date ： Thu, 25 Aug 2011 16:29:41 +0900
Q: 東京農工大学名誉教授
佐藤勝昭様
お世話になっております。L*社のK*と申します。（匿名希望です）
ＨＰを拝見させて頂きましてメールしました。
弊社では、アルミ（Ａ６０６３合金）の熱間押出加工を実施しておりまして、その際に、形材（例えば、幅100mm、肉厚1mmのフラットバー）の表面にベアリングストリークと呼ばれる筋状の不良が発生します。
具体的には、表面粗さ(Ra)が0～1μm程度だと黒色の光沢があり、約5μmだと白っぽい筋状の線になります。
なぜその様な色の見え方をするのか教えていただきたいと思い、ご連絡差し上げました。
何卒、ご教授の程、宜しくお願い致します。
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1243. シリコンの結晶成長の方位依存性他

1244. 金色の物理的起源への質問

Date ： Fri, 2 Sep 2011 05:55:43 +0900
Q: 元美容師で現在は違う目標（医師）ができたので勉強中のフリーターの青木といいます。
”カーボンナノチューブ”から”黒色”についての疑問より検索していて佐藤先生が書かれた『金属の色の物理的起源』にたどりつきました。
そこで質問させて頂きたいのですが、「金色の石（黄鉄鉱）の反射スペクトルの物理的起源」の文章中の
”赤から緑にかけて強い吸収帯をもたらす。吸収が非常に強いと反射率も高くなるので、金色に見えるのである”
の部分がよく理解できていません。
ひとつのグラフでは赤から緑の反射率が高いこと、もう一つのグラフでは専門用語はうっすらとしか理解できていませんが、赤から緑のなかのある部分だけ？吸収する帯があることまではたぶん理解できています。
これは”簡単に考えると表面に層のような部分があってそこでは吸収されるけど結局は反射される”というような認識でいいのでしょうか？
でもそれなら吸収が強くても弱くても反射率には関わらないような気もします（ある波長の光に増幅されたり変換されたりしない限り）。
単純にその部分の色の反射率が高いからという結論ではないのはなぜでしょう？
他のサイトを検索すると反射率＋吸収率＋（透過率）＝１００のような簡単な説明がでてきます。
”吸収が非常に強いと反射率も高くなる”の部分をもう少しくだいて説明して頂けませんか。

おそらく無知からの質問だと思いますが、お時間がある時によろしくお願いします。
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Date ： Fri, 2 Sep 2011 22:12:45 +0900
A1: 青木様、佐藤勝昭です。
　「吸収が非常に強いと反射率も高くなるので、金色に見えるのである」ということについて説明します。
一般に、屈折率n、消光係数kをもった物質に光が垂直入射したときの反射率Rは
　R={(n-1)^2+k^2}/{(n+1)^2+k^2}　　　　(1)
で表されます。
消光係数kは光の吸収を表す光学定数です。吸収係数αと消光係数kの間には
　α=4πk/λ
の関係があります。ここにλは光の波長です。
式(1)において、吸収が非常に強く消光係数kがnより十分大きいと式(1)の分子、分母ともk^2に近づくのでRは1（つまり100%反射)に近づきます。
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以下では、数式を使って式(1)を導きますが、電磁気学に慣れていないと難しいので、「なにかわからんが、根拠があるのだな」と読み飛ばしていただいて結構です。
　反射の現象は、界面での境界条件で決まります。光は電磁波です。光の電界に対する反射率をr、透過率をtとすると、r+t=1です。電気工学においては、電源と負荷の間のインピーダンスが異なると反射がおきます。電源のインピーダンスZ0、負荷のインピーダンスZとすると、電界に対する反射率は
　r=(Z-Z0)/(Z+Z0)
であらわされます。このrは一般に複素数です。rの絶対値の二乗が電力の反射率Rです。
　R=|r|^2
光は電磁波ですから、同じことが成立し、空間の比誘電率を1、物質の比誘電率εとすると、電界に対する反射率は
　r=(√ε-1)/(√ε+1)　　　　(2)
電磁気学の基本方程式であるマクスウェルの方程式によって、ε=(n+ik)^2で表されます。これを式(2)に代入すると、光の電界に対する振幅反射率rは
　r=(n+ik-1)/(n-ik+1)={(n-1)+ik}/{(n+1)+ik}　　　(3)
となります。
光の強度（パワー）の反射率Rは、電気回路の場合と同様に
　R=|r|^2={(n-1)^2+k^2}/{(n+1)^2+k^2}　
　　　　　となって、式(1)が導かれました。
なお、界面における光の電界の振幅透過率tはrを使って、
　t=1-r=2/{n+1+ik}
光強度の透過率Tは
　T=|t|^2=4/{(n+1)^2+k^2}　　　　　　　　　　(4)
で表されます。これはあくまで界面での話です。
実際に、物質の厚みをdとすると、物質を透過する透過率T'は
　T'=T×exp(-αd)=T×exp(-4πkd/λ)　　　　　(5)
---------------------------------------------------------
もし吸収が弱いとき、k→0としてみましょう。式(1)より反射率は
　R=(n-1)^2/(n+1)^2
透過率は式(5)より
　T=4/(n+1)^2
となります。
例えばガラスではn=1.5なので、R=0.04 (=4%), T=4/6.25=64%
となります。
いっぽう、n=1.5,k=4としましょう。
　R=(0.5^2+4^2)/(2.5^2+4^2}=16.25/22.25=73%
となります。
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Date ： Sat, 3 Sep 2011 02:08:29 +0900
Q2: とてもご丁寧にありがとうございます。一度「なるほど！」となりかけたのですが、またこんがらがりました。
先生のQ&Aの18. 水分を含んだ物質の分光測定に
”「一般に、試料に光があたった場合、その照射された光は、透過光、反射光、吸収される光、にわけられる。」の通りです。従って吸光度をA、透過率をT、反射率をRとすると、A＋T＋R = 1と表されます。
　もし、すべて吸収されてしまって透過光がないような場合はT=0なので、A=1-Rです。一方、もし、吸収が非常に少ない物質の場合はA=0なのでT=1-Rです。”
と先ほど頂いたメールのｒ＋ｔ=1はたぶん同じだと思うのですが
そうすると吸光度が０であると仮定したのに吸光度ｋを式に当てはめるのは矛盾しないですか？
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Date ： Sat, 3 Sep 2011 08:02:52 +0900
A2: 青木様、佐藤勝昭です。
　混乱を招いていますが、界面を透過するときの透過率T=|t|^2と物質を透過する透過率T'は異なります。
界面においてはr+t=1です。物質を透過するとその後の透過率T'は界面の透過率に減衰を表すexp(-4πkd/λ)をかけたものになっています。
吸収量A=T×{1-exp(-4πkd/λ)}
です。ここまで考えると、R+T'+A=1となります。
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Date ： Sat, 3 Sep 2011 09:26:52 +0900
AA: なるほど！やっと得心がいきました！
ほんとうにありがとうございました。
土曜日の朝っぱらからお手を煩わせてすみません。
青木
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1245. 白金(Pt)の電気抵抗の低温における温度依存性

Date ： Tue, 20 Sep 2011 11:20:48 +0900
Q: 佐藤先生
はじめまして、R社のM**と申します。
HPを拝見して質問させていただいています。
このたび白金測温抵抗体を使った温度測定について調べておりまして、 JISによると白金の電気抵抗が温度の二次式で近似的に変化するということを知りました。
そこでなぜ二次式で近似できるのかというのを固体物性の本で調べたところ、 1次項については格子振動によるものでデバイ温度以上ではアインシュタイン・モデルで説明でき、定数項については温度に依存しない不純物等による抵抗によるものと理解したのですが、 2次項のメカニズムができていません。
この2次項の導出・メカニズムについてご教授いただけないでしょうか。
よろしくお願いいたします。
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Date ： Wed, 21 Sep 2011 00:43:26 +0900
A1:M様、佐藤勝昭です。
　たしかに、固体物理の教科書には、マチーセンの法則
ρ=ρi+ρL　（ρi:不純物による抵抗率、ρL：格子振動による抵抗率）
が載っており、ρiは定数、ρLは高温では温度Tに対し1次であると書かれていますが、
低温での式は書いてありません。
　ρ(T)-ρ(0)は一般化したブロッホ・グリュナイゼンの式（添付）で表されます。

1246. 円偏光板の順序

1247. GaAsのドーパント

1248. 複素透磁率の虚数部のイメージ

Date ： Tue, 18 Oct 2011 13:16:37 +0900
Q: 佐藤先生、Ｆ＊社のＫ＊と申します。
・・・Ｗｅｂアップ時は社名・氏名ともに匿名でお願いします。
物性なんでもＱ＆ＡのＨＰを拝見し、メールさせて頂きました。

複素透磁率について質問させてください。
実数項は、いわゆる比透磁率であることは理解していますし、比透磁率の考え方、イメージ、磁気回路などにおける実務的な扱い方は広く認知されていると思います。
一方、虚数項については磁気損失にかかわる部分という認知はされているものの、実務的な扱い方としてはtanδ＝虚数項／実数項として広く認知されているだけで、どのようなイメージで磁気の損失と結びつくのか、実数項との相関はどうなのか、ということについて、教科書にもＷｅｂにも明快な（明確な）説明がなされていないように思います。
私自身も十分に理解できていない一人です。
以前から何かの機会あるごとに気になっていたのですが、喉元過ぎればと言われる如く、ついつい正しく理解しないまま現在に至っております。
少なくともイメージとして（定性的に）理解したいと思っています。適切なコメントあるいは参考文献を教えて頂けると幸いです。
ご多忙とは存じますが、よろしくお願い致します。
以上です。
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Date ： Tue, 18 Oct 2011 20:54:39 +0900

A: K様、佐藤勝昭です。
　複素比透磁率における実数部μ'と虚数部μ"の関係は、複素比誘電率における実数部ε'と虚数部ε"の関係と同様に、クラマースクローニヒの関係式で結びついています。
　比透磁率を角振動数ωに対してプロットすると、実数部μ'が急に落ちてゼロを切るところで、虚数部μ"はピークとなります。
力学的な系のアナロジーでいえば、振り子を強制振動させたとき、振り子の共振周波数以上になるとついて行けなくなりますが、その周波数で損失もピークになるのと同じです。

添付図は共立物性物理学講座６「物質の磁性」（昭和33年）の第4章4.11節「動的磁化過程」の図4.88、図4.89、図4.90です。
図4.88,4.89は、磁壁の共鳴の際の透磁率の実数部と虚数部のスペクトルを表しています。また、図4.90はフェライトの透磁率の周波数特性で、Snoekの自然共鳴として説明されています。
　この書物は今では絶版ですが、大学の図書館にはあると思いますので、お読みください。
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Date ： Wed, 19 Oct 2011 16:30:39 +0900
AA: 佐藤先生
Ｆ社のＫです。
この度は、ご丁寧なご回答を頂き、ありがとうございます。
頂きました資料等を熟読・理解し、あらためて質問させて頂きたく思います。

今後ともよろしくお願いします。
ありがとうございました。
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1249. 炭素を用いたGa₂O₃中のEuの還元について

1250. PMMAの斜め入射反射率

Date ： Sat, 5 Nov 2011 10:26:48 +0900
Q: 佐藤勝昭様
初めまして酒井と言います。
　早速ですが、透明アクリル板（PMMA)には界面反射が有る訳ですが、入射角による光の反射率を教えて頂けませんか。
垂直入射から水平に至るまで、90度有りますが界面反射率がどのように変化していくのか知りたいのです。
例えばレーザー光の入射角が水平に近い89度の場合、80度、70度、60度～10度、垂直（0度）、媒質が透明アクリル板5tとして教えて頂けませんか？
出来ればグラフで表現頂ければ幸いです。ご多忙中、恐縮ですがお願い申し上げます。
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Date ： Sun, 6 Nov 2011 01:42:21 +0900
A: 酒井様、佐藤勝昭です。
　斜め入射の反射率は、p偏光(電界ベクトルが入射面内で振動)とs偏光(電界ベクトルが入射面に垂直に振動)とで異なります。
屈折率nの透明物質のp偏光反射率Rp、s偏光反射率Rsは、入射角をθとして次式で表されます。

Rp=|{n² cosθ - (n² - (sinθ)²)^1/2}/{n² cosθ + (n² - (sinθ)²)^1/2}|²
Rs=|{cosθ - (n² - (sinθ)²)^1/2}/{cosθ + (n² - (sinθ)²)^1/2}|²
　
　　　 PMMAの屈折率n=1.49を代入すると

入射角θ	Rp(%)	Rs(%)
0	3.87	3.87
5	3.83	3.91
10	3.71	4.03
15	3.51	4.25
20	3.23	4.56
25	2.87	5.01
30	2.44	5.61
35	1.93	6.42
40	1.37	7.51
45	0.80	8.96
50	0.30	10.94
55	0.01	13.62
60	0.19	17.31
65	1.33	22.41
70	4.29	29.53
75	10.73	39.49
80	23.73	53.45
85	49.36	72.95
89	86.87	93.86
90	99.96	99.98

となっています。
(π=3.1415で計算したため若干の誤差があります）

グラフを添付します。
なお、厚さが4tということで、裏面からの反射も無視できないはずですが、ここでは、簡単のために、厚みが十分厚いとして裏面の反射を無視しています。
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Date ： Sun, 6 Nov 2011 09:48:20 +0900
Q2: 佐藤勝昭様
早速のご回答有り難うございます。
またご回答頂きました事に、大変感謝致します。
　概ね界面反射がどの様に反射するのか良く解りました。
文面の中で（厚さが4tということで、裏面からの反射も無視できないはずですが、）と書かれておりますが、裏面の界面反射も有ると言う事で反射率がプラスアルファに成ると理解すれば宜しいか？
　もう一点疑問があります,例えば入射角７０°でPMMA内に屈折した光が入ったとします。
この場合PMMAの裏面側では臨界角を超えているので、PMMA内で全反射して屈折光（p偏光／s偏光）１００％が入射面から飛び出ると考えますが間違っておりますか？
恐縮ですが、ご教授お願いいたします。
　　　　　　　　　酒井　善弘
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Date ： Sun, 6 Nov 2011 10:58:40 +0900
A2: 酒井様、佐藤勝昭です。
１）裏面反射の問題
　裏面の反射がある場合、一般にはそれが付け加わると考えられます。
しかし、レーザのように可干渉の光の場合、光路長によっては、表面反射光と、裏面からの反射光とが、強め合う場合と、弱め合う場合があるので、単純ではありません。
斜め入射でレーザスポットが小さい場合は、重なり合わないのでこの心配はありませんが・・。
２）臨界角の問題
　第１の界面を通り抜けたのであれば、臨界角以下と考えられますから、第２の界面も通り抜けるはずです。
なぜなら、スネルの法則により、PMMA内に入った光の出射角は、sinθ2=(1/n)sinθ＝0 .6307
θ2=39.10°となります。この角度であれば、PMMAから空気中には十分通り抜けるはずです。
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Date ： Sun, 6 Nov 2011 11:37:53 +0900
Q3: 佐藤勝昭様
ありがとうございます。
θ2=39.10°では臨界角以内で通り抜ける説明有り難うございます。
例えばθ2=約４２°以上になれば臨界角を超える為、全反射すると理解すればよいでしょうか？
何回も申し訳ありません。
お手空きの時で結構ですので、ご教授お願いします。
　　　　　　　　　　　　　　酒井　善弘
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Date ： Sun, 6 Nov 2011 12:15:09 +0900
A3: 酒井様、佐藤勝昭です。
　そもそもPMMA内部への出射角θ2が臨界角θcを超えるような光を入射できません。
なぜなら、臨界角θcは、空気側の入射角θが90°になるように定義されていますから、
90°を超えた入射角がない限り（それはあり得ません）θ2>θcにならないのです。
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Date ： Sun, 6 Nov 2011 21:42:45 +0900
AA: 佐藤勝昭様
ご回答ありがとうございました。
ご回答頂いた内容を良く理解し、今後の仕事に役立てて参ります。
このたびは大変勉強になり、お礼申し上げます。
　　　　　　　　　　　　　　　　不備
酒井　善弘　
　　　　　　　　　 -------------------------------------------------------------------------------

1251. 炭素が蒸気に侵される訳

1252. 金属とセラミックスの光反射特性の違い

Date ： Wed, 9 Nov 2011 19:59:00 +0900
Q: 佐藤　勝昭様
大阪大学大学院博士前期課程２年の片山と申します。
私は光反射関連の研究をしており、貴ホームページは材料物性について大変分かりやすく説明がなされており、参考にさせて頂いております。
ホームページを拝見させて頂く中で疑問に思うことがありましたので、佐藤先生の御見解を頂ければ幸いです。
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「物性なんでもQ＆A」の質問・回答の中に『白金黒は粒子が複雑な形状をしており、白金黒に入射した光は多重反射されて光反射率が低くなり、黒く見えるという』というような内容の記述がありました。
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このことに関しての質問があります。
この複雑な形状を持った物質が、例えばガラスなどの光吸収係数が低い物質であった場合も複雑な形状は光反射率が低くなる方へ寄与するのでしょうか？
複雑な形状であれば光が多重反射されて光反射率が低くなる気がするのですが、一方で粒界が増えて光がバルクに侵入しにくくなり、反射率が高くなることも考えられます。
また、表面形状と光反射特性について書かれた文献がありましたら、ご教授頂ければ幸いです。
御多用中とは存じますが、どうぞ宜しくお願い致します。
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Date ： Thu, 10 Nov 2011 01:11:09 +0900
A: 片山君、佐藤勝昭です。
　メール有り難う。「この複雑な形状を持った物質が、例えばガラスなどの光吸収係数が低い物質であった場合も複雑な形状は光反射率が低くなる方へ寄与するのでしょうか？」ですが、透明物質の場合、吸収が弱いので、散乱光は全部出てきてしまい白くなります。色ガラスのように特定の波長に吸収帯があると、吸収される波長帯の補色が散乱光として見られるはずです。このことを明示的に書いた文献は知りませんが、光学関係者は自明のことと考えているのではないでしょうか。
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Date ： Thu, 10 Nov 2011 12:11:10 +0900
Q2: 佐藤　勝昭様
迅速な御対応に感謝致します。
お返事の中にまだ少し納得できない部分がありましたので質問させて下さい。

例えば色ガラスを用いて白金黒のような光を多重反射する構造を持つ粒子の粉末が得られたとします。
この粉末は、『多重反射する粒子と同じ表面積をもつ色ガラスの球体の粉末』と比較して色に関係する特定の波長における光吸収率が見かけ上高くなり、球体粉末を用いた場合よりも色が濃く見えるのでしょうか？
それとも光の経路に対して界面が多数導入され、粉末表面層で光が散乱されやすくなり、光吸収率が減少する方へ作用し、球体粉末と比べて色が薄く見えるのでしょうか？
最初の質問と同様な質問になってしまうかもしれませんが、どうぞ宜しくお願い致します。
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Date ： Thu, 10 Nov 2011 14:30:56 +0900
A2: 片山君、佐藤勝昭です。
　一般に黒くなるのは光が返ってこなくなる構造をもつ場合です。
　たとえば、直径が20nmで高さが500nmの円錐状のピラーを40nm周期で多数並べたたシリコン構造は真っ黒になります。シリコンのバンドギャップより高い光子エネルギーをもつ光が入射すると、光は各ピラーの円錐壁にあたり、一部は吸収され、下方に反射され、再び他の円錐壁で反射され奥へと進み、何回かの反射の繰り返しののち、ついにすべて吸収されてしまい、光は戻ってきません。白金黒も同様の円錐状のでこぼこ構造になっていると考えられます。

　食塩の単結晶は無色透明です。食塩をすりつぶして粉末にした場合、白くなりますが
、これは、添付図（拙著：理科力を鍛えるＱ＆Ａ p123）に示すように、繰り返し反射・屈折・透過を受け、すべての波長の光が散乱されて目に入るので白く見えるのです。食塩の粉末粒子が、たとえ、白金黒のような形状であったとしても散乱光は白いでしょう。
　色ガラスについて、考えてみましょう。赤い色ガラスは、緑・青の波長の光を吸収し、赤を透過します。このガラスを粉にしても赤く見えます。吸収帯の光は繰り返し反射・透過によって強度を失い、赤のみが散乱されてくるので、純度の高い赤になります。もし、粉末が白金黒のような複雑な形状をもつと、さらに吸収帯の吸収が強くなり、いっそう純度の高い赤になるでしょう。色は濃くなったように感じるはずです。
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Date ： Fri, 11 Nov 2011 19:58:36 +0900
Q3: 東京農工大学佐藤　勝昭様
返信が遅くなり申し訳ありません。
先生のお返事の中に一つ確かめたいことがあり、確認作業をしておりました。
御多用中の中、一介の学生のためにお時間を下さり誠に感謝致します。

物質毎に光吸収の特性を例示して下さり、大変分かりやすかったです。
私も金属や半導体の凹凸形状が光吸収効率を上昇させる文献に目を通したことがあります。
ただ、光を透過させるような物質に対して凹凸形状と光吸収について書かれている文献を見たことがなく、疑問に思いこの度質問させて頂きました次第です。
物質によらずナノスケールのピラーのような構造を持つ場合には光吸収作用が高まる方へ作用することが分かりました。

確認していたのは、色ガラスを粉砕してもその色に見える点についてです。
例えビール瓶のような黒いガラスでも粉砕すれば光のガラス中での光路が短くなり、粒径が小さくなるに従って白い粉末になると考えていました。
そこで確認するために、栄養剤のガラスを粉砕して写真に撮りました。
粗粉砕の状態では黄色の着色をしていましたが、さらに細かく粉砕するに従って青白くなってきました。
粒径によって色の変化する理由は私の予想で合っているでしょうか？

どうぞよろしくお願い致します。
大阪大学　片山陽平
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Date ： Sat, 12 Nov 2011 09:55:52 +0900
A3: 片山陽平君、佐藤勝昭です。

　あなたの探求心はすばらしいと思います。写真は説得力がありますね。
　粒子が細かく複雑な形状を持たない場合、あなたの言うとおり微粒子を透過するとき光はわずかしか吸収を受けずに透過して、他の粒子で散乱されて、目に入るので白っぽくなると思います。
　褐色の瓶のガラスはFe³⁺の配位子場遷移⁶A₁->⁴T₁,⁴T₂による吸収帯が原因で青が吸収され褐色に着色していると考えられます。
この遷移はd-d遷移なので基本的に吸収が弱いので、微粒子では綠から青が透過しかつ、レーリー散乱によって短波長の散乱が強くなるので、粉末が緑色→青色になったと考えられます。
　添付は、オリーブ油の瓶につかうガラスのスペクトルです。
参考にしてください。
http://www.aromadictionary.com/EVOO_blog/?p=357による。
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Date ： Sun, 13 Nov 2011 17:00:29 +0900
AA: 東京農工大学
佐藤　勝昭様
ご返事ありがとうございます。
ガラスをただ粉砕するだけの簡単な実験の中にも、様々な物理的現象が起こっていることに驚きました。
リンク先を拝見させて頂きましたが、確かに紫外付近での吸収が強く、恐らく今回使用した瓶においても青が吸収されていることが分かりました。
度々の御質問失礼しました。
懇切丁寧にご回答下さり誠に感謝致します。
私は以前固体物理が嫌いでしたが、先生のホームページに出会って以来、知的好奇心を刺激されてもっと勉強したいと思うようになりました。
また機会があれば御質問させて頂きますので、御対応頂ければ幸いです。
先生のさらなるご活躍を願っております。
大阪大学　片山陽平
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1253. 比誘電率の小さな物質

1254. 単層カーボンナノチューブの磁気光学特性

Date ： Tue, 29 Nov 2011 16:36:40 +0900

Q: 佐藤　勝昭様、HPを拝見させていただきました。
私C*大学修士2年のI*と申します。匿名希望で御願い致します。
私は現在、単層カーボンナノチューブの磁気光学特性について学んでいます。
励起子発光について質問させていただきます。
単層カーボンナノチューブにレーザーと磁場を印加する事で、フォトルミネッセンスを観測する、という京都大学の論文を読んでいるのですが、brightとdarkにPLピークが分裂するという結果になっています。
何故そうなるのか、という原理が理解できませんでした。
是非御教授御願い致します。
御忙しい中大変申し訳ありません。
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Date ： Tue, 29 Nov 2011 20:18:14 +0900
A: I君、佐藤勝昭です。
　メールありがとう。私は、CNTの専門家ではないので、光学の立場からお答えします。
この論文の最初のパラグラフの7行目以降に、２つの縮退したKバレーとK'バレーにおいて励起子の多重項が存在し、奇パリティ、角運動量ゼロの1重項励起子が基底状態に光学遷移するときは許容遷移となって発光は明るいが、その他の場合は、禁止遷移となって発光は暗いと書かれています。
　文献[9,10]を読まないとわかりませんが、1重項というのは１つのスピンが↑でもう1つのスピンが↓のためにS=０になっている状態です。（全スピンS=0なので、磁界を印加してもこの状態は分裂しません。）
　基底状態は、丸い状態（偶パリティ）で角運動量はゼロでしょうから、奇パリティをもつ電気双極子qrによる光学遷移は∫ψ(励起状態)*×qr×ψ(基底状態)drは、奇×奇 ×偶＝偶を全空間で積分するので、ゼロになりません。一方、励起状態が偶パリティであれば、偶×奇×偶＝奇を全空間で積分するとゼロになってしまいますから、発光は暗いはずです。
　SWCNTの場合、磁界をかけたとき、磁界がCNT筒を貫くと、励起子を構成する電子やホールの波動関数の位相に影響を与え、アハラノフボーム(AB)効果が現れるというのです。特に光の進行方向に垂直に磁界を加えた場合（フォークト配置）では、元々同じエネルギー位置に縮退してしていたはずの暗い遷移（禁止遷移）が、上記の一重項による許容遷移より低エネルギー側に現れるというのです。実は、ゼロ磁界でも完全には縮退せず結合軌道と反結合軌道のエネルギー差Δbdだけ低いエネルギー位置におりますが、発光は弱いので図２のH=0では見えていませんね。磁界を加えると、アハラノフボーム効果によって式(2)で表されるエネルギーだけ下に暗い励起子発光が現れ、さらに、磁界とともに奇パリティの状態が偶パリティの状態に混じってくるため、発光強度が増えるのです。これが図２(a)でH=7Tで元々弱かったはずの励起子発光が強く観測される理由です。
　AB効果によって分裂Δbd(B)が(2)式で増加する理由は、文献[17]に書いてあるはずです。
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Date ： Wed, 30 Nov 2011 17:10:22 +0900
Q2: 佐藤　勝昭様。
迅速な対応ありがとうございます。
スピンに関するお話、非常に分かりやすかったです。ありがとうございました。
Kバレー、K'バレーの違いが曖昧なのですが、波動関数の位相が180°ズレているという認識でよろしいのでしょうか？
文献に関しては私の方で読んで理解しようと思います。
返信ありがとうございます。
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A2: I君、佐藤勝昭です。
　添付の論文のp2,line18によれば、K点とK'点は時間反転変換によって結びついていると書かれています。
量子系の運動は, 本質的に複素量に関する「運動方程式」であるシュレディンガー方程式に従いますが、
スピンを持たない粒子系に関してはその波動関数の複素共役をとることで、「時間反転対称操作」は与えられます。
（あなたの言うように波動関数の位相の反転と見てもよいでしょう）
　磁場の存在はこの時間反転対称性を破ります。
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Date ： Fri, 02 Dec 2011 14:42:35 +0900
AA: 佐藤勝昭様、C大学Iです。（匿名で御願い致します。）
度々ありがとうございます。
非常に分かりやすかったです！
ありがとうございました。
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1255. 赤外透過光学材料

1256. 光生成したキャリアの計測が太陽電池設計に役立つ理由

1257. ガリウム金属の保存

1258. 銅とエポキシの比誘電率と比透磁率

Date ： Sat, 7 Jan 2012 15:54:51 +0900
Q1: 初めまして、S*大学機械科４年生Y*と申します。
WEB上では匿名でお願いします。

HPを拝見させていただきまして、佐藤様なら、知識不足のわたしにも呆れることなく回答していただけるかと思いメールを送らせていただきました。

電磁波解析を行う上で、銅粒子とエポキシ樹脂の比誘電率・比透磁率を入力する必要があるのですが、どんな値を入力したらいいのかが分かりません。
銅の比透磁率やエポキシの誘電率はネットでもでてきますが。
金属は形状などに左右され、一義的ではないのはわかりますが、上の４つの値はだいたいどれくらいの値が一般的なのでしょうか。
また、その理由も簡単に教えてください。

担当教授や周りの方に聞いても納得が得られる返答はいただけませんでした。

何卒ご返答よろしくお願いします。
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Date ： Sun, 8 Jan 2012 00:29:09 +0900
A1: Y君、佐藤勝昭です。
　機械科で電磁界解析をしておられるのですか。電磁気の基礎がないと大変ですね。
お尋ねの比誘電率、比透磁率ですが、正確にはお使いになる周波数で異なります。（これを周波数分散といいます。）
金属の比誘電率の実数部ε'は負です。これは自由電子のプラズマ振動によるDrude則に従います。
　ε'(ω)=ε_∞-ωp²/(ω²+γ²)
一方虚数部ε"は次式で表されます。　ε"(ω)=ωp² ・γ/ω(ω²+γ²)
ここにγは、電子の散乱の緩和時間をτとするとγ=1/τで与えられ、電子のプラズマ振動のダンピングを表す定数です。
ε_∞は金属のフェルミ準位以下の満ちたバンドからフェルミ準位の上の空いたバンドへの光学遷移に基づく比誘電率ですがこれを定数で近似することには問題があります。。
　銅の、Landolt Boernstein New Ser. III 15 bによれば(h/2π)ωp～8.7eV, (h/2π)γ～0.2eVですが、ε_∞の記述はありません。
実験データとしては、この書物に下記の値が載っています。

(h/2π)ω [eV]	f[THz]	ε'	ε"
0.002	0.484	測定不能	613000
0.005	1.209	-13700	159000
0.010	2.418	-10600	79200
0.050	12.090	- 6740	13000
0.100	24.179	- 308	4250

------------------------------------------
　銅の磁性は反磁性です。銅の磁化率は
物理データ事典（朝倉）によれば、-0.86×10^-6 cm3/gです。
これに密度8.93 g/cm3をかけるとvolumetricな磁化率は
χv=-7.6×10^-6 [無名数]
従ってμは１より小さいです。
銅の比透磁率は、従って
　μ'=1-0.0000076=0.9999924
です。μ'=1としてよいでしょう。
銅の磁化率の周波数依存性は見当たりません。
=============================
　エポキシに関しては
Dielectric Properties of Epoxy Nanocomposites;IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation Vol. 15, No. 1; February 2008
（pdfファイル）
という文献が役に立ちます。これにはTiO2, ZnO and Al2O3微粒子を分散させたものおよび無添加のエポキシの比誘電率の実数部の周波数依存性が出ています。
　グラフから読み取った無添加のエポキシの比誘電率の実数部は

周波数[Hz]	ε'
10^3	4.4
10^4	4.25
10^5	3.9
10^6	3.7

虚数部ε"は0とおいて差し支えないでしょう
-----------------------------------------------------
エポキシの磁化率は, 特許にのっており、反磁性であり、
　χ=-1.478×10^-6 [cm3/g]
密度は1.85なので, volumetricな磁化率は
　χv=-2.6×10^-6
従って
　μ'=1-2.6×10^-6=0.9999974
なので、これもμ'=1としてよいでしょう。
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Date ： Sun, 8 Jan 2012 13:52:03 +0900
Q2: 佐藤様、信州大学　Yです。
素早く丁寧な解説をしていただきありがとうございました。
ようやく理解することが出来ました。
また、あと２点ほど質問させていただいてもよろしいでしょうか。
佐藤様に教えていただいた銅の比誘電率は粒子の場合の話になると思うのですが、これが銅板になると比誘電率は大きく変わってくるのでしょうか。
あともう１つは、電磁波を物に透過させることで電場の値が小さくなるということは、電磁波を遮蔽している、という考えは適切なのでしょうか。
佐藤様は忙しいと思うのですが、他に頼れる人もいないので、お聞きしてしまいました。
何卒ご回答のほどお願い致します。
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Date ： Sun, 8 Jan 2012 15:18:31 +0900
A2: Y君．佐藤勝昭です。
(1)比誘電率は物質固有の量なので、板であろうが粒子であろうが変わりません。
もっとも微粒子では、表面が酸化していることでバルクの値と変わることがあります。
(2)物質を透過した電磁波の電界や磁界が反射や吸収によって減衰するなら遮蔽されたと言えるでしょう。
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Date ： Sun, 8 Jan 2012 21:31:39 +0900
AA: 佐藤様
S大学Yです。
丁寧な解説をしていただきありがとうございました。
これで卒業研究も進みます。
また何か分からないことがあったらお聞きしてしまうかもしれませんが、その際はよろしくお願いします。
本当にありがとうございました。
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1259. 銀鏡反応で作製した銀ミラーの裏表の色の違い

1260. カーボンブラックの金属不純物除去

1261. 電荷移動型吸収におけるバンドギャップの求め方

1262. PZTのMPB(相境界)の結晶構造と物性

Date ： Sun, 12 Feb 2012 18:32:01 +0900
Q: 佐藤勝昭様
「物性なんでもQ＆A」のHPでいつも勉強させていただいております。
Ｋ＊＊大学学部4年生で、強誘電体材料勉強しているＹ＊と申します。
（webにupする際は匿名でお願いします）
物性なんでもQ&AのHPを見て質問させていただきます。

PZTのMPB組成に関する質問です。
①結晶系に関する質問
MPB組成における結晶系を正方晶と菱面体晶の混晶であると考える場合と単斜晶であると考える場合で、MPB組成におけるPZTの特性を議論する上での差はあるのでしょうか？

②特性に関する質問
MPB組成でなぜ電気特性(残留分極、誘電率、圧電特性)が最大値になるのか教えてください。
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Date ： Sun, 12 Feb 2012 21:32:10 +0900
A: Ｙ君、佐藤勝昭です。
　私は、1964-1966年頃（大学院修士課程時代）に強誘電体を研究していた経験がありますが、MPBについては1971年のJaffeの教科書で初めて出てきたので、私はすでにNHK 技研で磁性体を研究していたため、ちゃんとフォローしていません。MPBにおいて何が起きているかは、学部４年生には、難しすぎる内容ですね。卒論生は、知らないのは当たり前ですから、指導教員や大学院の先輩にバンバン聞きましょう。
また、ギョーカイ語の解説については、http://www.geocities.jp/kusumotokeiji/yougo.htm のサイトを参考にしてください。
　さて、ご質問①の相境界(MPB)付近の結晶構造についてですが、添付の論文(B. Nobeda et al., in Proc. workshop on Fundamental Physics of Ferroelectrics, 2000)を読んでいただきたいと存じます。
この論文によれば、MPB付近では正方晶相、菱面体晶相とも純粋の単一相ではなく、局所的な結晶構造は変形を受けて、単斜晶的になっており、全体が単斜晶相になるための前駆体となっていると言うのです。
このようなことは、大変高品質の単結晶において突き止められたものですから、普通のセラミクスのような多結晶体では、混相状態が現れて、単斜相ははっきりしません。単斜相を取り出して物性値をきちんと測定すれば、正方晶相、菱面体晶相の混相との物性の違いははっきりするのでしょうが、今のところ、そのような研究はなさそうですね。
　ご質問②ですが、そもそもMPBで誘電率、圧電係数が最大値になるということは、実験から得られた経験則なのです。
なぜ最大値をとるかという理由は、おそらくご質問①と関係しているのではないかと思われます。そもそも変位型の強誘電体の強誘電相は、対称性が低くなったことによって生じています。相境界付近の結晶相が局所的に、より低対称になっていることが、誘電率や圧電係数を大きくしているのではないかと推察します。
以上は、あくまで、私の推察に過ぎません。あなたの指導教員なら、もっと最近の進展をご存じかもしれません。
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Date ： Sun, 12 Feb 2012 23:01:50 +0900
AA: 佐藤勝昭先生、MPB組成について質問させていただいたY*です。
早速の返信ありがとうございます。
MPB付近の結晶構造に関する論文をありがとうございます。
自分では見つけられなかったのでとてもうれしいです。
また、特性についても分かりやすい説明をありがとうございました。
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1263. 縮退半導体は光るか

Date ： Sat, 17 Mar 2012 23:40:52 +0900
Q: 佐藤勝昭様
初めてメールいたします。A社Ｏと申します。webへアップの場合、匿名を希望します。
物性なんでもQ＆AのHPを拝見し、お伺いしたいことがありメールいたしました。
縮退半導体についてです。
縮退半導体を光励起した場合、一般的には発光は観測されないものなのでしょうか？
例えば、縮退していない状態では、光励起による発光が観測される物質が、縮退することで発光がなくなるというようなことはあるのでしょうか？
縮退半導体を光励起した際の電子の振る舞いのイメージがわかりません。
曖昧な質問で恐縮ですが、アドバイスいただければ幸いです。
以上、よろしくお願いいたします
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Date ： Sun, 18 Mar 2012 21:17:41 +0900
A: Ｏ様、佐藤勝昭です。
　縮退半導体の縮退とは、必ずしもフェルミ準位が伝導帯の中にある必要はありません。フェルミ分布
　　　　f(E)=1/{1+exp((Ef-E)/kT)}
の分母の1が無視できない場合を言うのです。
（私の論文　 K. Sato et al.: Effect of Fermi Level Motion on the Optical, ESR and Transport Properties of CuInSe2; Jpn. J. Appl. Phys. 35, Part 1, [4] (1996) 2061-2067　のFig.3(c)のケースがそれにあたります。）
　さて、お尋ねの「縮退半導体はフォトルミを示すか」ですが、縮退半導体は、電気的には金属的ですが、光学的には半導体です。
光吸収の始まるエネルギー(光学吸収端)が非縮退の場合より高くなります。これをバーステイン・モスシフトといいます。この場合にもEg からEfの幅の広いフォトルミネッセンスが観測されています。
くわしくは、添付の宮崎大学の碇（いかり）教授の解説およびその引用文献をお読み下さい。
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Date ： Sun, 18 Mar 2012 21:40:35 +0900
AA: 佐藤勝昭様、Ｏです。
ご返信ありがとうございます。
非常に参考になりました。頂いた文献をもと縮退半導体についての知識を深めたいと思います。
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Date ： Sun, 18 Mar 2012 22:25:35 +0900
A': Ｏ様、佐藤勝昭です。
「縮退していない状態では、光励起による発光が観測される物質が、縮退することで発光がなくなるというようなことはあるのでしょうか？」というご質問にお答えしていませんでしたね。たしかに発光はなくなりませんが、発光はかなり弱くなるようです。
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Date ： Wed, 21 Mar 2012 20:59:38 +0900
Q2:佐藤勝昭様、Ｏです。
追加でのご回答ありがとうございます。
恐縮ですが、発光が弱くなるということに関して、また質問させてください。
まず、私は、光励起をすると、光があたったすべての電子が励起状態に遷移するという認識を持っています。（これが間違いかもしれませんが）
価電子帯から、バンドギャップ内の発光準位に電子が励起され、価電子帯に落ちるという発光機構を考えますと縮退してすでにその発光準位に電子が占められていようと、光励起の際に、発光準位の電子は上の準位へ、価電子帯の電子は発光準位へと繰り上がって遷移し、縮退していない状態（発光準位が元から占められていない）と同様の発光強度が観測されるのでは？と考えています。
もしかしたら、とても幼稚な質問なのかも知れませんが何かお教えいただければと思います。
以上、よろしくお願いいたします。
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Date ： Wed, 21 Mar 2012 21:43:11 +0900
A2: 様、佐藤勝昭です。
　いま、n型縮退半導体の場合を考えますと、価電子帯の電子が伝導帯に励起されて価電子帯にできたホールを不純物準位の電子が埋めてしまうと考えられます。この再結合は、不純物中心付近で局所的に起きますからバンド間遷移ではありません。配位座標モデルが適用され、非発光再結合することが多いのです。ホールが不純物準位の電子で埋められると、伝導帯に励起された電子が再結合する相手のホールが少なくなっているので、発光が弱くなるのです。
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Date ： Sat, 24 Mar 2012 00:44:58 +0900
AA2: 佐藤様, Ｏです。
ご回答ありがとうございます。
電子の動きのイメージが出来ました。
また、困ったときに頼らせてください。
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1264. 誘電体の吸収の原因

1265. シリカのエネルギー準位図

Date ： Tue, 8 May 2012 11:13:04 +0900
Q: 佐藤勝昭様、S社松本です。
突然のメールで大変申し訳ございません。
シリカ（SiO2)のエネルギー準位図を探していたところ、インターネット上でケイ素のエネルギー準位図を見つけました。
　太陽電池のための半導体入門（P.１３９）
シリカ（SiO2)のエネルギー準位図を持っている機関など、もしご存知でしたら教えていただくことはできませんでしょうか。
大変お忙しいとは存じますが、もしお心当たりがございましたら、是非、お知らせいただきたくお願い申し上げます。
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Date: Tuesday, May 08, 2012 18:10 +0900
A: 松本様、佐藤勝昭です。
　シリカとは溶融石英（石英ガラス）のことです。アモルファスなので、水晶(結晶石英)のような明瞭なバンド構造はもちません。
バンドギャップは、不純物によって異なるようですが、8.9eVとされています。詳細は、添付の論文をお読みください。
R.H.French, R.Abou-Rahme, D.J.Jones, L.E.McNeil: Absorption edge and band gap of SiO2 fused silica; Ceramics Trans vol.28, p63 (1992)
SiO2に埋め込んだSiのドットのバンド構造については
North Carolina Univ. のサイトに示されています。
　このご質問は、佐藤勝昭の「物性なんでもQ&A」への質問として扱うことをご了承ください。
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Date ： Wed, 9 May 2012 09:24:54 +0900
AA: 佐藤勝昭様。S社松本です。
対応、誠にありがとうございます。
即答いただきまして感謝申し上げます。
ご提示頂きました情報をよく確認してみます。
今回は「物性なんでもQ&A」のコーナーがあることを知らずしての照会でした。
もちろん、公開は問題ありません。
重ねて御礼申し上げます。
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1266. ニオブ酸リチウム(LiNbO3), タンタル酸リチウム(LiTaO3)の仕事関数

Date ： Thu, 10 May 2012 12:00:23 +0900
Q: 物性なんでもQ&A御中、京都医療科学大学　林茂樹です。
　LiNbO3(ニオブ酸リチウム),LiTaO3(タンタル酸リチウム)の仕事関数を調べましたが分かりません。
室温での仕事関数が分かりましたらお教え下さい。
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Date ： Fri, 11 May 2012 00:46:15 +0900
A: 林茂樹様、佐藤勝昭です。
　LiNbO3(LN)やLiTaO3(LT)のような強誘電性絶縁体については、そのままでは、Kelvin Probe法のような直接仕事関数を
測定する方法では困難です。光電子分光も帯電の問題があり、信頼性のあるデータを得ることが難しいと考えられます。
そのため、ハンドブックなどに仕事関数が載っていないのでしょう。

　間接的な方法として、接合を作ってその整流特性から判断するやり方があります。
S. M. Guo, Y. G. Zhao, C. M. Xiong, and P. L. Lang: Rectifying I-V characteristic of LiNbO3/Nb-doped SrTiO3
heterojunction; Appl. Phys. Lett. 89, 223506 (2006)
これによれば、Li 欠損のため、LNはｐ型になる、と書いています。Fig.3（左図）の上の方に、このp型になった
バルクLNのバンド模式図が出ていて、フェルミ準位はVBM（価電子帯頂）のすぐ近くなので、CBM（伝導帯底）から
バンドギャップ分丸々下の、1.1+3.9=5 eV 程度の仕事関数、という想定で図が描かれています。
　従って、Li欠損のせいでフェルミ準位が価電子帯の頭に来ると、仕事関数は5 eV 程度になると考えられます。
LNの電子親和力に関しては、PEEMによる研究があり、分極によって親和力が大きく変化することが報告されています。
W.-C. Yang, B. J. Rodriguez, A. Gruverman, and R.J. Nemanicha: Polarization-dependent electron affinity of LiNbO3 surfaces; Appl. Phys. Lett. 85, 2316 (2004)
　なお、LTについては、適切な論文が見当たりませんでした。
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Date ： Fri, 11 May 2012 09:45:30 +0900
AA: (独)科学技術振興機構（JST)佐藤勝昭　先生
　ご丁寧な回答いただき有り難うございます。
我々は強誘電体材料として使っているだけなので、仕事関数の測定がかくも面倒なものとは知りませんでした。
LNに関してはロシアの論文で仕事関数の温度依存性を見た程度でしたので助かります。
　LTに付いては最近電子材料として注目されてきていますが、未だ一般的には使われていないようで論文も少ないようです。
また、何か情報がございましたら教えていただければ幸いです。
　有り難うございました。
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1267. 酸化スズ(SnO₂)ナノワイヤの電極への移送方法

1268. ZnMn2O4は正スピネルか逆スピネルか

1269. GaN LEDをフォトダイオードとして使用したとき600nm光に感度があるか

Date ： Mon, 28 May 2012 17:21:08 +0900
Q1: 佐藤勝昭様
初めまして。いつも物性Q&Aを拝見しております。
P*株式会社　S*と申します。Web掲載時は匿名を希望します。

LEDに光を照射すると，フォトダイオードのようにふるまい，センサとして利用できると思います。

いま，機器の構造上やむを得ない事情により，GaN青色/紫外LEDを，上記のようにセンサとして利用し，波長600nm程度の光を受光したいと考えております。
しかし，GaNのLEDは，この波長の光に感度を持たないのではないかと想像しています(試したわけではありません)。

発光波長と，受光感度の長波長側は，材料のバンドギャップで決まるもので，『LEDを受光素子として使う場合，発光波長よりも短波長の光にしか感度がない』という理解です。この理解は正しいでしょうか。
これが正しいとして，しかし，どうにかして，600nmの光に感度を持たせたいのですが，不可能でしょうか。
例えば，順方向降下電圧ぎりぎりの順バイアスを加える，など。
もちろん，本来のフォトダイオードのような高感度を期待しているわけではなく，多少なりともセンサとして動作してくれれば良いのです。
ご教示いただくたく，よろしくお願いいたします。
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Date ： Mon, 28 May 2012 19:19:04 +0900
A1: S様、佐藤勝昭です。

　InGan/GaN pn接合の分光感度曲線は添付図1の通りで500nmより短波長にしか感度がありません。
（出典：Wang ei al.: High Detectivity InGaN/GaN Multiquantum Well p/n Junction Photodiodes;
Chin.phys.lett.26, 107302(2009))
なお、InGaN/GaN MQWの分光感度曲線は添付図２のようにバイアス依存で、逆バイアス印加によって
長波長側の応答が上がっていますから、
MQW構造のLEDであれば、逆バイアス印加で弱い応答が得られる可能性があります。
（出典：Chiou et al.:High Detectivity InGaN?GaN Multiquantum Well pin Junction Photodiodes;
IEEE J. Quantum Electronics 39, 681 (2003))
GaInN/GaN MQW 構造では2光子吸収が起きているのではないでしょうか。
おそらくピークは800nm位にあるのではないかと存じます。
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Date ： Tue, 29 May 2012 11:56:29 +0900
Q2: MQW構造のLEDを逆バイアスで使うということをヒントに，実験で確認してみます。
また，GaNのバンドギャップである3.4eV,またはInGaNの3.0eVよりも低エネルギな光に対して応答を持つのは，どのような理由でしょうか。
バンドギャップを境に，すとんと感度がなくなるというものだと考えておりました。
お手数ですが，回答いただければ幸いです。
よろしくお願いいたします。
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Date ： Tue, 29 May 2012 22:21:40 +0900
A2: S様、佐藤勝昭です。
　本来のバンド間遷移では、バンドギャップ以下のエネルギーの光子では吸収がないはずですが、 below-gap absorptionが見られる場合があります。これには、いくつかのケースが考えられます。
（１）2光子吸収　2つの光子のエネルギーの和がバンドギャップ以上のとき吸収がおきます。
　弱い吸収ですから、通常レーザ光の場合でないと観測できません。光強度の2乗に比例します。
（２）ギャップ内準位を通してbelow-gapの光子エネルギーで吸収が起きます。光強度に比例します。
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Date ： Thu, 31 May 2012 09:01:19 +0900
AA: 佐藤様　Sです。
ご回答ありがとうございます。
below-gapという言葉は初めて接しましたが，よく調べてみたいと思います。
たいへんお手数をおかけしました。ありがとうございました。
今後ともよろしくお願いいたします。
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1270. ルビーのR1線の圧力効果の配位子場理論による説明

Date ： Wed, 27 Jun 2012 22:03:00 +0900

Q: 佐藤勝昭様
はじめまして、O*大学修士2年のT*と申します。（Web上では匿名でお願いします）
ルビーの蛍光スペクトルについての配位子場理論を調べていたところ、佐藤様のHPを知りました。
さっそくですが、「ルビー蛍光のR線が圧力印加によってなぜ長波長側にシフトするか」について教えていただきたいです。
・R線は2E→4A2 の遷移時に余分なエネルギーを光で放出したもので、R線のピークの波長位置は2Eと4A2とのエネルギー差に対応すること・田辺・菅野ダイヤグラムを見ると、配位子場の強さDqの増加に伴って2Eと4A2とのエネルギー差が増加すること。
この2点まで理解できたのですが、ルビーに圧力をかける(原子間距離を縮める)とDqが増加し、2Eと4A2とのエネルギー差も増加しR線の波長はエネルギーの高い短波長側にシフトするように直感的には思えます。
しかし実際のR線は圧力印加により長波長側にシフトします。
田辺・菅野ダイヤグラムにおいて横軸縦軸共にラカーパラメータBで規格化されており、Bも圧力印加により変化することが原因だろうと私は考えました。そこで以下の２つの論文を読んでみました。
(Stephens and Drickamer, 1961　Effect of pressure on the spectrum of ruby)
(Langer and euwema, 1966　Pressure shift of the Cr levels in Al2O3)
これらによると圧力上昇に伴いDqの値は上昇、Bの値は減少する方向に進むらしいです。
従って、田辺・菅野ダイヤグラムの横軸Dq/Bは圧力上昇に伴って増加するので、やはりエネルギー差が広がる方向に進むとしか考えられず混乱してしまいました。
長くなりましたが、圧力印加によってR線が長波長側に移動する理由をご教授いただきますようよろしくお願い致します。
また可能でしたらラカーパラメータBの物理的意味とBで規格化する理由も簡単に教えていただければ幸いです。
よろしくお願い致します。
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Date ： Thu, 28 Jun 2012 01:17:16 +0900
A: T君、佐藤勝昭です。
　メールありがとうございます。私は、これまで、ルビーのR1線の圧力効果について、疑問を抱いたことがありませんでした。
なぜなら、2E準位と4A2準位のエネルギー差は、わずかながらDq/Bの増加関数になっており、加圧するとO2の８面体が縮むためDqは当然増えますが、Bの増加がDqのそれを上回るためDq/Bは減少し2E準位と4A2準位のエネルギー差もわずかに減少し、結果としてR線の波長が長波長側へ（フォトン・エネルギーが減少する方向へ）シフトするという説明を、アプリオリに受け入れていたからです。
原論文On the Absorption Spectra of Complex Ions II" by Y. Tanabe and S. SuganoJ. Phys. Soc. Jpn. 9 (1954) 766-779
あなたの調べた実験結果に従えばDqは増えBは下がるのですからこの説明は間違いということになりますね。
配位子場理論はあくまでパラメータ理論なので、もう少し原理に帰って考え直す必要がありそうです。
　実は、以前。私たちはルビーのR線の磁気光学効果を測定し、磁界中でのline shapeが非対称になること、MCPL(magneto-circular photoluminescence)の積分強度が有限の値をもつことなどの異常を発見し、単純な配位子場理論では説明できないことを報告しています。K.Sato et al.:J.Phys.Soc.Jpn.61,3803(1992)
基底状態の分裂の圧力依存性なども考慮する必要があるかもしれません。
ラカーパラメータBの意味ですが、クーロン相互作用の強さを表すといってよいでしょう。遷移金属イオンと配位子の距離が近づくと、遮蔽が進んでクーロン相互作用は弱くなるので、小さくなるのが自然です。
半導体中の3d遷移金属イオンの場合、Bはかなり小さくなっているとされています。
Dq/Bを使う理由については、上村・菅野・田辺「配位子場理論とその応用」の§10.1 p223の下の方に書いてありますが、かいつまんで言うと、B,Cパラメータが多いとグラフに表しにくいので、C/B=γを固定すると、E/B対Dq/Bのグラフに単純化できるということです。あなたの質問は、本来理論家にすべきものですから、しかるべき理論の先生にに尋ねておきたいと思います。
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Date ： Thu, 28 Jun 2012 15:00:23 +0900
Q2: 佐藤様
昨日メールしました大阪大学のTです。
早速の回答ありがとうございます。
ラカーパラメータについてご丁寧に解説していただいてありがとうございました。
Bの減少は遮蔽の効果が効いてくるのですね。他に足りない部分は教科書を読んで勉強してみます。
R線の圧力シフトについて理論家にお尋ねいただけるとのことで、佐藤様のご厚意に大変感謝いたします。
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Date ： Fri, 29 Jun 2012 17:51:58 +0900
A2: 君、佐藤勝昭です。
　菅野先生の愛弟子の理論家である日大の里子教授から以下のような回答がありました。
要するに、R1線(2E→4A2)の縦軸のE/Bが一定なので、Bが減少するとEも減るというのが回答です。
=================================================
　まじめに考える若い方？が少ないなか、T君立派です。今後もしっかり勉強してくださいね。
ルビーのスペクトル、14,400cm-1あたりのR線は4A2->2E、2T1状態、18,000cm-1あたりのU帯は4A2->4T2状態への遷移に対応しています。圧力をかけると、Ｒ線は長波長側に、Ｕ帯は短波長側にシフトします。
　　なぜかをまず、説明しましょう。
　　（１）基底状態の4A2状態は、T2軌道の3つの軌道に同じ向きスピンがそれぞれに一つずつ入った状態でCrイオンの周りを運動しています。
　　（２）2E､2T1状態は、T2軌道の３つの軌道に、２つが同じ向きに、一つだけ反対の向きに入った状態でCrイオンの周りを運動しています。
　　したがって2E状態の方が、反対向きの電子間にはパウリの禁制律がないため、近寄る傾向があるため、電子間クーロンエネルギーが大きくなります。 2Eと4A2状態間のエネルギー差は配位子場理論とその応用p379から、9B+3C=B(9+3γ)=22.5程度です。10Dqは同じt2軌道3個ですから、あまり関係ありません。
　　（３）4T2状態はt2軌道に2個、e軌道に1個、同じ向きスピンの入った状態です。したがって、4A2状態とのエネルギー差は同じくp379より12B+10Dq　程度です。
　　圧力をかけると、Crと酸素間の距離が短くなり、Crのt2軌道、e軌道は周りの酸素領域へと軌道が広がり、その結果、t2､e軌道間のクーロン相互作用は減少します（B,Cは減少）。
　　一方、10Dqは周りのOイオンの負電荷が近づくため増加します。　よって、R線は長波長側へ、U帯は短波長側にシフトします。
　　お尋ねの、田辺・菅野ダイヤグラムから見てみましょう。2E、2Tはほとんど10Dq/B依存はなく水平です。縦軸がE/B=22.5程度ですから、E=22.5B。圧力でBの減少により、長波長側にシフトします
（ダイヤグラムの2E状態エネルギーはE=22.5BにDqの影響がプラスされるが、Dqの係数は小さい。その原因は同じくp379ページから2E状態にe軌道が少し混じるため）。
　　それに対しU帯はのエネルギーE=B(12+10Dq/B)で、田辺・菅野ダイヤグラムでは傾き10の直線です。E=12B+10Dqで、圧力をかけたとき、Bの減少より10Dqの増加がまさり（Dqの係数が10と大きい）、Eは増加し、短波長側にシフトすることになります。
　　Rubyの圧力効果の電子状態計算がDV-Xα法でされており
　　　　Ohnishi &Sugano: Theoretical studies of high-pressure effects on optical properties of ruby; Japanese Journal of Applied Physics 1982,21,309-311
　　にありますので参照ください。
　　配位子場理論にラカーパラメータA,B,Cを使う理由は歴史的なことが原因でしょう。コンドンパラメータF0､F2､F4でも同じです。クーロン相互作用を原子のように1/rとすると、クーロンパラメータが３つ必要です。
　　その当時、電子間相互作用の見積もりが難しいため、研究者によりA,B,C,あるいはF0,F2,F4，あるいはE0､E1,E2が用いられていました。田辺・菅野ダイヤグラムはエネルギーがDq,B,Cで描かれるため、C/B=γ一定として縦軸E/B,横軸Dq/Bとして整理し、ダイヤグラムにしたのだと思います（詳細は聞いておりません）。しかし、一般には、クーロン相互作用パラメータは３つでは正しくなく、詳細にみると実際のスペクトルと定量的に合わないことも多々ありますが、そのあたりは、
　拙著　新しい配位子場科学　物理学・化学・生物学の多電子論　第２章　講談社サイエンテフィック　1998年10月発行　を参照ください。
　　ちなみに、田辺・菅野ダイヤグラムの出発は、田辺先生、菅野先生、学部の高学年で何か研究したいと学生達で小谷先生に押しかけ、テーマを貰い、じゃんけんでテーマを分けたことから始まったそうです。そして田辺先生、菅野先生二人で計算をはじめ、それぞれ計算をした結果を比べあい、一致するとそのたびに祝杯をあげたそうです。物理の良き時代だったと思います。
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Date ： Sun, 1 Jul 2012 21:26:29 +0900
AA: 佐藤勝昭様
ルビー蛍光について質問させていただいたO大学のTです。返信が遅くなりまして申し訳ありません。

2Eと4A2状態間のエネルギー差に10Dqがあまり関係しないことが完全に盲点でした。
わかりやすく解説していただきとても参考になりました。
佐藤先生、里子先生のお二方に厚く御礼申し上げます。

以下は全く以て余談ですが、私は大学院で地球科学を専攻しておりまして地球内部状態に相当する超高圧実験を行っています。
試料にかかる圧力を測定する際に、圧力によるルビー蛍光のR線の波長シフトを用いて測定しています(ルビー蛍光法)。
恥ずかしながら、私の中では今までこのルビー蛍光法が”圧力という信号を入力すれば波長シフトという信号を出力するブラックボックス”になっていました。
私の研究の主題は地球科学であり、ルビーの性質について深く知らなくても研究を進められたためです。
しかし理学部で物理を学んだ学生に求められていることを就職活動を通じて考えるようになり、物事の原理原則から考えることのできる人間になりたいと思うようになりました。
それがきっかけで身近に使っているルビーの性質を調べてみたところ、自分の無知・無勉強を知らしめられる結果となりまして、先生のお力をお借りした次第です。

Q＆Aのコーナーを通じて今まで自分が疑問だったことを論理的に物理的に理解できるようになり物理の面白さを再認識しました。
この度はありがとうございました。
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1271. パワー半導体における伝導度変調

1272. ルビー・サファイアの電気伝導

1273. NaClの価電子帯と分子軌道

Date ： Sat, 18 Aug 2012 04:53:20 +0900
Q: 佐藤先生
　M*社のK*と申します。HPを見てメールをしました。
基本的な質問で恐縮です。イオン結合の解釈に関し下記二点ご教授いただきたく、よろしくお願いいたします。
1.ウィキペディアでイオン結合を調べますと、「結合性軌道が電気陰性度の高い方の原子に局在化した極限であると解釈することもできる」とあります。この解釈は正しいでしょうか？典型的なイオン結晶であるNaClを例にとりますと、Na-3s軌道とCl-3p軌道が相互作用して分子軌道（結合性／反結合性軌道）を形成することになります。色々調べましたがそのような解釈をしている参考書は見つかりませんでした。
2.NaCl結晶の価電子帯上端および伝導帯下端はそれぞれCl-3pおよびNa-3s軌道からなっていると思います。質問1の解釈が正しい場合、NaCl結晶の価電子帯上端および伝導帯下端は、それぞれ前述の結合性軌道および反結合性軌道に対応する、という理解でよろしいでしょうか？そうすると結局、結合性軌道がCl-3p、反結合性軌道がNa-3sの各軌道と同等とみなせる、ということなのかもしれませんが。
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Date ： Sat, 18 Aug 2012 09:16:42 +0900
A: K様、佐藤勝昭です。
　メールありがとうございます。イオン結合に関するご質問にお答えします。
添付の図は、NaClおよび半導体のSi,Ge,CuInSe2(CIS)の価電子帯電子密度分布図です。


		図をクリックすると別ウィンドウで開きます。
		佐藤勝昭編著「応用物性」第1章より

NaClでは、ナトリウムイオンNa⁺の周りに高い山が局在していますがこれはNeとおなじ2s²2p⁶閉殻によるものです。一方、塩化物イオンCl^-の周りの電子密度は第2隣接の塩化物イオンにまで広がってつながっています。従って価電子帯は主としてCl^-の3p電子（多少はNa⁺の3sが混成しているでしょうが・・）からなることがわかります。
一方、Si,GeではSi-Si間、Ge-Ge間に電子がいて、明確に共有結合を作っていることが見て取れます。
イオン結晶NaClと共有結晶Si,Geの中間にあるのがCISです。インジウムとセレンの間はイオン結合的で、銅とセレンの間は共有結合的です。CISの特徴は、価電子帯がCuの3d 電子とSeの4ｐ電子が混成した「反結合軌道」から成り立っていることです。
ご質問（１）ですが、電子密度分布図から見る限り、Wikipedia の解釈は正しいと思います。
ご質問（２）ですが、価電子帯は主として塩化物イオンの3pからなる結合軌道、伝導帯は主としてナトリウムイオンの3sからなる反結合軌道ということができます。
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1274. 高分子材料の電気伝導の界面支配とバルク支配

1275. LED照明された透明アクリル板の表面温度測定

AA: 佐藤勝昭先生
お忙しい中、メールに返信いただき有難うございます。
今回の場合、LEDとアクリル間はほぼ密閉状態のため、サーモグラフィでの測定は困難な構造でした。(図参照)
説明が不十分で申し訳ありませんでした。
ただ、先生の御回答から、LEDの可視光による影響は、赤外線のみを透過するフィルターを使う事によって、実験で確認できそうだと分かりました。助言いただき有難うございました。
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1276. 炭素繊維の比誘電率と比透磁率

Date ： Fri, 19 Oct 2012 13:33:11 +0900
Q: お久しぶりです．
S*大学大学院機械・ロボット学専攻１年Y*と申します．
去年一度だけ佐藤様にこのようにメールで質問させていただき，回答していただいた者です．
その節は、お忙しい中丁寧な回答をいただきまして大変ありがとうございました．
今回も１つ質問させて下さい．また勝手ではありますが，WEB上では匿名でお願いします．
今回は炭素繊維の比誘電率，比透磁率を調べていますが，誠に恥ずかしいことに，自分では納得いく数値を見つけることができませんでした．
もし佐藤様が何かご存じでしたら教えていただけると幸いです．
また炭素繊維は大きく分けて，ピッチ系・ＰＡＮ系・レーヨン系があると思います．この３つにおいて，比誘電率，比透磁率が大きく違うならば，３つ個々に比誘電率，比透磁率を教えて下さい．
何卒，ご回答よろしくお願い致します．
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Date ： Fri, 19 Oct 2012 15:20:25 +0900
A: Y君、佐藤勝昭です。
　炭素繊維は基本的にはグラファイトを主成分とする結晶粒が不規則にならんだ多結晶体です。グラファイトはc面内は金属的、c面に垂直の方向には半導体的な電気伝導性を有するのですが、炭素繊維では方向がランダムなので全体として金属的であろうと考えられます。
金属の直流での比誘電率は-∞に発散します。なぜなら、εr=1-σ/ωε₀ なので、ω→0ではεr→-∞になるからです。
一方、磁気的にグラファイトは反磁性です。グラファイトの磁化率はχv=－1.6×10^-5, ピロリティックカーボンの磁化率は、χv =－4.00×10^-4で、いずれにせよ小さな値で、比透磁率μv=1+χvは１と考えてもよいでしょう。
　炭素繊維についてピッチ系・ＰＡＮ系・レーヨン系に分けたようなデータは見当たりません。
あなたの大学には、カーボン科学の専門家がおられるので、カーボンに関するさまざまなデータは、そこに行けば入手できると存じます。その先生に聞いてご覧なさい。
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Date ： Fri, 19 Oct 2012 15:46:27 +0900
AA: 佐藤様
ご丁寧な回答ありがとうございます．
こんなことも知らない自分が恥ずかしいです．恥ずかしくない質問ができるように頑張ります．
カーボン科学の先生にもコンタクトをとってみたいと思います．
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1277. CdS, SrTiO3, KTaO3, LiTaO3のバンド端の電子軌道

1278. GaAsのホール伝導の異方性

1279. 鉄単結晶の磁気異方性の図の出典

Date ： Tue, 4 Dec 2012 20:38:46 +0900

Q: 東京農工大学名誉教授佐藤勝昭先生
私は，Ｋ社Ｎと申します．
突然のメール，ご容赦ください．ご教示いただきたいことがあり，メール差し上げました．
下記の「第9回スピンエレクトロニクス入門セミナー資料」を拝見させていただきました．
http://home.sato-gallery.com/education/kouza/jisei_kiso.pdf
お教えいただきたいのは，結晶磁気異方性のページ（56/116）に掲載されている鉄単結晶の磁化曲線の出典です．
可能であれば，知財の参考文献として引用させていただきたいと考えております．
お忙しいところ，大変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 ： Tue, 4 Dec 2012 23:25:45 +0900
A: N様、佐藤勝昭です。
　本多・茅による有名なお仕事ですが、査読のある学術雑誌に掲載された論文は見つかりませんでした。
近角先生の強磁性体の物理では、下記の東北大の紀要が引用されています。
K. Honda, S. Kaya: Sci. Rep. Tohoku Univ. 15 (1936) 721
なお、下記書物がよく引用されます。
茅誠司：強磁性、岩波書店（１９５２）
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Date ： Thu, 6 Dec 2012 09:13:31 +0900
AA: 佐藤先生、Ｋ社Ｎです．
ご回答いただき，誠にありがとうございました．
早速，書籍を探してみます．
取り急ぎ，お礼まで．
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1280. シマウマの皮膚の導電率と誘電率を知りたい

Date ： Wed, 5 Dec 2012 18:01:44 +0900
Q: ホームページを拝見させていただきました.
私はS*大学工学部4年のK*です.
現在, 卒業研究で「自然エネルギー有効利用のための輻射解析プログラムの構築」というテーマで研究を行っています.
シマウマの白と黒の皮膚の温度差による対流を研究しているのですが, そのためにはシマウマの白と黒の皮膚の透電率と導電率の値が必要になります. 私の検索力不足かもしれませんが見つけることができませんでした.
そこで, 佐藤先生にシマウマの物性値, また調べるにはどのような方法があるのかを教えていただきたく, 今回質問させていただきました.
シマウマは輻射解析の一例として挙げています.
先生の専門である半導体ではありませんが教えていただければ幸いです.
よろしくお願いいたします.
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Date ： Thu, 6 Dec 2012 00:14:57 +0900
A: K君、佐藤勝昭です。
　シマウマの皮膚の色はしましまではなく黒っぽい灰色のようです。
（http://okwave.jp/qa/q192711.htmlによる。）
従って、白黒は毛の色ということになります。黒はメラニン色素だそうです。
「動物の被毛」はケラチンというタンパク質でできていて、そのタンパク質は「アミノ酸システインからのジスルフィド結合によって互いに結びついている」ということです。
従って、被毛は絶縁体なので導電率はほとんどゼロでしょう。誘電率は2～2.5程度ではないでしょうか？
　黒い部分はメラニン色素が多いのでしょうが、導電率や誘電率には影響を及ぼさないと思います。
むしろ黒い毛は光を吸収しやすくその結果、光のエネルギーが熱に変換され、その部分の温度が白い毛の部分より若干高くなっているのではないかと推定されます。したがって、電気的な性質を調べても、温度差による対流の解析の役に立たないと思います。
指導教官とよく話し合ってください。
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Date ： Thu, 6 Dec 2012 17:29:59 +0900
AA: 佐藤勝昭様
お忙しい中ご返答いただき，ありがとうございました．
教授には，「シマウマの毛も人間の皮膚と同じタンパク質から構成されているため，
シマウマの毛においても人間の皮膚における物性値を代用すればよい」と指導を受けました．
それでは毛の黒と白においての物性値を別々に算出できないということで今回質問させていただきました．
また教授とよく話し合ってみます．
ありがとうございました．
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1281. 半導体の光学遷移確率の式

Date: Sat 29 2012 18:58 (Facebook messageから)
Q: お初にお目にかかります、私はT大学3年に所属するAと申します。
先日佐藤様がお書きになられた論文「応用物理学会結晶工学分科会結晶工学スクールテキスト第６版(2002年)」の「結晶の格子と電子状態」において　4.1 バンド電子系の光学遷移の(2) 反射スペクトルとバンド構造につきまして疑問に思った点がありましたので僭越ながら質問をすることを願います。
（１）式にJvc・Fvcとなる部分がありましたがFvcと言う部分はお書きになられた論文の前にも後にも見つからないように思えるのですが、私の見落としでしょうか？
そして（５）式にＥｃ－Ｅｖとありましたが、ｃ、ｖはそれぞれ真空中の、結晶中の光速度ととらえて宜しいのでしょうか？
年末のお忙しい時期に連絡申し訳ありません。お返事は急がなくても構いません。初めての挨拶にしては図々しいですが、ご教授お願いします。
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Date: Sun 30 2012 10:20 (mobileからFacebook message)
A1: A君．佐藤勝昭です。
vはvalence band(価電子帯)を、cはconduction band(伝導帯)を意味します。Fvcは価電子帯・伝導帯間の遷移の振動子強度を表しています。このあたりのことは、固体物理学をきちんと勉強しなければ理解できないかも知れませんね。
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Date: Sun 30 2012 15:10 (Facebook message)
A2: A君、佐藤勝昭です。先ほどは電車の中から返事したので十分説明できませんでした。
詳細は、「機能材料のための量子工学（講談社）」第4章の佐藤勝昭執筆部分の4.2.3節をお読みください。絶版ですが、テキストが、Webにありますので12ページ目からお読みください。第4章テキスト(pdf)
A君、キミの質問を、私のWebでの「物性なんでもQ&A]に収録してもよいでしょうか。匿名(T大のAさん）として扱います。
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Date: Mon 31 2012 20:02 (Facebook message)
AA: お返事ありがとうございます。匿名なら構いません。
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1282. ステンレス球の酸化方法

1283. PEMを用いた縦カー効果測定のセットアップ

(Research Gateの質問より)
Date: Fri, 18 Jan 2013
Q1: My name is Ravindranath Viswan and I am a post-doc in the dept. mat.sci and engg, Virginia Tech. I am trying to setup a MOKE measurement using PEM in our lab and I would greatly appreciate if you would provide me some tips to improve sensitivity. I am planning to use p-polarized light to do longitudinal MOKE. Basically is there any specific configuration in terms of the angles of the polarizer and analyser and the retardation setting on the PEM that can give maximum sensitivity? What is the most important factor to improve the S/N ratio?
It will be great if you could provide some tips. Thank you in advance for your help.
best regards,
Ravi
（バージニア工科大材料工学科のポスドクR.ビスワンです。私は、研究室にPEM（光弾性変調器）を用いたMOKE（磁気光学カー効果）の測定装置を作ろうとしていますが、感度を上げるにはどうしたらよいのかについての情報を教えていただければ幸いです。
私はｐ偏光を用いて縦カー効果を図ろうと思っています。感度を最大にするための偏光子・検光子の角度、さらにはPEMのリターデーション（光学遅延）に特別の配置はあるのでしょうか？
S/Nを上げるための一番重要な因子はなんですか。何らかの情報をいただけたら有り難いです。よろしくお願いします。）
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Date: Fri, 18 Jan 2013, 23:00
A1: Dear Ravindranath
For longitudinal MO measurement for p-polarization, a polarizer angle is set at parallel to the horizontal plane, and a PEM should be placed after the reflection followed by an analyzer with an angle 45 degree to the horizontal. In this case the output light intensity is proportional to r_pp r_ps cos (delta sin pt) +(1/2)(r_pp²). Ratio of 2p frequency component and DC component give r_ps/r_pp from which arc tangent give Kerr angle.
（ｐ偏光に対する縦カー効果の測定の場合、まず偏光子の角度を反射面（水平面）に平行にします。次に反射した光をPEMで受け、その後ろに偏光の角度45度にとった検光子を置きます。このときの出力光強度は、r_pp r_ps cos (δsin pt) +(1/2)(r_pp²)で与えられます。出力の角周波数が2pの成分（第1項）と直流成分（第2項）の比をとると、r_ps/r_ppとなりこの逆正接（アークタンジェント）を計算すれば、縦カー回転角が得られます。）
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Date: Fri, 18 Jan 2013, 23:10
Q2:Dear Prof. Sato,
Thank you very much for the reply. How about the retardation of the PEM? Does this have any dependence on the signal?
I am using a laser line polarizing beam splitter from Newport (http://search.newport.com/?q=05BC16PC.4) for the polarizer and analyser. Is this OK ? Does the beam need to be at normal incidence to all the optical components to minimize noise?
Thanks very much for the help.
best regards,
Ravi
（PEMのリターデーションについてはどうなるのですか？それが信号に影響しますか？また、私はNew Port社のLaser Line ビームスプリッターを偏光子・検光子に使いたいと思いますが、OKですか？ノイズを最小限にするには、光部品は光に直入射しなければなりませんか？よろしく）
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Date: Sat, 19 Jan 2013, 1615
A2: Dear Ravindranath,
Sorry for incomplete explanation in the previous answer. The "delta sin pt " means the retadatuon modulated by PEM with angular frequency p. cos (delta sin pt) can be expanded by Bessel function and approxinmately equal to 2J₂(delta) cos 2pt. Therefore you should choose proper retadation amplitude delta so as the Bessel function of 2nd order takes maximum value.
Concerning the beam splitter you should choose a broadband type from the Newport List for ease of spectroscopic measurements.
The optical components should be set normalto the light beam. Especially PEM should be carefully treated so as the quarz bar inside the PEM be normal to the beam. Otherwise sometimes erroneous signal appears.
Regards, Katsuaki
（前の回答できちんと説明しないでごめんなさい。δsipn pt はPEMのリターデーションが角周波数pで変調されることを意味しています。cos(δsipn pt)はベッセル関数を使って展開でき、近似的に2J₂(δ)cos2ptとなります。従って、2次のベッセル関数J_2(δ)が最大になるようリターデーションの振幅δを注意深く選ぶ必要があります。ビームスプリッターについてはNew Port社の一覧から、ブロードバンドタイプを選ぶと分光測定がやりやすいでしょう。光部品は光に対して面直になるよう配置する必要があります。特にPEMについては、中の溶融石英の板に面直に入射する必要があります。そうしないと間違った信号が出る場合があります。）
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Date: Sun, 20 Jan 2013, 01:20
AA: Dear Prof. Sato,
Thank you very much for the help. Hopefully, I will be able to set it up with the great insights you have given me. I will get back to you if I have any further questions.
best regards,
Ravi
（助言ありがとうございます。頂いた知見をもとにMOKE装置をセットアップできると思います。また、分からないことがあれば、お教え下さい。）
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1284. 3d²のLS多重項に¹F、¹Pが現れないわけ

1285. フェリ磁性体の磁化率

1286. 青銅の相と光学的性質

Q2: 佐藤先生こんばんは。
Y高校のAです。(匿名でお願いします)
物性Ｑ＆Ａのコーナーに質問します。
あれから青銅の研究をまとめています。
作った青銅をよく見てみると黄色がかかっているものがありました。他のものは銀白色～暗灰色です。
しかし分光光度計の結果ではどの試料も傾きが一緒で急落が見られません。
(添付した画像の色がついているものが黄色に見えたものです)このスペクトルから色の変化について言える事はあるのでしょうか。
よろしくお願いします。
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Date ： Thu, 14 Mar 2013 21:05:07 +0900

A2: A様、佐藤勝昭です。
　赤の波長650nmの反射率と青450nmの反射率の比r=R(450)/R(650)を測ってみました。
金ではr=39/96=0.41と小さく、銀ではr=97/98=0.99とほぼ１と大きいのです。
図のように曲線(1)ではr=0.78，(2)ではr=0.83, (3)ではr=0.84ですが、(4)ではr=0.65, (5)ではr=0.63なのです。おそらく(4)と(5)はrが小さく、金色っぽく見え、(1)～(3)はrが1に近く銀色っぽく見えるはずです。
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Date ： Thu, 14 Mar 2013 21:31:00 +0900
AA2: 迅速なお返事ありがとうございます。
悩んでいた事が分かってスッキリしました。
発表に向けてうまくまとめられるよう頑張ります。
また分からない事があったらよろしくお願いします。
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1287. 二酸化バナジウムの相転移と光学的性質の変化

1288. 物質が同じでも条件によって物性値を変化できるか

Date ： Mon, 11 Feb 2013 16:49:52 +0900
Q: 以前も質問させていただいたK*(S*大学工学部４年)と申します．

現在，以前同様「自然エネルギー有効利用のための輻射遮蔽プログラムの構築」という卒業研究を行っています．
シマウマの白と黒の皮膚の輻射吸収電力の違いによる温度差によって，対流が生じることで体内の温度上昇を防いでいるということを建物に応用できないかという方向に研究内容を変更しました．

研究においてはプログラミングにおける解析を行っているので，実際に存在する物質の誘電率，導電率を使用せず，吸収電力に差が生じるように物性値を仮定しています．本研究で作成したプログラムを使用すれば，物性値を与えることで吸収電力を計算できます.
そこで, お聞きしたいのが, 物質が同じでも条件を変えることで物性値を変えることは可能なのかということです．その際, 条件をどのように与えれば物性値が変化するのかを教えていただきたいです．
誠に勝手ではありますが, よろしくお願いします
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Date ： Tue, 12 Feb 2013 12:07:18 +0900
A: 様、佐藤勝昭です。
　シマウマから建物に方向転換ですか？
・同じ物質を使いながら物性値を変えられるかというご質問ですが、建築に使う材料ということでなければ、いくらでもありますよ。
　たとえば、半導体のシリコンは、現在テン・ナイン(純度99.99・・・9と9が１０個ならぶ)とかイレブン・ナインとかの高純度のものが得られますが、これは絶縁体です。これにppmオーダーのリンを添加（ドーピング）するとトランジスタなどに使う半導体になります。さらにリンを100ppm程度に増やすと、自由電子が増えて金属のような導電性を示します。
　また、シリコンのバルク材料は紫外線を当てても可視光線の発光は見られませんが、ナノサイズのシリコン（たとえば、多孔質シリコン）では、粒子サイズをかえれば赤、緑、青と発光波長を変えることもできます。
　誘電体でも密度を変えれば、光の屈折率をコントロールできます。
　これらは、いずれもエレクトロニクスに使うようなよく組成や純度が制御された物質の場合です。
・一方、建材に使うセメントのような純度の低い材料の場合は、そう簡単ではありません。比較的簡単にできるのが、複合材料とか傾斜材料とかを使って、組成比・配合比を変えたり、あるいは、多孔質化して空気をたくさん含ませたりして、物性値をコントロールします。
・比較的簡単なのが塗料を使って光吸収をコントロールすることによって熱的な性質を制御する方法です。
・また、実際の建物では、ガラス窓とコンクリートなどの建材とでシマウマになっていると思います。ガラスも赤外線反射コーティングなどによって熱的性質をコントロールしています。全面ガラスの建物で、赤外線や紫外線の反射コーティングが施されている例はたくさんあると思います。コーティングのあるなしで、シマウマにしてみてはいかがですか？
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Date ： Tue, 12 Feb 2013 13:09:19 +0900
AA: 佐藤勝昭　様
お忙しい中ご返答いただきありがとうございました．
建築資材における物性値のコントロール方法を知ることができ，大変感謝しております．
この度は本当にありがとうございました．
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1289. GaAs, Siの複素屈折率

光子エネルギー(eV)	波長(nm)	GaAs ｎ	GaAs κ	Si ｎ	Si κ
6.0	206.6	1.264	2.472	1.010	2.909
5.0	248.0	2.273	4.084	1.570	3.565
4.0	314.7	3.601	1.920	5.010	3.587
3.5	354.2	3.531	2.013	5.610	3.014
3.0	413.3	4.509	1.948	5.222	0.269
2.5	495.9	4.333	0.441	4.320	0.073
2.2	563.6	4.013	0.276	4.042	0.032
2.0	619.9	3.878	0.211	3.906	0.022
1.9	652.6	3.826	0.179	3.847	0.016
1.8	688.8	3.785	0.151	3.796	0.013
1.7	729.3	3.742	0.112	3.752	0.010
1.6	774.9	3.700	0.091	3.714	0.008
1.5	826.6	3.666	0.080	3.673	0.005
1.4	885.6	3.614	1.69x10^-3	記載なし	7.75x10^-3
1.3	953.7	3.539	記載なし	記載なし	2.26x10^-3
1.2	1033.0	3.492	記載なし	記載なし	1.07x10^-4
1.1	1127.0	3.455	記載なし	3.530	1.3 x10^-4
1.0	1239.8	3.423	記載なし	3.519	記載なし

　
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1290. ITO/PET基板の酸による劣化の評価にシート抵抗を使うわけ

Date ： Wed, 13 Feb 2013 18:09:05 +0900
Q: 佐藤先生：
はじめまして　
私はX工大３年の宮本と申します。
早速質問させていただきます。

わたしは現在ＤＳＣに関して研究を行っています。
そのなかでも、ITO-PET基板の表面抵抗に関して質問があります。
実験過程で基板が酸で劣化した際、シート抵抗を比較して劣化を評価しています。
そこで、抵抗を比較するときなぜシート抵抗を比較するのでしょうか
なぜ抵抗率ではないのでしょうか？

自分の解釈としては、
同じ材料の基板の抵抗が変化したとき、抵抗率を測定し比較を行っても同じ物質であるため抵抗率は同じであり、変化がわからない。
しかし、厚みを含むシート抵抗を比較すれば、基板表面の劣化（膜厚が薄くなる？）ため、シートの本質的な比較が可能になる。
と考えています。
この解釈が正しいのかどうか疑問を持っています。

お答え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 ： Wed, 13 Feb 2013 19:25:38 +0900
A: 宮本君、佐藤勝昭です。
　シート抵抗については、なんでもQ&Aの120に記載しましたように、ウェハーや薄いドープ層の評価のために用いられる便宜上の概念です。
　材料のシート抵抗は、４端子法で測定して、ある係数をかけるだけで求められます。

・抵抗率が試料全体にわたって均一な値ρをもつとき、厚さtの層のシート抵抗Rsは、Rs=ρ/ｔで定義されますから、厚みtさえわかればρがわかるはずですが、薄いドープ層などでは、抵抗率が厚み方向に均一ではありませんし、ドープ層の厚みもわかりませんから、抵抗が測れても抵抗率に換算するのは難しいのです。
シート抵抗の単位はΩ/□（正方形当たりΩ）と書きます。こう書くのは、Rsが与えられたとき、長さL、幅Wの長方形の抵抗値Rが、R=Rs×L/Wですぐに計算できるからです。
・もちろん、あなたの指摘するように、表面の劣化があると、バルクの値が変わらなくてもシート抵抗は変わります。シート抵抗を使うのは、それだけのメリットではなく、上に述べたような事情があるからです。
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Date ： Fri, 15 Feb 2013 09:17:43 +0900
AA: 佐藤先生：
答えていただきありがとうございます。
答えていただいた内容を深く理解し人に質問されても説明できるように努めていきたいと思います。
ありがとうございました。
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1291. UV-LEDの分光測定の問題

1292. 物性なんでもQ&A#482「ステンレスの屈折率」へのコメント

Date ： Sat, 30 Mar 2013 21:08:53 +0900
C: 佐藤勝昭先生
お久ぶりです。
２００７年金属学会セミナー　色彩と質感の科学と工学　で先生と共に講師を務めさせて頂いた　元N社の竹田誠一です。
その節は有益なお話をお聞かせ頂き、ありがとうございました。
私は、リーマンショックのあおりを受け、４年前に退社しましたが、孫の世話などしております。
本日、佐藤先生のホームページを見ていて、次のご回答に気付きました。
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Date: Sat, 27 Nov 2004 23:56:26 +0900
A: T君、佐藤勝昭です。
　ステンレス鋼は基本的にはFe-Cr合金で、SUS304の組成はモノによって違いますがFe70Cr18Ni10Mn2付近の組成です。製品毎に合金比に幅がありますから、比抵抗、反射率、熱伝導率など「物性値」は製品に依存します。従って、普通のハンドブックのtableに載っていないのだと思います。また、屈折率を求めるには、反射スペクトルのクラマースクローニヒ解析をするか、エリプソメトリを行えばよいのですが、表面には不動態であるCr2O3層が被覆しており、ステンレスのみの正確な値が出るか疑問です。
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　実はステンレスの光学定数は不完全ながら測定されており、私の解説記事竹田：金属表面の薄膜厚さの光学的測定方法；熱処理28 [6] pp379-383の２ページ目にデータがあります。
このデータはハンドブックなどに載せるべきとは思いますが、マイナーな雑誌の記事のため、埋もれているものと思います。
解説記事を添付致しますので、ご覧いただければ幸いです。
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Date ： Sun, 31 Mar 2013 00:27:38 +0900
A: 竹田様、佐藤勝昭です。
　ステンレスの光学定数についてご教示いただき恐縮です。私の調査不足でした。
これから検索される方もあろうかと思いますので、貴著のtable 2をQ&A#482の回答に註記として掲載させていただきました。　ありがとうございました。
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1293. エポキシ樹脂のAC絶縁耐圧がDCより低いわけ

1294. 粗さのある金属表面における反射の偏光性

1295. 電圧印加によるナノ粒子の堆積

1296. 比誘電率・比透磁率と電磁波遮蔽効果の関係性

1297. 強磁性体に関する質問

Date ： Sat, 8 Jun 2013 23:39:19 +0900
Q1: 佐藤先生
　はじめまして、特許についての弁理士をしております特許事務所に勤めますM*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。
　強磁性体の特許出願（すでに公報で公開されておりますの）で、特許庁の審判官に理解して頂けない部分があり、困っていることがございます。
　出願人の技術が正当に評価されることを願って、先生の教えを頂ければありがたいです。

強磁性体に外部磁場をかけずに、その強磁性体のキュリー温度以上に加熱した後に、そのキュリー温度以上の温度で外部磁場をかけると、自発磁化が発生するということを理解して頂けません。
審判官は、キュリー温度以上になれば常磁性体になるのだから、外部磁界をかけて、強磁性体になるはずはないと主張されて、おしかりを受けました。

　上記のように自発磁化が発生することは理論として間違いないのでしょうか。もし、間違いでなければ、上記の審判官に上記理論を理解して頂くために、適切な書籍がございますでしょうか。
初歩的な内容かもしれませんが、期限が迫っており、先生のご助力を頂ければありがたいです。よろしくお願いいたします。
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Date ： Mon, 10 Jun 2013 09:01:40 +0900

A1: M様、佐藤勝昭です。
　強磁性体のTc以上での磁化についての質問ですが、近距離秩序による局所的な磁化が残る可能性があります。
私の経験ですが、CdCr2Se4という磁性半導体において、添付図のように、Tc=130Kを超えて150Kくらいまで磁気光学効果が観測されていました。
（ただし、磁界をかけています）Tc以上では揺らぎが大きくなっているのでわずかな磁界でも近距離的には磁気モーメントがそろうのではないかと思います。
光で見ていると近距離秩序でも磁化があるように見えます。これを「自発磁化がある」と表現してよいのかどうかわかりませんが・・。
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Date ： Tue, 11 Jun 2013 00:43:23 +0900
Q2: 佐藤先生
早速、ご返事を頂き感謝致します。先生の丁寧なご検討に感謝致します。
　もう1つお伺いさせてください。
　低温からキュリー点の近傍へ温度を上げてから（ＩーＴ曲線上でＩは小さくなる）、温度を再び、低温に戻した場合に、前記ＩーＴ曲線上で一旦小さくなったＩは、初期の低温時の大きさには戻らないでよろしいでしょうか。
初歩的な質問かもしれませんが、ご教示頂ければありがたいです。
　よろしくお願い申し上げます。
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Date ： Tue, 11 Jun 2013 07:40:46 +0900
A2: M様、佐藤勝昭です。
　均質な強磁性体をキュリー温度以上に昇温し、再び低温に戻した場合、飽和磁化Isは、元に戻るべきものです。もし、同じ磁界をかけても元に戻らないとすれば、飽和磁界が変化して、飽和磁化に達しなくなったと考えられます。
また、不均質な超微粒子から構成されている場合では、磁界中冷却と無磁界冷却とで、Iが変化することがあります。お尋ねの実験結果が、どの場合に当たるかは、ご質問だけからはわかりません。
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Date ： Wed, 12 Jun 2013 23:38:34 +0900
AA: 佐藤先生
ご連絡が遅れ失礼致しました。真摯にご回答を頂き、ありがとうございます。感謝しております。
急な仕事が入り、今、ご質問をまとめさせて頂くことができない状態です。週末に先生からのご教示を参考に、依頼人の発明のご説明をさせて頂きたく思っております。
どうかよろしくお願い申し上げます。
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1298. 樹脂の蛍光に関する質問

Date ： Wed, 19 Jun 2013 08:37:57 +0000
Q1: 佐藤勝昭先生
はじめまして。HPを拝見し、質問のメールを送らせていただきます。
F*社のS**と申します。匿名でお願いいたします。

現在、樹脂の蛍光強度を測定する実験をしています。
励起はUV-LEDで行っており、検知は、高感度CCDカメラを用いています。
励起光の照射時間およびカメラの露光時間は数百ms、測定間隔は10秒程度で繰り返し測定を行ったところ、実験中に蛍光強度が10%程度低下します。
この蛍光強度低下の理由として、考えられることは何でしょうか？

ご多忙中恐縮ですが、ご教授いただけますよう、お願いいたします。

日常でも当たり前に起こっているような気がするのですが、原因が説明できません。
よろしくお願いいたします。

補足：

樹脂は、可視光域では透明に見える樹脂です。

時間が経過すると、かなり蛍光強度が復活します。(元に戻るとは言い切れません。)

繰り返し実験自体を何度も繰り返すと、その低下率がだんだん小さくなります。

しかし、時間が経過したのちに行うと、低下率も復活します。（大きく低下する）

他の樹脂でも低下します。

他のセンサ(紫外光を当てて、強度を出力表示してくれる市販品)でも低下します。

蛍光強度計測中の温度上昇は見られません。（誤差±0.5度の誤差内の変動）

温度計測は、放射温度計にて樹脂表面の温度を計測しました。

測定中のUV-LED自体の強度低下は、最大の時で3%以内です。(これよりも大きな低下なので、困っています)

1299. ドルーデモデルにおける定数項

アップした日付	質問項目	分類	質問者

2013.08.12	1299. ドルーデの式の定数項	光物性	慶応大後藤さん
2013.06.25	1298. 樹脂の蛍光に関する質問	光物性	F社Sさん
2013.06.13	1297. 強磁性体に関する質問	磁性	弁理士Mさん
2013.06.07	1296. 比誘電率・比透磁率と電磁波遮蔽効果の関係性	電子物性	S大Yさん
2013.05.25	1295. 電圧印加によるナノ粒子の堆積	結晶成長	無職Sさん
2013.05.23	1294. 粗さのある金属表面における反射の偏光性	光物性	S研Rさん
2013.04.23	1293. エポキシ樹脂のAC絶縁耐圧がDCより低いわけ	誘電物性	NS社さん
2013.03.19	1292. 物性なんでもQ&A#482「ステンレスの屈折率」へのコメント	光物性	元N社竹田さん
2013.03.19	1291. UV-LEDの分光測定の問題	光物性	V社Nさん
2013.02.13	1290. ITO/PET基板の酸による劣化の評価にシート抵抗を使うわけ	電気物性	X工大宮本さん
2013.02.11	1289. GaAs, Siの複素屈折率	光物性	電通大冨田さん
2013.02.11	1288. 物質が同じでも条件によって物性値を変化できるか	電気物性	S大Ｋさん
2013.01.30	1287. 二酸化バナジウムの相転移と光学的性質の変化	光物性	N社Yさん
2013.01.30	1286. 青銅の相と光学的性質	光物性	高校生Aさん
2013.01.22	1285. フェリ磁性体の磁化率	磁性	東京工科大横山さん
2013.01.19	1284. 3d²のLS多重項に¹F、¹Pが現れないわけ	量子力学	東京工科大横山さん
2013.01.19	1283. PEMを用いた縦カー効果測定のセットアップ(Research Gateより)	磁気光学	Virginia Polytech、Viswanさん
2013.01.07	1282. ステンレス球の酸化方法	金属工学	原研、劉さん
2012.12.31	1281. 半導体の光学遷移確率の式	光物性	T大Aさん
2012.12.05	1280. シマウマの皮膚の導電率と誘電率を知りたい	電気物性	S大Ｋさん
2012.12.05	1279. 鉄単結晶の磁気異方性の図の出典	磁性	K社Nさん
2012.11.08	1278. GaAsのホール伝導の異方性	電子物性	T大Iさん
2012.10.24	1277. CdS, SrTiO3, KTaO3, LiTaO3のバンド端の電子軌道	電子物性	T大Yさん
2012.10.19	1276. 炭素繊維の比誘電率と比透磁率	電子物性	S大Yさん
2012.09.21	1275. LED照明された透明アクリル板の表面温度測定	光物性	M社Kさん
2012.09.05	1274. 高分子材料の電気伝導の界面支配とバルク支配	電子物性	Ｔ大Ｔさん
2012.08.18	1273. NaClの価電子帯と分子軌道	電子物性	Ｍ社Ｋさん
2012.08.02	1272. ルビー・サファイアの電気伝導	電子物性	Ｋ社Ｈさん
2012.07.02	1271. パワー半導体における伝導度変調	半導体デバイス	H社Yさん
2012.06.28	1270. ルビーのR1線の圧力効果の配位子場理論による説明	光物性	O大Tさん
2012.05.28	1269. GaN LEDをフォトダイオードとして使用したとき600nm光に感度があるか	半導体デバイス	P社Sさん
2012.05.23	1268. ZnMn2O4は正スピネルか逆スピネルか	磁性体	K大Oさん
2012.05.21	1267. 酸化スズナノワイヤの電極への移送方法	半導体物性	E大Ｋさん
2012.05.11	1266. ニオブ酸リチウム(LiNbO3), タンタル酸リチウム(LiTaO3)の仕事関数	電子物性	京都医療科学大林さん
2012.05.08	1265. シリカのエネルギー準位図	電子物性	S社松本さん
2012.04.08	1264. 誘電体の吸収の原因	誘電体物性	K大Kさん
2012.03.18	1263. 縮退半導体は光るか	光物性	Ａ社Ｏさん
2012.02.12	1262. PZTのMPB(相境界)の結晶構造と物性	誘電物性	Ｋ大Yさん
2012.02.02	1261. 電荷移動型吸収におけるバンドギャップの求め方	光物性学	Ｎ社Ｓさん

「物性なんでもQ&A」(#1000-#1299)

1000. 白色LEDについて

1001. ZnO透明導電膜について

1002. 酸化チタンの伝導帯位置の決め方

1003. シリコン研磨発生時の物質の処理

1004. Al-Cu合金鋳造の際の成分の偏り

1005. 37℃の水に23℃の水入り小瓶を入れたときの温度

1006. 鉄-アルミの金属間化合物の物性値

1007. 磁性ガーネットの磁気光学スペクトルの光入射方向依存性

1008. p型ゲルマニウムの仕事関数

1009. 磁石にかかる力

1010. 間接遷移・直接遷移は何によって決まるのか

1011. クロムモリブデン合金鋼SCM440の焼き戻し性能曲線

1012. ギブスの相律

1013. コイルを近づけたときの磁性粒子に働く力

1014. ガラスエポキシの硬化則

1015. 金属と半導体の電気伝導の温度変化の主要因

1016. 鉄のバルクと薄膜の磁化の差異について

1017. リンゴの色、金属の色

1018. パワーMOSのGate容量の温度特性について

1019. 磁気光学の測定系

1020. 半導体単結晶のゲージ率

1021. セラミックスの発光

1022. GaAs, GaPのバンドギャップ

1023. なぜ光伝導スペクトルを測定するのか

1024. なぜPtの自由電子の散乱寿命は短いのか

1025. 強誘電体薄膜のキュリー温度

1026. 太陽電池の理論的最大変換効率の導出法

1027. 相変態について

1028. 先端をしぼった電磁石からの磁場

1029. サファイヤ板の複屈折

1030. ショットキーダイオードのI-V特性

1031. エリプソメトリで測定した磁性ガーネットの屈折率の磁界依存性

1032. イオン照射したCoCr膜のMsとTcの変化

1033. 酸素プラズマ中の石英の帯電

1034. 形態の違うシリコンの物性値

1035. 「多元合金」の英訳

1036. MgOをトンネル障壁に使うとTMRが増大する理由

1037. 銅とアルミナ基板の接合

1038. アルミニウム合金の物性値の温度依存性

1039. アルミナのレーザー加工

1040. ヘリウムリークディテクターでのヘリウムの検出原理

1041. 運動量行列要素

1042. 分極と光学遷移

1043. 銀接点に生じる硫化銀被膜について

1044. テルル化ビスマスの屈折率と硬度

1045. グラファイトとダイヤモンドの点欠陥の活性化エネルギー

1046. 石英ガラスの緑色発光

1047. 金属中の電磁界の解析

1048. 原子の電子準位の状態数

1049. 構造複屈折

1050. 酸化アルミによる酸化チタン光触媒作用の増強

1051. 子ども科学教室の説明(紙おむつ、バネ電話、簡単モータ)

1052. ＩＴＯの仕事関数

1053. 二次元正方格子における磁化率の温度変化

1054. ろう材の熱伝導率

1055. 結晶SiとアモルファスSiの活性化エネルギー

1056. エレクトロニクスの期末テストの解答が欲しい

1057. 酸化タングステンの機械的性質

1058. ６６ナイロンの黄変

1059. ラマン散乱による結晶歪みの評価

1060. 光学薄膜の透過率

1061. 窒化ガリウム(GaN)の抵抗率の基板による違い

1062. ボルタは電池の出力をどうやって確認したか

1063. フラーレン(C60)単結晶のフォトルミネッセンス

1064. チタン酸バリウム薄膜研究の意義

1065. 半導体の光学現象の量子力学

1066. 電磁波とプラズモンの結合についての疑問

1067. 光学薄膜の反射

1068. 単元素金属の結晶構造の起源

1069. ナトリウムターシャルプトキサイドの物性

1070. 高温におけるステンレスの光学的性質

1071. 複合材料の比熱

1072. 酸化物焼結体の酸素の不定比性（酸素欠損）の定量

1073. Fe-Al合金の結晶構造

1074. パイプコイルの加振試験

1075. 分光分析における微分スペクトルについて

1076. 空間電荷制限電流について

1077. 磁化の変化による磁気特性の変化

1078. 半導体の実験についての質問

1086. (Ba_0.7Sr_0.3)TiO₃のヤング率、ポアソン比

1111. emu/gからμ_Bへの換算

1137. 金属間化合物Fe₂Al₅の磁気特性