700. 液体ヘリウム温度における銅の抵抗率
Date: Thu, 15 Dec 2005 16:47:47 +0900
Q: はじめまして。名古屋大学３年電気工学コース、山口竜太郎といいます。
現在超伝導の実験を行っており、冷却にはLHeをメインに用いています。
そこで質問なのですが、液体ヘリウム温度付近において銅の抵抗率は どのように振舞うのでしょうか？１００Kあたりまでは直線的に減少してい くことはわかるのですが、そこからも直線的に減少すると考えると抵抗率は ゼロになることになってしまいます。どのように考えればよいか、教えてください。
よろしくお願いします。
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Date: Fri, 16 Dec 2005 01:21:54 +0900
A: 山口君、佐藤勝昭です。
一般に金属の電気抵抗率ρは、格子振動による散乱に基づく抵抗率をρL、残留抵抗
ρiとするとρ=ρL＋ρi
と書けます。ρLは高温でTに比例します。従って、
ρ=ρi＋aT
と書けます。これをマチーセンの法則と言います。
温度を下げていくと抵抗率は温度とともに下がりますが、あるところで曲がって一定値 ρiになります。残留抵抗は不純物の量に関係します。
図はカリウムの抵抗率の温度変化です。（佐藤・越田「応用電子物性工学」(コロナ社) p16）
純度の高い銅試料では、残留抵抗率ρiは室温でのρの10^-6というわずかな値しかもち ませんが、20ppmの不純物を入れると室温のρの10^-3という値をとります。
また鉄など遷移金属を含む場合、温度を下げていくとρはいったん極小値をとり、低温 側で急に立ち上がります。これは近藤効果という物理現象によって説明されています。
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Date: Fri, 16 Dec 2005 13:21:39 +0900
AA: 回答ありがとうございました。これからの実験の考察に 役立てたいと思います。
山口竜太郎
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701. 密閉したプラスチック容器の空気圧による変形
Date: Mon, 19 Dec 2005 23:52:52 -0500
Q: Ｎ社Ｋです。(匿名希望) 筐体設計を担当しています。初めての質問です。
密閉したプラスチック容器（材料：0.7ｍｍポリスチレンの真空成形品）の温度による内部空気圧の変化を知り 容器の膨れ又は収縮の程度を知りたい。
知りたい計算式：
１）マイナス40度とプラス60度の温度の時に内部空気の膨張または収縮の度合い（体積）
２）上記での空気の膨張または収縮による内部空気圧力の度合い（圧力）
３）上記での内部空気圧力による容器の変形量を導く（形状は弁当箱のようなもので４辺支持：Ｗ90ｍｍｘＨ35ｍｍｘＴ10ｍｍ）
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Date: Thu, 22 Dec 2005 19:01:56 +0900
A: Ｎ社Ｋ様、佐藤勝昭です。
私は、この方面の知識が乏しいので、本学機械システム専攻の桑原教 授、村田教授に教えていただきました。この手の問題は、簡単そうに見 えて結構手強いもののようです。解析解はないのではないでしょうか。
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桑原先生、佐藤勝昭です。
まずは箱の体積一定としてボイルシャールで圧力変化を考え、
この圧力によるプラスチックののびを考えればよいと思うのですが、
４辺支持とするとのび方はどう考えればよいのでしょうか。
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村田先生
佐藤勝昭先生（というよりは学外の方）から問い合わせがありました．
回答可能であれば返信を御願いします．（桑原）
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佐藤先生、村田です。
変形量ですが，使用温度における当該材料の機械的性質（応力とひずみ の関係式）がデータとして必要です．
私の手許にある弾性論の教科書には当該問題の解析解が記載されており ません（さらに上級の文献をチェックすれば解析解はあるかもしれ ませんが．．．）．もしくは有限要素法による解析でもよいと思います． ただ，解析解を用いるにしても有限要素法を用いるにしても次の事項が 明らかである必要があります．
１．当該の使用温度におけるプラスチックが金属的な弾性変形挙動を示 すと考えてよいのか？
２．もし粘塑性的変形挙動を示すとすれば，計算で用いる当該プラスチ ックの材料モデル（特に多軸応力下での）はいかなるものか？
結論：変形量の解析を行う前に，機械的性質に関する情報が必要です．
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Date: Tue, 27 Dec 2005 22:02:48 -0500
AA: N社のKです。
連絡が遅れて申し訳ございませんでした。
早速のご手配ありがとうございました。
又こちらでも調べてみます、結果が出ましたらご連絡差し上げます。
以上
ありがとうございました。
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702. ステンレス鋼の焼け
Date: Tue, 20 Dec 2005 15:47:17 +0900
Q:Kと申します。39歳です。
半導体製造装置の開発に従事しております。
WebへUPする場合は、匿名にてお願い致します。
質問です。
ステンレス（SUS）が焼ける原理を教えてください。
焼けるとは、表面が茶褐色に変色する様子のことです。
私は、酸化しているのではないか？
と思うのですが違うでしょうか？
それから、金属の種類によって、 焼ける温度に差があるのでしょうか？
もし、「焼け温度」の一覧などがあれば 頂けませんでしょうか？
最後に、 SUS316とインコネルを比較すると 焼けにくいのはどちらでしょうか？
いくつも質問してすいません。
お時間の許す範囲で結構です。
ご教授よろしくお願い致します。
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Date: Wed, 21 Dec 2005 00:44:47 +0900
A: K様、佐藤勝昭です。
本学の機械システム工学専攻の佐久間先生に尋ねましたところ、下記の回答を得まし た。参考にしてください。
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農工大機械の佐久間です．
いつもお世話になっております．
下記お問い合わせの件，ご指摘の通り皮膜形成によるもので， その厚さによって色彩が変わることが知られています．
（皮膜が単純な酸化によるものだけかは，申し訳ないですが 充分に確認してはおりません．）
この現象に関しては，新日鐵光（山口県光市）が詳細に研究しており， その成果（皮膜形成制御技術）によって多様な色つきステンレス板を 製品化しております．宜しければお問い合わせ下さい．
またインコネルについては，当方も充分な情報を持ち合わせては おりません．悪しからずご了承下さい．
以上，よろしくお願い致します．
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Date: Thu, 22 Dec 2005 08:34:37 +0900
AA: お世話になっております。
Kです。
迅速な回答をいただき、ありがとうございます。
是非、新日鐵光さんにも聞いてみます。
広く情報を集め、それなりの答えがまとまりましたら またご報告させていただきます。
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703. 軟Ｘ線と硬Ｘ線のちがい
Date: 21 Dec 2005 14:54:21 +0900
Q: はじめまして。H大学4年のIといいます。
公開時のときは大学名、名前はイニシャル、匿名でお願いします。
質問なんですが、私は現在、硬X線発光によるTiO2の電子構造の研究をやって います。結晶分光器をつかって発光実験をしました。試料はパウダー状のものです。
硬X線だけしかやっていないので、軟X線のことがいまいちよくわからないのですが、 硬X線と軟X線の違いについてよければ教えていただけませんか？
それとTiO2についてよろしければ教えてください。
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Date: Thu, 22 Dec 2005 17:30:09 +0900
A: I君、佐藤勝昭です。
軟Ｘ線と硬Ｘ線のちがいについては理化学辞典に載っています。
Ｘ線の波長が0.1nm(12.4keV)より長いものを軟Ｘ線、短いものを硬Ｘ線 と呼びます。Asより軽い元素のＫ吸収端（1s殻からフェルミ準位での遷 移)の波長は0.1nm以上なので、軟Ｘ線はこれらの物質中でよく吸収され ます。人体に関係する元素（炭素、カルシウム、など）は軽い元素が多 いので、軟Ｘ線が危険だと言われるのです。
それから、TiO2について何が知りたいのですか？Ｘ線吸収のことです か？卒業研究で与えられたテーマについては指導教員に指導の責任があ ります。まずは、指導教員に教わってください。
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704. 銀の固相接合
Date: Thu, 22 Dec 2005 09:47:41 +0900
Q: はじめまして。O社Iです。※Ｗｅｂにアップさせるようでしたら 匿名（Ｏ社／Ｉさん）でお願いします。 物性何でもＱ＆Ａをいつも参考にさせていただいています。
早速ですが上記ＨＰを見て質問させていただこうと思います。
金属の拡散現象についてです。
材質は銀の素材同士を密着させ真空中に放置させた場合に拡散現象によって接合す るのでしょうか？
その場合のメカニズムはどうなっているのでしょうか？（環境・時間的な条件な ど）
条件としましては、密着している面積は１辺が０．１ｍｍの正方形（平面）で ４０ｇの力で相互は押し付けられています。
また真空といっても酸素はありませんが、フッ素や硫黄はある程度含まれていま す。
以上、情報が少ないかもしれませんがよろしくお願いします。
＊お客様からのご質問なのですが当方の知識不足で回答できなく苦慮しているしだ いです。
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Date: Thu, 22 Dec 2005 16:58:47 +0900
A: O社I様、佐藤勝昭です。
すべての金属において清浄な金属表面同士が密着したときに固相接合 という現象が起きます。表面に酸化物など散障壁になるものがなければ、 自由電子が行き来することによって金属の原子間に金属結合が形成され ぴったりと接合すると考えられます。同種金属だけでなく、異種金属間 でも起きるので、工業的にも利用されます。たとえば山梨県工業技術セ ンターのＨＰに異種貴金属の固相接合法に関する研究が載っています。
http://www.yitc.go.jp/Houkoku/data2/H14/H14-07.pdf
また、特許庁のＨＰに「平成１６年度特許出願技術動向調査報告書−非 鉄金属材料の溶接」http://www.jpo.go.jp/shiryou/pdf/gidou-houkoku /16seizou_nonferrous_metals.pdf
があり、固相接合について書かれています。
「固相接合とは、固相状態で被溶接材料相互の表面を、原子レベルまで 近接させることで得られる接合である。近接させるために、通常は圧力 が最も重要な要素となるため、固相接合と呼ばれる。接合の完成には、 界面の異物の排除・消失過程、および材料間相互の原子配列整合過程 (相互拡散)が必要であり、このため材料は昇温される。原理上は、溶融 は必要条件ではない。異材溶接では、界面において脆弱金属間化合物を 形成する可能性があるが、温度と時間によって比較的制御しやすい。」 とあります。
他のＱ＆Ａにもこのような質問に対する回答が丁寧に載っているので 参考にしてください。http://oshiete.eibi.co.jp/kotaeru.php3?q=276217
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Date: Thu, 22 Dec 2005 17:21:44 +0900
AA: 早速のご回答ありがとうございました。
やはりこういった内容は 『物理的に金属は・・・』 といった内容になるのですね。
拡散係数など学術的な事を言われてもよくわからないのが実態ではあるのですが。
理論的なところは今回のご回答で理解したつもりです。
『銀』という材質について限定しもう少し調べてみます。
ありがとうございました。
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705. ニッケルの降伏応力
Date: Thu, 22 Dec 2005 14:13:23 +0900
Q: こんにちは。
K大学4年のKと申します。
ニッケルの降伏応力を知りたいのですが見つかりません。
教えていただけないでしょうか。
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Date: Thu, 22 Dec 2005 15:01:26 +0900
A: K君、佐藤勝昭です。
図書室に行きましたか。金属ハンドブックなどに載っているはずです。
あなたは、機械科だから、金属材料の講義で学んだと思いますが、同じ 金属でも、純度、形状（ロッド、シート等）、焼鈍（アニール）や冷間 圧延（コールドワーク）で大きく変化します。
純粋に近いニッケル200(99.6%)降伏応力は次の通りです。
| 形状 | 加工法 | 降伏応力 |
| 棒（ロッド） | Hot finished | 105-310 MPa |
| 棒（ロッド） | Cold drawn | 275-690 MPa |
| 板（プレート） | Hot rolled | 140-550 MPa |
| 板（プレート） | Hot rolled Annealed | 105-275MPa |
| シート | Hard | 480-725 MPa |
| シート | Annealed | 108-210 MPa |
| 管 | Stress relieved | 275-620 MPa |
| 管 | Annealed | 850-210 MPa |
| 線 | Annealed | 105-345 MPa |
| 線 | Spring temper | 725-930 MPa |
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Date: Thu, 22 Dec 2005 15:27:30 +0900
AA: 迅速なご解答ありがとうございます。
なかなか見つからず苦労していたので、よかったです。
これからの研究に役立てたいと思います。
ありがとうございました。
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706. 物性値のナノ領域への適用限界
Date: Sun, 25 Dec 2005 11:58:56 +0900
Q: はじめまして、物性なんでもQ&Aのあることを知り、最近の疑問を おたずねしたいと思います。大阪の会社員のMです。匿名でお願いします。 昨今ナノテクがはやりで、素人の私も手にするような本にまでナノテクが 紹介されています。
引っ張りや曲げなどの物性は大がかりな引っ張り試験器で検査を するものが通常であったのが私の時代だったのですが、ナノテクのような 非常に細かい材料であっても同じ材質であるならば、その試験結果は 同じになるのでしょうか。Young率などの物性値は材料が同じでも 嵩が極端に違うと変わってしまうものなのでしょうか。素人目には、 ナノテクであろうと物性値が変わるとは思わないのですが、適用範囲が あるのかどうか教えて下さい。
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Date: Sun, 25 Dec 2005 13:25:08 +0900
A: M様、佐藤勝昭です。
マクロな物性値がどれくらい小さな領域にまで適用できるかは、材料の具体的 な構造、さらには、電子状態によります。
物質本来のもつ物性は純粋物質の単結晶を使ってはじめて正確に測定できる量 です。実際の材料では、多結晶体であったり、結晶内にも欠陥があったりして、 本来の性能を持っていない場合があります。実際、普通の金属は、多数の結晶粒 からなる多結晶体ですが、直径がマイクロメータ以下のウィスカー単結晶となる と通常の金属には考えられないような強靱性を示します。従って、ナノ領域の結 晶材料では、物質がもつ本来の物性値が得られるのです。降伏応力も構造敏感な 量です。同じ金属でも、焼鈍や冷間圧延などの加工によって大幅な変化を示しま す。これは加工により転位などの結晶欠陥の制御が行われることを示します。 カーボンナノチューブは、ナノサイズの特別の網目構造ゆえに非常な強度を示 します。この材料を混ぜ込むだけでセラミクスの強度が飛躍的に増大するという ことです。
もっと小さな構造としてナノワイヤ、やナノドットなどになりますと、量子効 果によって電子構造がバルクとは異なるため、原子間の結合の性質にも影響を及 ぼします。格子振動もバルクとは異なる性質を持ちます。
また、ナノ構造では表面が占める割合が増えることも、バルクと違った性質を もたらします。例えば、100ナノメートルの厚みの膜において表面に0.5ナノメー トルの酸化層があったとしても、機械的な物性値にはあまり大きな影響はありま せんが、2ナノメートルの厚みの膜だと裏表あわせて1ナノメートルの表面酸化物 層があると同程度の大きさなので、すっかり性質が異なるでしょう。
このようにナノの世界の物性は、マクロの物性と本質的に異なると考えておい た方がよいと思います。
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Date: Sun, 25 Dec 2005 17:55:02 +0900
AA: 佐藤先生
ご丁寧なご返答を頂戴し、有り難うございます。
材料の性質は材料の構造によるためにマクロとミクロ（ナノ）では 構造が異なる場合が多く、一般的に異なると考えた方がベターと のこと、理解できました。また勉強して疑問が出てきたら、お邪魔 させて頂きます。
蛇足：ｙａｈｏｏで検索をしていたら「物性なんでもQ&A」に行き着き、 東京農工大学の副学長先生が回答して下さるとは全く知らずに 本当に興味本位なことを尋ねてしまいました。素人の疑問にも 関わらずご丁寧な返答をいただき有り難うございます。それも、 ３０分足らずでご返事を下さったようで、貴重なお休みに時間を とって下さって、恐れ入ります。有り難うございました。
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707. 無酸素銅の機械的特性
Date: Mon, 26 Dec 2005 13:41:01 +0900
Q: はじめまして。
私は、液晶製造装置（スパッタリング装置）のカソードを製造しているY社のTです。
このカソードには、ターゲット材という高純度の素材がインジウムなどによりロー付け され、そのターゲットは消耗すると新しいものに交換されます。
今回、カソードの素材として最もよく使用されている無酸素銅に関する質問です。 私も学生時代は金属材料工学科に所属しておりましたので、基本的なことは 理解しています。
そこで質問です。
・冷間圧延率の違いにより、0,1/4H,1/2H,Hという硬さに分類されていますが、
圧延率と再結晶温度には相関があると記憶していましたが、如何でしょうか？
・すなわち、圧延率が高いほど、再結晶温度が低温側へ移行するのでは？
・仮に再結晶温度が200〜250度としますと、上記のロー付け温度が丁度その範
囲ですので、繰り返しているうちに徐々に軟化してくるという現象が起きてくるので
はないかと考えています。
・以前、三菱伸銅（三菱マテリアル）が開発した、OMCという銅材の特性を説明す
る資料に掲載されていたと思います。かなり古い資料ですし、OMCという材料も
最近は作っていないようですので、この資料は手に入らないのではないかと思って
います。
佐藤研究室殿で、上記に関するお答えをお持ちじゃないでしょうか？
宜しくお願いします。
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Date: Tue, 27 Dec 2005 13:30:11 +0900
A: T様、佐藤勝昭です。
私は、金属材料工学の専門家ではありません。従って、ご質問に正確 にお答えできるかどうかわかりませんが、物理の立場でお答えします。
[Q1]・冷間圧延率の違いにより、0,1/4H,1/2H,Hという硬さに分類さ
れていますが、圧延率と再結晶温度には相関があると記憶していました
が、如何でしょうか？すなわち、圧延率が高いほど、再結晶温度が低温
側へ移行するのでは？
[A1] 再結晶化とは「冷間加工された金属に熱処理を施すことによっ て、ひずみを受けた結晶粒がある時間内に新規のストレスのない結晶粒 に置き換わる過程」、また、再結晶温度とは、「冷間加工された金属を 熱処理したとき、ある処理時間内に完全に再結晶化するための最低の熱 処理温度」と定義されています。従って、再結晶化温度は、材料の加工 度と熱処理時間に依存します。
一般論として、加工が進むほど（1/4H→1/2H→3/4H→H）、加熱温度が 低いほど、結晶粒のサイズが小さくなります。従って、結晶粒が小さく なれば、再結晶に要する時間、温度は小さくなります。 銅の再結晶温度は200-250℃とされています。（打越：機械材料p28) この温度幅は圧延度によるものと考えられ、圧延度の高いものでは200 ℃くらいになっているでしょう。
[Q2]・仮に再結晶温度が200〜250度としますと、上記のロー付け温度
が丁度その範囲ですので、繰り返しているうちに徐々に軟化してくると
いう現象が起きてくるのではないかと考えています。
[A2] ロウ付けに要する時間が関係すると思います。再結晶にはある 一定の時間が必要ですから、ロウ付けに要する時間が短ければ問題にな らないでしょう。しかし、繰り返していくうちに、トータルの熱処理時 間がその温度での再結晶化時間を超えると、軟化するでしょう。
三菱マテリアルのHPによると、耐熱銅合金としてOMCのことが出ていま す。http://www.mmc.co.jp/nfac/hpm/okegawa/OHP/products/tainetu/ sei-goukin.html
会社に直接おたずねになってはいかがでしょう。
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Date: Tue, 27 Dec 2005 16:18:41 +0900
AA: 佐藤先生
早速のご回答、ありがとうございました。
今後とも、よろしくご指導ください。
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708. 吸光度測定のための至適濃度
Date: Tue, 27 Dec 2005 10:41:41 +0900
Q: 私は澁谷真紀といいます。城西大学薬学部薬学科2年生です。
大学の機器分析学の授業の際に担当教授から演習問題として何題か問題を頂いたので すが、その中の2問がよく分からず、悩んでいます。佐藤先生のお力を貸していただ ければ光栄かと思います。年末の忙しい中本当に申し訳ありません。
まず、１問目は吸光度を測定する時の至適濃度について説明せよ。
２問目は１，３−ブタジエンはヘキサン中で吸収極大波長は２１９nmであった。溶媒 をエタノールに変えたら吸収極大波長の値はどう変わるか。
以上2問です。
２問目については私なりの考えで、ヘキサン中では１，３−ブタジエンはエタノール と比べて親和性が高いため分子間相互作用が働き、電子の遷移を起こすためにはまず 相互作用を切り離さなければならないのでその分だけ余計なエネルギーを要する。 よってエタノールと比べるとヘキサンの吸収極大波長は小さくなる。そのため、エタ ノール中では吸収極大波長の値はより長波長側にシフトすると考えたのですが、あっ ているのかよくわかりません。
お忙しいとは思いますが、よろしくお願いいたします。
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Date: Wed, 28 Dec 2005 10:18:47 +0900
A: 渋谷君、佐藤勝昭です。
「なんでもＱ＆Ａ」では大学で出された課題に直接お答えすることはいたしません。 ヒントだけ差し上げます。
１問目：吸光度を測定する際の至適濃度
私ども物理の用語には「至適濃度」という言葉はありません。化学便覧にも載っていま せん。おそらく薬学系の機器分析独特の用語であろうと思われます。
一般に分光光度計で吸光度を測定するには、試料を透過してくる光の量がその測定器の 検出できる範囲にないと測定出来ません。一般にモル吸収係数をε、濃度c、試料の光路 長Lとすると吸光度Aは
A＝log_10(Io/I)=εcL
と表されます。Ioは入射光強度、Iと透過光強度です。T=I/Ioを透過率といいます。
普通分光光度計はTを測定して対数をとってAを求めています。最近の装置ではT=10^-5程 度測定出来るものもありますが、信頼性のあるのはT>0.01でしょう。すなわちAとしては2 程度となります。従って、εcLの積が2以下になるようcを決めるのがようと思われます。
２問目：溶媒を変えたときの1,3-Butadieneの吸収極大波長の変化
私は、有機物質についての知識がありません。219nmの吸収がどのような電子遷移で起き ているのか、溶媒との相互作用でどう変化するかを考えればよいでしょう。あなたの推論 が正しいかどうかは、判断出来ません。
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Date: Wed, 28 Dec 2005 18:09:26 +0900
AA: 返信ありがとうございました。
先生のヒントを参考に頑張りたいと思います。
澁谷真紀
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709. なぜZnOはn型で、NiOはp型か
Date: Fri, 30 Dec 2005 21:07:57 +0900
Q: はじめまして、R大学理工学部の三回のSです。
半導体のZnOはn形でNiOはp形の伝導を示すのかをおしえてください。
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Date: Sun, 01 Jan 2006 10:36:05 +0900
A: S君、佐藤勝昭です。
CdTeをのぞく多くのII-VI族化合物半導体は、不純物の添加をしないときｎ形 の電気伝導を示します。その理由はかならずしも明確になっていません。
ZnOの場合、(1)アクセプタ不純物の固溶性の低さ、(2)アクセプタのイオン化 エネルギーの大きさ、(3)アクセプタを導入すると同時にドナーが導入されるこ とによる自己補償機構などが原因であろうと考えられています。最近ではMOCVD により窒素添加で低抵抗のp形が実現しています。しかし、導入された窒素の濃 度(〜10^21cm^-3)に比べホール濃度が低い(<10^17)ということから、(3)のメカ ニズムが有力であろうと考えられています。
X. Li, S.E. Asher, B.M. Keyes, H.R. Moutinho, J. Luther, and T.J. Coutts: p-Type ZnO Thin Films Grown by MOCVD; 31st IEEE Photovoltaics Specialists Conference and Exhibition, Lake Buena Vista, Florida, January 3-7, 2005
が参考になるでしょう。
NiOは反強磁性半導体で、バンドギャップはCharge-transfer型です。すなわ ち、伝導帯は3d軌道からなり、価電子帯はOの2p軌道からなっています。3d電子 帯は狭いバンドなので有効質量m*が大きいため移動度μ=eτ/m*が小さく電気伝導 に寄与しません。電気伝導は主として価電子帯のホールによります。リチウムLi を添加するとアクセプタになります。しかし伝導は普通の拡散型ではなく、ポー ラロンによるホッピングとされています。
授業での宿題でしょうか？大学の学部３年生では難しいかも知れません。
Webでは匿名にしますから、大学名、学科名を書いてください。
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710. シリコンの屈折率と消光係数
Date: Fri, 06 Jan 2006 15:42:17 +0900
Q: はじめまして、表題の件について悩んでいたところ このホームページを見つけましたので質問させてください。
1/4波長板のエリプソメーターにて測定しているのですが シリコンウェハーの屈折率と吸収係数がわかりません。
お分かりになるようでしたら教えて頂きたいたいのですが 宜しくお願いいたします。
Ａ社Ｓより
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Date: Fri, 06 Jan 2006 23:59:37 +0900
A: A社、S様、佐藤勝昭です。
シリコンの屈折率ｎと消光係数は、
「なんでもＱ＆Ａ」の#279をご覧下さい。
吸収係数α[cm^-1]は、消光係数κとつぎのような関係があります。
α=4πκ/λ
です。λはcm単位で考えてください。
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Date: Sat, 07 Jan 2006 08:44:16 +0900
AA: 佐藤勝昭様
早速の返信誠に有難う御座いました。
中身を確認させていただき大変役に立ちました。
今後のご活躍を楽しみに拝見させていただきます。
有難う御座いました。
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711. 半波長板について
Date: Sat, 07 Jan 2006 01:52:42 +0900
Q: 佐藤先生
はじめまして。
S大学工学部３年のSといいます。
ＨＰを拝見しました。
アップロードの時にはいづれも匿名でお願いします。
お忙しいところ恐縮ですが下記の質問にアドバイス、回答を頂けないでしょうか。
実験の授業で光学部品を扱うことがあって興味を持ち光学部品についてＷＥＢで色々と調べています。
そこで半波長板は結晶軸に対して入射電界の振動方向がθ傾いた状態で入射したら 出射電界は2θ回転して得られるという風に理解しました。
ですがリターダンス、もしくはリタデーションという現象が上手く飲み込めません。
意味は”入射してくる偏光の位相内での、角度シフトの度合い。”とあるのですが、 これが入力と出力の間ににどう影響するのだろうか想像できません。
宜しくお願いします。
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Date: Sat, 07 Jan 2006 09:47:15 +0900
A: S君、佐藤勝昭です。
リターデーション（光学遅延）について説明します。
いま、ｚ方向に進む光を考えましょう。光の電界の振動方向はｚに垂直の面内に あります。いま、電界がｘ方向とｙ方向の丁度あいだの45°の方向の振動である ような直線偏光を考えますと
Ex=Eo exp{-i(ω(t-n1z/c))}、Ey=Eo exp{-i(ω(t-n2z/c))}と書けます。
ここにn1はx方向の屈折率、n2はｙ方向の屈折率です。
もし媒質が等方性でn1=n2ならどこまで進んでもExとEyは同位相で進むので４５° 傾いた直線偏光のままです。
ところが媒質が異方性をもち、n1-n2=Δnだけ異なっていたとしましょう。
すると、ExとEyの間にはωΔn z/cだけの位相差が生じます。この位相差のことを リターデーションと呼びδで表します。δ=ωΔn z/c=2πΔn z/λです。
すると、Ex=Ey exp(-iδ)=Ey exp(-i2πΔn z/λ)と書けます。
半波長板というのはΔn z=λ/2であるような場合です。するとδ=πとなり、
Ex=Ey exp(-iπ)=-Ey
となって、合成した電界ベクトルはｘ方向から-45°傾いた偏光になるわけです。
従って、入射光からみると偏光方向が90°回転したことになります。
ちなみに１／４波長板では、Δn z=λ/4ですから、δ=π/2となり
Ex=Ey exp(-iπ/2)
となります。位相がπ/2すなわち90°異なるので、EyがsinならExはcosになりま す。すると合成した電界ベクトルの軌跡は円になります。これが円偏光です。
リターデーションについては、光学の教科書ならどれにでも出ています。
例えば、古い本ですが、共立全書の「光学」（石黒浩三著1953年刊、絶版）を図書館 に行って読んでください。
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Date: Sat, 07 Jan 2006 12:52:24 +0900
Q2: 佐藤先生
早速教えていただいてありがとうございました。
図書館から借りて読み始めました。
太陽の光をプリズムに通すと7色に分かれて見えるように、
波長によって屈折率は微妙に違うということは同じ波長板でも入射する波長によって
リターデーションが異なるということなんですね。
この調整法は結晶の厚みを変えて光路長を変えるだけなのでしょうか
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Date: Sat, 7 Jan 2006 15:37:39 +0900
A2: S君、佐藤勝昭です。
君の言うとおり波長に応じた波長板を用意しなければなりません。た だ最近はΔnが波長に依存する性質を利用したアクロマティック（波長 依存性のない）波長板も市販されています。光学技研では広帯域波長板 として市販しています。
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Date: Sat, 07 Jan 2006 23:23:58 +0900
AA: 佐藤先生
ご回答ありがとうございました。
もやもやが無くなりとてもすっきりしました。
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712. Ta2O3のヤング率
Date: Sat, 7 Jan 2006 16:47:12 +0900 (JST)
Q: 佐藤先生
はじめまして。N大学修士2回生のTといいます。
HPを拝見させていただきました。Webにアップされるときは匿名でお願いします。
Ta2O5のヤング率やポアソン比について教えてください。
また、掲載されている図書等ございましたら、それもお教え願いたいです。
よろしくお願いします。
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Date: Sun, 8 Jan 2006 02:01:19 +0900
A: T君、佐藤勝昭です。
5酸化タンタルなど、タンタルの酸化物は粉末試料か薄膜試料しかないので、機械的性 質のデータがありません。Ta自身の体積弾性率が200GPaですから、酸化物はもっと大き いことが予想されます。TaONタンタルオキシナイトライドについて第1原理バンド計算か ら求めた体積弾性率が278GPaとされています。いずれにせよこのような遷移金属酸化物 セラミクスの弾性係数はほとんど入手できないと思います。
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713. 鉛フリーハンダのヤング率
Date: Sun, 8 Jan 2006 18:41:34 +0900 (JST)
Q:東京学芸大学技術教育専攻の李です、今鉛フリーはんだ材料Sn3Ag0.5Cuについて、
125℃から−40℃までの温度サイクル負荷を受けて、塑性・クリープ解析を行っている。
材料のヤング率と降伏応力の値が見つかれない、教えていただきたいです。よろしくお願いします。
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Date: Mon, 09 Jan 2006 01:38:55 +0900
A: Liさん、佐藤勝昭です。
あなたの組成にピッタリのデータはありません。
http://www.boulder.nist.gov/div853/lead%20free/props01.pdf にいろいろな鉛フリーハンダの機械的性質が出ています。
(yard-pound系なので、SIに換算する必要があります。(1ksi==1000ポンド/平方インチ=0.703kgf/mm2 =6.89MPa）
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Sn96.5/Ag3.5 Leadfree solder
> 引っ張り (*tested per ASTM E-8)
> UTS(ksi) 5.91
> 降伏応力(ksi) 4.07
> ヤング率 (ｋsi) 5740
> % 伸び率 43.66
>
> 圧縮 (*tested per ASTM E-9)
> 応力@25%歪 9.88
> .2%歪降伏応力 (ksi)4.84
> ヤング率(ksi) 16600
>
> 硬度 12.2 (per Rockwell Test, 15W Scale Hardness)
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Sn-2.5Ag-0.8Cu-0.5Sb (Castin^(TM))
> 引っ張り
> UTS(ksi) 5.73
> 降伏応力(ksi) 4.86
> ヤング率 (ksi) 7420
> % 伸び率 50
>
> 圧縮
> 応力@25%歪 8.54
> .2%歪降伏応力 (ksi)4.33
> 弾性率(ksi) 4260
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714. 屈折率による水晶の厚み測定
Date: Fri, 6 Jan 2006 14:53:40 +0900
Q: 東京農工大学 佐藤様
(株)D技術部Nと申します。（恐縮ですがweb公開時は匿名でお願い致します。）
水晶のATカット板の屈折率について調べていたところ、貴研究室のＨＰにたどり着きました。
素人質問ですが、ご教示いただけると幸いです。
水晶の厚みをレーザで測定する場合、屈折率による補正が必要になると思います。
今回ATカット水晶板の厚み測定を考えておりますが、補正は常光線の屈折率だけで補正して 良いのでしょうか？それとも異常光線の屈折率も考慮すべきなのでしょうか？
異常光線を考慮する必要がある場合、その屈折率はAT切断角度に依存する可能性があると 思うのですが、AT切断角度と屈折率はどのような関係式で表されるのでしょうか？
御多忙中とは存じますが、御教示の程宜しくお願い申し上げます。
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Date: Sat, 07 Jan 2006 22:34:27 +0900
A: N様、佐藤勝昭です。
常光線のみを使って測定しているのであれば、常光線屈折率のみを使えばよい と思います。
異常光線の屈折率の方位角依存性は、光学軸からの傾角をθとして、
1/n^2=(sinθ)^2/ε// + (cosθ)^2/ε⊥
となります。ここにε⊥は光学軸方向の電界に対する誘電率、ε//は光学軸に垂直 な面内の誘電率で、ε⊥=no^2, ε//=ne^2 です。
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Date: Tue, 10 Jan 2006 09:10:46 +0900
AA: 東京農工大学 佐藤様
D社Nです。
早急に御回答をいただき誠に恐れ入ります。
今後の業務の役立てとさせていただきます。
お忙しい中、本当にありがとうございました。
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715. 水滴接触角の表面モルフォロジー依存性
Date: Mon, 9 Jan 2006 13:55:50 +0900
Q: 京都大学 工学部 物理工学科 材料科学コース機能構築学研究室 学部４回生の六門直哉と申します．
休日に申し訳ございません．
私はポリエチレンテレフタレートの表面をアミノ基修飾することによって 材料の機能化を行うといった研究を行っています．
分析法の一つに水滴接触角測定を用いているのですが
水滴接触角は表面エネルギーと表面のモルフォロジーに依存していると 聞きました．
表面エネルギーが関わってくるというのは分かるんですが
モルフォロジーに関しては実際にどういう計算になるのかというのがよ く分からないのです．
ポリエチレンテレフタレートをアミノ基修飾すると実際どのような接触 角を示すのかという 計算方法のようなものがあったら教えて頂きたいです
よろしくお願いします
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Date: Mon, 09 Jan 2006 20:58:24 +0900
A: 六門直哉様、佐藤勝昭です。
表面微細構造と撥水性の関係については、機械学会の流体工学部門のニューズ レターに、産総研の松本博士が解説しておられます。
http://www.jsme-fed.org/newsletters/2001_10/2102.html
これによれば、接触角に関して、Wenzelの理論、Cassieの理論があると書かれて います。Wenzelの式、Cassieの式については、
森田 正道, 久保 元伸：最もよく水をはじく高分子材料は；高分子, 45, 566(1996)
http://www.daikinchem.com.cn/pro/sinsozai/unidyne_org/lit/lit-t/topics2/topics2.html#Ref.1
をお読み下さい。
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Date: Tue, 10 Jan 2006 10:32:46 +0900
AA: ありごとうございました．
もう一度勉強し直してみます
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716. 鉄、アルミ、銅の複素屈折率
Date: Tuesday, January 6, 2006 Q: 佐藤先生
はじめまして。A社のＳと申します。
『鉄、アルミ、銅の3種類の単純金属について、波長1060nm 条件、あるいは、それ に> 近い波長レベルの光源（レーザー）に対する複素屈折率n=ｎ＋ki の物性値(n, k 値）』を教えて頂きたいと思いましてメール致しました。
web上で、金属の光学定数データが明記してある本を紹介されているのは理解して いるのですが、できるならば上記３つの元素に対してのみで結構ですので教えて 頂きたいと思います。いろいろな入射角に対するＳ成分、及びＰ成分のエネルギー 反射率を計算する予定です。宜しくお願い申し上げます。 迫より
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Date: Tuesday, January 10, 2006 4:38 PM
A: Ｓ様、佐藤勝昭です。
お返事が遅くなりました。
１μm 付近の波長におけるFe, Al, Cuの複素屈折率は次の通りです。
Fe (at 1.069μm) n=4.53, κ=4.30
Al (at 1.078μm) n=1.25, κ=10.6
Cu (at 0.827μm) n=0.26, κ=5.26
(at 1.240μm) n=0.433, κ=8.46
銅については0.827μmと1.240μmの内挿値を計算して使ってください。
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Date: Wed, 11 Jan 2006 09:35:11 +0900
Q2:佐藤先生、データを送っていただき感謝いたします。
現在、レーザ切断という立場から偏光と入射角依存性を勉強している最中です。
ありがとうございました。
また、もし、可能でしたら、１０．６μｍ近傍の Fe, Al及びCuの同様な数値を教えていただけないでしょうか？
厚かましいお願いで申し訳ありません。 迫 宏より
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Date: Wed, 11 Jan 2006 13:26:49 +0900
A2: Ｓ様、佐藤勝昭です。
10μm付近のデータは次の通りです。(Palikによる)
> Fe (at 10.53μm) n=5.95, κ=32.0（Palik II, p.395)
> Al (at 10.33μm) n=26.6, κ=92.2 (Palik I, p.401)
> Cu (at 9.537μm) n=10.8, κ=47.5 (Palik I. p.286)
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Date: Thu, 12 Jan 2006 12:58:50 +0900
AA: 佐藤先生
本当にありがとうございました。頂いたデータを基に、少し計算を実施致しましたのでご報告いたします。
たとえば、鉄に対して、1μｍ帯と１０μｍ帯の両者を『入射角に対してPS 成分の光の反射率』を求めますと、 添付のような関係になりました。１μｍ帯の光は、入射角に対して偏光成分の影響を大きく受けることが 良くわかりました。今後の加工プロセス（レーザ切断）を実施する中で十分考慮していきたいと思います。
重ねて御礼ま。Sより。
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717. 高い誘電率の金属素材
Date: Tue, 10 Jan 2006 16:28:05 +0900
Q: Ｏ社のＫと申します。
突然のメールで失礼します。HPを拝見させて頂きました。
WEB上には、匿名でお願いします。
通信機器を中に入れる金属ケースを検討しています。一般の金属ですと誘電率が低くて 電波が外部に出ません。プラスティックやセラミック並の金属素材はないでしょうか？
もしくは、比較しにくいですが、アルミ素材並の剛性強度を持つ、エンプラ素材はないでしょうか？
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Date: Tue, 10 Jan 2006 18:08:27 +0900
A: K様、佐藤勝昭です。
金属が電磁波の透過を防いでいるのは、誘電率が低いせいではなく、 金属の自由電子による電界の遮蔽、従って抵抗率が小さいことが原因で すから金属である限り、透過しなくても仕方がありません。skin depth δより薄くなければ、電磁波は透過しません。
なんでもQ&A#366に示し たようにδは
δ=(2/ωσμo)1/2
で与えられます。Crは比較的抵抗の高い金属ですが、FMの電波(約 100MHz)が通り抜けるには、1μm以下の薄さにしなければなりません。
もちろん波長程度の穴をたくさんあければとおるでしょうが。
FRPをはじめエンジニアリングプラスチックには、金属と同等の機械 強度をもった材料があります。たとえば、アルミ合金の弾性率は80- 100GPaの程度ですが、FRPには400GPaに達するものもあります。
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Date: Tue, 10 Jan 2006 18:34:51 +0900
AA: 佐藤様
O社のＫです。
早速のご回答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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718. 蛍光波長の励起波長依存性
Date: Wed, 11 Jan 2006 16:34:32 +0900
Q: ＨＰをいつも興味深く拝見しています。Y大Hです。匿名でお願いします。
前も御指示いただいて大変助かりました。本当にありがとうございました。
高いエネルギー準位にある励起波長の変化で蛍光波長が変わることがあるんでしょうか？
私が使っている装置は古い機械なので壊れているかもしれないから励起波長の変 化で輝度が変わるかもしれません。
周りに専門にしている人もいないのでわかりません。どうか教えてもらえないでしょうか？
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Date: Thu, 12 Jan 2006 02:18:41 +0900
A: H様、佐藤勝昭です。
私も、励起波長の変化にともなって発光波長が変化することを、しばしば、経験しま した。気をつけなければならないのは、実験的なミスによるものです。
分光器の回折格子が高次光を出すことです。例えば、600nmに目盛りを合わせていて も、2次の回折光である300nmの光が出てきます。本当は試料が発光していなくても、励 起光を分光器がセレクトしてしまうのです。この場合は、励起波長と発光波長が正確に 比例します。この他にも、回折格子によるお化けが出ることがあります。これらの光は 試料の代わりに金属版を置いても検出されますから、容易に見つけることができます。
次に、ラマン散乱を検出している場合があります。特に、バンドギャップより高いエ ネルギーで強く励起した場合に、共鳴ラマン効果などが見られます。ラマン散乱は、励 起エネルギーよりフォノンのエネルギーだけ低いエネルギーに現れますから、励起波長 を変化させると、散乱光の波長も変化します。
上記の効果でなく、本当に、発光波長が励起波長とともに変化する場合があります。 発光中心のエネルギー準位に位置による分布がある場合に、励起波長を変えると、異 なった発光中心を励起するため、異なった波長に発光が現れます。
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Date: Thu, 12 Jan 2006 12:50:07 +0900
AA: ご指導ありがとうございました。どうやら機械が悪いわけではないみたいです。勉強不足でした。
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719. 誘電正接の大きな素材
Date: Thu, 12 Jan 2006 17:31:07 +0900 (JST)
Q: 初めまして。D大学工学部４回生のKと申します。（恐縮ですが、もしHPに掲載されます場合は匿名でお願い致します。）
佐藤先生のQ&AのHPは、お忙しい中の熱心なご回答に、いつも感謝の気持ちで拝見しております。
さて、私は現在大学で、電波吸収板の解析・設計の研究を行っております。そこでなんですが、 ガラスエポキシ樹脂（tanδ＝0.02）よりも誘電正接の大きい媒質（誘電体）を探しています。
カーボンと発泡剤をポリエチレン樹脂とともに混合し加熱した 導電性発泡ポリエチレン のような感じです。 tanδが大きければ大きいほど望ましいです。またたくさん教えていただければ幸いです。 ご存知でしたらお教えください。宜しくお願い致します。
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Date: Thu, 12 Jan 2006 20:32:24 +0900
A: K君、佐藤勝昭です。
通常は、損失の少ない（誘電正接の小さな）材料を探すことが多いのですが、電波吸収体だとたしかに逆ですね。
一般にＦＲＰなど複合材料で、炭素繊維や金属繊維を含むものの誘電正接が大きいと存じます。
各社のカタログで調べて見てください。
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Date: Mon, 16 Jan 2006 12:23:31 +0900 (JST)
AA: 返信遅くなって申し訳ありません。先日佐藤先生に回答を頂いたD大学工学部４回生のKと申します。
お忙しい中の熱心なご回答に感謝しています。ありがとうございました。
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720.放射線によるオーステナイト体積率測定
Date: Fri, 13 Jan 2006 15:20:41 +0900 (JST)
Q: 初めまして、I大学大学院２年のIと申します。（掲載時は大学名とともに匿名希望）
鉄の2相組織（フェライトとオーステナイト）の体積率測定をしたいのですが、今まで、力学的な分野を勉強してきたため、 放射線による体積率測定の方法がわかりません。
フェライトの（211）とオーステナイト（220）のピークデータは測定しましたが、そこからの計算方法がわかりません。 突然で申し訳ありません、わかりましたら是非ご教授ください。
よろしくお願いします。
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Date: Mon, 16 Jan 2006 13:55:19 +0900
A: I君、佐藤勝昭です。
私は金属工学の専門ではないので体積率という言葉は初めて聞きまし た。いわゆるステンレスの「オーステナイト量」に相当するものでしょうか？
同じ相であってもＸ線回折のピーク強度は、方位によって異なります。
またピーク強度が各相の面積比に完全に比例するのか自明ではありませ ん。実用的には、100%フェライト相の場合の(211)ピーク強度、100%オ ーステナイト相の(220)ピーク強度を測定しておき、測定したフェライ トの（211）とオーステナイト（220）のピーク強度比を,100%相の対応 する比で割り算すれば求められると存じますが・・。
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Date: Mon, 16 Jan 2006 15:52:50 +0900 (JST)
AA: 専門外のご質問にもかかわらず、早急な返答ありがとうございます。
先生のおっしゃったとおりのオーステナイト量の事ですが、 ピークの強度の割合だけでは、求められないものであるようです。
調べたところ、ピーク強度と計算で求められる理想強度からの算出のようです。（まだ最終回答には至っていないのが、現状です。）
お忙しいところ、お手数をおかけいたしまして申し訳ありませんでした。
誠にありがとうございました。
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721. 水、氷、雪の誘電率
Date: Sat, 14 Jan 2006 10:02:55 +0900
Q: お世話になります、笠井と申します。
物性なんでもＱ＆Ａを見まして、メールを書いております。
仕事とは関係ないのですが、氷の厚さの変化を検出する手段に良い方法がないか、考えております。
冬、北海道の糠平湖では穴を開けてワカサギ釣りを多くの方が楽しまれています。
しかし、湖の中に温泉の沸いている場所やガスが発生する場所が あるそうで、通称"ガス穴"という穴がところどころにできています。
毎年、そのガス穴に足を落としてケガをする人があり、 ガイドの方から、「ガス穴を探知するレーダー見たいなものが作れないでしょうか」と、相談されています。
弊社内でもコンクリートレーダーなど、内部に金属のあるものは検出するものを作っている部署もあるのですが、私は無線機の設計が 仕事で物体の検出技術を検討したことがありません。
ただ、発振回路の動作を考えると誘電率の変化を利用して測定できないだろうかと考えております。
そこで質問なのですが、水−氷−雪の比誘電率はどのくらいの差があるか御存知ないでしょうか。ネットで検索しても うまく見つけることができませんでした。
雪は空気の含有量によって変動は大きく一概には言えないことは予想しております。
また、水も純水は不導体と記憶していますが、湖水はわずかな伝導性があると思います。
何かヒントになるようなことを御存知でしたら、御教授ください。
宜しく御願い致します。
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Date: Sat, 14 Jan 2006 11:17:47 +0900
笠井様、佐藤勝昭です。
水の誘電率は約80、これに対し氷の誘電率は約100です。
古い文献ですが、 Marcus E. Hobbs, Mu Shik Jhon, and Henry Eyring：THE DIELECTRIC CONSTANT OF LIQUID WATER AND VARIOUS FORMS OF ICE ACCORDING TO SIGNIFICANT STRUCTURE THEORY;Proc Natl Acad Sci U S A. 1966 July; 56(1): 31−38.
に詳しく載っています。
直流での誘電率は、水と氷の差が小さいので区別を付けるのは難しいかも知れません。
なお、マイクロ波を使った測定がM. Hallikainenらによって行われています。
これによれば、マイクロ波領域での誘電率は3.2程度ということです。
一方、マイクロ波領域での水の誘電率は70程度あります。
http://www.lsbu.ac.uk/water/microwave.html
従って、マイクロ波を用いれば、水と氷の区別はできるでしょう。
なお、コロラド大のHPによれば、雪に関しては、空気と水と氷の混合物として取り扱うべきであるとされています。
このサイトでは、氷についてマイクロ波での値を紹介しています。
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Date: Mon, 16 Jan 2006 09:01:26 +0900
AA: お世話になります、笠井と申します。
佐藤先生、早速の御回答ありがとうございます。
国内の文献で探そうとしたのが間違いで、海外に目を向けると、色々な情報が出てくるのですね。インターネットの便利さを如実に感じております。
いただいた情報を活用して、うまく検出器にまとめたいと思います。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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722. 亜鉛置換フェライトと亜鉛が混入しないフェライトとの磁束密度の差異
Date: Sun, 15 Jan 2006 19:14:29 +0900 (JST)
Q: N大学短期大学部応用化学科1年のOです。匿名でお願いします。
質問なのですが、亜鉛置換型フェライトと亜鉛が混入しないフェライトとが磁束密度等にどの程度差異が生じるのもなのか、または違う理由について調べているのですが、なかなか回答が見つからなく、メール致しました。
板違いかもしれませんが、もし何かわかることがあったら、返答お願いいたします。
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A: O君、佐藤勝昭です。
ニッケル亜鉛フェライトの磁化が亜鉛の組成と共に増加する理由については、 「物性なんでもQ&A」の306番に出ています。
また、詳細は「磁性体ハンドブック」（朝倉書店、1975)のp.607-624あたりを読 んでください。
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Date: Mon, 16 Jan 2006 18:48:52 +0900 (JST)
Q2: 佐藤勝昭先生へ。
N大学短期大学部応用化学科1年のOです。
昨日の質問のお返事、どうもありがとうございました。
佐藤先生のおかげで少しばかりですが理解出来ました。
ですが、結局亜鉛置換型フェライトと亜鉛が入っていないフェライトでは、どちらの方が磁力が強いのでしょうか？
Zn2＋が4ｓと4ｐの軌道を使って、部分的なｓｐ3共有結合をつくるため、4配位位置にあって6配位位置の磁気モーメントを打ち消しあっていたFe3＋が減り6配位位置にはいるので、その差だけ磁気モーメントは増大する。またM2＋のもっている磁気モーメントｍμBもZn2＋との置換分だけ減るのでモル分率XをZn2＋で置換した場合の亜鉛置換型フェライトでは、差し引きX(10−ｍ）μBの磁気モーメントだけ増大する。 っということまでわかったのです。
これを読んで自分なりに理解したのですが、亜鉛が入っていないフェライトの方が磁気が大きくなると私は考えたのですが…
でも正確な答えがわかりません。
友達は、亜鉛置換型フェライトの方が磁力が大きくなると言っていました。
それはｐHの関係だったり、温度が関係してくると言っていました。
でも上記に書いた文章を読むと、亜鉛が入っていないフェライトの方が磁力が大きいのではないかと思ったのです。
もし何か手がかりになるようなことがあったらご返答お願いいたします。
重ね重ね質問の失礼致します。
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Date: Tue, 17 Jan 2006 17:22:54 +0900
A2:O君、佐藤勝昭です。
磁性体ハンドブックp.617にさまざまなフェライト(M1-xZnxFe2O4)のT=0Kにおける自発磁化pmのZn濃度依存性が載っています。（添付図参照） 絶対０度では、x=0.4付近でpmが最大となり、さらにxが増大すると減少します。しかし、Znの増加とともに、キュリー温度が低下するので、室 温での飽和磁化の値は、必ずしも増大しないのです。
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723. ITO電極の導電率,誘電率,透磁率
Date: Mon, 16 Jan 2006 14:40:38 +0900
Q: 佐藤勝昭先生へ
はじめまして。突然のメールでお許し下さい。
私はK大学大学院で電気電子工学を専攻しているHです（匿名でお願いします）。
今回インターネットでITO電極について調べている際に佐藤先生のホームページを拝見させていただきメールを送らせていただきました。
私は現在,FDTD法（有限差分時間領域法）を用いてIPS液晶ディスプレイについての光波伝播解析に関する研究を行っています。
研究内容としてはIPS液晶においてのカラーシフト現象について数値的に解析を行っています。
現在は特に,これまで設定していたIPS液晶内の完全導体電極を透明電極に変えることによって、 より実際の液晶モデルに近づけていきたいと考えています。
そこでITO電極の波長が450[nm],650[nm]における導電率,誘電率,透磁率のそれぞれのパラメーターについて教えていただきたいのです。
貴重なお時間を頂くことに恐縮いたします。
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Date: Mon, 16 Jan 2006 18:57:25 +0900
A:H君、佐藤勝昭です。
ＩＴＯと一口にいいますが、これはIn2O3とSnO2の混晶ですから、組 成比によっても、導電率によっても光学定数は変化します。
J. Bartella, J. Schroeder and K. Witting:Characterization of ITO - and TiOxNy films by spectroscopic ellipsometry, spectra- photometry and XPS; Appl. Surf. Sci. 179 [1-4] (2001) pp.182-191 のFig.2から読み取ったIn2O3 90%, SnO2 10% のＩＴＯの屈折率ｎと消 光係数κは次の通りです。また、ε'=n^2-κ^2によって誘電率の実数部 を、ε"=2nκによって誘電率の虚数部を計算しておきました。また光学 伝導率の実数部σ'をσ'=ωεoε"により計算しました。[単位はS/m]
なお、比透磁率は１です。
試料中心部
| 波長 | ｎ | κ | ε' | ε" | σ' |
| 450nm | 1.92 | 0.001 | 3.69 | 0.0038 | 46.9' |
| 650nm | 1.70 | 0 | 2.89 | 0 | 0 |
| 450nm 1.72 | 0.022 | 2.96 | 0.0758 | 936 |
| 650nm 1.42 | 0.001 | 2.01 | 0.0028 | 34.6 |
Date: Mon, 16 Jan 2006 21:10:09 +0900
Q2: 佐藤勝昭先生へ
早速のご回答本当にありがとうございます。
説明不足で申し訳ございませんでした。
求めるITOのパラメータはできるだけ実際に使われているIPS液晶においてのパラメーターです。
先生からのお返事では資料中心部と資料周辺部でわかれているのですが, これはITOの導体内部とITOの表面部分という意味でよろしいでしょうか。
お忙しい中、本当にありがとうございました。
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Date: Mon, 16 Jan 2006 21:28:06 +0900
A2:H君、佐藤勝昭です。
これは、作製時に小さなターゲットを使ったため、周辺と中心でむら ができたためではないかと存じます。表面と内部という意味ではありま せん。試料中心部のデータをお使いください。
なお、実際に使われているITOのIn2O3:SnO2比率はLCDを作っている会 社に聞かないとわかりません。
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Date: Tue, 17 Jan 2006 13:56:12 +0900
AA:佐藤勝昭先生へ
お忙しいところ,申し訳ございませんでした。
文献の方は確かに確認できました。
わざわざお調べ頂き,本当にどうも有難う御座いました。
これらのデータを研究に活かしたいと思います。
大変参考になりました。
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724. 完全導体と超伝導のちがい
Date: Mon, 16 Jan 2006 21:52:07 +0900
Q:O大理物のMと申します。
公開時は個人情報は匿名でお願いいたします。
テキストに「超伝導体のマイスナー効果は、完全伝導性のみからでは説明できない」という記述があったのですが、どうも理解ができません。
私なりには次のように考えました。
完全伝導性つまりρ＝０およびオームの法則Ｅ＝ρ*JよりE＝０
マックスウェル方程式よりδB/δt=0
よってB＝定数
よって、完全伝導性だけではB＝０が説明できない
ご教授のほどお願いいたします。
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Date: Tue, 17 Jan 2006 00:19:33 +0900
A:M君、佐藤勝昭です。
材料系物理工学 第６回 2003.12.01より
「1933年Meissner, Ochsenfeldは、超伝導体の外側の磁界を調べて、磁界中で超 伝導体を冷却した場合にも、磁束は超伝導体から完全に排除されていることを見 出した。これを完全反磁性またはマイスナー効果という。
完全導体だとすると、無磁界中で冷却して磁界をかけると磁束が排除され、始めに磁界を加えておいて冷却したときは磁束に変化はなく、 磁界を取り去ると内部の磁束が保持されるはずである。
(第１種)超伝導体を、無磁界中で冷却し後から磁界を加えたときも、磁界中で冷却したときも、同じように超伝導体から磁束は排除される。 経過した過程によらない。
このことにより、超伝導体は完全導体ではないことが確認された。」
これを数式でどう表現できるか、自分で考えてみてください。
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725. 酸化亜鉛[ZnO]の光化学反応成長のための基板について
Date: Tue, 17 Jan 2006 18:22:12 +0900
Q: N大学で半導体について学んでいる修士１年のHと申します。質問したい事がありま してメールさせていただきます。よろしくお願いします。
お手数掛けますが、Webにアップする際は匿名でお願いします。
私はZnO薄膜の作製について研究しています。作製法は溶液からの成長法です。しかし、一般に 知られている溶液成長法とは違い、溶液中に基板を浸し、基板に光を照射する事で成長を行うと いう珍しい方法です。
溶液条件についてはある程度絞り込めたのですが、現在、私が悩んでいるのが基板に用いる材料 は何が良いか、ということです。
当初、膜作製後に光学的・電気的な測定がしやすい、電気化学的な堆積によく用いられると 言う理由でITO基板の使用を試みたのですが、評価した結果からZnOの特性がはっきりと得られて いません。
色々論文等を調べてみたのですが意外と何故その基板を用いたのかは明記されておらず、 格子定数の観点から考えて見たこともあるんですが良く分りませんでした。
そこで、ZnO成長にITO基板を用いるのはどうなのか、だめだとしたらどのような基板が良いのか、 基板選択にはどのようなことに気をつけるべきなのか、ということについてご意見をいただきたいと考え、 メールさせていただきます。
よろしくお願いします。
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Date: Tue, 17 Jan 2006 21:09:58 +0900
H君、佐藤勝昭です。
修士論文の研究であれば、本来、最初に指導教員に相談すべきです。
私が、あなたの指導教員なら、私を差し置いて匿名で他人に相談するな んてもってのほかだと怒るでしょう。私の指導能力を否定されたような ものですから。指導教員に聞いたけれど納得いかない答えしかなかった ということだと理解して、考えるためのヒントをお答えしましょう。
溶液中に基板を入れて、光を当てて結晶成長が起きるために、どのよ うなプロセスが関与しているかを考えてください。
ITOをなぜ使うように教員から指示されたのでしょう。ITOの特徴は導 電性があること、透明であることです。ITOのバンドギャップは紫外光 領域にありますから、可視光線を受けても何ら励起が起きません。従っ て、光の効果は、溶液にあると存じます。溶液の種類はご質問からはわ かりませんが、基板付近に溶液の分子があり、光が当たると何らかの触 媒反応が起きて溶液の分子が分解して付着することを期待しているので しょう。この意味では光触媒作用の大きなTiO2を用いるのが良いかも知 れません。ITOは多結晶なので、エピ成長と違うので、格子定数から見 て選択するという話ではないでしょう。
一方、きちんと溶液が分解してZnOが基板に付くのだけれど、温度が 低いために結晶化しないでアモルファス状態にとどまっていて、X線回 折で観測してもZnOになっていないというのであれば、アニールすれば 多結晶が表面に析出すると考えられます。
あなたの質問では、肝心の情報がないため、適切なアドバイスをする ことができません。まずは、指導教員と話し合って、何が問題かをよく 詰めてください。その上で、誰かにアドバイスをもらった方がよいとい うことになれば、もっと詳細を私に教えてください。
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Date: Wed, 18 Jan 2006 14:17:27 +0900
Q2: Hです。ありがとうございます。
まず、最初に私の言葉足らずな部分があり、申し訳ありませんでした。
もちろん、指導教官とも研究室の先輩とも相談しました。しかし、納得いかない部分が あったので今回メールしたという次第です。
基板にITOを用いた理由ですが、一つ目は可視光を吸収せず、電気抵抗が低いため、光的・電気 的な測定がしやすいから、というものです。二つ目は今まで別の電気化学堆積などの実験で使用 してきたから、というものです。一つ目の理由に関しては自分でも納得しています。二つ目の理 由に関しては、それでいいのか？もう少し深く考えた方がいいのではという気持ちがあります。
ZnO形成反応についてですが、溶液中には亜鉛イオンの供給源(硫酸亜鉛)を溶かし、酸素の供給 源には溶存酸素が作用していると考えています。さらに亜硫酸ナトリウム、少量のチオ硫酸ナト リウムを溶液中に溶かします。この２つの薬品は溶液中で亜硫酸イオン及びチオ硫酸イオンにな り、この２つのイオンは紫外光を吸収し、別のイオンに変わりながら電子を放出するという物質 です。最終的なZnO形成反応としては、光エネルギーをhvとして
2Zn2+ + 4e- + O2 + hv → 2ZnO
もしくは
O2 + hv →2O
Zn2+ + 2e- + O → ZnO
というような反応が起きていると考えていますが、それが本当のことなのかどうかについては正 直な所まだ良く分っていません。さらに、基板上の成長についてですが、形成したZnOが基板上 に付着し、そのZnOに新たなZnOが付着しながら成長すると考えているのですが、そちらもまだ予 測の段階です。
アニール処理については試みた事はあるのですが、まだ深く追求はしていないので今後色々な条 件で行いたいと思います。
最後にですが、決して私は指導教官の力量を疑っているとかまったくそういうことはありません。
ただ、今まで研究活動を行ってきて身内内の常識が世間では違うだとか、我々の実験をまったく 知らないの意見が非常に参考になったということがありました。そういった中で佐藤先生のホー ムページの存在を知り、どんな質問に対しても丁寧に回答されているので、もしかしたら自分の 視野を広げることにつながると思い、今回メールさせていただいたわけです。
またご意見ありましたらお願いします。ありがとうございました。
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Date: Wed, 18 Jan 2006 15:26:20 +0900
Q2':Hです。少し付け加えたい事がありまして、またメールさせていただきます。
溶液に用いる薬品に亜硫酸ナトリウムとチオ硫酸ナトリウムを使用していると書きましたが、 これらの薬品の効果などについては、まだ未解明な部分が多いです。
現段階では２つの薬品を併用する事で何かしらの膜成長反応が見られているという状況です。
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Date: Wed, 18 Jan 2006 20:14:56 +0900
A2: H君、佐藤勝昭です。
事情はわかりました。ITO基板は、この反応にあまり寄与していない ようですね。従って、ZnOとの相性のよい基板がよいでしょう。
ただ、電気的測定などをすることからは、導電性のある基板が必要でしょうし、 光吸収の測定のためには、透明性が必要でしょう。
良質かつ結晶配向性のよい薄膜と言うことから言えば、MgO、SrTiO3、 Al2O3(サファイア）などの単結晶基板を使った方がよいと思いますが、 値段も高いですし、付着するかどうかもわからない段階では、使えない ですね。透明性にこだわらないのであれば、シリコン基板に付けても良 いでしょう。
まずは、結晶性などにこだわらず基板にZnOの多結晶が成長するかだ けを見るのであれば、ガラス基板などに堆積して見て、XRD, EDX, PLな どでZnOが付着しているかを確認することが大切でしょう。そして、光 化学反応の進みやすい波長を探したり、光強度を変えていったり、でき たものをアニールしたり、いろいろな工夫が必要でしょう。
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Date: Thu, 19 Jan 2006 18:48:45 +0900
AA: Hです。指導教官とも話し合った結果、とりあえず今後はSi中心に 調べていこうという事になりました。ガラスについても検討してい きます。Al2O3等についてもいずれ調べてみる必要があるとは思う のですが、現時点ではSiに重点をおいて進めていこうと思います。
佐藤先生のご意見非常に参考になりました。指導教官にも納得して もらえたようです。
ありがとうございました。
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726. ステンレス材SUS321溶接後の磁化
Date: Wed, 18 Jan 2006 18:40:56 +0900
Q: 佐藤勝昭先生へ
はじめまして。突然のメールでお許し下さい。
私は某電機メーカK社に勤めているMです（匿名でお願いします）。
佐藤先生のQ&AのHPを見て、いつも勉強させて頂いております。
御質問なんですがステンレスの丸棒にネジ穴を開けて、ある寸法に 切断し、鉄板に溶接を行った所、磁石がステンレス材にくっつく現象が出ました。
色々、文献を調べた所、ステンレス材を曲げたり、絞ったりの加工を加えると物性が 変化して磁化する事が有ると書かれていたのですが、今回の加工には その様な加工はしていないと思います。
使用している材質はSUS304とSUS321ですが、SUS304で同じ作業をしても この様な事にはなりませんでした。
もし、何かステンレス材が磁化する要因が有るのでしたら、教えて頂けませんでしょうか。
宜しくお願いします。
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Date: Thu, 19 Jan 2006 14:58:05 +0900
A:K電機M様、佐藤勝昭です。
私は、金属工学の専門家ではありませんので、おたずねの件について 自信をもってお答えできないのですが、一般論でお答えします。
一般にステンレス鋼が磁化するのは、残留応力がある場合です。この 残留応力は、機械的な加工だけでなく溶接等による熱的な原因でも生じ ることがあります。そのあたりのことをお調べになってはいかがでしょ うか。牧井ステンレスのHPによれば、最も磁化しにくいのはSUS316だと いうことです。
SUS304, SUS316, SUS321のNi,Cr組成比を見ると
| 材料 | SUS304 | SUS316 | SUS321 |
| Ni | 8-10 | 10-14 | 9-13 |
| Cr | 18-20 | 16-18 | 17-19 |
専門外のため、きちんとしたお答えにならず申しわけありません。
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Date: Thu, 19 Jan 2006 15:24:05 +0900
AA: 専門外のご質問にもかかわらず、早急な返答ありがとうございます。
もう少し、物性の含有率と残留応力について調べてみます。
お忙しいところ、お手数をおかけいたしまして申し訳ありませんでした。
誠にありがとうございました。
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727. 「物性」とは
Date: Thu, 19 Jan 2006 12:18:17 +0900
Q:佐藤先生
技術翻訳者のＭと申します。生物学と有機化学が専門ですが、お恥ずかしいことに 「物性」という言葉の意味がよく分からず、検索していて先生のページに出会いまし た。この際、「物性」について意味と言葉の利用範囲を勉強してみたくなりました。
仕事柄、専門用語に興味をもっております。
よろしくお願い申し上げます.。
「物性」という語を例えば岩波・理化学辞典（５版）で引いてもみつかりませんでし た。広辞苑には「物質の持っている性質」とあり、続けて「物性論」の英訳として 「chemical physics]とありました。ということは「物性」とは「物質の物理的並び に化学的性質」と理解してよろしいのでしょうか。「物性」とは本来どのような意味 で、どのような性質を対象にした概念でしょうか。また相当する英語は何が適当で しょうか。広辞苑の説明からphysico-chemical propertiesなどが頭に浮かびます が、正しい表現をお教えください。
次ぎに「煙の物性」という言葉に出会いました。内容の説明はございませんでした。
「煙の物性」とはどのような性質を指すのでしょうか。
大変恐縮でございますが、ご教示宜しくお願い致します。
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Date: Thu, 19 Jan 2006 15:36:43 +0900
A: 三上様、佐藤勝昭です。
拙著「応用物性」（オーム社）のはしがきに書いたことを引用してお きます。「はしがき われわれは物性論とか物性学というふうに物性 という言葉をよく用いるが，「物性」は日本語特有の言い回しである．
物性を文字どおりに英訳すれば Material Properties（物質の性質） ということになるが，むしろ，Materials Science（材料科学）という ほうが意味をよく表している．しかし，東京大学物性研究所が訳語とし てInstitute for Solid State Physics（固体物理学研究所）を用いて いるように，今日では，物性といえば固体物理を指すことが多い．本書 の「応用物性」というタイトルは「固体物理学の応用」という意味であ ると理解していただきたい．」
応用物理学関係者の間では、このような理解です。しかし、流体物性、 粉体物性、煙の物性など固体以外に使われることも多いようです。また、 光物性、磁気物性のように物質の光学的性質、磁気的性質のこと（ある いはこれらを研究する学問分野）をさすこともあります。
おたずねの「煙の物性」ですが、煙の成り立ち（微粒子）を原子・分子 の立場から考察したり、煙の流れ方、広がり方を流体力学的立場から解 析したりする学問で、煙の物理的性質(physical properties of smoke) およびそれを研究する物理学分野(smoke physics)という意味です。
従って、英訳の場合は、場合によって使い分けるべきではないでしょ うか。
応用物性：applied solid state physics, applied materials science
応用電子物性：applied physics of electronic materials
流体物性：physical properties of fluid, fluid physics
粉体物性：physics and chemistry of powdery materials
煙の物性：physical properties of smoke, smoke physics
光物性：optical properties of materials
磁気物性：magnetic properties of materials
電子物性：electronic properties of materials
物性論：materials science, chemical physics
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Date: Thu, 19 Jan 2006 20:10:05 +0900
AA: 佐藤勝昭先生
お忙しい中、さっそくご教示いただきまして誠に有難うございます。
お蔭様で、いろいろ例をあげてくださったので、「物性」の語義と概念およびその広 がりについて、イメージを描くことができました。今後は貴著をはじめ勉強し、さら に理解を深めたいと存じます。
「物性」は日本語特有のいいまわしである、と申されました。ということは、「物性 学」は日本特有の概念を持った学問領域なのでしょうか。もしそうだとすれば、とて も素晴らしいことだと感じます。物性学の発展をお祈りいたします。
三上洋一
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728. 金属の種類とショットキー接合
Date: Thu, 19 Jan 2006 12:34:36 +0900
Q:佐藤勝昭 先生
A高等専電子情報工学科5年のOと申します。
公開時は申し訳ございませんが、匿名でよろしくお願い致します。
半導体工学は、私の専門外なのですが（専門はネットワーク関連です。）、 以前より大変興味があり、先日、外部校の集中講義を受けてまいりました。
そのときの疑問点が未だ解決できず困っている状況です。
ショットキーダイオードの金属部分、つまり電極部分について ご教授いただきたくご連絡させていただきました。
講義内で、半導体と金属のショットキーを形成する場合、 用いる金属材料（電極材料）は半導体、金属のそれぞれの
仕事関数を考慮して、電極材料を選択しなくてはならない と聞きました。それにつきまして、半導体専門書で調べて みたのですが、私自身の専門知識がないため解明できない状況です。
素人っぽくもうしますと、電極材料は金属であればなんでも
いいのでは。。？と思ってしまいました。
お忙しい中大変申し訳ございませんが、よろしくお願い致します。
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Date: Thu, 19 Jan 2006 16:30:11 +0900A: A高専O君、佐藤勝昭です。
ショットキー接合については、佐藤勝昭編著「応用物性」（オーム社
1991）の第2章（名古屋大竹田先生執筆部分）2.2節p.57をお読みくださ
い。
金属とｎ形半導体の接触を例にとります。金属と半導体の仕事関数をそ
れぞれφm、φsとします。添付図(a)に、接触する前の金属と半導体の
エネルギー帯構造を示します。φmとφsの大小によって接触後のエネル
ギー帯構造が異なり、これが、整流性の有無につながります。
(1)φm>φsの場合 接触前は図(a)のように半導体のフェルミ準位の報
が金属のそれより高いため、接触によって半導体の電子が金属に流れ込
み、フェルミ準位が一致します。その結果、図(b)のように半導体内部
のエネルギー準位はφm-φsだけ下がり、系全体が平衡状態になります。
半導体の中で金属に面した界面付近では、電子が金属に流れ出したため、
＋にイオン化したドナーが空間電荷として残り、電位の障壁ができます。
これをショットキー障壁と言います。半導体側から見た障壁高さeVdは
φm-φsに等しいけれど、金属側から見た障壁高さはφm-χsで表されま
す。(ここにχsは電子親和力)この場合には、金属側と半導体側の障壁
高さが異なるので整流性が生じます。
(2)φm<φsの場合 接触前の半導体のフェルミ準位の方が金属のそれよ
り低いため、接触によって、金属から半導体に電子が流れ込み、フェル
ミ準位が一致します。この場合、図(c)のように半導体内部のエネルギ
ー準位がφs-φmだけ上がり、半導体側に空間電荷は生じないので、整
流性は生じません。つまり、オーム性接触となるのです。
半絶縁性シリコンの仕事関数φsは4.4eV, アルミニウムAlの仕事関数
φm=4.2eV、白金Ptの仕事関数φm=6.35。従って、Alではオーム性ですが、
Ptでは整流性となります。
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Date: Tue, 31 Jan 2006 13:54:34 +0900
AA2;佐藤勝昭 先生
お返事大変遅くなりまして申し訳ございません。
先日はどうもありがとうございました。
A高専電子情報工学科5年のOと申します。
ショットキーダイオードについての疑問点を解決することができました。
今後も勉学に励みますので、何かありましたらよろしくお願いします。
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729. P形半導体のショットキーダイオード
Date: Fri, 20 Jan 2006 00:49:35 +0900 (JST)
Q:佐藤勝昭 先生
H社のOと申します。申し訳ありませんが、公開時は会社名および名前は伏せていただきたく存じます。
HPを拝見させてもらい、メールをさせていただきました。
質問ですが、ショットキー接合ダイオードに関していろいろな参考書などを見ますと、 多くの場合n型半導体と金属の接合が取り上げられておりますが、これはn型のものが 主流であるからでしょうか？
もしそうならばn型のほうが主流である理由はなんでしょうか？
p型半導体では障壁ハイトが大きな金属の組み合わせが、n型のものより乏しいことや、 電子とホールの移動度の違い（電子＞ホール）によるものが原因かと考えましたが、 専門知識がまだ浅い（化学科出身のため）ので、はっきりとした原因がわかりません。
何か情報をいただけたら幸です。
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Date: Fri, 20 Jan 2006 13:15:31 +0900
A1: O様、佐藤勝昭です。
「なんでもＱ＆Ａ」No.728の図において、 ｐ形に対するショットキーは図(c)において、半導体の価電子帯の頂がフェルミ準位に近いような場 合になります。この場合、ｎ形でオーム性接触だった金属のほとんどはショットキー接合を作る ことになります。教科書の例示は、考えやすいものについて示しているだけのことです。
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Date: Fri, 20 Jan 2006 21:58:53 +0900 (JST)
Q2: 佐藤勝昭 先生
Oです。ご返答ありがとうございました。
では、p形とn形のショットキーダイオードにおいてどちらが特性のよいショットキーダイオードを 作りやすいでしょうか？整流回路として用いる際にはどちらの方が適しているのでしょうか？p形の ものとn形のもののそれぞれの利点て有るのでしょうか？
個人的には、電子の移動度のほうがホールよりも良いことや、調べた限りではバリアハイトが 大きい組み合わせはn形の方が作りやすい（実際は違うかもしれませんが・・・）ような印象が あるので、n形のショットキーダイオードを用いる方が良いのかと思いますが、何か情報を いただけたら幸です。
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Date: Mon, 23 Jan 2006 00:45:10 +0900
A2: O様、佐藤勝昭です。
ｐ形シリコンとAuとの接触はショットキー接合を作ることは有名です。
ヒューレットパッカード社のWeb によれば、ｐ形ダイオードは、ｎ形と違ってバイアスを必要としないので、RF/IDシステムの高周波受信 素子として好都合だと書いてあります。
また、メリーランド大学電子工学・応用物理研究所のHP によれば、p形の方がｎ形より高周波特性が悪いようです。(ホールの移動度のほうが電子の移動度よりも高いことによります。）
申しわけありませんが、これ以上のことはわかりません。なにかの手がかりになれば幸いです。
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Date: Mon, 23 Jan 2006 23:38:34 +0900 (JST)
AA: 佐藤勝昭 先生
こんばんは、Oです。
ご連絡ありがとうございます。親切丁寧な対応をしてくださりいろいろ重要な情報を得ることができました。
いろいろ参考にさせていただきます。ありがとうございました。
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730. 屈折率から干渉縞を求めるには
Date: Fri, 20 Jan 2006 16:52:32 +0900
Q: こんにちは、N大学生産システム工学科4年 W（公開時匿名希望）
と申します。
以前にもこちらにてお世話になったのですが、研究を進める過程で再度不明な点が出 てきましたので質問させて頂きたいと思います。
分光光度計による干渉縞の測定結果から膜の屈折率ｎを求める方法は分かっているの ですが、その逆・つまり、屈折率ｎを既知として干渉縞を表す曲線を算出することは 可能なのでしょうか？もし、存在するのであれば作成した薄膜と理想的な薄膜との比 較が目に見える形となるので、大変役立つものとなるのですが。
また、膜厚がある程度厚くなると干渉縞が現れにくくなったのですが、これについて 「光路長が波長と同じオーダーである」という干渉が起こる条件によるものだと推測 しています。ここで初歩的な質問で申し訳ないのですが、なぜ「同じオーダー」でな ければならないのでしょうか？よろしければお教え頂けないでしょうか。
参考程度に申し上げますと、ZnO薄膜（MSP法)を作成し、紫外・可視分光光度計を用い て測定しています。
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Date: Sat, 21 Jan 2006 07:14:19 +0900
A: W君、佐藤勝昭です。
卒業研究ですか？それなら基本的には、指導教員に教わってください。
光学薄膜の干渉縞を出す式は、どのような光学の教科書にも出ています。
今日・明日は、大学入試センター試験のため、ゆっくり回答している 時間がありませんので後ほど詳細をお答えします。基本的には、 なんでもＱ＆ＡNo.108番の質問と同じですので、そちらを参照してください。
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Date: Mon, 23 Jan 2006 10:07:19 +0900
AA1: 遅ればせながら、只今メールを確認させていただきました。
お忙しい中のご返答、誠にありがとうございました。
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Date: Tue, 24 Jan 2006 01:46:26 +0900
A2: 先日は、センターテストの運営のため、時間が無く急いでいて、十分な答えをせ ずゴメンなさい。
なんでもＱ＆Ａの108によれば、振幅反射率rは、
r=Er/E0={r0+r1exp(i2φ)}/{1+r1r0exp(i2φ)} ここにφ=2π(n+ik)d/λは薄膜の中をdだけ光が進むときの位相の変化です。
ここにr0, r1はそれぞれ、空気と薄膜、薄膜と基板の界面での振幅反射率です。
r0=(1-n-ik)/(1+n+ik),
r1=(n+ik-ns)/(n+ik+ns)
もし、吸収が無くk=0であれば、
r0=(1-n)/(1+n),
r1=(n-ns)/(n+ns)
一例として、石英ガラス基板(ns=1.46 at 550nm)にZnO(n=2.1 at 550nm)を膜厚dだ け積んだ場合を考えます。
r0=-0.46/1.46=0.315
r1=(2.1-1.46)/(2.1+1.46)=0.64/3.56=0.179
振幅反射率rがわかると、振幅透過率tは、
t=1-r=1{r0+r1exp(i2φ)}/{1+r1r0exp(i2φ)}
φ=2πnd/λ
従って、
t=1-{0.315+0.179exp(i8.4πd/λ)}/{1+0.0564exp(i8.4πd/λ)}
光強度の透過率Tは
T=|t|2
この手続きは、エクセルでも計算できます。（ただし、分析ツールにチェックして ください）なんでもＱ＆ＡのNo.109参照。
また、膜厚がある程度厚くなると干渉縞が現れにくくなるのは、上式の exp(i8.4πd/λ) の振動周期が短くなり干渉縞が見えにくくなるのです。
また、あまりにも膜厚ｄが薄いときは、干渉縞の周期が長くなって見えにくくなり ます。dが波長に近いときに干渉縞がよく見えるのです。
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Date: Tue, 24 Jan 2006 13:10:04 +0900
AA2:詳しい解説をして頂き、ありがとうございました。
早速試してみたいと思います。
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731. In2O3の誘電率
Date: Mon, 23 Jan 2006 12:00:35 +0900
Q: 佐藤勝昭先生へ
はじめまして、K大学工学部４回生Kと申します。
（恐縮ですが、HP上では匿名でお願い致します）
物性なんでもQ&Aのサイトを拝見し、メールさせて頂きました。
現在、Iｎ2O3の誘電率を、文献、ネット上などで調べているのですが、なかなかみつかりません。
よい文献等ございましたら、お教え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: Mon, 23 Jan 2006 13:23:03 +0900
A: K君、佐藤勝昭です。
LTSという化学薬品の会社のHPによれば、In2O3の屈折率nは1.88となっています。
In2O3の誘電率にイオン分極による寄与がなく、電子分極のみに由来するとしますと、 ε=n2と近似できますから、ほぼ3.5ではないかと存じます。
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Date: Mon, 23 Jan 2006 14:56:58 +0900
AA: K大学のKです。
佐藤先生、お忙しい中、迅速かつ丁寧なご返答ありがとうございます。
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732. 電磁シールドにゴムは使えるか
Date: Mon, 23 Jan 2006 14:36:08 +0900
Q: 佐藤勝昭 先生へ
はじめまして、突然のメールお許し下さい、佐藤先生のＨＰを拝見させて頂き、 大変難解な質問にも、明快なお答えを、出され、感動いたしました。
私は、自営業の立岡と申します。個人的に、ＥＭＣ（生体波）の遮蔽研究を行っております。
素朴な疑問なのですが、通常、直流磁界には、何の意味もない、ゴム部材ですが、 交流電磁波は、電界→磁界と交互に発生致しますが、例えば、（１Ｍ幅、３０００ＭＨＺ） の交流電磁波を遮蔽したい場合、不導体のゴム材（１．１Ｍの厚さの物）で発生源を囲った場合、 透過現象まで、達成できますでしようか？
電磁波も電気の性質を兼ね備えておりますので、可能かと考えて見ました。佐藤先生、 ご多忙の中、大変申し訳御座いません、宜しければお答え頂ければ、幸いで御座います。
机下
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Date: Mon, 23 Jan 2006 17:49:49 +0900
A: 立岡様、佐藤勝昭です。
「1m幅3000MHzの交流電磁波」、「透過現象まで達成できますでしようか」という ご質問の意味がよくわからないのですが、
要するに、「幅1mの隙間から出てくる3GHzの電磁波を1m10cmものぶ厚 さのゴムで覆ったら遮蔽できるか？」というご質問ではないかと存じます。
結論は「誘電損失の少ないゴムであれば不可能であるが、クロロプレンゴムのように 誘電損失の大きいゴムなら可能」です。
昭和電線のHP によれば、
EPゴムの比誘電率εは4〜5、誘電正接tanδは1〜2%ですから、それぞれε=5, tanδ=2%とし て、複素比誘電率ε*はε*=5-0.1j(jは虚数単位）と書くことができます。
これから、伝搬定数βを求めると、
β=(ω/c)(ε*)^(1/2)=(2πf/c)(ε*)^(1/2)
=(2π3×10^9/3×10^8)(3.162-0.022j)=(66.2-0.46j)[m^-1]
となります。
このゴムに入射する電磁波の電圧Ei、ゴムから出射電磁波の電圧Eo、 ゴムの厚さx=1.1[m]とすると、電圧の振幅透過率は、
T=|Eo|/|Ei|=|exp(-jβx)|=|exp(-j66.2x)exp(-0.46x)|
=exp(-0.506)=0.312
となり、約4.dBの減衰ということになります。
一方、クロロプレンゴムだと、比誘電率7-10, 誘電正接15%以下という ことなので、ε*=10-1.5jとすると、
β=(2π3×10^9/3×10^8)(10-1.5j)^1/2＝62.8(3.17-0.24j)
=199.1-15.1j
T=exp(-15.1×1.1)=exp(-16.61)=6.11×10^-8
となり、134dBの減衰となります。
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Date: Mon, 23 Jan 2006 19:12:32 +0900 Q2:佐藤勝昭先生、
早々ご返答頂きまして、感謝に耐えません、有難う御座いました。
自分の文章能力が欠けており、誤った御質問をしてしまい、 申し訳御座いません、反省しております。
私は、個人的に、電波暗室を作成しておりまして、フェライトタイルや、 ウレタン、パーマロイ、等の部材を使い、遮蔽を試しましたが、如何しても 電暗室内部に交流磁界が入り込み、☆電波の２次発起現象が起きてしまい、 頭を悩まされておりました、特に３０００ＭＨＺ帯の交流磁界波（電磁波） この度、尊敬致します、佐藤勝昭先生から、誘電損失式を頂きまして、 心強く感じております。
製作に当たりまして、少々、心配ごとなのですが、
クロロプレーン、ゴムの様な導電損失の大きいゴム部材で、（１Ｍの厚さ） 電波暗室を囲えば、空中放電率（２００Ｗ）にて、 ３０００ＭＨＺの周波数は遮蔽で出来ますでしょうか？
繰り返し、申し訳御座いません、お答え頂けましたら、幸いで御座います。
机下
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Date: Mon, 23 Jan 2006 20:50:26 +0900
A2: 立岡様、佐藤勝昭です。
前回お答えしたクロロプレンゴムの誘電損失は、どの周波数で測定し たものかわかりませんが、たぶんギガヘルツ帯ではもっと損失が増加す ると思いますので、少なくとも1mもの厚さがあれば、測定不可能なくら い減衰するのではないでしょうか。クロロプレンゴムにカーボンや研削 スラッジを加えた複合材料を使えば、もっと薄いゴムでも十分に遮蔽で きるのではないかと思います。
実際、インターネットで調べたところ、「ギガヘルツ対応モバイル通 信機器用材料」（住ベ・筒中テクノの調査研究レポート；2004.10発行、 \99,750)という高い書物の「第６章 高周波電磁波シールド・吸収材料」 に、「研削スラッジ／クロロプレンゴム複合材料を用いた電波吸収体」 という項があるようです。私は持っておりませんが、東工大のような大 きな大学の図書館、国会図書館などに行けば閲覧できるのではないかと 思います。
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Date: Mon, 23 Jan 2006 22:08:19 +0900
AA: 佐藤勝昭先生
大変、ご多忙の中、この度は、御質問に対し、懇切丁寧に、御助言、ご返答、を頂まして、 感謝の気持ちで一杯で御座います。有難う御座いました。
半ば、諦め掛けておりました、電磁波遮蔽に活路が見出されたようでございます。
僭越では御座いますが、尊敬いたします、佐藤勝昭先生の第１１回の洋画個展の際は、 是非とも、襟を正して、お祝いに駆けつけたいと、考えております。
有難う御座いました。
机下
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733. シェラーの式について
Date: Mon, 23 Jan 2006 17:41:28 +0900
Q: 奈良先端大、物質創成科学研究科Ｍ１の高橋です。
Ｘ線構造解析について質問があります。僕の研究はナノ粒子を作製して発光特性を調 べる研究をしています。
最近、Ｘ線構造解析を行いました。解析結果からシェラーの式を用いて粒子の大きさ をもとめようと思うのですが、いまいち計算方法が理解できません。お手数ですが、 Ｘ線構造解析の概要など教えていただきたいです。
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Date: Tue, 24 Jan 2006 14:01:28 +0900
AA: 奈良先端大高橋君、佐藤勝昭です。
シェラーの式については、名古屋工業大学の井田先生の
「機能解析特論」の講義録の中の「６ 微小な結晶からの回折」にある 解説pdfがわかりやすいです。ぜひご参照ください。
それでわからないときには、再度ご質問ください。
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734. PZTのエッチャント
Date: Wed, 25 Jan 2006 09:20:38 +0900
Q:東京農工大 佐藤様
突然のメールで失礼します．
M電機のAと申します．
ネットでQ&Aコーナーを知り，ご連絡をいたしました．
【質問】
PZTのウェットエッチング用のエッチャントを探しています．
SiO2基板の上に，Pt（電極）・PZTの構成です．ここで，PZTをパターニングする際に 簡易的な方法としてウェットエッチングを予定しています．（RIEは使用しない．）
PZTとPtで，選択性を持たせたいと考えています．（PZTだけ反応）
・今までに検討した薬液
バッファードフッ酸（PZT，Pt反応）
塩酸（PZT，Pt無反応）
硝酸（PZT，Pt無反応）
硝酸第二セシウムアンモニウム（PZT，Pt無反応）
また，PZT（酸化物）の1次イオン化エネルギーは，Pb,Zr,Tiの1次イオン化エネルギーを 超えないのでしょうか？ PZTのイオン化エネルギーはどれくらいなんでしょうか？（算出方法など）
お忙しいと思いますが，宜しくお願いします．
Webにアップする場合は，匿名でお願いします．
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Date: Wed, 25 Jan 2006 15:34:11 +0900
A: A様、佐藤勝昭です。
たぶん既にご存じでしょうが、PZTの清浄化エッチングについては、
http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-092099-110827/unrestricted/chapter3.PDF
に詳しく出ています。
これは、
June Key Lee, Youngsoo Park, Ilsub Chung, Sang Jeong Oh, Dong Jin Jung, Yoon Jong Song, Bon Jae Koo, Sung Yung Lee, Kinam Kim, and Seshu B. Desu: Improvement in the electrical properties in Pt/Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/Pt ferroelectric capacitors using a wet cleaning method: Journal of Applied Physics Volume 86, Issue 11, pp. 5927-6612と同じ内容です。
それによれば、
「湿式の清浄化の実験において、様々な溶液の混合物において最適な溶 液組成を決める実験を行った。はじめに、酸化チタン、酸化ジルコン、 酸化鉛などのPZTの成分に対する適切なエッチャントを決定した。PZTの エッチング速度は適切な溶媒を用いてエッチング液の濃度を変えること で調整できる。調査した溶液のうち、エタノール(EtOH), 酢酸(CH3COOH, AcOH)，BOE (バッファードフッ酸, 6.6% HF) の体積比14.0/1.5/0.5の 溶液が清浄化には最も優れた特性を示した」とあります。
これは、あくまで清浄化のためのエッチャントですから、そのままでは マイクロメータオーダの膜の加工には使えないでしょうが、これを参考 に探すしかないのではないでしょうか。
なお、PZTのような化合物をイオン化するには、かなり高いエネルギー が必要と思われます。湿式エッチングの問題をイオン化の概念で扱う ことはできないでしょう。
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735. 光弾性定数の単位
Date: Wed, 25 Jan 2006 14:12:37 +0900
Q: 佐藤先生
小生はＴ社に勤めるＹというものです。私大の理工学部を卒業し入社して約20年となります。
このたび、WEB上で先生のHPにたどり着き学問の深さと教育に対する厳しさと
若年者に対する配慮さに感銘と怖れの混じり合った気持ちを抱いております。
WEB上公開の際は恐れ入りますが匿名にてお願いいたします。
質問は２件有ります。
(1)当方で、鉛ガラスの歪みを測定しており、光弾性定数の大きさと単位につきご教示下さい。
小生の知識では
光路差(nm)=歪み応力(kgf/cm^2)×2.9×厚み(cm)
という式を用い、光路差測定によって鉛ガラスの歪みの大きさを測定しております。
2.9の出所ははっきりしませんが、いくつかの教科書等で書かれた数字かと思います。
質問は、物理的特性ではなく単位の問題なので、はなはだ恐縮に思いますが、
小生の解釈では、鉛ガラスの光弾性定数は、2.9(cm・nm/kgf)になると思うのですが、
'99年度版ガラス工学ハンドブックでは、光弾性定数の単位が((nm/cm)/(kg/cm))---これは一見して疑問有り
某ガラスメーカーの技術資料には、光弾性定数の単位が((nm/cm)/(kg/cm^2))
同僚の持っている教科書には、「kg/mm^2の応力」という記述が有ります。
(すいません、今現在彼と連絡が取れず、題名、著者等確認できません)
社内的には通例kgf（kg重）で話すことが有り、文書に書く場合は9.8倍してNの単位 に置き換えますが、その点は、ここでは容赦していただきたく思います。
応力は単位面積あたりの力だと思いますので、光弾性定数の単位はcm・nm/kgfで、そ の場合に鉛ガラスの値が2.9だと考えていますが、間違えていますでしょうか？
(2)当方の製品の温度低減対策として工業用アルミ部材の使用を検討しております。
伝熱工学については少し自分でも勉強したつもりなのですが、熱放射につき質問があります。
従来、PBTなどで作っていた樹脂容器をアルミ容器に変更し、温度の高い部品の熱をシリコーン等で アルミ板に伝導拡散させ外気に逃がそうとしております。この場合、容器厚みは1mm程度と薄いので 熱貫通率差は小さいと見なし、外表面からの対流と熱放射の放熱を念頭に置いております。
アルミは熱放射率が低いので、表面を酸化させアルマイト処理すると熱放射率が上がると 読んだ覚えが有りますが、酸化膜の厚みはどの程度必要となるのでしょうか？実際のアルミ板の 温度は100℃前後なので、プランクの式から、放射される赤外線の波長は概ね5〜20μmだと 考えています。酸化膜の厚みと放射される（あるいは放射できない）波長の関係につきご教示下さい。
また酸化処理を施すより、塗装した方が放射率は上がるでしょうか？この場合も塗装厚みと 放射される赤外線の波長に関係が有ると考えるのでしょうか？
以上、不躾で程度の低い質問かも知れませんが、宜しくお願いします。
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Date: Wed, 25 Jan 2006 16:05:56 +0900
A:Y様、佐藤勝昭です。
(1) 光弾性の単位は、[圧力]^-1=[長さm]^2 /[力kgf]
ですが、実用的に、[cm^2/kgf] とか、[nm・cm/kgf]などが使われています。
石英ガラスは、3.4×10^-7[cm^2/kgf]=3.4[nm・cm/kgf]ですが、鉛ガラスは光弾性が小さく 4.5×10^-10[cm^2/kg]=4.5×10^-3[nm・cm/kgf]まで小さなものが得られると書かれています。
[K.Kurosawa et al.:J.Lightwave Tech.13 (1995) 1378]
お手持ちの鉛ガラスが2.9[nm・cm/kgf]だとしたら、大きすぎるような気がするのですが。
(2) 「なんでもＱ＆Ａ」475.ＹＩＧの放射率の項に書きましたが、放射率は物質定数ではなく、 技術者の用いるほとんどの物性と違って同じ物質でも、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す。
その結果、同じクラスやタイプの材料ですら、放射率と他の物性値との相関はほとんどありません。 一般的にいえることは、金属の放射率は金属の酸化物すなわちセラミクスより低いこと、金属の 放射率は温度とともに上昇するが、セラミクスの場合は逆の温度変化を示すという程度です。
アルマイト処理による熱放射率の増大という事例について、厚みとの関係、波長範囲など詳細 については、実際のモノに即して、表面のポロシティなども考えないといけないと思います。
一般論ではお答えできることではないと思います。
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Date: Wed, 25 Jan 2006 18:41:31 +0900
AA: 佐藤先生
大変ありがとうございました。今後もHPを拝見させていただき、
またご指導も賜りたく宜しくお願いします。
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736. 溶接影響部の靱性
Date: Thu, 26 Jan 2006 22:42:37 +0900
Q: HP（物性Ｑ＆Ａ）拝見いたしました。
現在、某自動車メーカーで溶接に携わる業務を行っておりますMと申します。
一般に、熱影響部は結晶粒が粗大化し、著しく靭性が低下する（脆化する）と言われています。
また、材料学ではHall-Petch則によると、結晶粒が小さいほど強度（硬さ）が増加します。
私には、「高硬度＝低靭性」というイメージがあります。
しかし、熱影響部に関しては「粗大化（軟化）しているにもかかわらず、靭性も低下する」 ということなので、全く矛盾しているような気がします。
どのように考えれば、上手く話がつながるのでしょうか？？
Ｗｅｂにアップされる場合は匿名（Ｈ社Ｍさん）でお願いいたします。
ご多忙とは存じますが、よろしくお願いいたします。
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Date: Thu, 26 Jan 2006 23:57:24 +0900
A: M様、佐藤勝昭です。
私は、金属工学の専門家でないので間違っているかも知れませんが、結晶とい う観点からお応えします。
あなたが「高硬度＝低靱性」とイメージしておられるのは「物質固有の性質」 のことです。やわらかい金属は金属結合を通して延性、展性に富むため、応力に よって亀裂が広がることがなく、大きな靱性をもつのです。これに対してダイヤ モンドのような共有結合性の高い硬い物質は、応力により転位が生じ、破壊しや すいのです。
一方、結晶粒の大きさと靱性の関係は、これとは別の概念です。加熱により結 晶粒が大きくなれば、単結晶に近くなり劈開（転位を介したスリップによる破 壊）に結びつきやすいので低靱性であるが、小さな粒子の集合体では、劈開しに くいため、高靱性なのではないでしょうか。
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737. HoFeO3の相転移温度
Date: Fri, 27 Jan 2006 07:56:45 +0900
Q:佐藤先生はじめまして。Ｋ大学、物質工学科、4年のＯと申します。現在、頭 を抱えている内容について調べているさいに佐藤先生のホームページを拝見させてい ただきお忙しい中、失礼かと思いましたがメールさせていただきました。もしWEBに 掲載されるさいには匿名でお願いします。
私はペロブスカイト構造のHoFeO3の相転移温度(キューリー点やネール温度)を調べ ていたのですが、わからずに行きづまってしまいました。ご存知でしたら教えていた だけないでしょうか?お忙しいところ申し訳ありません。要件のみで失礼と思います が、どうかお返事よろしくお願いします。
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Date: Fri, 27 Jan 2006 11:55:40 +0900
A: O君、佐藤勝昭です。
希土類オルソフェライトの磁気転移温度については、ずっと以前に研究がされています。 1960年に中性子散乱による研究があります。
W.C.Koehler et al.: Phys. Rev. Vol.118 No.1 (1960) 58-70.
これによると、２つの磁気転移温度があり、700Kと6.5Kとなっています。
1967年にメスバウア効果による研究があります。
M. Eibschuetz et al.: Phys. Rev. Vol.156 No.2 (1967) 562-577.
これによると、Fe-Feの秩序によるネール温度は639K、これ以下で磁気 構造は本質的に反強磁性であるが8.2mradのスピンのcantingによる弱い 強磁性(Weak ferromagnetism)が生じています。
最近の研究はフォローしていないのでわかりません。
応用物理46 No.10 (1976)に
対馬国郎：磁性体のスピン再配列とその応用
という解説がありますので、それも参考にしてください。
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Date: Sat, 28 Jan 2006 04:07:29 +0900
Q2: 佐藤先生、K大学のOです。丁寧かつ迅速なお返事本当にありがとうございました。
早速、明日からご紹介いただいた論文や書籍を探し、調べてこれからにつなげてゆきたいと思います。
もう一つ、質問させていただいてもよろしいでしょうか?
同物質(HoFeO3)の誘電率の転移温度についてなのですがこちらも見つけることが出来ませんでした。
こちらも1960年代頃に研究されていたということなのでしょうか?
もしこちらも、記載されている文献等をご存知であれば教えていただけないでしょうか?
お忙しいところ申し訳ありませんがよろしくお願いします。
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Date: Sat, 28 Jan 2006 11:10:28 +0900
A2: O君、佐藤勝昭です。
BiFeO3-PZTシステムやRMnO3が強誘電性と強磁性を併せ持つという話は知っていたの ですが、HoFeO3が強誘電性を示すことは知りませんでした。
手元にデータがありません。
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Date: Sat, 28 Jan 2006 11:47:25 +0900
AA: 佐藤先生、K大学のOです。丁寧にご対応頂き本当にありがとうございました。
RMnO3が強誘電性と強磁性を併せ持つ物性を示すということでＲFeO3も示すのでは？ と思い調べてみたいと考えご質問させていただいたしだいで、まだ私の勉強量も足ら ず実際に示すのかどうかわかりません。
ＲFeO3の誘電性を示すという論文も私が調べた限りでは発見できませんでしたので、 私が調べてもわからなかった磁気転移温度を教えていただいた佐藤先生ならもしかし てご存知かと思い、失礼かと思いながらもご質問させていただきました。
このような私のぶしつけで失礼なメールに関しても丁寧にご回答頂き、本当にありが とうございました。
下記の佐藤先生のホームページの磁気光学入門などを拝見させていただきながら勉強 していきたいと思います。
このたびの質問とは全く関係ないのですがホームページの佐藤先生のギャラリーも拝 見させていただきました。
私も絵が好きで自分で描いたりもしております。私が非常に好きなタッチの絵でした ので勝手ながらパワーポイントファイルをダウンロードし保存させていただきました。
佐藤先生の絵の1ファンとしてですが、これからも絵をぜひ描き続けてくだいさい。
お忙しいとは思いますが絵を描いた際にはギャラリーにアップしていただければうれ しいです。
いろいろとこのたびは、ご紹介頂きお忙しい中、本当にありがとうございました。
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738. BaTiO3多結晶の比誘電率
Q: 初めまして、Y大学4年のTと申します。
HPいつも拝見させていただいております。物性なんでもQ&Aを見て質問がありまして メールしました。
私は強誘電体BaTiO3（BT）とリラクサー強誘電体Pb(Mg1/3Nb2/3)O3（PMN）、 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3（PMN-PT）を作製し、 比誘電率の周波数依存性を測定しているのですが、どの物質もどうも比誘電率が 大きな値になりません。周波数1KHz、電圧1VかけてBTでキュリー温度Tcで750くらい、 PMNで450、PMN-0.2PTで1500の値しか示しません。これは低すぎると思うのですが、 一般的に多結晶の場合、比誘電率はBT、PMN、PMN-PTはどのくらいの値になるのでしょうか？
文献等にのっているのは単結晶ばかりで比較が難しい状態です。また、大きな比誘電率 を得られない原因として、試料の密度やパイロクロア相とよばれる不純物がX線に 見られるからだと考えているのですが、これは正しいのでしょうか？もっと重要な所 を見落としているのでしょうか？
いきなりのメールで長々と申し訳ありません。どうぞよろしくお願いします。
（お答えできない場合の(2)に該当しているのですが、私の研究室では今年から誘電 体を始めたのでデータもなく、先生も誘電体は専門ではないので、質問させていただ きました。）
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Date: Fri, 27 Jan 2006 19:52:09 +0900
A: T君、佐藤勝昭です。
セラミクスであっても、比誘電率は1000以上の値をとるはずです。強誘電相における比誘電率は、 分域の境界(domain wall)の移動により決まります。多結晶体を構成している結晶粒が均一でないと、 分域がそこで引っかかって動かないということがあるのではないかと存じます。
Dyなど添加物によって粒成長を抑えることで、高い比誘電率と耐圧を得るための試みが報告されています。
http://www.scielo.br/pdf/ce/v51n319/26794.pdf
をご参照ください。
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Date: Fri, 27 Jan 2006 20:47:59 +0900
AA: Y大学4年のTです。
お忙しい中早速返事をいただきましてありがとうございます。
やはりかなり比誘電率が低いと言うことがわかりました。教えていただいた事を早速 試してみようと思います。また、なにかありましたらよろしくお願いします。
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739. 溶解度ギャップと臨界温度
Q: 佐藤 勝昭 様
はじめまして。いつもＨＰを楽しみに拝見しております。お忙しい中失礼いたします。
Ｋ大学理工学研究科Ｍ1のＫと申します。匿名でお願いいたします。
混晶半導体、例えばＧａＡｓ/ＡｌＡｓの組成不均一の原因の一つにmiscibility gapがあり、 その相分離の臨界温度を求めようと思っています。臨界温度の求め方についていくつか方法は あると思うのですが、デルタラティスパラメータモデル(DLP)を用いた臨界温度の求め方を いろいろな本を調べても見つかりません。教えていただけたら幸いです。どうかよろしくお願いいたします。
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Date: Sat, 28 Jan 2006 22:33:47 +0900
A: K君、佐藤勝昭です。
私は固溶体における溶解度ギャップのことは研究したことがありません。デルタ ラティスパラメータモデルは、Stringfellow教授によって開発されたモデルで、原 著に戻って、きちんと勉強されることをお奨めします。
G. B. Stringfellow: Calculation of ternary and quaternary III-V phase diagrams; Journal of Crystal Growth 27, 21 (1974).
なお、混晶の溶解度ギャップは、東大（もとNEC基礎研）の尾鍋先生が専門です。
K. Onabe: Jpn. J. Appl. Phys. 21, L323 (1982).
K. Onabe: NEC Res. & Develop. 72, 1 (1984).
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740. 誘電泳動現象
Date: Mon, 30 Jan 2006 12:41:07 +0900
Q: 東京工業大学修士2年の伊藤と申します。
先生のページは様々な物性値を調べる仮定で発見し、Q&Aのタイトルや関連質問の回答などは全て読まさせていただきました。
私は大学で精密機械系の専攻に所属しながら、誘電泳動現象を用いた液中の微粒子操作の研究をしています。
尚、誘電泳動現象については、
他大ですが分かりやすいページがあったので紹介しておきます。
紹介したページの下部にあるように誘電泳動力の理論式には、微粒子や溶液の導電率・誘電率が関係してきます。
研究するに当たって、粒子の挙動を予測する用途としては,それらの物質の導電率や 誘電率のオーダさえ合っていればそれほど問題が無かったのですが、論文を書く上では あまりいい加減なデータを使うわけにいかなかったので、しばらくの間、物質の導電率や誘電率を調べていました。
そこで、以下の物質の値が、（紹介したページの式におけるσやεに入れる値として）妥当かどうかを先生に見て頂きたいと思ってメールします。
・「水の比誘電率」
理科年表にある近似式では温度(℃)をtとして、
88.15-0.141t+0.131*10^{-2}t^2-0.046*10^{-4}t^3
とあるので、20℃のときの値を計算すると85.8となりますが
水の誘電率を紹介しているサイトなどでは概ね80前後の値が採用されているので自信がありません。
ちなみに水の純度が悪くなればなるほど誘電率が下がるという記述もどこかで見たのですが、今回の研究では純水〜飽和食塩水まで大きく純度が変わるので、それに対する判断も頂けるとありがたいです。
・「ポリスチレンの導電率・比誘電率」
実験で用いたポリスチレンビーズは結晶とアモルファスの混合比などの詳細が分からないため、誘電率や導電率はそれぞれの製品を直接測定する方法しか無いのは分かっているのですが、研究段階では目安として導電率1e-4(S/m)、比誘電率2.6 を採用していました。
(http://www.mogami-wire.co.jp/paper/physical-constants.html←ここを見て目安を決めました）
先生が過去に紹介されていたhttp://www.sdplastics.com/などではポリエチレンの物性は出ているものの、ポリスチレンは無かったので判断出来ませんでした。
妥当かどうかの判断をお願いします。
・「活性炭素粒子（グラファイト）の導電率・比誘電率」
グラファイトの導電率は、紹介されているところによって大きく値が異なっていたのですが、(2e4〜10e4 S/m)、素材メーカの(株)ニラコが出している物性データより7.2e4(S/m)を採用しました。http://www.espimetals.com/metals/graphite.pdfでも高純度なもののはほぼ同じ値でした。
炭素の誘電率が一番の問題で、Drudeの式で求められるなどの記述も見ましたが、今の自分では手におえないと判断し、式中の（周波数による補正前の）εに入れる上での妥当な値がどのくらいなのか？ということを伺いたいを思っています。
また、http://www.astro.spbu.ru/JPDOC/2-carbon.html のページも見たのですが、畑違いの分野なために見方が良く分かりませんでした。
よろしくお願いします。
・「ゲルマニウムの比誘電率」
純ゲルマニウム粉末の比誘電率の値も必要になったのですが（導電率は購入したニラコ社のデータシートの値を使用しました）
このページにあるように、何処で調べても半導体の比誘電率は測定した周波数とセットで記述されているのですが、理論式のεに入れるべき値は何なのか？ ε* ＝ ε−σ／jω という補正式はそもそも成り立つのか？
ということを含めて回答をお願いします。
以上、長々とたくさんの質問をしてしまいましたが、是非お願いします。
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Date: Mon, 30 Jan 2006 14:57:39 +0900
A: 伊藤君、佐藤勝昭です。
私のＨＰをご利用いただきありがとうございます。
さて、電気泳動現象ですが、極性分子からなる物質の配向分極による誘 電率はデバイ周波数前後で大きく変化するので、注意が必要です。
（１）水の比誘電率
理科年表の式は、出典が示してないのでなんとも評価のしようがありま せん。TransTechという会社のＨＰにあるTechnical Note0301によれば、 εw=78.54(1-0.004579(t-25))+0.0000119(t-25)^2
となっており、t=20とするとεw=80.34となります。
さまざまな報告もこの値に近いものを出しています。
純度との関係はあるでしょうが、極性の不純物かどうかで違ってくるの で一概に小さくなるとはいえないと存じます。
（２）ポリスチレンの導電率・誘電率
ポリスチレンの比誘電率は、2.5-2.7のあいだでばらついているので、2. 6とするのはよいと思いますが、誘電損失による導電率を10^-4とするの は大きすぎると思います。コンデンサの誘電体として用いられる位なの で、10^-8Ω^-1cm^-1=10^-6[S/m]程度あるのではないでしょうか。
（３）グラファイトの導電率・誘電率
グラファイトは導体ですから、クラウジウス・モソッティの式の前提が 崩れており、誘電体としての式を適用するのはよくないと存じます。
（４）ゲルマニウムの誘電率
Ｇｅは極性を持たないので配向分極によるデバイの式は適用できず、お そらく9GHzで測定した16.6という値は、もっと低周波まで使えると存じ ます。周波数とセットで書かれているのは、単に測定した周波数を示し ただけと考えてよいでしょう。
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Date: Mon, 30 Jan 2006 16:45:48 +0900
Q2: 東工大の伊藤です。
早速の回答ありがとうございます。
> さて、電気泳動現象ですが、極性分子からなる物質の配向分極による誘 > 電率はデバイ周波数前後で大きく変化するので、注意が必要です。
デバイ周波数について理解が足りていないのですが
http://atom11.phys.ocha.ac.jp/ftp/pub/tdr/sansouken2002-01/slide1.pdf
の２ページ目にある誘電緩和の模式図にあるような
logω＝10 あたりの実部・虚部の乱れのことを指すのでしょうか？
誘電泳動の実験自体は 10kHz〜500MHz くらいの範囲で行ったのですが
500MHz(ω＝3e9程度)まで来ると、このグラフの条件の場合には理論式が正しく成り立ってこない という指摘だと仮定して話を続けると、
自分の研究では力の大きさではなく、向きだけ分かれば問題ないものだったのですが それでも油断ならない（力の正負をも揺るがす）でしょうか？判断をお願いします。
さらに
http://www.nda.ac.jp/cc/mse/_development/Abe/DR.pdf
の6ページを見ながら考えたのですが、
自分は誘電泳動現象に用いる周波数を変えることによって、誘電泳動の正負(力の向き)を変えて粒子の挙動を変えることを行っていたのですが、そもそもそれがデバイ周波数前後の大きな変化を利用していたようにも感じます。
この理解は間違っているでしょうか？
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Date: Tue, 31 Jan 2006 10:02:53 +0900
A2:伊藤君、佐藤勝昭です。
デバイ型の緩和の場合は、
http://atom11.phys.ocha.ac.jp/ftp/pub/tdr/sansouken2002-01/ slide1.pdf のスライド１３にあるようにω=1/τ（デバイ周波数）で ε'の単純な減少とε"の山が見られます。
周波数による電気泳動現象の正負の変化はまさにこのデバイ周波数の 前後で起きるわけです。
> 自分の研究では力の大きさではなく、向きだけ分かれば問題ないものだったのですが
> それでも油断ならない（力の正負をも揺るがす）でしょうか？判断をお願いします。
実際にデバイ型緩和の式に具体的な数値をいれて、どうなるかを自分で チェックしてください。
>
> さらに
> http://www.nda.ac.jp/cc/mse/_development/Abe/DR.pdf
> の6ページを見ながら考えたのですが、
> 自分は誘電泳動現象に用いる周波数を変えることによって、誘電泳動の正負(力の向
き)を変えて粒子の挙動を変えることを行っていたのですが、そもそも
それがデバイ周波数前後の大きな変化を利用していたようにも感じます。
> この理解は間違っているでしょうか？
その通りです。あなたが最初に紹介した東北大のWEB
http://www.che.tohoku.ac.jp/~bioinfo/theme/suzuki/DEP_top/DEP_theory/right. にもそういう記述があります。
> -----------------------------------------------------------
741. 屈折率分散、粗表面を伴う多重干渉
Date: Mon, 30 Jan 2006 16:06:31 -0500
佐藤先生
はじめまして、H社で光学フィルムの研究をしておりますMと申します。
HPを拝見させていただきメールさせていただきました。
このような献身的な取り組みをされていらっしゃることに頭が下がる思いです。
さて、大変恐縮なのですが、応用製品を申し上げることはできませんので、一般的な形に して質問させていただきます。
現在、数ミクロン程度の有機フィルムを光学的に均一にするために、どうすればよいか検 討しているのですが、なかなか良い案が浮かばず困っています。
具体的にはレーザーを限界まで絞っても、その反射率や透過率が、場所によらず同じにな るようにする必要があります。
光学的に均一にするためには、フィルム膜厚、屈折率、表面粗さを均一にすればよいのは わかりますが、現実的にはさまざまな制限が発生してしまい、すべてを均一にするというのは困難です。
そこで、少し理論的な解析を行い、どこから攻めるべきか考えようと思っております。
理想的な反射面をもち、極めて均一な多層薄膜の多重干渉計算の方法は良く知られていますが、 表面が多重干渉に影響を与えるくらいの凹凸を有するくらいに粗く、また、屈折率分散を 伴うような場合のモデリングは今までなされておりますでしょうか？
もし、情報をお持ちでしたらご教授お願いいたします。
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Date: Tue, 31 Jan 2006 09:40:50 +0900
A:M様、佐藤勝昭です。
レーザーを回折限界まで絞ったときには、数100nmの直径になります よね。試料の凹凸や屈折率の空間揺らぎの平均周期や凹凸の高さやがこ れより十分に小さければその反射率や透過率が、場所によらず同じにな るはずです。
不均一で凹凸のある系をシミュレーションでやるには、平均的な屈折 率を扱う多重干渉の理論では不可能で、FDTD法を使うとよいと思います。
この方法に関しては、多くの解説が出ているので、そちらに譲りたい と存じます。
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Date: Mon, 30 Jan 2006 21:26:17 -0500
Q2: 佐藤先生
早速のお返事ありがとうございます。
ご指摘のように、FDTDでやればそれなりの結果が出てきそうですが、 複雑すぎて、プログラミングだけでも大変そうです。
そこで、先生の知見を拝借したいのですが、たとえば、数十ミクロンのフィルムでは干渉 縞は見えませんが数ミクロン程度の厚さになると、干渉縞が見えてきます。
要因は、１）屈折率の空間的な揺らぎ、２）膜厚分布、３）表面粗さの３点だと思います。 どれも膜厚が厚くなると、干渉を起こさせないような効果があると思うのですが、一般的 には何が主因なのでしょうか？
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Date: Tue, 31 Jan 2006 12:47:11 +0900
A2: M様、佐藤勝昭です。
白色光で見た場合に膜厚が数十ミクロンになると干渉縞は見えなくな ります。膜厚が大きいと、ご指摘の屈折率の揺らぎ、膜厚分布、表面荒 さの効果、吸収の増加の効果もあるのですが、それよりも、干渉縞の波 長間隔が細かくなりすぎて見えなくなる効果の方が大きいと思います。
しかし、レーザのような指向性の強い単色光の場合には、厚くても干 渉はきちんと起きて、ちょっとした膜厚の揺らぎ、屈折率の揺らぎ等に よって、局所的に強め合うところと弱め合うところが出てしまいます。
私も経験したことがあるのですが、0.5mm厚のスライドガラスを移動 ステージにおいてステージを動かすと、反射光は強くなったり弱くなっ たりして変動し、困ったことがあります。スライドグラスの場合は裏を サンドブラストで荒らして干渉を防ぐことができました。
干渉を防ぐには、有機フィルムの裏面を如何に荒らしてあげるかがポ イントではないかと思います。どの位の膜厚が最適かは、やってみるし かないでしょう。干渉を防ぐもう一つの解決法は、裏面での反射を防ぐ ことです。屈折率が等しい別の物質を貼り合わせなどで付け、その物質 の中での吸収が強くなるようにすれば、光は戻ってきませんから干渉に よる反射率の変動はなくなり、最表面での均一性のみに依存するように なります。これでは、もちろん光は透過しなくなるのですから、反射光 を均一にできても、透過の用途には適用できませんが・・。
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Date: Mon, 30 Jan 2006 23:31:04 -0500
AA: 佐藤先生
お忙しいと存じますが、貴重な時間を割いていただきありがとうございました。
0.5mm厚のスライドガラスでも干渉縞が発生するというのは大変参考になりました。
先生のご意見を参考にして、もう少し検討したいと思います。
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742. クラマースクローニヒ解析
Date: Tue, 31 Jan 2006 00:04:49 +0900
Q: はじめまして。
大阪産業大学レーザ工学研究室の柏木と申します。
HPにて物性なんでもQ&Aというコーナーがあることを知り、メールさせていただきました。
私は卒論で「Si単結晶の遠赤外線反射スペクトルのクラマースクローニッヒ解析」というテーマをしてます。
ただ 恥ずかしい話なんですが、反射スペクトルの反射率を用いてクラマースクローニッヒの関係式を解くのですが いまいち クラマースコローニッヒの関係式がよくわかりません。
佐藤先生の専門違いかもしれませんがもし何かアドバイスがありましたらよろしくお願いします。
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Date: Tue, 31 Jan 2006 01:20:02 +0900
A: 柏木君、佐藤勝昭です。
Kramers-Kronigの何がわからないのでしょうか？
導き方がわからないのでしょうか。それとも使い方がわからないのでしょうか？
私の教科書「光と磁気(改訂版)」第3章の3.7節の説明、および導き方は問題3.10にあります。
原稿のpdfは http://homepage2.nifty.com/bussei_katsuaki/el/HikaritoJikiChap3-5to7.pdf をダウンロードしてお読みください。
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Date: Tue, 31 Jan 2006 11:07:33 +0900
AA: メール届きました。
お忙しいなかわざわざありがとうございます。
卒論の参考にさせていただきます。
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743. 塩化ビニールの比透磁率
Date: Mon, 30 Jan 2006 15:46:11 +0900
Q: 突然の勝手な質問で申し訳有りません。
面倒をお掛けしますが宜しくお願いします。
質問
塩化ビニールの比透磁率を教えて頂けませんか？
電磁石を作るのに巻き線コイルを塩化ビニールをボビンにする事で空芯の電磁石 を作っているのですが、巻線数と電流との計算式で比透磁率を１にして計算する と磁束の計算が実測の値と大きく違った値が出ます。
（実測の方が約５〜７倍位大きく出ます。）
よって、塩化ビニールの比透磁率の値をお聞きしたいのです。
塩化ビニールの資料を調べても比透磁率が乗って無い為に申し訳有りません。
お手数をお掛けしますが宜しくお願いを致します。
T社井上
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Date: Tue, 31 Jan 2006 10:07:51 +0900
A: 井上様、佐藤勝昭です。
塩化ビニールの比透磁率は限りなく１に近い数字です。
「実測の方が約５〜７倍位大きく出ます」は、全く別の要因によるもの でしょう。ソレノイドの磁束の計算式にどのような式をお使いでしょうか。
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Date: Tue, 31 Jan 2006 11:02:10 +0900
AA:先生、有難う御座いました。
再度私の方で再確認をしてみます。
お手数をお掛けしました。
今後とも解からない所が有りましたら宜しくご指導の程をお願い致します。
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Date: Wed, 1 Feb 2006 12:10:57 +0900
A2: 井上様、佐藤勝昭です。
前回、正確な数字を示しませんでしたが、
http://www.kayelaby.npl.co.uk/general_physics/2_6/2_6_6.html
によれば、ポリ塩化ビニール(PVC)は反磁性で、その磁化率χは
χ=-0.75×10^-8[kg^-1]=-5.97×10^-7[emu/g]
です。1kgのPVCの比透磁率は、
μ=1+4πχ=1-0.0000000075=0.9999999925
ということになります。
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744. モリブデンの光学定数
Date: Mon, 30 Jan 2006 16:31:47 +0900
Q1: 佐藤先生、はじめまして。
僕は神戸大学で物性の研究をしているＴと言います。
反射測定のためにモリブデンの屈折率と消衰係数を色々と 調べており、屈折率は見つけられたのですが消衰係数 がなかなか見つけられませんでした。そんな時に先生のＨＰで
「Handbook of optical constants of solids」
にモリブデンの消衰係数が載っていると書かれていたので 早速図書館に行ったのですが残念ながら貸出中でした。
先生ならば自分でちゃんと調べなさいと仰られるのでしょうが、本がいつ返却 されるのかもわからず、データを提出する期日も迫っております。 そこであつかましいお願いなのですが、よろしければモリブデンの 消衰係数を教えては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: Tue, 31 Jan 2006 15:58:06 +0900
Q2:佐藤先生、昨日質問メールを送りました神戸大学のＴです。
昨日「Handbook of optical constants of solids」が貸出中という 内容でメールを書いていたのですが、そうではなく研究室の本だったようです。 本日改めて予約申し込みをしてきたのですが、早くても一週間。ひょっとしたら 貸し出し不可ということもあり得るということでした。
そこで改めてのお願いなのですが、「Handbook of optical constants of solids」 に掲載されているモリブデンの消衰係数を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: Tue, 31 Jan 2006 17:19:03 +0900
A: T君、佐藤勝昭です。
（Webでは匿名にしますから、きちんと所属と氏名を書いてください）
英国の大学長との交流協定の調印や、研究室ゼミのため、返事が遅く なりました。
Moの光学定数（屈折率nと消光係数κ）ですが、どのあたりの光子エネ ルギーのデータが欲しいかわからないので、近赤外・可視光・近紫外に 限らせていただきます。
| hν(eV) | n | κ |
| 0.5 | 1.37 | 13.5 |
| 0.7 | 1.48 | 8.38 |
| 0.9 | 1.74 | 6.48 |
| 1.0 | 2.16 | 5.58 |
| 1.1 | 2.16 | 4.85 |
| 1.2 | 2.44 | 4.22 |
| 1.3 | 2.77 | 3.74 |
| 1.4 | 3.15 | 3.40 |
| 1.5 | 3.53 | 3.30 |
| 1.6 | 3.77 | 3.41 |
| 1.7 | 3.84 | 3.51 |
| 1.8 | 3.81 | 3.51 |
| 1.9 | 3.74 | 3.58 |
| 2.0 | 3.68 | 3.52 |
| 2.2 | 3.76 | 3.41 |
| 2.4 | 3.59 | 3.78 |
| 2.6 | 3.22 | 3.61 |
| 2.8 | 3.08 | 3.42 |
| 3.0 | 3.04 | 3.27 |
| 3.2 | 3.05 | 3.18 |
| 3.4 | 3.06 | 3.19 |
| 3.6 | 3.05 | 3.24 |
| 3.8 | 3.04 | 3.31 |
| 4.0 | 3.01 | 3.51 |
-------------------------------------------------------------------------
Date: Tue, 31 Jan 2006 17:50:09 +0900
AA: 失礼なメールを送ってしまい、また佐藤先生の当コーナーをハンドブック代わりにしてしまい申し訳ありませんでした。
神戸大学 *学部 **工学科の***といいます。
おかげさまで無事反射測定を完成することができました。深く感謝いたします。
今後疑問に思うこと（学術的なことに限り）が再び出てきましたら、また質問させていただきたく思います。
この度は本当にありがとうございました。
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745. 空気中に放置したアルミニウム塊の温度
Date: Wed, 1 Feb 2006 16:21:18 +0900
Q: 東京農工大学 佐藤教授殿、
HPを拝見し質問させていただきます。
N社（ベアリングメーカー）に勤務しており研究・開発を担当しております。Yと 申します。匿名希望です。
アルミニウムの物性についてですが、例えばアルミニウムを25℃の空気中に放置 し、十分時間が経過したときにアルミニウムはいったい何度になるのでしょう か？25℃でしょうか？それともつりあうべき何がしかの温度があるのでしょうか？ア ルミニウムの大きさは2.4ｍｘ2.4ｍｘ7.5ｃｍの大きさを想定しており、空気中とい うのは実際にはチャンバーと呼ばれ、温度を一定に保った部屋を指します。
これを考えた時に物性の問題ではないかと考えました。つまり、水を30℃の空気中に 触れさせておいて十分時間が経過したときには30℃になるのでしょうか？
何を考えているのかと言いますと、上記のような大きな部材の温度測定を考えたと きにけっして一様な温度になっていない（これは角部は冷えやすく温まりにくいと いうことが考えられます）温度測定をするときに初期の温度値が異なるのは局所的 な冷却によるものなのか？それとも物性によるものなのか？金属にはある温度の時 に水と同じように平衡状態となるような物性値が存在するものか？それとも外気温 と常に同じ温度になるものなのか？お聞きいたしたくメールを差し上げました。よ ろしくお願いいたします。
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Date: 01/02/2006 20:45
A: Y様、佐藤勝昭です。
ある温度の物体を25℃の空気中に放置したらどうなるかの問題ですね。 基本的には、大きかろうが小さかろうが、熱浴(今の場合空気)の温度が 変化を受けない限り、最終的には熱浴の温度に近づきます。
しかし、時間的な問題を考えますと、物体が熱浴に触れたとき、界面 を通って熱が流入し、温度差に応じて内部に向かう熱の移動が起き、温 度差がなくなるまで続きます。最後は、全体の温度差がない均一な状態 になります。これが、物体と熱浴が平衡状態です。
伝熱の問題を扱うには、有限要素法などのコンピュータ・シミュレー ションを使います。
機械系技術リンク集
http://www.englink21.com/2k/2kr033.htm
の伝熱解析の項をご参照ください。
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Date: Thu, 2 Feb 2006 19:24:16 +0900
Q2: 佐藤教授殿、
N精工のYと申します。回答拝見いたしました、ありがとうございました。
申し訳ございません、さらに質問させていただいてよろしいでしょうか？
機械系のサイトも参考になりました。
30℃空気中に放置された水についても同じことが言えるのでしょうか？液体と熱浴と は異なりますか？この場合も水は30℃になろうとしているのでしょうか？かなり時間 のたった後には水も30℃になるのでしょうか？直感的にはなかなかそうとは信じられ ないのですが・・・でもその前に界面からどんどん蒸発してしまいますよね。水が そう簡単に30℃にならないのはどういう理由からでしょうか？
よろしくお願いいたします。
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Date: Thu, 2 Feb 2006 20:26:05 +0900
A2:Y様、佐藤勝昭です。
空気中に放置した水が気温より低いのはご指摘のように蒸発により潜 熱が奪われるからです。
もし、アルミ缶のような熱伝導のよい容器に水を満たして密閉し、蒸 発を防いだとしたら、アルミ缶の内部は、十分時間が経てば周辺の温度 と一致するはずです。ミネラルウォータのボトルを冷蔵庫に入れておく と、十分時間が経てば、ボトルの中の水の温度は冷蔵庫内の温度と一致 していますよね。
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Date: Fri, 3 Feb 2006 11:06:52 +0900
AA: 佐藤教授殿、
N精工のYと申します。お世話になります。
考えてみると稚拙な質問で、お恥ずかしく思います。中学生レベルでした。
御丁寧にお答えいただきありがとうございました。
今後も先生の書かれたHP拝見させていただきます。失礼いたします。
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746. Geの非放物線パラメータ
Date: Tue, 31 Jan 2006 20:45:55 +0900
Q: こんにちは！はじめまして！！
調べていてわからないことがあり、ネットサーフィンをしていたところ、 先生のホームページに行き着きました。
私は神戸大学大学院 自然科学研究科で電子デバイスを専攻しております 修士２年の***（匿名サムコンでお願いいたします）というものです。
実は、ゲルマニウムの電子輸送シミュレーターの作製をしているのですが、 プログラムに必要なパラメーターのうち、「非放物線係数」の値がはっきり しなくて困っています。ゲルマニウムのL谷の非放物線係数は0.3であること がわかったのですが、Γ谷、X谷については非放物線係数が思い当たる関連の 文献を調べても見つかりませんでした。
この２つの値について心当たりがありましたら、ぜひお教えいただけないでしょうか？
お忙しいなかまことに図々しい依頼かとは思いますが、どうかお力添えいただけたらと思います。
よろしくお願いいたします。
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Date: Wed, 1 Feb 2006 13:06:08 +0900
A: サムコン君、佐藤勝昭です。
Bandにおけるnonparabolicityの取り入れ方にはいろいろあるようで すが、サムコン君のいうnonparabolic parameter aは
(hbar^2/2m)k^2=(E+aE^2)
と置いたときのa[単位eV^-1]のことではないかと存じます。
通常、伝導帯の底のnonparabolicityのみでよいのでL-valleyの値しか 使わないのではないかと思います。X-valleyやΓ-valleyについては、 データがないので、バンドダイヤグラムから、上の式にフィットしては いかがでしょうか。
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Date: Wed, 01 Feb 2006 14:03:39 +0900
AA: サムコンです。
さっそくの御返事、まことにありがとうございます！
nonparabolic parameter の定義式はたしかに佐藤先生のご指摘の通りのものです。
伝導帯の底のnonpalabolicityのみでよい、道理でいくら文献を探してもX-valleyやΓ-valley についての記述がなかったんですね。大変恐縮です。
Geの場合、L-valley、X-valley、Γ-valleyの間のバンドギャップが小さいのでXやΓのnonparabolicity についても導入した方がよりよいのではないかと思っていました。
まずはL-valleyのみのnonpalabolicityを考慮したプログラムを作成したうえで、 バンドダイヤグラムからのフィッティング、やってみたいと思います。
お忙しいなか、迅速なご回答を頂き、本当に感謝いたします！ありがとうございました。
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747. GaNのヤング率
Date: Wed, 01 Feb 2006 14:45:46 +0900
佐藤先生
はじめまして。
P社のTと申します。
ＧａＮのヤング率を調べていますがそれを書いた文献が見当たりません。
薄膜であり、測定されたデータが無いのかも知れませんが ご存知でしたらご教示お願いいたします。
なお、Ｗｅｂ上では匿名にてお願いいたします。
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Date: Thu, 2 Feb 2006 10:35:04 +0900
T様、佐藤勝昭です。
GaNのヤング率についてはWebに載っており（信用するかどうかはご自 分でご判断ください。）
http://www.ioffe.rssi.ru/SVA/NSM/Semicond/GaN/mechanic.html
に [100] Young's modulus;Y0= 181 GPa
となっています。
また、理論的な計算値があり、
Analysis of physical properties of III-nitride thin films by nanoindentation
Journal of Electronic Materials, Jun 2003
by Jian, Sheng-Rui, Fang, Te-Hua, Chuu, Der-San
これによれば、
The Young's modulus and hardness of GaN, GaN:Si, and Al^sub 0.12 ^Ga^sub 0.88^N were calculated under loads of 1-3 mN (Fig. 1).
The Young's modulus of GaN, GaN:Si, and Al^sub 0.12^Ga^sub 0.88^ N are 274.35-355.5 GPa, 232.27-262.06 GPa, and 272.14-358.33 GPa, respectively.
となっています。
従って、GaNのヤング率は200 GPa前後の値ではないかと思います。
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Date: Thu, 02 Feb 2006 09:13:09 +0900
AA: 佐藤先生
P社 Tです。
貴重なお時間を割いて頂き、早速ご回答くださいまして有難うございました。
私の調査不足だったようで申し訳ございませんでした。
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748. 強磁性体のヤング率Ｅの低下（凾d効果）
Date: Sat, 04 Feb 2006 15:22:41 +0000
Q: はじめまして佐藤勝昭先生
Web上で検索中、「物性なんでもQ&A」を偶然見つけました。
私、H大学 知能機械システム科 ３年 Hと申します。
（Webにアップされる場合は、恥ずかしいので匿名でお願いします。）
私、専門は機械ですが自分の興味で磁性体について勉強しているのですが 勉強不足でわからなく質問させていただきます。
質問内容
引張りに対する伸びの関係で、 非磁性材料のヤング率Ｅは応力とひずみの比例関係であるのに、 強磁性体の場合は、正磁歪、負磁歪関係なくヤング率Ｅが実際より低下する （近角聰信,強磁性体の物理（下ｐ144）,裳華房） とあるるのですが そのメカニズムが、いまいちよくわかりません。
また、この凾d効果とは、磁場中でも正磁歪、負磁歪、関係なくヤング率Ｅは 低下するのでしょうか？
よろしければ返答お願いいたします。
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Date: Sun, 05 Feb 2006 18:41:34 +0900
A: H君、佐藤勝昭です。
Elinvar効果やΔE効果などmagnetomechanical effectは、かなり昔に発見され た現象ですが、必ずしも理論的な解明が進んでいないと存じます。私も近角先生 の本以上の知識はありません。磁歪定数をλとすると、ΔE効果は
ΔE/E=-(3λ^2/(5Ku))E0
という現象論的な式で書けます。λ^2に比例するので、正磁歪でも、負磁歪でも ヤング率は常に低下します。
最近では、1980年代に融解金属の急冷によって得られたアモルファス FeSiB および FeNiMoB のリボン状薄帯において、Elinvar効果やΔE効果が議論されまし た。そこでも応用技術を中心とした議論が中心で、メカニズムについては現象論 的な説明にとどまっていたような気がします。
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Date: Sun, 05 Feb 2006 10:50:55 +0000
Q2: 佐藤先生、速い返信ありがとうございます。
そうですか。理論的な解明が進んでなく残念です。
応用分野では豊橋技術科学大学の井上先生のＳＡＷデバイスなど で使われているの知っていたのですが凾dについての説明なかったので 質問させていただきました。
重ねての質問なのですが
ΔE/E=-(3λ^2/(5Ku))E0
E0は飽和磁化状態でのヤング率でしょうか？
Kuはなんでしょうか？
勉強不足で申し訳ありません。
この理論式はどのような文献に載っていたでしょうか？
よろしければ、紹介してください
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Date: Mon, 6 Feb 2006 00:06:50 +0900
A2: H君、佐藤勝昭です。
紹介した式は、近角先生の教科書からとったものです。
上下巻に分かれる前の旧版が手元にありますのでそれによりました。
旧版のp.310の(19.38)式です。多分新版の下巻にも載っているのではないかと思う のですが・・・。Kuは磁気異方性定数、E0は非磁性体のヤング率です。
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Date: Sun, 05 Feb 2006 16:46:03 +0000
AA: 佐藤先生
お忙しい中重ね重ねの質問に対し親切な返答ありがとうございます。
おそらく私の見落としだと思います。すみません
今後も「物性なんでもＱ＆Ａ」で勉強していくのでよろしくお願いします。
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749. 有機ELとプラズモン
Date: Sun, 5 Feb 2006 15:31:04 +0900
Q: はじめまして、K大学理工学部３年のNです。（大学、名前などを伏せてWebにアップして下さい） 私は、有機ELの研究をしたいと思い、参考書を読みながら勉強しています。
授業で物性関係の授業があったので伝導メカニズムまではわかるのですが、 光が放出されるところでわからない箇所があり質問する次第です。
EL発光の際に発光層が電極に近いとプラズモンが生成され、消光すると記述されているのですが、 なぜ消光してしまうのかが全く記されていません。プラズモンとは何なのか、どのように生成し 消光の原因になるのか教えて下さい。お願いします。
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Date: Sun, 05 Feb 2006 18:19:36 +0900
A: N君、佐藤勝昭です。
3年生なのに、背伸びして、最新のELの研究を理解しようとしているのは、立 派なことです。しかし、内容のすべてを3年生の知識で理解しようとするには、 そのベースになっている基礎知識をきちんと身につける必要があると思います。 君の自主研究が、基礎となる物理学を学習しようという動機付けになれば、素晴 らしいと思います。
「プラズモン」とは、プラズマ振動を第2量子化した「素励起」です。それで は、プラズマとは何でしょう。
プラズマとは、電子と正イオンが分離した状態のことを言います。宇宙にあっ てはオーロラ、通電時の蛍光灯の中の気体において生じています。固体にあって は、金属の自由電子が電磁波（光を含む）の高周波電界を受けて集団的に運動す る状態を指しています。金属の自由電子は、原子核の正電荷の束縛を受けない で、あたかもプラズマのようにふるまうからです。
光との相互作用を考えるために「誘電率」を導入します。自由電子プラズマ状 態にある金属の比誘電率εの周波数依存性は、
ε(ω)=ε(∞)-ωp^2/ω(ω+iγ) (1)
と近似することができます。ここにε(∞)は、バンド間遷移などに基づく電子分極 からの誘電率の寄与を表します。またωpは「プラズマ振動数」と呼ばれるもの で、ωp=(Ne^2/mε0)^2と表されます。ダンピング項γを無視すると、 ω=ωp'={ωp^2/ε(∞)}^(1/2)でε(ω)=0となります。このωp'のことをハイブリッド プラズマ振動数といいます。銀では、ωp'は4eV付近にあります。
（ω＜ωp'では、式(1)は負になります。「負の誘電率」とは、光が中に入り込め ない状態を指しています。）プラズモンというのは(h/2π)ωp'というエネルギー をもった量子を指しています。
なんでもQ&ANo.133 に書きましたように、一方、金属薄膜が誘電率εmの誘電体と接しているとき、界 面に電荷の揺らぎが生じる(界面上に正電荷の分布と負電荷の分布が波状に生じ る)と、それによる表面プラズマ振動が存在しますが、この波は界面から離れる に従って指数関数的に減衰するエバネセント波です。表面プラズマ周波数ωsp は、ωsp=ωp/√(1+εm)で与えられます。 同様に誘電率εmの媒質中に分散した誘電 率ε(ω)の金属微粒子でも表面プラズマが考えられます。
さて、私は、ご質問の「EL発光の際に発光層が電極に近いとプラズモンが生成 される」という現象を知りませんでした。
調べてみると、2002年に米国の応用物理速報誌Applied Physics Lettersに下 記の論文が出ていることがわかりました。
Dawn K. Gifford, Dennis G. Hall: Emission through one of two metal electrodes of an organic light-emitting diode via surface-plasmon cross coupling; Applied Physics Letters Vol. 81, Issue 23, pp. 4315-4317
これによると、
「２つのほとんど不透明な金属電極に発光材料がはさまれている有機EL（英語で は有機発光ダイオードと書いてあります。念のため）からの強い表面発光を報告 する。実験結果および理論解析結果によると、金属の陰極層の反対側にある表面 プラズモンの間の相互作用によって、実質的に不透明な金属層をEL発光が透過す ることがわかった。これにより、有機ELの可能なデバイス構造の範囲を広げ る。」と書かれています。図書館でコピーしてください。
香港科学技術大学ディスプレイ研究センターのHPに
"Optical Simulation of Top-emitting Organic Light Emitting Diodes"
という論文が載っています。これでは、多層膜の構造設計によって、表面発光形 有機EL（TOLED）の効率的な光取り出しのことが出ています。
N君が、これらの論文をすらすら読めるようになったら、御諮問の件も理解 できるのではないかと思います。最先端技術を無理に背伸びして理解しようとす るのではなく、学部学生時代は、できるだけ基礎になる物理を一つづつ身につけ て行かれてはいかがでしょうか。
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750. 金より高い標準電極電位をもつ金属
Date: Sun, 5 Feb 2006 21:00:15 +0900
A: 東京農工大学 佐藤先生
はじめまして。マイクロバブル発生器及び装置を製造し、各大学及び各研究機関に販売していますバブルタンクの藤里哲彦と申します。
先生のＨＰを拝見させていただき、物性なんでもＱ＆Ａのほうに質問させていただきたくメールさせていただいています。
金属の標準単極電位に関する質問ですが、金(Ａu)＋１．４９より高い電位の金属類また半金属物質類などの物質を探しています。
希望としては＋２．５前後の値を示す物であれば、合金製やセラミック焼結製でも良いと思っています。
ご教授いただければ幸いです。
お忙しい中、大変恐縮ですがどうぞよろしくお願いいたします。
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Date: Mon, 06 Feb 2006 01:51:28 +0900
A: 藤里哲彦様、佐藤勝昭です。
Hyperphysicsのホームページ
に標準電位の一覧表がありますが、+1.5Vより高いのは、
H2O2(aq) + 2H+(aq) + 2e- -> 2H2O(l) +1.78V
Co3+(aq) + e- -> Co2+(aq) +1.82V
S2O82-(aq) + 2e- -> 2SO42-(aq) +2.01V
O3(g) + 2H+(aq) + 2e- -> O2(g) + H2O(l) +2.07V
F2(g) + 2e- -> 2F-(aq) +2.87V
となっています。Coの価数変化をともなう反応が、Auより少し高いようです。気 体を電極にすれば2.87Vにもなるようですが・・。
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751. アモルファス半導体のキャリア濃度
Date: Fri, 10 Feb 2006 13:00:13 +0900
Q:はじめまして。私はR大学大学院で物質化学を専攻している修士1回生Tと申します。(匿名でよろしくお願いします)
半導体のキャリア濃度について調べているのですが、どうしてもわからないこ とがあり、御質問させて頂きました。同一物質の半導体において、アモルファス 材料のように構造に欠陥を有する場合、欠陥を持たないものに比べてキャリア濃 度が変化することは起こるのでしょうか？
お忙しい中、まことに申し訳ありませんが、ご教授していただけると幸いで す。よろしくお願いします。
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Date: Fri, 10 Feb 2006 14:55:14 +0900
A: T君、佐藤勝昭です。
半導体においては、結晶相と非晶質（アモルファス）相とでは、単結 晶に「欠陥」が入ったものというより、別物質と考えた方がよいでしょう。
結晶相では、キャリア濃度は（活性化した場合）ドープした不純物 の濃度と同程度です。それに対し、アモルファスでは、伝導帯の底がエ ネルギー的に大きく揺らいでおり状態密度はバンドギャップの中程まで 広がっています。電子が、ポテンシャルの底に捕まると局在してしまい ます。つまりキャリアとして働かないのです。
その上、ダングリング・ボンドによる電子の捕捉も加わり、一般にアモルファス半導体ではドー プした原子のせいぜい１％位しか活性化しないのです。
また、水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)は、もはやシリコン結晶とは違った物質で、 珪素と水素の合金だと考えることができるくらいです。
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Date: Fri, 10 Feb 2006 21:40:26 +0900
AA:佐藤勝昭先生へ
R大学大学院のTです。メールいただきました。とて も参考になりました。お忙しい中、本当にありがとうございました。
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752. 色素増感太陽電池の対極の役割
Date: Mon, 13 Feb 2006 15:24:27 +0900
Q: 佐藤勝昭 様
はじめまして、D大学、電気電子専攻、大学院2先生のNと申します。
先生のホームページを見てメールいたしました。
色素増感太陽電池に関する質問ですが、一般的に使われている発電メカニズムの 図で分からないことがあります。
対極の部分でよく見かける図が、[電解質溶液-白金-透明導電膜-ガラス]の順に 層ができていて、負荷（太陽電池外部）を通る電子の流れ道の線が透明導電膜か ら出ています。電子の流れ道として電極をとるなら白金からでもいいのではない かと思いました。
その理由としてエネルギーレベル(NHE)が違うのではないかと考えました。
一般的なヨウ素を含む電解質溶液の酸化還元電位はNHEに比べて0.4Vとなってい ます。
それに比べて白金よりも透明導電膜の方がNHEが若干値が低いのではないかと考 えています。
ここで質問内容を簡潔に整理します。
@色素増感太陽電池の発電メカニズムの図で対極の部分の負荷（外部）への道筋 が白金ではなくて透明導電膜からなのはなぜなのか。
A白金と透明導電膜（仮にITOとします）のNHEの値がいくつなのか。
箕浦先生のHPにもお邪魔し、いくつかの書籍も参考にしましたが、対極について は詳しく書かれていませんでした。
御願いいたします。
（ホームページに掲載するときは匿名で御願いいたします）
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Date: Wed, 15 Feb 2006 12:40:43 +0900
A: N君、佐藤勝昭です。
私は、色素増感太陽電池についての研究の経験がありません。私は、 対極も透明電極が使われていると思っていましたから、君の質問で初め て、対極が白金-透明導電膜-ガラスとなっていることを知りました。
推察しますに、白金を使うとエネルギー準位的に得をするのでしょう。
しかし、白金は高価なので、薄いもの(たとえば100nm)を使っているの ではないかと存じます。白金の抵抗率ρは10μΩ・cm程度なので、膜厚 100nmの膜の幅1cm、長さ1cmの長手方向の抵抗はR=ρL/S=10×10^-6Ωcm ×1cm/(1cm×10^-5cm)=1Ωとなります。ITOは厚いものが使われるので その抵抗はおそらく1桁以上小さいでしょう。従って透明電極から電流 が流れていると考えてよいのでしょう。
Pt, ITOのポテンシャルの対NHE値は、電気化学関係のハンドブックに 載っていると思いますので、図書館で調べてください。
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Date: Wed, 15 Feb 2006 17:04:02 +0900
AA: 佐藤勝昭 様
こんにちは、D大学のNです。
返信ありがとうございます。
先生のおっしゃるとおり、導電性が関係している可能性が高いですね。
白金がエネルギー準位の関係で用いられているかどうかは、 NHEを調べてから判断したいと思います。
どうもありがとうございました！
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753. BaFe12-2xCoxTixO19の磁気物性
Date: Sun, 12 Feb 2006 20:25:20 +0900
Q: I大学 情報電子工学科４学年 W 匿名でお願いします
1.. 磁化曲線のカーブの形は記憶媒体と記憶ヘッドの電磁変換特性にそれぞれどの ように影響するか。硬質磁性材料、軟質磁性材料の観点について
2.. BaFe12O19と、Feの一部をCo-Tiで置換したBaFe12-2xCoxTixO19の磁気特性を比 較してどのようなことがいえるのか。
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Date: Sun, 12 Feb 2006 23:44:13 +0900
A: W君、佐藤勝昭です。
4年生ということは、卒業研究でのテーマでしょうか？卒業研究でのわからな
いことは、基本的には指導教員に聞いて下さい。ここでは、基本的なことのみ教
えます。（１）磁気ヒステリシス曲線については、添付図を参照して下さい。磁気記録に おいては、磁気ヘッドから磁気記録媒体に磁界を加え、媒体が磁気飽和（図のC) したのち、磁界を取り去り「残留磁化」（図のD)状態にします。これが、「１」 に相当するとすると、「０」を記録するには、保磁力Hc(図のE)より大きな逆向 きの磁界を加え、逆むきに飽和(図のF)した後、残留磁化状態(図のG)にします。 このように記録媒体では、磁界を取り去った後磁化状態が残る必要があるので 「硬質磁性材料」を使います。一方、磁気ヘッドでは、信号電流に応じた磁界を 生じる必要があるので、Hcが小さく、N-H曲線の傾斜が大きい「軟質磁性材料」 が使われます。
（２）マグネトプランバイトBaFe12O19は、1980年代に垂直磁気記録材料として 研究されました。たとえば、
Chou, Fucheng; Feng, Xiaofeng; Li, Jun; Liu, Yin: Magnetic properties of BaFe12-2xCoxTixO19 fine particles prepared by coprecipitation tempering; Journal of Applied Physics, Volume 61, Issue 8, April 15, 1987,
pp.3881-3882 には、「共沈法で作製したBaFe12-2xCoxTixO19微粒子の磁性を研 究した。実験結果によると、Co-Ti置換量xを増加したとき、飽和磁化Msはあまり 大きく減少しなかったが、磁気異方性定数K1ははっきりと減少した。・・」と書 かれています。（図書館に行って原論文を調べなさい）
なお、マグネトプランバイト構造については、韓国結晶学会の論文誌に載っている http://koreacrystal.or.kr/pdf/11(3)176-181.pdf が参考になります。
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Date: Mon, 13 Feb 2006 19:01:38 +0900
AA: ありがとうございます。
この質問は、どうしてもわからなくて単位を落とした学生実験の考察の設問の2つです。
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754. 束縛励起子を束縛する力
Date: Wed, 15 Feb 2006 17:17:21 +0900
Q: お忙しいところ失礼します。
質問
「ドナー及びアクセプターに束縛された励起子は何の力（例えば、クーロン力 など）でどのように束縛されているのでしょうか？」
N**大学、物質創成科学研究科M１のE**です。Webにアップする場合に匿名希望でお願いします。
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- Date: Fri, 17 Feb 2006 11:57:30 +0900
A: E君、佐藤勝昭です。
質問メールありがとうございました。私もクーロン相互作用だと思う のですが、自信がないので、窒化物系半導体の光物性の専門家である秩 父重英先生（筑波大学）にお伺いしました。
「秩父先生、佐藤勝昭です。
なんでもＱ＆Ａの質問にきちんと答えられる書物があれば、ご紹介い ただきたいのですが。と申しますのは、中性ドナーにとらえられた励起 子の場合、双極子・双極子相互作用なのか、それとも波動関数のオーバ ラップを考えなければならないのかよくわかりません。秩父先生はお詳 しいので、きちんとお答えされるとは思うのですが。」
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これに対して、次のような回答を得ました。
=======================================
『佐藤先生： ご無沙汰しております。
PankovおよびBebbらの書物に従えば、「励起子そのものは双極子電界 で結びついており、その片側の電子が、イオン化した正電荷を持つドナ に束縛され、中性ドナを形成する電子よりも大きな軌道半径になりなが らも、ドナ不純物のクーロンポテンシャルを受けて束縛されている」の が「イオン化ドナに束縛された励起子」です。
言い換えると、伝導帯と価電子帯の波動関数は励起子の対称性にのみ 反映されていて、不純物への束縛はクーロン力と言って良いかもしれま せん。⇒「イオン化ドナに捕らえられた励起子」のエネルギーは、自由 励起子の束縛エネルギーと、さらに伝道帯近傍に形成される不純物のイ オン化エネルギーよりも少し小さい局在エネルギーの分、Egよりもエネ ルギーが下がっていますから、イオン化ドナ束縛励起子では双極子と、 不純物の波動関数の影響を受けます。
わかりやすい絵としては、伝導帯近傍に電子を離していない「中性 ドナ」の電子の軌道半径を大きく描き、この電子と価電子帯に居る 正孔の間で形成されるているのが「イオン化ドナ束縛励起子」、すなわ ち「イオン化ドナと結合して正に帯電した励起子イオン」という事にな ります。
彼の記述をそのまま写せば、「自由正孔が中性ドナと結合して正 に帯電した励起子イオンを作る。この場合、その励起子の片側である 電子はドナに束縛されながら、なおドナの周りを大きな軌道半径で 回る。そしてこれらにともなって正孔は、電子の各瞬間の位置によって 決まる、固定された双極子の静電界中を動きドナの周りを回る」 となっています。
一方、中性ドナ束縛励起子は、(D+,e-)と(e-,h+) の結合状態です。
励起子そのものは殆ど双極子であるのは同じで、それが中性ドナの持つ ポテンシャル場に束縛されていると見て良いので、双極子的になります。
中性ドナ束縛励起子を自由励起子として解き放つエネルギーは、Hynes 則で求められるようにおおよそ、不純物のイオン化エネルギーの1/10 程度です。これに対し、イオン化ドナ束縛励起子から自由励起子として 取り出すには、後に＋の電荷を持ったイオン化不純物を残さなければ ならないので、大きくなります。
「中性ドナ束縛励起子」において、ドナ密度が希薄でdiscreteな束縛 励起子線がしっかり見える間は、伝導帯と不純物の波動関数の重なりを 考える必要は無いと思います。
なお、参考書としては、
J.I. Pankov: Optical Processes in Semiconductors (Dover Publ., New York 1971)
H.B.Bebb and E. Williams: Semiconductors and Semimetals, vol.8 (Academic, New York, 1972)
がよいようです。』
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755. フロロシリコンの耐溶剤性
Date: Thu, 16 Feb 2006 17:27:24 +0900
Q: 拝啓 フロロシリコンを調べていたら佐藤研究室のＨＰに出会いました。
ＮＭＰ（Ｎ-メチル-２-ピロリドン）に対する耐溶剤性を教えていただけませんか
@フロロシリコン
Aポリエステル
ＮＭＰに対して@Aが使用できるかどうかです。溶剤メーカー（林純薬、三菱化学）ははっきりしたことを行ってくれません。フロロシリコンはＮＯＫのＯリングの材質です。色は青です。ＮＯＫ以外のメーカーがなぜフロロシリコンを使わないのか（使えないのか）知りませんか？
宜しくおねがい申しあげます。
東京システム開発葛Z術顧問
中村誠一
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Date: Thu, 16 Feb 2006 19:13:36 +0900
A: 中村様、佐藤勝昭です。
フロロシリコンとポリエステルがＮＭＰに溶けるかどうかの質問でし ょうか？ 申しわけありませんが、私は化学の専門家ではないので、自 信がありませんが・・。
Hercules BulldogのHP によると、FluorosiliconのＯリングについて
Fluorosiliconは次の場合に推奨できる:
. 石油系オイルおよび燃料
. ディースター系潤滑油 (MIL-L-7808)
. シリコーン液体およびグリース
Fluorosiliconは次の場合にはおすすめできない:
. ブレーキオイル
. ヒドラジン
. 極性の溶剤 (アセトン, MEK)
とあります。
NMPについて見ると、「極性が大きく溶解性に優れるだけでなく安全性 にも優れた溶剤です。 」（http://www.m-kagaku.co.jp/business/ library/nmp.htm）と書かれていますから、推奨できないのではないか と存じます。
先ほどのHP にはfluid compatibility tableが載っていて、
N-Methyl-2-Pyrrolidone はfluorosilicon の欄に×が付いています。
ポリエステルは載っていませんが、たぶん×だと思います。
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Date: Fri, 17 Feb 2006 19:00:55 +0900
Q2: 拝啓先日はＮＭＰ、フロロシリコンについてご回答いただきありがとうございました。
厚かましくもＮＭＰについて再びお願いを致します。
添付資料はベロメタルの耐食性一覧です。ＮＭＰに対して 耐食性があるかどうかですが、一覧表にはＮＭＰが記載されていません。
この表からＮＭＰに対してＯＫかどうかが判断できるでしょうか？
あるいはどのようなところへ問い合わせたらよろしいでしょうか？
再度のお願いで誠に申し訳ありませんが、宜しくお願い申し上げます。
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Date: Mon, 20 Feb 2006 09:41:46 +0900
A2: 中村様、佐藤勝昭です。
表を見る限り、アセトンに×が付いていますから、同じく極性溶媒で あるＮＭＰには適応しないのではないかと推察しますが、特定の商品に ついて間違ったことをお教えすると営業妨害になりかねませんので、お 答えを差し控えさせてください。
詳細は、ベロメタルジャパン株式会社
大阪市北区鶴野町4-11-1513
TEL 06-6374-3031 FAX 06-6375-3450
durmetal@apricot.ocn.ne.jp
におたずねください。
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756. 分光光度計用石英セル
Date: Fri, 17 Feb 2006 10:04:35 +0900
Q: D社のSといいます。
突然ですが、分光光度計の測定で用いる石英セルは、 マッチングしたペアーのセルを使ったほうがよいとは 知ってるのですが、具体的にはどんな利点があるのでしょうか？
分光光度計は、日立製作所です。
片方が破損してしまった場合、
マッチングされていないセルを使う問題点について 教えてください。
精度の問題かと思いますが、
上記のような使用をした場合、マッチングされたセルとの 誤差はどの程度でしょうか？
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Date: Fri, 17 Feb 2006 12:51:54 +0900
A: S様、佐藤勝昭です。
分光光度計では、光ビームを試料側ビームと参照側ビームの2つに分 け、両者の光強度の比をとることで透過率を評価します。
試料がセルに入っているとき、参照側に同じ特性のセルを使わないと完 全にはセルの補正ができません。
マッチングペアでないセルを購入した場合は、カラのセルを試料側に 入れ、参照側にもとのセルを入れて、セルの特性を測定しておきます。 このデータを使って、あとで補正すればよいのです。また、この作業で ほとんどフラットな特性であれば、補償は要らないでしょう。
問題になるのは、石英に含まれる水分のちがいによって、1.25μm、1. 38μm付近の近赤外の吸収に試料側・参照側の透過にちがいがでて、十 分なさっ引きができないための誤差だろうと思います。また、紫外でも 吸収の微妙なちがいが出てくるでしょう。可視域で使っている分には、 セルの石英の肉厚が同じであればほとんど問題ないと存じます。
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Date: Fri, 17 Feb 2006 13:42:17 +0900
AA: 早々のご回答、ありがとうございます。
紫外域で使用することがほとんどですので、 マッチングさせたセルを使用する運用としたいと思います。
ということは、一つ割れたら、もう一つも使いものにならないという ことですね。
弊社では、現在4個入りのマッチングキットを購入しておりましたので、 最後の1個になったら、廃棄ということで、ロスは抑えられそうです。
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757. GaAlNの電子親和力
Date: Fri, 24 Feb 2006 13:13:57 +0900
Q: 法政大学大学院修士１年 佐藤 光と申します。
AlGaNの電子親和力の数値が知りたいのですが。
よろしくお願いします。Al=0.25です。
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Date: Mon, 27 Feb 2006 20:26:52 +0900
A: 佐藤光君、佐藤勝昭です。
http://www.stsci.edu/stsci/meetings/space_detectors/leopold1.htm
によりますと、
D.J. Leopold, J. Buckley, W.R. Binns, P. Hink and M.H. Israel:
Development of Epitaxial AlN/GaN/GaInN Photocathode Heterostructures for UV/Blue Scintillation and Cherenkov Radiation Detection
によれば、
Since AlN and GaAlN with high Al concentration have an intrinsic negative electron affinity surface we are examining the possibility of ending the epitaxial layers with a Si-doped GaAlN layer in order to achieve an NEA surface without the need for post-growth CsO activation.
と書かれており、GaAlNではAl組成が大きくなると負の電子親和力にな るようです。出先からお答えしているので、詳しい値は手元にありません。
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Date: Sat, 11 Mar 2006 20:03:20 +0900
佐藤光君、佐藤勝昭です。
GaAlNの電子親和力については、古い論文ですが、
V. M. Bermudez, T. M. Jung, K. Doverspike, and A. E. Wickenden: The growth and properties of Al and AlN films on GaN(0001)?(1×1) Journal of Applied Physics 79 [1] (1996) pp. 110-119
に掲載されています。これによれば、電子親和力はAlNの0.6 eVからGaN の2.7 eVまで変化すると書かれています。
図書館で文献を探してください。
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758. 薄層クロマトグラフについて
Date: Fri, 24 Feb 2006 15:41:11 +0900
Q: 佐藤様
先日、石英セルで質問させていただいたSです。
今回は、TLC法について、教えてください。
TLC法は日本薬局方の一般試験法に規定されております。
この中で、展開溶媒の距離ですが、 医薬品各条には”約”（約10cmなど）という記載があります。
日局の通則では、定量の秤量では”約”は”±１０％の範囲”と ありますが、TLCのような場合の約はどこまでが許容範囲でしょうか？
結果を算出するのには実際の展開距離で除すので、そんなに気にしなくても よいのでしょうか？
その他の試験で約（例えば、HPLCの溶出時間の”約”）も悩みます。
全て、各自で基準を決めて管理すればよいということでしょうか？
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Date: Sat, 11 Mar 2006 21:11:45 +0900
A: 杉野様、佐藤勝昭です。
出張等のためお返事が遅くなって申しわけありません。
私は薬学の専門家ではないので、薄層クロマトグラフについて知識があ りません。しかし、一般にクロマトのような拡散を利用した計測法では 絶対値にそれほど精度がないので±１０％の範囲で考えてよいのではな いでしょうか。要は、実験するたびに基準が違っていると、相対的な比 較もできませんから、ご指摘のように自分で基準を決めて、いつもそれ に従っていればよいのではないでしょうか？
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759. アルミニウムの見分け方
Date: Mon, 6 Mar 2006 17:28:53 +0900
質問者氏名：K（Web上匿名希望）所属：K
《質問1》
素人が比較的簡単にアルミニウムを同定する方法がございましたらご教示願えません でしょうか。我家では健康上の理由からアルミニウムの食器は使わないことにしてい ます。先日ステンレス製と表示された食器を購入したのですが、どう見てもアルミニ ウムに見えるのです。素人なりに金属の種類を判断できる方法があればと思い、メー ルさせていただきました。
《質問2》
上記同様の目的で、ある物質が少なくともアルミニウムでないことがわかる方法がご ざいましたらご教示いただけませんでしょうか。
お忙しいところ恐縮ですが、以上２点についてお返事いただけましたら幸いに存じま す。
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Date: Mon, 6 Mar 2006 18:00:07 +0900
A: K様、佐藤勝昭です。
素人が金属容器の材質を特定するのは容易ではありません。
しかし、ステンレスかアルミかを区別するのであれば、密度を 測定すればよいのです。密度は重さ÷体積です。重さは通常の 秤で測れます。体積ですが、メモリのある透明容器に水を張り、 容器を完全に沈めたときどれだけ水位が上がるかから計算します。
アルミの密度は2.70[g/cm^3]
ステンレス(Fe74Cr18Ni8)の密度は7.91[g/cm^3]
ですから、十分違いが見られるでしょう。
また、ふつうのＩＨクッキングヒータに水を入れた容器を乗せて、 加熱されればステンレス、加熱されなければアルミです。
（もっとも、松下電器から出た最新型のＩＨヒータはアルミでも 加熱されますので、要注意です。）
２番目の質問ですが、
「少なくともアルミでない」ことを証明するには、アルミにしか起きな い現象を使うべきですが、その現象が他の金属や合金では決して起きな いということでないと、アルミだと断定できないので、簡単ではありま せん。
また、純粋のアルミを使っている場合はほとんどなく、マグネシウム など他の金属との合金になっているため、純粋のアルミの性質を持って いるかどうかでは判定できないのです。
Alが含まれるかどうかはEDX分析装置やEPMA分析装置などの元素分析 可能な装置を使うしか決め手はないでしょう。一般の方にはむずかしい と思います。
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Date: Tue, 7 Mar 2006 00:26:14 +0900 AA: お忙しいところ本当にありがとうございました。大変参考になりました。益々のご活 躍をお祈りいたします。 ----------------------------------------------------------------------------
760. アルミニウム棒加工後の変形
Date: Mon, 6 Mar 2006 19:08:06 +0900
Q: 佐藤先生様。
前略 初めてメールをさせて頂きます。
（株）F社のNと申します。
（公開時は匿名でお願い致します）
私は自動車部品の開発に携わっております。
物性何でもＱ＆Ａを拝見させて頂き、明解にご教示されておられるのを見させて頂き、
私もご教示頂ければ幸いと思い、メールをさせて頂きました。
（質問内容）
Φ１０程度の棒状のアルミバー材を旋盤加工して
部分的にΦ５程度まで切削しておりますが、２〜３μｍ
程度の同軸不良が発生致します。原因はバー材
の内部応力が、径が細くなることで少し解放されて
変形につながっていると推定しております。（バー材
自体は、Ｔ６処理されています）
しかし、調査していく中で、数日経った後で同軸
測定をすると同軸がさらに１〜２μｍ悪化している
傾向が見られます。
そこでお教えを請いたいのですが、「まず変形は
本当に内部応力の解放で発生しているのか、もし
そうであれば内部応力の解放は時間によって影響
するものなのか」ということを教えて頂けないでしょうか。
以上につきまして、お教え頂ければ幸いです。
よろしくお願い致します。
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Date: Mon, 6 Mar 2006 19:53:30 +0900
A1:N様、佐藤勝昭です。
旋盤加工の際の試料のセンターの支持の仕方によってはたわみが生じ 5mmφに対して中心軸のずれが2-3μm程度（1/000位の誤差）の可能性が あると思いますが、私は金属加工学の専門家ではないので、正確な判断 はできません。機械工学の関係者に尋ねますので、しばらくお時間を頂 きたく存じます。
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Date: Thu, 9 Mar 2006 11:00:18 +0900
Q2:前略 早々にご連絡頂きありがとうございます。
何卒よろしくお願い致します。
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Date: Sat, 11 Mar 2006 21:21:09 +0900
A2: N様、佐藤勝昭です。
機械材料工学の桑原先生に聞きましたが、
「棒材ではありませんが，アルミの板製品の形状が，倉庫に保管中にわ ずかですが変化したという話は，以前聞いたことがあります．
自分で研究したことがないのでメカニズムはよくわかりませんが（転位 が動くのでしょうが．．．），お問い合せのような現象は，少なくとも アルミニウム合金には存在するようです．」
との回答でした。
実際の問題解決のためには、農工大TLOを通じて技術相談をされては 如何でしょうか？
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761. 金属の熱処理による物性変化
Date: Tue, 7 Mar 2006 11:38:17 +0900
Q:こんにちは、返信のほうよろしくお願いします。
質問はいくらかございますが、説明できる範囲で結構ですのでよろしくお願いします。
@鋼材の熱処理の文献でよくオーステナイトは非磁性で、マルテンサイトは磁性がある。とありますがどうしてでしょうか？ 出来るだけ簡単に（サルでも分かる説明で）お願いします。
A鋼材（たとえばSKD11)に熱処理をすると硬化する（HRC20からHRC60に変化）にもかかわらずヤング率はあがるどころか、むしろ少し下がると聞きました。 （結果としてはほとんど変わらない？）なぜでしょうか？
参考サイトでもご紹介いただけると助かります。
よろしくお願いします。
田原金属工業所 田原基広
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Date: Wed, 08 Mar 2006 13:54:51 +0900
A: 田原様、佐藤勝昭＠京都です。
出張中で手元に文献がありません。出張から戻ってからお答えします。
@については結晶構造の違いによるものと考えられます。
A熱処理による硬化のメカニズムによりますが、一般には硬さとヤング率は直接関係ありません。
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Date: Sat, 11 Mar 2006 22:22:16 +0900
A1: 田原様、佐藤勝昭です。
先日は、出張中で十分なお返事ができず失礼しました。
@「オーステナイトは非磁性で、マルテンサイトは磁性がある。とあり ますがどうしてでしょうか？」という質問ですが、猿でもわかるように やさしく答えるのはむずかしいです。
鉄はたくさんの結晶粒からなる多結晶構造をしています。各結晶粒の 結晶構造（結晶の単位格子を構成している原子の並び方）は、低温では α相（体心立方構造）ですが、高温ではγ相（面心立方構造）となって います。α相は磁性をもちますが、γ相では原子間距離の関係から室温 で強磁性にならないのです。
オーステナイトという炭素鋼は高温相のγ相を安定化したものですから、 磁性がありませんが、熱処理をしてマルテンサイト変態が起きると、α 相の鉄が析出して磁性をもつようになるのです。
A「鋼材に熱処理をすると硬化するにもかかわらずヤング率はあがるど ころかむしろ少し下がる」のはなぜかというご質問ですが、
鋼の熱処理では、一般には鋼材を軟化させる効果があります。これは、 結晶粒が熱処理によって成長して粒径の大きな結晶粒になるからです。 しかし熱処理によっては、結晶粒の析出による微細化、あるいは結晶 粒の融合による粗大化が起き、組織が複雑になるため、硬化する場合が あります。このような場合、熱処理後の鋼の物性は構成する結晶そのも のの物性ではなく金属組織のもつ物性となり、単純ではないのです。析 出相を含む組織は複雑化したため全体として硬さは高いが、ヤング率に は構成している結晶粒のうちヤング率の小さな相が効いているのではな いでしょうか。
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Date: Mon, 13 Mar 2006 11:06:10 +0900
Q2: お世話になります。
田原でございます。
多忙のことと思いますが、新たな疑問点がありますので、前の質問と合わせてご返信のほうよろしくお願いします。
Aについて硬さの定義が良く分からなくなってきました。
当初の私の考えでは、「硬さ」は分子間の結合力ににより左右されると思っていました。
硬ければ硬いほど分子間の結合力は強くなり、応力も増加し、ひずみ量が減少し（硬ければ硬いほどもろい、欠けやすい？）ヤング率は増加する。よって、ヤング率が高ければ高いほど硬く、たたくと高い音がする。
私自信の考えはどこから間違っているのでしょうか？
よろしくお願いします。
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Date: Mon, 13 Mar 2006 12:38:28 +0900
A2: 田原様、佐藤勝昭です。
単結晶においては、「硬ければ硬いほど分子間の結合力は強くなり、応力も増 加し、ひずみ量が減少し（硬ければ硬いほどもろい、欠けやすい？）ヤング率は 増加する。」といってもよいと思います。しかし、多数の結晶粒からなる多結晶 試料や、異相の析出した混相の多結晶では、それほど単純ではありません。ま た、単結晶であっても、転位が多数入って、転位線同士が絡み合うと、非常に硬 くなりますが、ヤング率には結晶そのものの性質を反映してあまり変化がないと いうこともおこりうる訳です。
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Date: Wed, 15 Mar 2006 09:42:10 +0900
Q3: お世話になります。田原です。
早速のご返答ありがとうございます。
私自身かなり知識が整理されてきましたので大変感謝しております。
これでこの質問は最後にしたいと思っていますので、確認を含めてあと少しの質問をさせてください。
@ヤング率は熱処理をしても組織自体が変わるわけではないので、基本的には変化しない。
考察：一般的な鋼材（たとえばSKD11には炭素1％ほど含まれる）は多結晶であるがゆえに、
熱処理をすると複雑化しそれが結果として硬化という現象を引き起こす。
A磁性に関して
考察：鋼の熱処理に関して変態の変化を考えると常温では体心立方晶であるが、高温にする
とオーステナイト（面心立方晶）に変化（非磁性）し、その状態から急冷すると
マルテンサイト（磁性）に変化する。
磁石に吸着のしやすさから考えると、初めはある程度極性モーメントがそろっている
ためよく吸着するが、鋼材（たとえSKD11)を焼きいれ（1200度）をすると極性モーメ
ントがばらばらの状態で急冷するため磁石には吸着しにくくなる。
この処理の後、焼き戻し（520度、2時間した後空冷）をすることによって、組織の安
定化をするため磁石によく吸着するようになる。（応力削除、極性モーメントの正常化）
質問：@このときのマルテンサイトは面心立方晶なのでしょうか？それとも体心立方晶なのでしょうか？
（調べてみましたが、見当たりませんでした）
Aホームページのご説明の中で高温時における面心立方晶の非磁性の理由としては、 原子間距離の問題とあります。
これは簡単に言うとどういうことなのでしょうか？（高温時に電子の磁性モーメント
がばらばらになり非磁性になるとのかな？とは思うのですが、面心立方晶が理由で
非磁性というのがよく分かりません。）
B後、初歩的なことなのですが、金属を磁石にするときよくそこに別の磁石をくっつけ
て極性モーメントの方向を同じにして磁石を作ると思いますが、後そのほかに方法は
あるのでしょうか？（電磁石以外で）
どうしてこのような質問をするかといいますと、弊社ではプレス金型の設計製作をして
いますが、機械で鋼材（鋳物）を加工した時（おそらく加工熱が原因で）、磁力が発生
したことがあるのででこのような質問になりました。
C最後に今までの話と全然関係ない質問なのですが、銅とアルミは非磁性のため磁石に
くっつかないことは分かったのですが、どうして銅は電流を良く流し、アルミは電流
を流さないのかがよく説明できません。（初歩的な質問でお恥ずかしい限りです。）
何か質問がかなり多くなりましたが、よろしくお願いします。
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Date: Wed, 15 Mar 2006 13:56:58 +0900
A3: 田原様、佐藤勝昭です。
メールありがとうございます。説明不足で申しわけありません。
確認事項とご質問にお答えします。
[確認事項]
@ 一般的な鋼材は多結晶であるがゆえに、熱処理をすると複雑化しそ れが結果として硬化という現象を引き起こす。ヤング率は各結晶粒の結 晶自体の性質で決まるので、大きな変化はない。
A 鋼の熱処理に関して変態の変化を考えると常温では体心立方晶が安 定であるが、1184K(=911℃)以上に昇温するとオーステナイト（面心立 方晶）に変化（非磁性）する。この状態で急冷すると、Ms点（炭素量に 依存するマルテンサイト変態開始温度）で体心正方晶(bct)であるマル テンサイト相に相変態が始まり、Mf点（マルテンサイト変態終了温度） で変態が完成する。結晶構造の変化は10^-7sという短時間で終了する。
このとき4.3%の膨張変化がおき、大きな内部応力を生じる。
焼き入れ後「極性モーメントがばらばらの状態で急冷するため磁石に は吸着しにくくなる」のではなく、「自発磁気モーメントの大きさが小 さいので磁石に付く力が弱い」のではないでしょうかす。焼き入れをす ると体心立方構造のフェライト（αFe）に炭化物の混じった構造になり ます。これにより磁気モーメントが回復するのではないでしょうか。
（なお、磁気モーメントは、数学的には軸性ベクトルであり、極性ベク トルではないので、「磁気モーメント」と書くべきでしょう。）
[質問]
@「このときのマルテンサイトは面心立方晶なのでしょうか？それとも 体心立方晶なのでしょうか？」
A: 体心正方晶です。
A「ホームページのご説明の中で高温時における面心立方晶の非磁性の 理由としては、原子間距離の問題とあります。これは簡単に言うとどう いうことなのでしょうか？」
A: 金属磁性体の磁気については、エネルギーバンドに立脚した説明が 必要になります。面心立方(fcc)構造と体心立方(bcc)構造の磁性の理論 的な比較については、Bagayoko, Callawayのバンド計算によると、磁気 モーメントの大きさをウィグナーサイツセルの半径rsに対してプロット したとき、fccでは、rsが2.5原子単位以下で急激にゼロに近づくが、 bccではゼロにならないという計算結果となっております。（詳しくは、 Physical Review Vol.28(1993)p.5419をお読みください。従って、正し くは、金属の磁性は結晶構造と原子間距離に依存すると言うべきでしょ う。バルクのfcc-Feは非磁性ですが、銅にエピタキシャル成長した2-3 原子層のfcc-Fe超薄膜はTc=390Kの強磁性です。これは、エピ成長のた め、Fe基板に格子定数を合わせようとして、原子間距離が変化したこと によると考えられています。
B 「金属を磁石にするときよくそこに別の磁石をくっつけて極性モー メントの方向を同じにして磁石を作ると思いますが、後そのほかに方法 はあるのでしょうか？」
A: 強磁性金属が永久磁石になるためには、残留磁化状態を作る必要が あります。そのためには、磁気異方性の高い強磁性体でなければなりま せん。しかし、磁気異方性が強いということは保磁力も高いということ になり、そんじょそこいらの磁界では磁気飽和状態にすることができな くなります。従って、永久磁石を着磁するときには、電磁石にパルス的 に大電流をながして磁気飽和し、磁界を取り去って残留磁化状態にする のです。従って、通常の場合に、磁界以外の方法で着磁することはでき ません。（ただし、磁気トンネル接合のようなナノ領域のスピンエレク トロニクスにおいては、最近ではスピン偏極した電子を注入して、磁化 反転させる技術が開発されました。これをスピン注入磁化反転といいま すが、この世界では、磁性体に電流を流して磁化することができるので す。
C 「銅は電流を良く流し、アルミは電流を流さないのかがよく説明で きません。」
A: CuもAlも電気抵抗率は低い方です。Alはρ=2.5μΩcm、Cuはρ=1.55 μΩcmで、そんなに違いはありません。Alでは[Ne]の閉殻の外に3s^2 3p^1の3個の外殻電子がありますが、Cuでは[Ar]の閉殻の外に3d^10 4s^ 1と１１個の外殻電子があります。3d電子は局在性が高いので全部が電 流に寄与するわけではありませんが、Cuの方がAlより電流に関与する電 子の数が多いというのが、１つの理由です。もう一つはAl原子はCu原子 に比して軽いので格子振動が起きやすいため電子の散乱が強くその結果 電子が動きにくいということもあげられるでしょう。Alでは格子振動と 相互作用しやすいので、極低温では電子同士が格子振動の量子（フォノ ン）で結びついてクーパー対を作りやすく、超伝導になるのです。Cuは 超伝導になりませんから、フォノンとの相互作用が小さいといえるでし ょう。
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762. 異方性・吸収性媒質に入射した際の、異常光線の吸収係数
Date: Wed, 8 Mar 2006 14:36:58 +0900
Q:はじめまして、O大学4回生のKと申します(webでアップされる 際は匿名でお願い致します)。突然の質問をお許し下さい。
質問内容は、異方性・吸収性媒質に入射した際の、異常光線の吸収係数についてで す。
最近、異方性(主にuniaxial)・吸収性の両方を兼ね備えた媒質中における光の伝播・ 入射や屈折について勉強を始めました。
そして、光の伝播については適当な教科書・論文に出会うことができ、勉強すること ができました。
光の入射や屈折に関しては、常光線に関する論文には出会うことができ(一応ファイ ルを添付しておきます)、
L. P. MOSTELLER, JR.t AND F. WOOTEN:
Optical Properties and Reflectance of Uniaxial Absorbing Crystals*
JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA 58 61 (1968)
それによると屈折波はいかなる入射角に対しても等振幅面が媒質平面に平行となり、 光の減衰はｚのみの関数で表されることや、吸収係数も分かりました。
しかし、異常光線の屈折波に関する論文は私が検索した限りではみつかりませんでした。
異常光線の場合でも等振幅面は媒質平面と平行になり、減衰はzのみの関数で表され、 吸収係数はbを異常光線の場合の値で書き換えれば良いのでしょうか？？
詳しく書かれている論文でも結構ですので、お忙しいと思いますが、ご指導のほどよ ろしくお願い致します。
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Date: Wed, 08 Mar 2006 22:39:38 +0900
A: K君、佐藤勝昭＠京都です。
出張先なので、手元に文献がありません。extraordinary rayのPoynting vector は ordinary rayと別の角度をもっているのでエネルギーの伝搬方向は傾いています。
従って、エネルギーの減衰は、Poyinting vectorの方向に沿って考える必要がある のではないかと思うのですが、・・
R Echarri et al. Behaviour of the Poynting vector in uniaxial absorbent media 1994 Pure Appl. Opt. 3 931-941
を読んでみて考えてください。
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Date: Wed, 8 Mar 2006 23:40:15 +0900
Q2: 先ほど物性なんでもＱ＆Ａに質問させて頂いたKです。
出張中にも関わらず非常に素早いご返事、本当にありがとうございます。
この論文は検索でも引っかかっていたのですが、私の大学ではこの雑誌をネットで見 ることができず、また図書館にも置かれていないため（1999年〜しかありません）、見ることができま せんでした。
もしこの論文のファイルをお持ちの場合、出張から帰られた際にe-mailで送って頂 くことはできませんでしょうか？
誠に不躾なのですが、もしよろしかったらお願い致します。
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Date: Sat, 11 Mar 2006 20:27:48 +0900
A2:K君、佐藤勝昭です。
本学の図書館にもないようです。
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Date: Sat, 11 Mar 2006 21:03:21 +0900
A3: K君、佐藤勝昭です。
君が添付してくれたファイルにおいて、(68)式を導くのにポインチン グベクトルを計算していますね。異常光線に対してもポインチングベク トルを見積もって(64)式の形に持って行けばよいのでしょう。おそらく bだけでなくaも入った複雑な式になると思います。
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763. 準定常電流近似と変位電流
Date: Thu, 9 Mar 2006 22:09:10 +0900 (JST)
Q: 東京農工大学 佐藤勝昭先生
C社のＮと申します。お世話になります。
（HP掲載時には、恐れ入りますが会社名、氏名ともに匿名でお願い致します）
電気伝導度が0の誘電体内に、2本の離れた平行導体板A,Bがあるとします。
導体板Aに角周波数ωの交流電流を流すとき、準定常電流近似のもとでは 導体板AからBへ流れる電流は伝導電流、変位電流ともに0です。
従って、Bには電流は駆動されないはずです。
しかし実際は、Bにも電流が駆動するようです。
誘電体中を電流が流れないのに、なにがBの電流を駆動させるのでしょうか。
どこか誤った理解をしているはずなのですが、それがどこなのか見当がつきません。
また、A内の電荷の運動により、B内の電荷がLorentz力を受けて電流が 駆動するのかとも思ったのですが、そもそも電界の時間変化を無視するのが 準定常電流近似なので、これもおかしい考えだと思います。
乱文で申し訳ないのですが、お力添えの方、よろしくお願い致します。
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Date: Thu, 09 Mar 2006 22:41:14 +0900
A: N様、佐藤勝昭＠京都出張中です。
状況が良く飲み込めないのですが、添付図のようなものをお考えでしょうか？
準定常状態といっても、交流ですから、誘電体内には局所的な電荷の移動が起きています。
Aの導体版間の電界分布は理想的にはAの導体に垂直になるはずですが、実際には 電気力線はふくらんでおり、この電気力線に沿って局所的な電荷の移動が起きます。従って、 わずかながらBの領域にも影響があるはずです。
このほか、高周波になると、Aの電極間での電界の振動がアンテナになってBの 極板間に振動電界が誘起される効果が考えられます。これは、誘電体を無くして考えても よいでしょう。
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Date: Fri, 10 Mar 2006 16:21:08 +0900 (JST)
Q2: 佐藤様
非常に迅速な返信ありがとうございました。考えている系は送って頂いた添付図のようなものです。
この質問は、私が準定常電流近似を理解していなかったことが原因でした。
準定常電流近似は導体内で変位電流を無視する近似ですが、 これを誘電体内でも無視するものだと誤解していました。
つまり、誘電体内で電界の時間変化は一切許されないと思っていたわけです。
先生のご説明と合わせて、理解させて頂きました。
ありがとうございました。
ただそう考えると次の疑問が湧きます。
変位電流を無視するのは導体内だけで、誘電体では無視できないわけですよね？
そうすると、導体から空間に向けて電磁波の放射が起こるはずです。
しかし、電磁界シミュレータで準定常電流モードでは放射を無視するために 計算が高速になる、という記述を見かけます。
この矛盾はどこから来るのでしょうか？
出張中でお忙しいとは思いますが、よろしくお願い致します。
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Date: Sun, 12 Mar 2006 07:43:07 +0900
A2:N様、佐藤勝昭です。
電磁界解析は、その道のプロの分野なので奥が深く、私の出る幕はあ りません。計算手法には時間短縮のため様々な工夫がされておりますが、 それぞれの計算条件はある仮定のもとで成立するので、現実の課題にそ の条件が適用できるかをよく検討する必要があります。
お手持ちの解析ソフトの会社によくお問い合わせください。
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Date: Sun, 12 Mar 2006 09:59:41 +0900 (JST)
AA: 佐藤先生
Nです。お世話になっております。
本件は電磁界ソフトの会社に問い合わせることに致します。
お手数をおかけして申し訳ございませんでした。
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764. この項目は質問者の希望により削除しました
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765. チタンの複素屈折率
Date: Wed, 15 Mar 2006 16:04:30 +0900
Q: A社のSと申します。
以前、Fe, Al などの特定波長に対する複素屈折率を教えていただいたのですが,
今回は、耐食材料として有名なチタン(Ti)に関して、1μｍ帯と10μm帯の複素屈折率
を教えていただきたいと思います。宜しくお願い申し上げます。A社Ｓより
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Date: Thu, 16 Mar 2006 13:21:56 +0900
A: S様、佐藤勝昭です。
メール拝受。手元の資料（Landolt-Boernstein)によると、Tiの光学定数については、 0.64eV(λ=2μm)より高い光子エネルギーについてのデータしかありません。
1μm付近のデータとしては、
1.26eV(0.98μm)の値が出ています。
n=3.35, κ=3.97
となります。
10μmのデータは出ていません。（ドルーデ項のためn、κとも大きな値になりはずです。)
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Date: Thu, 16 Mar 2006 13:33:56 +0900
AA: 佐藤先生
早急な回答ありがとうございました。頂いた数値をベースに計算します。感謝。Ｓより
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Date: Fri, 17 Mar 2006 14:18:14 +0900
A2:S様、佐藤勝昭です。
LandoltにTiのDrude parameterが載っていましたので それをもとに、10μmでのn,κを見積もりましたところ、 n=7.8, κ=9.5という値が出ました。参考にして下さい。
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Date: Wed, 22 Mar 2006 06:16:42 +0900
AA2: 佐藤先生
主題の１０μｍ帯のデータ諦めておりました。感謝いたします。
A社Ｓより
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766. レーザ高調波のスペクトル幅
Date: Thu, 16 Mar 2006 12:56:31 +0900
Q: 佐藤先生
再度、お世話になります。
S大工学部3年のSです。前回同様アップロードの時には匿名でお願いします。
ＳＨＧやＴＨＧ等の高調波発生に関する質問にお答えいただけないでしょうか。
Nd:YAGのSHGやTHGについて分極を考慮した波動方程式を導いて SHG、THG変換後の強度を説明する部分は良く分かったのですが、 レーザーのスペクトルがSHG,THG変換後にどう変化するのか良く分かりません。
k（波長）を波数として1/k(532nm) = 1/k(1064nm)+1/k(1064nm)から
1064nmが0.6nmのスペクトルなららSHG、ＴＨＧ変換後のスペクトルは 1/2倍、1/3倍になるのかなとイメージしていますが、 何を根拠にて正しいのか間違っているのか良いのか教えていただけないでしょうか。
宜しくお願いします。
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Date: Fri, 17 Mar 2006 10:14:38 +0900
A: S君、佐藤勝昭です。
レーザ物理の専門家に聞きましたところ、
「SHGにおいては、パルス光の時間幅はガウス関数の2乗で効いてくるので、時間幅は√2分の１になります。 一方、周波数領域での幅は、エンベロープの積でなくコンボリューションになるので、ルート2倍に広がります。 時間幅が狭まって周波数幅が広がるので、これで不確定性を満たします。
「2関数のコンボリューションのフーリエ変換はそれぞれの関数のフーリエ変換の単純な積になる」という数学の 定理の物理バージョンになっています。」との回答でした。
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Date: Sat, 18 Mar 2006 23:08:35 +0900
AA: 佐藤先生
ありがとうございました。
コンボリューションになるという点は、
時間軸では基本波の強度の2乗にSHGの時間波形が比例するのに対応して 周波数軸ではコンボリューションになるという風に理解しました。
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767. 電源電圧の作り方によるトランス出力の違い
Date: Sat, 25 Mar 2006 11:47:31 +0900
Q1: 突然のメール失礼します。
物性なんでもＱ＆Ａを拝見しどうしても、早急に知りたいことがありメールいたしました。
よろしくお願いいたします。
電源をコンデンサ分圧により作り出している5Vの電源（以下Ａパターン）と
商用電源から絶縁トランスで5Vを作り出している電源（以下Ｂパターン）があります。
周波数は50Ｈｚです。
この電源をそれぞれ低電圧トランス（5V：3V）のＰ側に接続した際、 以下の事象が発生しました。
@ Ａパターン
Ｐ側の電圧*****4.9V
S側の電圧が*****3.0V
励磁電流*****60μＡ
AＢパターン
Ｐ側の電圧*****2.7V
S側の電圧が*****1.5V
励磁電流*****？
同じ定格の新品を測定すると いずれの場合も定格とおり5Ｖの入力に対し、3Ｖを出力しました。励磁電流 10μＡでした。
一般にレアショーによる不具合と感じるのですが、二次巻線は問題ありませんでした。
仮に、一次巻線と二次巻線の静電シールドがうまくいてないとこのようか現象がおきるのでしょうか？
電源パワーの違いが影響しているとは推測できますが、電気理論的に数式で説明することは可能でしょうか？
可能な限り早く、論理的に解釈できればと思いますのでご教示いただければ、大変助かります。
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Date: Sat, 25 Mar 2006 21:25:18 +0900
A1:佐藤様、佐藤勝昭です.
新品をつないだとき正常に動作するということは、Ａ電源もＢ電源も問題がないということですね。
トランスをつないだとき、2次側が開放であれば、Ｂにおいて1次側の電圧が2.7Vになることは普通は考えられません。
Ａの場合を考えると、2次側に負荷が接続されているとしか考えられません。１次側が4.9V、60μAであれば、 2次側の電流は97.8μmであり、2次電圧3Vとすると、負荷のインピーダンスは30.6kΩということになります。
しかし、この負荷の付いたトランスをＢ電源につないでも、電圧が2.7Vに落ちるとは考えられません。 失礼ですが、Ａ電源とＢ電源が逆ではないでしょうか。
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Date: Sun, 26 Mar 2006 14:32:50 +0900
Q2:佐藤勝昭さま
早速のメールありがとうございました。
原因ががわかりました。
静電シールドのためのど銅テープが微妙にショートターンになり3次巻線が形成されたことが原因でした。 製造上の問題でした。きわめてレアーケースで高インピーダンス（コンデンサ分圧）では電源供給が足らなかったと 判断しました。
低インピーダンス電源では、パワーで補ってしまいました。ありがとうございました。
今後とも宜しくお願いいたします。
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Date: Mon, 27 Mar 2006 19:47:59 +0900
A2:佐藤様、佐藤勝昭です。
原因がわかってよかったですね。ところで、確認したいのですが、Ａの場合（コンデンサ分圧） のほうが電圧が低下したのですね。（質問はＢ（トランス）の方が低下したとありましたが、・・
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Date: Mon, 27 Mar 2006 23:57:43 +0900
Q3:佐藤さま
そのとおりです。
> 電源をコンデンサ分圧により作り出している5Vの電源（以下Ａ→Ｂパターン）と
> 商用電源から絶縁トランスで5Vを作り出している電源（以下Ｂ→Ａパターン）があります。
の間違えでした！！！（笑）
パワーがない、コンデンサ分圧は、静電シールドショートターンやわずかなレアショートには、敏感のようです。
うまく数式で表現できるだけの知識がなく情けないんですが、おそらくコンデンサ分圧でも静電容量の大きなものであれば いけたんだと思います。
今後とも宜しくお願いいたします。
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Date: Fri, 31 Mar 2006 13:59:53 +0900
A3:佐藤様、佐藤勝昭です。
数値的な説明をいたします。添付ファイルのような回路計算をしまし た結果、コンデンサ分圧回路が
C1=0.684 (nF)
C2=19C1=13.00(nF)
であれば、見かけのインピーダンス81.6kΩのトランスをつないだとき
の電圧が2.68Vになることが示されます。
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768. フラットパネルディスプレイと無機材料
Date: Mon, 27 Mar 2006 13:07:55 +0900
Q: 東京農工大学
佐藤勝昭研究室 御中
はじめまして、Y社のM（公開時匿名希望）と申します。
この度は貴研究室のホームページを拝見し、弊社の調査課題についてご質問をさ せて頂きたく、メールを差し上げた次第でございます。
弊社では現在、無機材料の利用価値について検討しております。なかでも、ＦＤ Ｐ(フラットパネルディスプレイ)の部材（例えば、透明導電膜や反射防止パネル など）における無機材料の利用可能性について探索しています。そこで、以下の ことについてご教示頂けると幸いです。
ＦＤＰ部材について
１．今後、無機材料がより使われる可能性はあるでしょうか？
２．使われるとすれば、どのような部分でしょうか？
３．有機材料から無機材料に代替できるものはあるでしょうか？
何卒、ご教示の程を宜しくお願い申し上げます。
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Date: Mon, 27 Mar 2006 18:48:31 +0900
A: M様、佐藤勝昭です。
メールありがとうございます。
・フラットパネルにもいろいろな種類のものがあるので、その種類ごと に使われる部材が異なります。
・無機物が中心的役割を果たすのは、プラズマディスプレイ(PDP)と無 機ＥＬディスプレイ(ELD)、電界放出型ディスプレイ(FED)です。CANON のSEDもFEDの一種です。
PDPでは、パネル本体はガラスですし、電子放出源、蛍光体ともに無 機材料が使われます。有機材料の出番はありません。真空プロセスなの で有機材料は不向きです。
無機ELDは、ガラス上に無機の絶縁物質で半導体発光材料をサンドイ ッチした二重絶縁構造をとりますが、高温プロセスが必要なので、有機 物質は使えません。
FEDも真空装置なのでパネル材料はガラスです。蛍光物質も電子線励 起なので有機材料は劣化のおそれあり、無機材料でないとだめでしょう。 電子放出源には金属が使われますが、最近はカーボンナノチューブも使 われるようになりました。
・有機物が中心的役割を果たすのは液晶ディスプレイ(LCD)と有機ＥＬ ディスプレイ(OLED)です。LCDについては、液晶および配向剤は有機物 ですが、パネル剤は無機のガラスですし、透明電極、薄膜トランジスタ (TFT)などは、無機材料が使われています。カラーフィルタは、有機の フィルムが使われるようですが、無機材料で置き換え可能です。
一方、OLEDはまだ、小型のものしか普及段階にありませんが、プラス チックフィルムの上に作成可能なので、曲げられるディスプレイとして 期待されますが、透明導電膜は無機材料が使われると思います。
・透明導電膜に関しては、有機材料に置き換わることはまずないと断言 できるでしょう。なぜなら、透明な導電性有機材料は一般に高抵抗で、 導電率の高いものは金属光沢をもち不透明だからです。また、透明導電 膜の製膜後プロセスにかけることが多く、有機物質では熱耐性がないか らです。
・反射防止膜は、薄膜の干渉を利用しますから、透明でかつある程度屈 折率の大きなものであれば有機・無機を問わないと思います。堅牢さを 考えると無機材料の方がよいかも知れません。
・このように、ＦＰＤは無機材料が現在のところ主流なので、あなたの ご質問とは逆に「無機材料から有機材料に代替できるもの」を探してい るのが現状でしょう。
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Date: Wed, 29 Mar 2006 10:46:21 +0900
AA: 東京農工大学
佐藤勝昭 先生
この度は、私の稚拙な質問にもかかわらず、親切にご回答を頂きまして、誠に 有難うございます。先生にご教示頂きましたことで、FDP部材の現状について、 とてもよく理解することができました。先生の御恩に報いるよう、今後も調査研 究に精進して参る所存でございます。
本来であれば、お伺いして御礼申し上げなければならないところでございます が、所在が大阪ということもあり、本メールにて御礼のご挨拶と代えさせて頂き ます。
今後とも、何卒宜しくお願い申し上げます。
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Date: Thu, 06 Apr 2006 16:26:43 +0900
Q2: 東京農工大学
佐藤勝昭 先生
先日、無機材料の利用価値についてご質問させて頂き、3月27日にご回答を頂 戴しました、Y研究所のM（同じく公開時匿名希望とさせて頂きます） でございます。先般はご親切に回答を頂き、誠に有難うございました。先生から ご教示頂いたことで、以後の調査研究の方向性が明確になりました。
お忙しいところ、恐縮ではございますが、本日は新たにご質問をさせて頂きた く、ご連絡を差し上げた次第でございます。先生のおっしゃる通り、無機材料を 有機材料に代替するケースが、この間にも見受けられました。なかでも、GE- Plastics社が3月28日、有機ELパネル向けのプラスチック基板を開発したことに、 弊社では注目致しております。そこで、ご質問なのですが、プラスチック基板を 使うことで、技術的に基板の安定性は確保されるのでしょうか？
また、大枠的なご質問になるのですが、無機材料から有機材料へ代替しようと する理由について、弊社では「材料部材が枯渇する危険があるため」「工程の中 に真空プロセス等があり煩雑な工程となるため」「煩雑な工程等から通常コスト 高になるため」、以上の3点と認識しておりますが、この見解は妥当なものでし ょうか？ご教示頂けますと幸いです。
何卒、宜しくお願い申し上げます。
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Date: Fri, 07 Apr 2006 00:49:16 +0900
A2: M様、佐藤勝昭です。
GE-Plastics社が3月28日、有機ELパネル向けのプラスチック基板を開発したこ とを存じませんでした。詳細が分かりませんので、安定性についてのコメントは 差し控えたいと存じます。
有機材料（プラスチックスを含む）を使うメリットは、（１）無機材料に比べ て加工性がよい、（２）ものによってはフレキシブルで、巻いたり折り曲げたり できる、（３）透明なものが多いので光を取り出しやすい、（４）安価である。 というようなことではないかと存じます。
なお、失礼ながらM様の材料についての科学知識がかなり乏しいすぎる ようにお見受けします（ひょっとして文科系？）ので、もう少し基礎から勉強 されることをお勧めします。あるいは、科学技術の調査をクライアントから 依頼された場合には、しかるべき大学・研究機関等に受託研究に出された方が よいのではないかと愚考します。
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Date: Fri, 07 Apr 2006 10:57:24 +0900
AA: 東京農工大学
佐藤勝昭 先生
この度も、私の稚拙な質問にもかかわりませず、親切にご回答を頂きまして、 誠に有難うございます。先生のご指摘どおり、私は文系のＭＢＡ取得者でござい まして、本件につきましては、経営管理の面で係わっております。また、このよ うな化学の案件につきましては、初めての試行となります。書籍などで知識を得 ようとしているのですが、私の文系的な質問に直接回答してもらえる書籍に出会 えず、先生の過去の丁寧なご回答をネットで拝見し、おすがりした次第でござい ます。
今後は、よりこの分野について基本的な知識を蓄えて参る所存でございます。
この度の件につきまして、先生の貴重なお時間を頂戴いたしました。
深く感謝申し上げます。
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769. なんでもQ&A#676.薄膜の多重干渉の式の修正
Date: Fri, 31 Mar 2006 16:47:56 +0900
Q:マクセルの萬です。
「物性なんでもQ＆Q」の676. 吸収性物質における多重干渉で、先生の 式の中で、φ＝k0・N・ｄ はk0・d＋k0・N・ｄになるべきのような気がします。
先生もご存知のように多重反射は電場・磁場の界面での接線成分の連続性からも算 出できますが、透過光の界面での連続性から上記の項が加わるはずと考えます。 つまらないこと書いて申し訳ありません。
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Date: Fri, 31 Mar 2006 17:52:42 +0900
A:萬様、佐藤勝昭です。
ご指摘のφですが、これは、両界面の間を光が伝搬した際に受 ける位相の変化なので私の式であっているはずです。光学薄膜の書物も そうなっています。
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Date: Tue, 4 Apr 2006 16:06:42 +0900
佐藤勝昭先生：
おっしゃるように位相差であることはそのとおりなんですが、要は屈折率N＝n+iκ を有する膜の原点をどこにとるかによって入射波側か透過波側の振幅にexp[±ik0 ・d]がかかります。膜の厚み方向の原点を透過側の界面にとる場合は、先生のおっ しゃるように透過波の振幅にexp[ik0・d]はかからなくなりますが、反射波の振幅 にexp[ik0・d]か exp[−ik0・d]（進行方向のどちらを正にとるかによって変わる）がかかります。 逆に膜の原点を光の進入側にとりますと反射波振幅にはこの項はかからなくなり、 透過波振幅にexp[ik0・d]かexp[−ik0・d]がかかります。ただしこのちがいが現れ るのは、いわゆる進入波と透過波の振幅比の場合のみでして、反射率や透過率であ る（絶対値）２乗比にすると当然ながらexp[i.....]の項は１になり関係なくなり ます。
釈迦に説法で失礼ですが、下記に式で表します。簡単のため垂直入射の条件で計算 しますと入射側の界面での境界条件は、
電場の接線成分の連続性：
E0・exp[ik0・z]＋E0ｒ・exp[−ik0・z]=E1・exp[ik1・z]＋E1ｒ・exp[−ik1・z]・・・・・・・・・@
磁場の接線成分の連続性：
（k0/(m0w)）・(E0・exp[ik0・z]−E0r・exp[−ik1・z])
=（k1/(m1w)）・（E1・exp[ik1・z]−E1r・exp[−ik1・z]） ・・・A
入射側の界面の位置をz=0にとると@、Aはそれぞれ、
E0＋E0ｒ=E1＋E1ｒ・・・・・・・・・・・B
（k0/(m0w)）・(E0−E0r)=（k1/(m1w)）・（E1−E1r）・・・・・・・・・・・・・・・・C
となります。ここでEの添え字のゼロは空気（真空）中の入射光、添え字の0rは空 気中の反射波であることを意味します。
またEの添え字の１は、屈折率N=n+iκの膜中での入射光と同じ進行方向の波である ことを意味し、添え字の1rは逆方向に進行する波（膜の裏側からの反射）の成分を 意味します。m0、m1は真空および膜中の透磁率、ωは光の振動数を表します。ωは空気中から膜中に進 入しても変化はしません。k0、k1は真空中および膜中の波数であり、k1とk0の間には k1・n0＝k0・（n+iκ）＝k0・N の関係が成り立ち ます。
膜の導電率σ、透磁率m、誘電率εを使って、膜物質中でのMaxwellの方程式、
∂E/∂z＝−m∂H/∂t ∂H/∂z＝−ε∂E/∂t−σE
から導かれる二次微分方程式、
（∂^2/∂z^2−εm・∂^2/∂t^2−σm・∂/∂ｔ）E＝0
において、E、Hがexp[i（k1z-ωt）]の解を有するとして上式に代入すると
k1＾2−εmω^2−iσmω＝0
となります。その解 α＋iβ、
α＝ω・Sqrt（εm・（1+Sqrt(1+(σ/(εω))^2)））
β＝ω・Sqrt（εm・（−1+Sqrt(1+(σ/(εω))^2)））
において k1/ω＝α/ω+i・β/ω＝n+iκ
から基本的にｎ、κは定義されます。
n0は空気中の屈折率で１、強磁性体以外ではm0＝m1（＝１）とおいても差し支えありませんので、したがってCは、 E0−E0r＝N・（E1−E1r） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ ・・・・・・・・・・D
次に入射面の裏側、すなわち透過側での界面では同様に、
電場の接線成分の連続性：
E1・exp[ik1・z]＋E1ｒ・exp[−ik1・z]＝E2・exp[ik0・z] ・・・・・・・・E
磁場の接線成分の連続性：
（k1/(m1w)）・（E1・exp[ik1・z]−E1r・exp[−ik1・z]）
＝（k0/(m0w)）・E2・exp[ik0・z] ・・・・F
ここでｚ＝ｄを代入し、k1、k0の関係を使って変形しますと、
E1・exp[ik1・d]＋E1ｒ・exp[−ik1・d]＝E2・exp[ik0・d]・・・・・・・・G
E1・exp[ik1・d]−E1r・exp[−ik1・d]＝（1/N）・E2・exp[ik0・d]・・・・・・・・・H
BとDから、
E0=1/2・（（1+N）・E1+(1-N)・E1r） ・・・・・・・・・・・I
E0ｒ=1/2・（（1-N）・E1+(1+N)・E1r） ・・・・・・・・・・J
GとHから、
E1=1/(2N)・(1+N)・E2・exp[i(k0-k1)・d] ・・・・・・・・・・・K
E1r=1/(2N)・(N-1)・E2・exp[i(k0+k1)・d] ・・・・・・・・・・L
KとLをIに代入し、
E0=1/(4N)・((1+N)^2・exp[-ik1・d]-(1-N)^2・exp[ik1・d])・exp[ik0・d]・E2
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・M
つまり、
E2/E0=４N・exp[i（k1−k0）・d]/(１−(1-N)^2/(1+N)^2・exp[i2k1・d])
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・N
このようにexp[-ik0・d]が付加されます。これは下側（ｚ＝ｄ）の界面で空気中と の電磁場成分との連続性に由来するものです。
ちなみにKとLをJに代入しますと、
E0r=1/(4N)・（1-N^2）(exp[-ik1・d]-exp[ik1・d])・exp[ik0・d]・E2
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・O
MとOから、
E0r/E0=(1-N)/(1+N)・(1-exp[i2k1・d])/(１−(1-N)^2/(1+N)^2・exp[i2k1・d])
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・P
となります。ここでも膜界面と空気中との電磁場成分の連続性に由来する境界条件 は変わりませんが、exp[±ik0・d]のdがゼロですので表面上式には現れません。
反射率や透過率として定義されるものは、NやPの２乗比のことを言いますので、 Nは２乗すると明らかにexp[i（k1−k0）・d]の項は消えます。
以上
追伸：先生の記事面白く読ませていただきました。特に最近のネットに頼る云々は 耳が痛いです。私のように独学でやっていると、実は本で調べて丹念に知識を積み 重ねるだけでは袋小路に入ってしまいます。そんな時、やはり人に会ってディスカ スすることの有用性が身にしみて感じられます。（できてませんが、、、） ただ 、時間かかっても自分が理解できるまでしつこくやることだけは捨ててはダメです ね。
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Date: Tue, 4 Apr 2006 20:57:23 +0900
萬様、佐藤勝昭です。
ご指摘ありがとうございました。反射の際の位相変化の項に入るので すね。絶対値の二乗で考えていたので、気づきませんでした。
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Date: Thu, 6 Apr 2006 09:57:05 +0900
AA: 出張で返事が遅れて申し訳ございませんでした。私も書いたものをチェックしまし たら一部不備ありましたので下記に訂正して再度送付させていただきます。
なお、Jacksonの電磁気の演習問題にもこの位相の項が省かれており、近似の過程 にでも消えるのかと思ったのですが、そうでない気がして正直あまり釈然としてま せん。
先生の今後のご活躍をお祈りいたします。
電場の接線成分の連続性：
E0・exp[ik0・z]＋E0ｒ・exp[−ik0・z]=E1・exp[ik1・z]＋E1ｒ・exp[−ik1・z] ・・・・・・@
磁場の接線成分の連続性：
（k0/(m0w)）・(E0・exp[ik0・z]−E0r・exp[−ik1・z])
=（k1/(m1w)）・（E1・exp[ik1・z]−E1r・exp[−ik1・z]） ・・・A
入射側の界面の位置をz=0にとると@、Aはそれぞれ、
E0＋E0ｒ=E1＋E1ｒ ・・・・・・・・・・B
（k0/(m0w)）・(E0−E0r)=（k1/(m1w)）・（E1−E1r） ・・・・C
となります。ここでEの添え字のゼロは空気（真空）中の入射光、添え字の0rは空 気中の反射波であることを意味します。
またEの添え字の１は、屈折率N=n+iκの膜中での入射光と同じ進行方向の波である ことを意味し、添え字の1rは逆方向に進行する波（膜の裏側からの反射）の成分を 意味します。m0、m1は真空および膜中の透磁率、ωは光の振動数を表します。ωは空気中から膜中に進 入しても変化はしません。k0、k1は真空中および膜中の波数であり、k1とk0の間には k1・n0＝k0・（n+iκ）＝k0・N の関係が成り立ち ます。
膜の導電率σ、透磁率m、誘電率εを使って、膜物質中でのMaxwellの方程式、
∂E/∂z＝−m∂H/∂t ∂H/∂z＝−ε∂E/∂t−σE
から導かれる二次微分方程式、
（∂^2/∂z^2−εm・∂^2/∂t^2−σm・∂/∂ｔ）E＝0
において、E、Hがexp[i（k1z-ωt）]の解を有するとして上式に代入すると
k1＾2−εmω^2−iσmω＝0
となります。その解 α＋iβ、
α＝ω・Sqrt（εm・（1+Sqrt(1+(σ/(εω))^2)））
β＝ω・Sqrt（εm・（−1+Sqrt(1+(σ/(εω))^2)））
において k1・（ｃ/ω）＝k1/k0＝α・（ｃ/ω）+i・β・（ｃ/ω）＝n+iκ
から基本的にｎ、κは定義されます。
n0は空気中の屈折率で１、強磁性体以外ではm0＝m1（＝１）とおいても差し支えありませんので、したがってCは、
E0−E0r＝N・（E1−E1r） ・・・・・・・・・・D
次に入射面の裏側、すなわち透過側での界面では同様に、
電場の接線成分の連続性：
E1・exp[ik1・z]＋E1ｒ・exp[−ik1・z]＝E2・exp[ik0・z] ・・・・・・・E
磁場の接線成分の連続性：
（k1/(m1w)）・（E1・exp[ik1・z]−E1r・exp[−ik1・z]）
＝（k0/(m0w)）・E2・exp[ik0・z] ・・・・F
ここでｚ＝ｄを代入し、k1、k0の関係を使って変形しますと、
E1・exp[ik1・d]＋E1ｒ・exp[−ik1・d]＝E2・exp[ik0・d] ・・・・・・G
E1・exp[ik1・d]−E1r・exp[−ik1・d]＝（1/N）・E2・exp[ik0・d] ・・・・・・H
BとDから、
E0=1/2・（（1+N）・E1+(1-N)・E1r） ・・・・・・・・・I
E0ｒ=1/2・（（1-N）・E1+(1+N)・E1r） ・・・・・・・・J
GとHから、
E1=1/(2N)・(1+N)・E2・exp[i(k0-k1)・d] ・・・・・・・K
E1r=1/(2N)・(N-1)・E2・exp[i(k0+k1)・d] ・・・・・・L
KとLをIに代入し、
E0=1/(4N)・((1+N)^2・exp[-ik1・d]-(1-N)^2・exp[ik1・d])・exp[ik0・d]・E2
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・M
つまり、
E2/E0=４N/（1+N）^2・exp[i（k1−k0）・d]/(１−(1-N)^2/(1+N)^2・exp[i2k1・d])
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・N
このようにexp[-ik0・d]が付加されます。これは下側（ｚ＝ｄ）の界面で空気中と の電磁場成分との連続性に由来するものです。
ちなみにKとLをJに代入しますと、
E0r=（1-N^2）/(4N)・(exp[-ik1・d]-exp[ik1・d])・exp[ik0・d]・E2
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・O
MとOから、
E0r/E0=(1-N)/(1+N)・(1-exp[i2k1・d])/(１−(1-N)^2/(1+N)^2・exp[i2k1・d])
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・P
となります。ここでも膜界面と空気中との電磁場成分の連続性に由来する境界条件 は変わりませんが、exp[±ik0・d]のdがゼロですので表面上式には現れません。
反射率や透過率として定義されるものは、NやPの２乗比のことを言いますので、 Nは２乗すると明らかにexp[i（-k0）・d]の項は消えます。
以上
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770. 鋼材の硬度測定
Q: はじめまして。
メーカーにて品質管理を行っているものです。（個人名は匿名でお願い致します。）
鋼材の硬度測定についてお教えください。
材料の品質保証として材料硬度を用いることを検討しています。
材料に合った硬度計を用いて測定できればベターなのですが、
下記の鋼材をロックウエル硬さ（B・Cスケール）で測定した場合どのような影響が考 えられるのでしょうか？
・線材（ＳＷＣＨ）
・平鋼（SS４００）
・ねずみ鋳鉄（ＦＣ）
宜しくお願いします。
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Date: Mon, 3 Apr 2006 13:04:26 +0900
A: N様、佐藤勝昭です。
私は、金属材料の専門家ではありませんが、一般的に見て「硬度」の みで鋼材の品質保証ができるとは思えません。鋼材の品質保証はJISに 材料ごとに決められているので、それに従って検査するべきかと思いま す。
なお、ご質問は、他の試験方法で測るよう指定された硬さをロックウ ェル硬さで代替できないかというご質問でしょうか？試験方法間での硬 さの値の間には厳密な対応関係がないと言われています。
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771. アルミの電気特性の面積による違い
Date: Wed, 5 Apr 2006 13:50:38 +0900
Q: 佐藤勝昭先生
初めましてNと申します。(匿名希望)
HPを見て質問をさせていただきます。
ガラス基板上のアルミ薄膜の特性についてお聞きしたいのですが・・・
質問内容
ガラス基板サイズ＞５０cm角上のアルミ薄膜と10cm角サイズ上のアルミ薄膜 とでは帯電の影響により電気的特性や、それぞれの表面状態(ガラス、アルミ、アル ミ酸化膜との関連)
の接触電位差の変化や影響が基板サイズにより出てくるものなのでしょうか？
また、以下の状況について電流が流れない原因となるものを探っています。
状況
４探針法により上記それぞれのシート抵抗の計測をおこなったところ 10cm角のサンプルは測定ができて、＞５０cmのサンプル については電流が流れない現象がでてしまいました。
また、＞５０cmのものについてステージ上から面積の半分を浮かした 状態にすると電流が流れる状態となります。
サンプルは黒アルマイトのステージ上に載せています。
以上よろしくお願いします。
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Date: Wed, 5 Apr 2006 14:47:50 +0900
A: N様、佐藤勝昭です。
メールありがとうございます。
面積の違いによる電気特性の違いは、製膜装置の問題に起因します。
真空蒸着の場合、蒸発源に近い中心部と蒸着源から離れた周辺とでは膜 厚や膜のモルフォロジーにむらが生じます。それで、基板を遊星のよう に回して均一性を保つように作ります。一方、小面積のものでは、基板 を回転しなくてもほぼ均一になります。従って、同じ膜厚の大面積のア ルミ膜を蒸着する場合、小面積に比べてかなり時間がかかります。
ご存じのようにアルミは大変酸化しやすく、真空中といっても10^- 5Torr程度の真空では、蒸着中に酸化が進みますから、時間がかかれば かかるだけ表面は厚い酸化膜で覆われているといってもよいでしょう。
おたずねのケースですが、探針が表面の酸化膜を突き抜ければ金属・ 金属の接触の問題が生じますが、探針の押さえつける力が弱ければ、探 針/Al2O3/アルミのトンネル接合になっていると思われます。このため、 酸化膜の厚い50cm角の試料ではトンネル電流が流れなかったのでしょう。 10cm角では酸化膜がサブナノメートルで十分にトンネルしたのか、探針 が酸化膜を突き破って電流が流れたのでしょう。
大きなものも斜めに浮かすとき、酸化膜が破れたか、あるいは探針の 接触面積が増え、トンネル電流が増加したかが原因でしょう。
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Date: Wed, 5 Apr 2006 15:36:40 +0900
Q2: 佐藤勝昭 様
とてもクイックなご回答をいただきありがとうございます。
ご指摘の通り、アルミの酸化膜についての影響は多々あり、電極の接触条件を変える ことによりコンタクト性を良好にするようにしています。
こちらの質問内容が不十分であったので一部補足させていただきます。
補足
それぞれのガラス基板は1メートル角サンプルから切り出した同一ものとなります。
>50cm角サンプルでも、となりにあるテフロン製のテーブル上では問題なく計測でき ます。
浮かした状態の測定とは、測定する側をステージの平面上で行なっています。
アルミ膜部分とステージのアースとをショートさせると電流が流れる。
以上の点より予測できることがありましたらご教授願います。
お手数おかけしてすみません。
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Date: Wed, 5 Apr 2006 19:18:42 +0900
A2: N様、佐藤勝昭です。
事情が飲み込めずとんちんかんな返事をしたようですね。
テフロンのテーブルでは問題がなく測定できるのであれば テーブルが金属であることに原因を求めるべきでしょう。
確認したいのですが、４端子測定に高周波を使っていないでしょうか。 その場合は50cm角の金属膜つきガラス基板が金属テーブルに接触してい るとだと相当な静電容量になるので、電流は膜を流れずにそちらを流れ てしまい、測定できないでしょう。
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Date: Thu, 6 Apr 2006 09:24:32 +0900
AA: 佐藤勝昭 様 N@Nです。
ご回答いただきありがとうございます。
測定には直流4探針法を使用しています。
テーブルと試料の断面は次の通りです。
アルミ(試料台)→黒アルマイト→ガラス+アルミスパッタ膜
やはりテーブルと何か(静電容量等)が関係しているようですね
そのあたりの影響がアルミ酸化膜のトンネル接合 を阻害させているのでしょうか？
このあたりを突詰めて研究してみたいと思います。
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772. 窒化珪素の硬度
Date: Fri, 7 Apr 2006 12:09:57 +0900
Q: はじめまして．私はK大学院K研究科の者です．今，シリコンナイトライド（窒化膜，Si3N4）の文献を調査しているのですが，硬度（ヌープ，ビッカース等）関連の文献が見当たりません．ですのでナイトライドの物性を教えていただけないでしょうか？
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Date: Fri, 7 Apr 2006 21:10:37 +0900
A:K君、佐藤勝昭です。
京セラの繊維機械セラミック技術情報 によれば、Si3N4の
ビッカース硬さ HV1（荷重＝9.807N）は14.0(GPa)となっています。
薄膜ではどうなるかわかりませんが。
なお、質問者は、氏名所属をきちんと名乗ってください。
その上で「匿名希望」と書いてください。
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773. 金属材料のマイクロ波焼結
Date: Fri, 7 Apr 2006 16:31:38 +0900
Q:東京農工大学 佐藤勝昭様
はじめまして、H社のOと申します。（公開時匿名希望）
この度は貴研究室のホームページを拝見し、弊社の調査課題についてご質問をさせて頂きたく、メールを差し上げた次第でございます。
私は現在、金属材料のマイクロ波焼結(2.45GHz)について検討しております。
なかでも、還元ガス雰囲気(水素ガス）や不活性ガス雰囲気(窒素、アルゴンガス) もしくはその混合ガス雰囲気での焼結の検討を進めております。
そこで、以下のことについてご教示頂けると幸いです。
・マイクロ波を炉内に照射した際、炉内の雰囲気によっては何か危険性があるの でしょうか？
何卒、ご教示の程を宜しくお願い申し上げます。
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Date: Fri, 7 Apr 2006 20:52:47 +0900
A: O様、佐藤勝昭です。
私は、存じ上げなかったのですが、
Prof. Dinesh Agrawal: Materials World, Vol. 7 no. 11 pp. 672-73 November 1999.
によると、マイクロ波で焼結すると機械的強度の優れた金属ができるよ うですね。まだ理由は解明されていないようですが。
粉末金属に空気中でマイクロ波を照射すると、パチパチと音がしてたち まち酸化するので危険ですが、大気圧の水素や不活性ガス中なら問題な いと存じます。ただし、ガスを減圧すると放電してプラズマが生じるの で、別の問題がでてくると思います。
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Date: Tue, 11 Apr 2006 08:51:45 +0900
AA: 佐藤様
Oです。迅速なご回答をいただきありがとうございます。
とても助かりました。
ご指摘の通り、我々の検討の中でもマイクロ波焼結すると、従来焼結よりも 機械的強度の優れた金属ができるという結果が得られております。
今後とも、何卒宜しくお願い申し上げます。
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774. 水中の電波伝搬
Date: Wed, 19 Apr 2006 11:07:39 +0900
Q:初めてメール致します、私、携帯電話の修理業務を経て 今、水中での電波伝搬を調べている、S社のＴと申します 上記の事を調査中、佐藤先生のＨＰにヒットしました。
現在、電磁誘導式ＲＦＩＤ用ループアンテナ（ｆ＝134.2KHz）を用い 水中―空中の伝搬損失の測定を行ってますが、測定データが理論（水中では 周波数が低い程、伝搬損失は良く、高い程悪い）通りにならず苦慮してます
基本的チェック（ケーブルロス、インピーダンスの整合等）はOKでした、周波数別による 水中での伝搬距離の計算法や測定法等ご助言頂ければ、幸いです。
参考に当方が行っている測定方法
防水ケース（縦27.5cmХ横37.5cmХ深さ13cm）にいれたループアンテナ（縦20cmХ横２０cm、自己インダクタンス２７μH）を 水槽（縦４０ｃｍХ横５５ｃｍХ深さ３１ｃｍ）に入れ間隔57cm、107ｃｍで測定した
調査周波数：80KHz、100KHz、132KHz、200KHz、1MHz,10MHz,13.56MHz,20MHz
出力10dBm、0dBm、-10dBm、-20dBm、-30dBm、-40dBm
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Date: Wed, 19 Apr 2006 12:32:42 +0900
A:T様、佐藤勝昭です。
添付図を拝見しますと、発信側のループアンテナの背面はオープンの ようですね。これだと電磁波は後ろからも回り込むので、正確なデータ はとれないと思います。
それから、なんでもQ&Aの６２５のＡ２に書きましたように水の誘電 損失のピークは１００ＧＨｚ付近にあり、調査周波数：80KHz、100KHz、 132KHz、200KHz、1MHz,10MHz,13.56MHz,20MHzという低い周波数では、 損失が小さいので、数10mの水深ならともかく、数10cmの水の厚みでは 減衰は少なく、周波数分散も無視できるのではないでしょうか。
あと、確認ですが、はじめにループアンテナ（ｆ＝134.2KHz）と書い てあってインピーダンスの整合ＯＫとありますが、調査周波数のすべて についてインピーダンス整合しているのでしょうか。
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Date: Mon, 24 Apr 2006 12:04:17 +0900
Q2: 佐藤先生
返事遅くなり、申し訳御座いません
この間の"水中での伝搬伝搬について”質問を致しました。
S社のTと申します、この間はご多忙中、即急の回答を頂き 有り難う御座います、今まで、この内容について調べても 参考になる解説が得られず苦慮してましたので、先生の回答は 非常に参考になりました、インピーダンスの整合については、その 調査周波数で整合を取るようにしてます。
さて、基本的質問で恐縮ですが、デバイ周波数とはどう言うものでしょうか 色々とHPや書物を調べていますが、なかなか載ってません、当方、無線系の 専門学校卒の為、ここらへんの事が不明でした。
ご多忙中、基本的内容の質問で大変申し訳ないのですが、ご助言頂けませんでしょうか。
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Date: Tue, 25 Apr 2006 20:06:17 +0900
A2: T様、佐藤勝昭です。
デバイ周波数について説明します。
（佐藤勝昭編著「応用物性」p172-p174参照）
水のような極性の分子は電気双極子モーメントμを持っています。その
単位体積あたりの総和が電気分極Ｐです。実際には、各双極子の方位は
熱的に揺らいでいますから、Ｐはその統計平均です。電気双極子を電界
Ｅの中に置くとそのポテンシャルエネルギーはμＥとなりますが、これ
が熱揺らぎのエネルギーkT(ここにkはボルツマン定数、Tは絶対温度）
より十分小さいとすると、電界Ｅを加えて双極子μが配向するときの分
極Ｐの時間変化は、次の運動方程式で与えられます。τ(dP/dt)+P=(Nμ^2/kT)E
ここにτは温度Tにおける揺らぎの緩和時間です。
ここでＥ,Ｐにexp(jωt)型の時間変化を考えると
(1+jωτ)P(ω)=(Nμ^2/kT)E(ω)
従って、P(ω)=(Nμ^2/kT)(1/(1+jωτ))E(ω)
電束密度DはD=ε0E+Pで与えられるので、
誘電率は
ε(ω)=1+ΔE/(1+iωτ)
実際には、他の原因による分極のもたらす誘電率も加わるので
ε(ω)=ε_in+ΔE/(1+iωτ)
と書くことができます。これをデバイ関数といいます。
誘電率の実数部ε'はω→0ではε_in+ΔEですが、ωτ=1の付近で急激 に減少しω→∞ではε_inに近づきます。
一方、ε"はωτ=1の付近にピークを持ちます。
スペクトルは添付図のようになります。 このときのωがデバイ周波数です。
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775. 太陽光のコヒーレンス長
Date: Mon, 24 Apr 2006 13:21:03 +0900
Q: 東京農工大学 佐藤勝昭教授
M社のYと申します。（匿名でお願いします。）
ＨＰの『物性何でもＱ＆Ａ』を拝見致しました。
下記の件で先生にご教示頂けないかと思い、メールさせて頂きました。
お伺いしたいのは、太陽光の（時間的）コヒーレント長です。 フォトニック結晶や誘電体多層膜などでＱ値の高い共振器を構成した ところに太陽光を入射させた場合、どのような挙動を示すのかを 考察しているのですが、そのためには太陽光のコヒーレント長が、 共振器長×Ｑ値と比べて大きいのか小さいのかを見積もる必要が あります。そこでいろいろな文献を調べてみたのですが適当な記述が 見つからず、困っております。
「コヒーレント長は帯域幅の逆数に比例する」という関係が いくつかの文献に書かれているのですが、これを太陽光に適用すると、 コヒーレント長はせいぜい１μｍと非常に短くなります。
しかしこれは、太陽光のスペクトルすべてを考慮した場合の コヒーレント長であり、プリズムとスリットで帯域幅を限定すれば、 理想的にはどこまでも長くできることになります。
でも実際には、太陽光の起源は熱励起された電子が放出した光の集まり なので、Hgのe線の可干渉距離を測定したA.A.Michelsonの実験結果から 考察すると、せいぜい５０万波長（３０ｃｍ弱）程度が上限となることが 考えられます。さらに、太陽光は宇宙空間や大気圏を進んでくる間に 様々な散乱を受けますので、地表面での太陽光のコヒーレント長は、 Michelsonの実験結果よりもさらに短くなると予想されます。
実際はどの程度の値なのか、参考となる文献や実験結果などを もしご存知でしたら、ご教示頂ければ幸いです。
よろしくお願い致します。
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Date: Mon, 24 Apr 2006 15:52:43 +0900
A: Y様、佐藤勝昭です。
OSAのサイトに載っているOptics Lettersの刊行予定論文 によりますと、
Thus for example, when illuminated with sunlight (~70 microns spatial coherence length), fraxicons with groove sizes of few hundred microns can be adequately described by geometrical optics.
と書かれています。
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Date: Mon, 24 Apr 2006 19:10:36 +0900
Q2: 東京農工大学 佐藤勝昭教授
M社のYです。
早速のご返答、誠に有難うございます。
こんなに早く見つかるとは思いもしませんでした。
私が想像していたよりもかなり小さな値でした。
この部分に引用文献が記されていないということは、 ７０μｍという値は過去に実験か何かで証明されていて、 この分野の研究者たちの間では一般的に認められている値だと いうことですね。根拠となる論文は自分で探してみます。
ちなみに、この７０μｍは奥行きの（時間的）コヒーレンス長と 私は解釈しましたが、それで間違いなかったでしょうか。
太陽上の１点から出た光は、地表面ではほぼ平面波なので、 横方向のコヒーレンス長は非常に長いものと私は考えております。
（横方向も７０μｍしかなかったら、レンズで太陽光を 集光することができないですよね。）
私の理解が間違っているようでしたら、ご指摘頂けると有難いです。
今回は本当に有難うございました。今後ともよろしくお願い致します。
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Date: Tue, 25 Apr 2006 19:25:44 +0900
A2: Y様、佐藤勝昭です。
70μmは奥行きの空間的なコヒーレンス長です。
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776. SUS404の物性値
Date: Tue, 25 Apr 2006 10:14:42 +0900
Q: 佐藤先生
O社Mと申します
HPを見ての質問です。
ステンレスSUS404の物性値をお教えください。
項目は、以下の内容です。
@ヤング率 A熱膨張率 B密度 C熱伝導率 D比熱 Eポアソン比 インターネットでいろいろ探しましたがSUS404のデーター解かりませんでした。
シュミレーションの入力データーとして活用予定です。
以上宜しくお願いします。
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Date: Tue, 25 Apr 2006 15:30:21 +0900
A: M様、佐藤勝昭です。
EfundaというサイトにあるAISI Type 404というステンレスの規格表によると
| 成分 | 組成比(%) |
| C | 0.05 |
| Mn | 1.00 |
| Si | 0.50 |
| Cr | 11.0-12.5 |
| Ni | 1.25-2.00 |
| P | 0.03 |
| S | 0.03 |
| 密度 (×1000 kg/m3) | 7.7-8.03 (T=25℃) |
| ポワソン比 | 0.27-0.30 (T=25℃) |
| 弾性率 (GPa) | 190-210 (T=25℃) |
| 引っ張り強さ(Mpa) | 1120 (T=25℃) |
| 降伏点(Mpa) | 910 |
| 伸び(%) | 15 |
| 面積減少率(%) | 50 |
| 硬さ(HRC) | 35 (T=25℃) |
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Date: Tue, 25 Apr 2006 16:24:42 +0900
AA: 佐藤先生
O社Mです。
早々の御回答有難うございました。
戴きました資料を使わせて戴きます。
これからも宜しくお願いします。
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777. 3dx2-y2、3dz2軌道の名前の由来
Date: Sun, 30 Apr 2006 16:51:46 +0900
Q: K大学Oです。
3dx2-y2、3dz2軌道の名前の由来を教えてください。よろしくお願いします。
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Date: Tue, 02 May 2006 00:31:23 +0900
A: O君、佐藤勝昭です。
3dx2-y2、3dz2軌道の名前の由来ですが、
3d波動関数の空間的な広がりを表しています。
3d軌道というのは、中心力の場に置かれた電子の固有関数の中で、
主量子数ｎが３で、軌道角運動量量子数ｌ(エル)が２の場合の電子軌道です。
ｌ=0,1,2,3に対応してs,p,d,fと呼ぶことになっています。
これには、3重縮退のdε軌道と2重縮退のdγ軌道とがあります。
このうち、3dε軌道は、xy, yz, zxで表され、x,y,z各軸と45度傾いた方向に広が る波動関数を表します。一方、3dγ軌道はx^2-y^2、3z^2-r^2の2つの波動関数が 対応します(r^2=x^2+y^2+z^2)。前者はxy面内にあって、x軸,y軸の方向に広がっ ています。後者はz軸に平行な方向にのびた形をしています。
これが名前の由来です。
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Date: Thu, 4 May 2006 09:53:06 +0900
AA: 質問の回答ありがとうございます。おかげさまでわかりました。
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778. 重ね合わせの理が非線形回路では成立しない理由
Date: Mon, 1 May 2006 16:59:58 +0900
Q: はじめまして、F大学情報通信工学科の２年生のHと申します。
直流回路のことなのですが、「重ね合わせの理は非線形回路では成立しない理由を考察せよ。」 という問題が出たのですがさっぱりわかりません。
もしよろしければ、簡単に教えてください。
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Date: Tue, 02 May 2006 00:12:27 +0900
A: H君、佐藤勝昭です。
重ね合わせの法則について添付pdfに説明しましたので読んでください。
重ねあわせの法則とは、複数個の電源をもつ電気回路の計算をするときの手法です。
電源には電圧源と電流源がありますが、ここでは、電圧源の場合について書きます。
「回路網中に多数の電圧源が同時に存在するときの電流分布は、それらの電圧源が一つずつ別々に存在するときの電流分布を重ねたものに等しい」
いま、2電源の回路を考えます。
１つの電源のみとし、もう1つの電源を短絡して計算した回路の電流と、もう１つの電源のみとし、はじめの電源を短絡して計算した回路の電流を計算し、その和を計算すれば２電源の回路の電流が計算できるというものです。
もちろん、２電源の回路について回路式を立てて直接求めても同じ結果が得られます。しかし、分けて解くほうがシンプルになるので、重ね合わせの法則がつかわれるのです。
このような重ね合わせが成り立つには、その回路網に使われるすべての電気抵抗が電流の大きさに依存しないことが前提となっています。もし、Rが非線形（流す電流の大きさによって変化する）とすれば、Rに電流(i01+i02)を流したときの両端の電圧は、Rに電流i01を流したときの電圧+電流i02を流したときの電圧の和と同じになりません。
たとえば、タングステンの豆電球を考えてください。電流が増加するとともに、Rの値は大きくなっていくので、i01を流したときとi01+i02を流したときの抵抗値として違う値を使わなくてはならないはずです。
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Date: Tue, 2 May 2006 18:47:45 +0900
AA: こんばんは。先日メールしたHです。
ありがとうございました。
分かりやすくて、とても役に立ちました。
またよろしくお願いします。
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779. アルミニウムの線膨張係数
Date: Sun, 7 May 2006 01:39:43 +0900
Q: はじめまして。ＨＰを拝見いたしました。
宇都宮大２年伊藤というものです。
早速質問です。
アルミニウムの線膨張係数を教えてください。
また、工作物(アルミニウム)の温度が全体に10℃上昇すると、2点間距離はどれだけ伸びますか？
よろしくお願いします。
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Date: Sun, 07 May 2006 09:19:26 +0900
A: 伊藤君、佐藤勝昭です。
線膨張係数は理科年表に載っていますよ。理工系の学生なら1冊手元に置くと良 いですよ。アマゾンで簡単に買えます。
私の手元の理科年表(1990年版)によると20℃において、
Alの線膨張率はα=23.1×10^-6です。
線膨張率の定義は、
α=(1/L0)(dL/dT)
ここにL0は0℃における長さ、LはT℃における長さです。
αは温度変化が小さいので一定と見なせば、T℃における長さLは
L=L0(1+αT)
と書けます。
従って、T℃におけるのびΔLは
ΔL=L-L0=αTL0
と書けます。0℃における2点間の距離L0がわかれば、のびはこの式で計算できます。
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Date: Sun, 7 May 2006 10:19:47 +0900 (JST)
AA: 早速のお返事ありがとうございます。とても参考になりました。
また機会がありましたらよろしくお願いいたします。
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780. ITOの熱処理と着色
Date: Sat, 22 Apr 2006 09:01:26 +0900 (JST)
Q: 佐藤先生
大阪大学M1化学専攻の斎藤というものです。
先生のQ&A活動感動しました。大学はどうしても内々や学会 活動に熱心なイメージはありましたが、どうも一般の人に対し ての活動に対して熱心なイメージがなかったので、これからも がんばってください。
ところでご質問なのですが、私は化学の学生でバンド理論に はあまり詳しくないので、ずれた質問をするかもしれませんが よろしくお願いします。いま太陽電池の研究をしているのです が、そこで透明電極ITOを使っているのですが、ITO上の材料と の密着性の変化を見ようとITOを加熱すると若干黄色っぽい色 が強まった気がしました。ITOはSnOの酸素欠陥で伝導性を保っ ているので黄色というのは欠陥準位による発色と考えていたの ですが加熱を行うと酸素欠陥は埋まるので発色は薄くなるよう 気がしてたのですが・・・ITOの発色はどういった現象なので しょうか？
あともう一点ITO上に材料を乗せて、加熱しているのですが 材料がのってないときとのっているとき、また材料がのってて も材料の種類で抵抗が変わります。これはITOと材料間で酸素 の受け渡しが起こっているのですか？
以上２点ですがよろしくお願いします。 斎藤
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Date: Sat, 22 Apr 2006 12:42:35 +0900
A: 斎藤君、佐藤勝昭です。
励ましありがとう。
（１） ITOの色ですが、Ceracという会社のWebによれば、
ITOの色について
"Light yellow to gray, depending on degree of oxidation"
と書いてあります。
Wikipediaでは、
"Pale yellow to greenish yellow, depending on SnO2 concentration"
と書かれています。
酸素欠陥によるcolor centerが着色の原因であれば、blueの領域に 酸素空孔による吸収帯が生じるためと思われます。酸素空孔は＋に 帯電し電子をトラップして中性ドナーとなります。室温では、トラップされた 電子が束縛から解放されて、電気伝導に寄与します。おそらく価電子帯 からこのドナー準位に励起されるときに青い光を吸収するのでしょう。 「ITOを加熱すると若干黄色っぽい色が強まった」というのは、加熱に よって欠陥が増加したのではなくて、トラップされた電子が熱的に解放 されて、空いたドナーが増加したことによるのではないでしょうか。
（２） ITOの上の材料によって抵抗率が変わる原因の一つとして、 ITOの上の材料の電気伝導のために見かけ上変化することがあり ますので注意が必要です。もちろん、加熱によって界面付近の状態が 変化し、欠陥が増加したり、減少したりすることもあるでしょう。
case-by-caseで考えるべきでしょう。
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Date: Sun, 23 Apr 2006 14:56:42 +0900 (JST)
Q2: 佐藤先生
斎藤です。ありがとうございます。
一点ご返事いただいた中で分らない点があったので質問よろし いですか？
> 「ITOを加熱すると若干黄色っぽい色が強まった」という のは、加熱に> よって欠陥が増加したのではなくて、トラップされた電子が 熱的に解放されて、空いたドナーが増加したことによるのではないでし ょうか。
というところで空いたドナーが増加することによってITOの 導電性は上がるような気がするのですが、導電性とは別の問題 ですか？
私が実験したときは導電性が逆に低下しました（ITO抵抗が増 加）。
お忙しいところ申し訳ないのですがよろしくお願いします。
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Date: Tue, 25 Apr 2006 19:35:13 +0900
A2: 斎藤様、佐藤勝昭です。
私の誤解でした。たしかに、私の推論通りだとキャリア濃度が増えて然るべきですね。
やはり、何らかのITOの変質があったと見るべきでしょうね。
熱処理によって生じる欠陥は、酸素空孔とは限りません。たとえば、 酸素空孔ドナーとアクセプタとがペアを作るというようなことは、しば しば起きることです。このときには、キャリア濃度は変化しないが、 color centerとしての働きは起きるということも考えられなくはありま せん。欠陥物理はシンプルではなく、いろいろな場合が考えられるので 単純な議論はできないようです。
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Date: Thu, 27 Apr 2006 01:00:35 +0900 (JST)
AA: 佐藤先生
斎藤です。ありがとうございます。なかなか着色というのはマ クロな現象で原因がいろいろあって難しいですね。色々と参考 になりました。ありがとうございました。今後ともよろしくお 願いします。
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781. 真空蒸着中の真空度低下
Date: Mon, 08 May 2006 15:26:10 +0900
Q: 物理実験にて、真空蒸着法による薄膜の作成をしました。なぜ、加熱蒸発をする際に真空度がなぜ劣化するのでしょうか？
愛知工業大学 電気工学科 溝尻 智之
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Date: Tue, 9 May 2006 17:22:23 +0900
A: 溝尻君、佐藤勝昭です。
真空蒸着において、物質を蒸発させますと気体になります。その気体 が基板に付着することによって薄膜が基板上に堆積するのです。
従って、蒸着の際にチェンバー内には蒸着したい物質の気体が存在す るので真空度が悪くなるのです。言い換えれば、真空度が悪くならなけ れば、蒸着できないのです。
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782. NiOの誘電率
Date: Tue, 9 May 2006 16:43:50 +0900
Q: 東京農工大学 佐藤教授様
佐藤研究室のHPを見て、質問させて頂きます。
N社に所属しておりますMと申します。
Webでは匿名でお願い致します。
NiOxの比誘電率を知りたいのですが、なかなか探しきれません。
単結晶が作成し辛いせいでしょうか？
NiO,NiO2,Ni2O3など、どの比誘電率でも良いので教えて頂けると幸いです。
初歩的な物性値で恥ずかしいのですが、 何卒よろしくお願い致します。
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Date: Tue, 9 May 2006 17:16:23 +0900
A:M様、佐藤勝昭です。
NiOの誘電率については1965年にMITのRaoさんらの仕事があります。
K. V. Rao and A. Smakula:
Dielectric Properties of Cobalt Oxide, Nickel Oxide, and Their Mixed Crystals
Journal of Applied Physics 36 [6] (1965) 2031-2038
「CoO, NiO単結晶とCoONiO混晶の誘電率κ'，誘電損失κ", および導電率σを, 温度 -193°C to 400°C において102〜1010cpsの 周波数範囲で測定した。CoOにおいて誘電率は全周波数範囲で一定(12.9 at 25°C)であった。
NiO and CoONiO混晶では周波数とともに誘電率は減少した。NiOでは105cpsで 一定値(11.9 at 25°C)に達した。一方、CoO・NiOでは1010で一定値(12.3 at 25°C)となった。 絶対温度0Kに外挿した誘電率は CoO, CoO・NiO, and NiOに対して、それぞれ10.9, 10.0, and 9.1であった。」
と書かれています。
詳細は原著をお読みください。
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Date: Wed, 10 May 2006 09:25:22 +0900
AA: 東京農工大学 佐藤教授様
M＠N社です。早速のご回答をありがとうございました。
文献を取り出して、これから検討させて頂きます。
実は私は農工大出身で、3年のときに佐藤先生の授業を聞いて、 半導体に興味を持ち、現在の職に至っています。
まずは御礼まで。
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783. 熱伝導性のよいポリエステル糸
Date: Thu, 11 May 2006 11:45:54 +0900
Q: 佐藤様
はじめまして、＊＊＊社の＊＊と申します。
ポリエステル糸 で構成された（織物）のコンベアを取扱っております。
現在の製品も高温多湿下で使用できるものですが、 ポリエステルで且つ熱伝達性の良い素材があれば 教えて頂きたいと考えた次第です。
質問が曖昧で申し訳ございませんが、おわかりになる範囲で 宜しくお願い致します。
匿名：ＤＳでお願い致します。
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Date: Thu, 11 May 2006 12:22:57 +0900
A: DS様、佐藤勝昭です。
ポリエステル糸自体では、製品によってそれほど熱特性の違いはない と思います。カーボンや金属との複合材料で、熱伝導率が大幅に改善さ れるという記事を読んだ覚えがあります。複合材料の熱伝導率について はWest Virginia大の学位論文を参照して見てください。
http://kitkat.wvu.edu:8080/files/4468/Mutnuri_B_thesis.pdf
なお、私は、有機材料の専門家ではないので、今、本学の有機材料化学 科の教授に問い合わせているところです。
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Date: Thu, 11 May 2006 13:41:47 +0900
Q2: 佐藤様
どうも有難うございました。
もし、情報がございましたらば教えていただけますと大変助かります。
どうぞ宜しくお願い申し上げます。
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Date: Thu, 11 May 2006 13:59:27 +0900
A2:DS様、佐藤勝昭です。
本学有機材料化学科の豊田教授に問い合わせましたら、下記の回答を得 ました。参考にしてください。
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>佐藤勝昭 先生
>豊田です。
>先生もご指摘されていますように、一般に、ポリマーの熱伝導率は低く、
>金属やカーボンブラックをはじめとする各種フィラーを大量に添加する
>方法により熱伝導率の向上が試みられています。
>ただし、糸へのフィラーの添加は難しいと思います。
>(参考文献： Ｆ．Rodriguez, et al., Principles of Polymer >Systems Fifth Ed.
>P417-418,Taylor&Francis, New York/London(2003)
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Date: Thu, 11 May 2006 18:03:10 +0900
AA: 佐藤先生
度々のご教授につきまして誠に有難うございました。
ポリエステルモノフィラメントレベルで考えるのは難しいということがよくわかりました。
重ねて御礼申し上げます。
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784. ２光子吸収の減衰率
Date: Thu, 11 May 2006 13:27:48 +0900
Q: U大学工学研究科 M1のTと申します。
申しわけありませんが匿名でお願い致します。
佐藤勝昭先生のホームページを拝見致しました。
私はプラズマを用いた研究を行っています。一般的にプラズマの媒質はガスを 用いるのですが、近年、半導体にレーザーを入射することにより生成される電 子-正孔プラズマが注目されていて、私もこの半導体プラズマを用いて研究活 動を行っています。
一光子吸収プロセスでは、物質中の位置xにおける光の強度の減衰率はその位 置での光の強度と吸収係数で表されるのに対して、二光子吸収プロセスの場合、 光の強度の減衰率はどのように表されるのかをお聞きしたく質問した次第です。 私は物性専門ではないので、質問のニュアンスがおかしい部分もあるかと思い ますがよろしくお願いします。
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Date: Mon, 15 May 2006 10:15:27 +0900
A: T君、佐藤勝昭です。
お返事が遅れてごめんなさい。２光子吸収は専門でないので、専門家 である本学物理システム工学科の三沢助教授に伺いました。以下は、三 沢先生の回答です。参考にしてください。
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>一光子吸収プロセスでの光の強度減衰率は、気体や液体など分子があ >る濃度cで分散している試料の場合、
> I'=I×exp(-σcd)
>というランベルト・ベールの法則が成り立っています。σ(cm2) が
>吸収断面積と呼ばれる係数、c(1/cm3)が試料濃度、試料濃度d(cm)が
>試料厚で、試料厚に対して指数関数的に光強度が減衰していく様子を
>表しています。ここで、吸収断面積σが大きい物質ほど、同じ濃度、
>同じ試料厚でも吸収が強いことになります。
>この法則を吸収される光量が小さいとして近似すると、
> I'=I×exp(-σcd)〜I(1-σcd)=I-(σcd)I
>と書き換えられ、出射光I'は、入射光Iに対して吸収量σcdIだけ減衰
>したものだとわかります。
>さて、二光子吸収プロセスでも、上と同様な減衰過程を考えることが
>できます。この時には二光子吸収断面積σ2(cm^4・s/photon )という
>物理量がその物質の二光子吸収の強さを表します。
>これは、上のランベルト・ベールの法則における吸収断面積σ自体が
>入射光強度Iに比例しているものと考え、σ=σ2 Iと置いたものに
>相当します。これを代入して同様に展開すると、
> I'=I×exp(-(σ2 I)cd)〜I-(σ2 cd)I×I
>吸収量はIの２乗に比例しており、これが二光子吸収プロセスを表して
>いると言えます。
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Date: Mon, 15 May 2006 16:13:36 +0900
AA: U大学 Tです。
非常にわかりやすい回答誠にありがとうございました。
専門外であるとは知らずお手数をお掛け致しました。
二光子吸収プロセスは文献が少ないことから、長い間プラズマ生成の理論の勉強 が停滞していましたので、これでようやく先に進むことができます。
本当にありがとうございました。
またわからない事があったら質問させて頂きますので、その時はよろしく お願い致します。
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785. 電気泳動法によるコロイド結晶の作製
Date: Sun, 14 May 2006 12:41:25 +0900
Q: はじめまして、K高専5学年のYです。（匿名をお願いします）
物性なんでもQ&Aを拝見し、メールを送らせていただきます。
私は講義中に移流集積法によるｃｍオーダーの良質な単結晶コロイド結晶薄膜というものが紹介されました。
調べるとこの移流集積は大量の粒子を1度に並べるのに適しているということがわかりました。
またこの他の粒子集積技術として電気泳動法が挙げられていました。
そこで質問なのですが、この電気泳動法を用いて簡便で良質なｃｍオーダーの単結晶コロイド結晶薄膜を作ることは可能なのでしょうか？
御多忙中とのことだと存じますが、よろしく御教示お願いいたします。
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Date: Mon, 15 May 2006 18:55:02 +0900
A: Y様、佐藤勝昭です。
コロイド結晶については専門外です。
電気泳動法によるコロイド結晶の作製法については、
「超微細パターニング技術 − 次世代のナノ・マイクロパターニングプロセス −」
の第27章 電気泳動法を用いたマイクロパターニング技術 に記載されているようですが、高い書物（60,900円）なので 私の手元にはありません。
私見ですが、電気泳動法は微細パターンの作製にはよいでしょうが、cm サイズの結晶を作るのには向いていないように思います。
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Date: Tue, 16 May 2006 20:57:41 +0900
AA: 佐藤勝昭様
返信遅くなって申し訳ありません。
電気泳動法は大面積の結晶ではなく マイクロレベルの結晶を作るのに適しているんですね。
紹介してくださった本は本校在籍の教授が所持していたので それを借りたいと思います。
とても参考になりました。
ありがとうございました。
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786. Niメッキの酸化
Date: Fri, 19 May 2006 19:25:11 +0900
Q: 東京農工大学
佐藤 勝昭 教授殿
はじめまして。私はS**（株）勤務の Nと申します。（社名を含め匿名でお願いします。） 先生のＨＰは、ことあるごとに拝見させて頂いており、大変ありがたく拝見させて頂いてます。
現在、ニッケルメッキの酸化について、知識が無く苦慮しておりますので、ご教授して いただけないでしょうか。
ニッケルメッキ（銅合金表面のメッキ：０．５〜１．０μｍ）なのですが、ニッケルは酸化が早いと 聞くのですが、酸化の促進と、要因と思われる温度，湿度，時間の関係が解りません。
また、酸化度合いについても、時間が経過すればするほど進行していくものなのか、 一定期間で緩やかになるのか見当も付かない状態です。
また、酸化の進行度合いについて、加速試験が可能なのか、可能で有れば条件も解ると 非常にありがたいです。
上記の内容について、お忙しい中恐縮ですが、ご教授又は参考文献でもかまいませんので、 よろしくお願いします。
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Date: Sat, 20 May 2006 16:15:12 +0900
A: N様、佐藤勝昭です。
ニッケルの無電解メッキ(Kanigen法)では、次亜リン酸が触媒に触れてできる 水素がニッケルイオンを還元してニッケルを堆積させ、そのニッケルが触媒と なって水素を発生し、還元反応でニッケルを堆積・・という進み方をするので、 めっきプロセス自体での酸化は少ないと思われます。
ご質問は得られたメッキ膜の酸化の進行についてですが、NiはCrと違って不動 態を作らないので、ある時間で酸化が止まるということはないでしょう。私は、 メッキについて専門ではありませんので、酸化の進行と温度、湿度などとの関係 は、全くわかりません。酸化の進行は平坦性や表面のモルホロジーにも依存する ので、一概に論じられないと思います。
なお、Kanigen法ではニッケルにリンが含まれますが、ホウ素をわずか0.25%加 えたニッケル無電解メッキでは高温酸化が抑えられるとされています。高温酸化 性はＮｉ−Ｐは350℃、30分で酸化するが、Ｎｉ−Ｂは500℃、30分まで酸化しな い。（膜厚2μの場合）と書かれています。
(株式会社 コダマ)
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787. 光触媒について
Date: Sun, 21 May 2006 11:41:59 +0900
Q: 私は、K**大学一年生、W**です。
学科とは関係ないく、個人でとある研究をしています。そこで、光触媒について の詳しい情報を求めています。化学は一応勉強しているので、ご回答よろしくお 願いします。
名前と所属などは匿名でお願いします。
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Date: Sun, 21 May 2006 20:34:50 +0900
A: W様、佐藤勝昭です。
光触媒は最近よく研究されている分野で、解説論文や書物もたくさん出ていま す。光触媒の例としてTiの酸化物(ルチル構造、あるいは、アナターゼ構造を持 つTiO2)がよく研究されています。水中においたTiO2に光を照射すると水の分解 反応が進行し、水素と酸素に分解される反応が起きます。この反応が起きるため には、光のエネルギーがTiO2のバンドギャップを超える必要があります。
TiO2に光を当てると強い酸化作用が起きるので、殺菌にも効果があります。ま た、超親水作用といって、水をはじかなくなるのでガラスの曇り止めにも使われ ます。
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Date: Sun, 21 May 2006 20:42:05 +0900
Q2: 佐藤様、返答ありがとうございます。
つまり、光触媒とは一言で言うと、光をあてると周囲の反応を促進させる効果のある 物質のことですか？
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Date: Mon, 22 May 2006 01:45:47 +0900
A2: W様、佐藤勝昭です。
あなたの理解のしかたでよいでしょう。詳しくは、図書館で論文や書物を探し てください。
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Date: Mon, 22 May 2006 13:10:00 +0900
AA: 佐藤様 Wです。
忙しいなか、すばやい返答ありがとうございます。
言われた通り、自分でいろいろと調べていきます。
質問に答えていただいてありがとうございました。
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788. Aｌ薄膜の応力緩和速度
Date: Mon, 22 May 2006 10:10:35 +0900
Q: H***社 O**と申します。企業研究所の研究者です。
申しわけありませんが匿名でお願い致します。
佐藤勝昭先生のホームページを拝見致しました。
光学デバイスの開発に従事しておりますが、特性の変動で苦労しております。
現時点で傍証から、デバイスの製造プロセスでの熱履歴、基板との熱膨張率差に起因するAl薄膜 の残留応力が原因と推定しております。応力緩和熱処理を検討していますが、条件検討のベース となるAl薄膜の応力緩和速度が分かりません。お教えいただけないでしょうか。よろしくお願い します。なお、材料はAi-Siです
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Date: Mon, 22 May 2006 18:17:39 +0900
A: O様、佐藤勝昭です。
私は、金属加工学の専門家ではないので、正しい答えが出来るか不安ですが、 そもそも、薄膜の残留応力の原因が基板との熱膨張差によるとすれば、熱処理に よって緩和することはむずかしいのではないでしょうか。下手をすると、緩和し たため基板との剥離が起きるだけということもあり得ます。
おそらく応力の原因によって緩和の仕方が変わりますから、「Al薄膜の応力緩和 速度」は物質定数ではなく、case-by-caseで違った値をとるのではないでしょ うか。
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Date: Tue, 23 May 2006 08:08:54 +0900
AA: 佐藤先生
早々にご返事ありがとうございます。
今の課題は、デバイス特性の経年変化です。推測でしかない のですが、最終段階でデバイスに応力が残り、徐々に緩和して 特性の経年変化を引き起こしているのではないかと考えており ます。
そこで、プロセスの各段階で応力を実測する予定です。応力 緩和のスピードが分かれば、上記推測の妥当性を検討できると 考えておりました。
もう少し調べたのち、改めて相談させていただきます。ありが とうございました
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789. LSC を用いた試料測定の際の減衰率
Date: Fri, 26 May 2006 06:09:23 +0900 (JST)
Q:C大学の大学院生（4年）のHと申します。物理は専門外の故、ご返答いただけると大変助かります。
生物試料におけるS35の測定を行っていますが、液体シンチレーションバイアル に35Sを液状で入れた場合と、ゲルやメンブランに入った35S試料を液シンに淹 れた場合とで、高エネルギー領域での減衰率が変わるのです。（後者の場合で 、減衰率が高く、計数効率が下がります。）ピークを与えるエネルギーは両者 で一致しているので、その領域で計測していますが、以上の現象はどう説明で きるのでしょうか？
ご返答いただけると大変助かります。
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Date: Fri, 26 May 2006 18:21:44 +0900
A:H君、佐藤勝昭です。
わたしは、生物の放射線計測の専門家ではありませんので、本学農学 府で放射線を使って研究しておられる応用生命化学専攻の蓮見惠司教授 にお伺いしましたところ、先生も放射線の専門家ではありませんが、経 験にもとづいて下記のような回答を頂きました。ご参考になれば幸いで す。
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お問い合わせの件、私も同様なことを経験しました。
35Sのベータ線エネルギーはあまり強くないため（14C とほぼ同じで、 1H より強いものの 32P よりもはるかに弱い）、このようなことが顕著 になります。液体試料をシンチレーションカクテル（これはおそらくエ マルジョン系を使っていると思います）と混合すれば均一にシンチレー ターと混合できるため、比較的計数効率が高い測定ができます。一方、 ゲルや膜に保持された試料の場合、ベータ線がゲルや膜に吸収されてシ ンチレーターを励起する効率が低下し、その結果計数効率が低下します。
このような場合、ゲルを溶解して均一にして（あるいは、膜から目的物 質を溶解して）、それをシンチレーションカクテルと混合することによ り、より正確な測定が可能となります。(蓮見惠司)
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Date: Sat, 27 May 2006 02:48:36 +0900 (JST)
AA: 佐藤先生、蓮見先生、大変参考になりました。早速のご回答、ありがとうござ いました。
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790. ガラスの磁気複屈折
Date: Tue, 23 May 2006 22:04:38 +0900
Q: 東京農工大 佐藤 勝昭 教授殿
はじめまして、突然のメールにて失礼いたします。
私は去年まで某精密機器メーカーに勤務しており、現在無職のK**と申します。
（すみませんが名前は匿名にてお願いします。）
磁気光学効果を調べると、必ず佐藤研のWeb siteに入りますが、こういったQ&Aがあることはしばらく知りませんでした。
また、回答される佐藤先生はもちろんですが、質問者の学生方々の内容にも大変感服させられております。
今後ともがんばってください。
さて、質問ですが、光学設計の勉強として、磁気光学効果を利用した装置を考える様になり、 現在行き詰っております。大変ご多忙とは存じますが、ご教示願います。
質問は二つあります。
Ｑ１．クラウンガラスもしくは石英ガラスのεxx(B)関数をご存知でしたら、お教えください。
佐藤先生著書”光と磁気”中、（４．１０）式より、
誘電率テンソル対角成分 εxxにおける磁束密度B（ωc）の影響は極小ということですが、
定量的にどの程度か検討したいと考えております。
ここで、式中の係数ｎ、ｑ、γを一般的にファラデー配置やフォークト配置をした場合
どのように考えれば良いか分からないのです。
Ｑ２．量子論の考えでも、誘電率テンソルεｘｙ変化は磁界に対して連続でしょうか？
著書を読んでいると、量子論の方が本命のような印象を受けます。
言い訳ですが、専門が機械工学なのと、大学を卒業して10年以上経ち、残念ながら、
現段階では量子論の内容についていけてません。
（忘れてしまった部分がたくさんあり、学生時代とは勝手が違う自分にがっかりです）
4.3.4節 物理的解釈によれば、摂動により、部分的に基底状態に取り込まれると
ありますので、線形でないにしろ、連続的な変化と見てよろしいのでしょうか？
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Date: Fri, 26 May 2006 19:30:25 +0900
A: K様、佐藤勝昭です。
（１）ガラスの磁気複屈折は、私も以前ガーネット膜の磁気複屈折を測 定するときに基板の評価として測定したのですが、磁場による有意な差 が見られませんでした。
気体のコットンムートン効果をやっている研究者や、シリカガラスフ ァイバーを使って複屈折測定をしている研究者にも聞いたのですが、デ ータをお持ちではありませんでした。調べておくと言うことですが、と にかく、かなり小さい値ではないかと推察します。
[Web up 時追記：なお、式(4.10)はあくまで古典論の範囲での話です。ガラスの磁気光学効果は 古典論では説明できません。また、量子論でも、強磁性体の磁気光学効果とは異なり、 許容電気双極子遷移ではなく、磁気双極子遷移が関与しているのではないかと 存じます。ガラスは非晶質であるため、電子準位が広く分布しており、理論的に第1原理から 導くのはむずかしいと思います。]
（２）磁場印加によって、磁気光学スペクトルのエネルギー位置がとび とびになることはあっても、値がとびとびになることはありません。
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Date: Fri, 26 May 2006 21:20:36 +0900
AA: 東京農工大 佐藤教授殿
毎度お世話になっております。
Kです。ご多忙の中、早々の回答、誠にありがとうございます。
下記検討のとっかかりはレーザー測定器を検討していてのことでしたが、 今ぼんやり考えている適用装置は、別分野をイメージしております。
1ppm程度のε変化があれば有効となる分野はいくつかあるのでは？
と思われます。課題も山積ですが。
本件かなり長いこと悩んでおりましたが、この期間の検討を無駄にしないために、 結果がよくも悪くもある程度まとめたく、このたび先生のお知恵を拝借したいと考えた次第です。
ありがとうございました。
追加で分かることが御座いましたら、HP上でお知らせいただければ幸甚です。
最後に、このQ＆Aが末永く続くことをお祈りしております。
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791. 金属で可視光が透過する厚み
Date: Fri, 26 May 2006 22:44:15 +0900 (JST)
Q: はじめまして、N**大学大学院Ｍ１のM**と申します。（学校名、名前ともに匿名希望） ＨＰを見ての質問です。 普段は合成を中心に研究しておりますが、訳あって次のことを教えて頂きたいです。
金属によって異なると思うのですが、どれくらいの厚みから可視光を透過するようになるのでしょうか？ 厚みを求める式などがありましたら教えて頂きたいです。特に知りたいのはシリコン、モリブデン、チタン、 クロムです。よろしくお願いします。
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Date: Sat, 27 May 2006 00:24:18 +0900
A: M君、佐藤勝昭です。
ある厚さｔで光が透過するかどうかの目安は、次のように考えます。
反射を無視した場合、強さIiの入射光が厚さtだけ進んだときの光の強度I(t)は
I(t)=Ii exp(-αt)
で表されます。ここにαは、吸収係数と呼ばれる物理量で、吸収の強さを表しま す。αｔ＝１のときI(t)は入射光強度の1/eになります。もっと減衰しても光が透 過したと思いますが、t=1/αが目安であると考えてください。
従って、α=105[cm-1]であれば、d=1/α=10-5[cm]=0.1[μm]くらいの厚みなら透 過すると考えて良いでしょう。
シリコン、モリブデン、チタン、クロムのうち、シリコンのみは半導体で、その 他は金属です。
シリコンはバンドギャップを1.1eVにもつ半導体なので、1.1eV以 下の光子エネルギーの赤外線は透過します。シリコンの吸収係数は、1.1eV付近 で立ち上がり、3eV付近では106[cm-1]に達します。従って光子エネルギーを指 定しないと透過する厚みも推定できません。なお、波長λと光子エネルギーEの関 係はE[eV]=1240/λ[nm]です。
さて、金属のαが顕わに記載されているデータは少なく、大抵は消光係数κが記 載されています。αとκの関係はα=4πκ/λです。κも波長に依存します。
モリブデンの消光係数は「なんでもＱ＆Ａ」の７４４に示してあります。
2eV(=620nm：赤色)におけるκは3.52です。
従ってα=4π×3.52/620nm。d=1/α=620/(4π×3.52)=14[nm]
チタンの消光係数は「なんでもＱ＆Ａ」の４６４にあります。
650nmにおけるκは3.65。従って、d=1/α=650/(4π×3.65)=14[nm]
クロムの吸収係数は「なんでもＱ＆Ａ」の２８７にあります。
波長500nmにおいてα=2.86×10^5[cm-1]なので、d=1/αは35[nm]です。
シリコンの消光係数は「なんでもＱ＆Ａ」の２７９にあります。
波長646nm(赤)においてκ=0.017と小さく、
d=1/α=646/(4π×0.017)=3025[nm](かなり厚くても透過します）
波長449nm(青)においてκ=0.149で
d=1/α=449/(4π×0.149)=240[nm](金属よりは1桁厚いものでも通ります）
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Date: Sat, 27 May 2006 10:20:35 +0900 (JST)
AA:東京農工大学 佐藤勝昭 様
N大学大学院のMです。
早速のご返答、誠に有難うございます。
とてもわかりやすく解説してもらい、大変助かりました。
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792. 干渉縞とスペクトル幅
Date: Mon, 29 May 2006 23:24:18 +0900 (JST)
Q: 佐藤先生、
始めまして、Ｋ大学のＹといいます。光干渉の件について質問があります。
（公開時は匿名でお願いします。）
光学の教科書に平行平板の2枚の鏡で作られたファブリーペローエタロンという干渉計に 単一モードのパルスレーザーと多モードのパルスレーザーの それぞれを入射させた時、その透過した光の画像が載っていました。
単一モードの時は綺麗な同心円状の図、多モードの時はぼやけた図が載っていて 「30ショットの重ね合わせ、半値幅はおよそ100MHz」と書いてありました。
想像すると、単一モードの同心円の図から計算したと思うのですが
どのように計算したら半値幅が得られるのか教えていただけないでしょうか
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Date: Thu, 1 Jun 2006 15:08:12 +0900
A: Y様、佐藤勝昭です。
私は、専門ではないので、光学の専門家に伺いましたところ
「リングから次のリングまでの間隔が１スペクトラルレンジ=c/(2L)なのでこれを目盛にすればよいです。」
という答えが返ってきました。参考になれば幸いです。
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793. 豚レバーの赤外分光特性
Date: Mon, 12 Jun 2006 14:22:35 +0900
Q: お世話になります。
原子力研究施設で勤務しております赤津と申します。
HPを拝見の上質問させていただきます。
現在Ｎｄ：YAGレーザー(波長1064nm)を用いて対象物（豚レバー）への照射試験を実施 しており、照射中の温度分布を実験結果（サーモ映像）とシミュレーション結果を比較しており ます。
しかし、実験結果とシミュレーション結果では大きく異なってきます。
この違いは対象物表面でのレーザーの反射率が影響していると考えております。
そこで、文献から分光反射率曲線を調査したのですが可視光（波長380〜700nm）での データしかありません。
波長1064nmでの分光反射率はあるのでしょうか？
お忙しいとは思いますが、宜しくお願い致します。
以上。
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Date: Mon, 12 Jun 2006 20:09:46 +0900
A: 赤津様、佐藤勝昭です。
申しわけありませんが、豚レバーの分光透過率のデータは可視光域も 含め手元にありません。反射率を問題にしておられますが、むしろ、吸 収係数の方が重要でしょう。
豚のレバーの近赤外吸収スペクトルは見つかりませんでしたが、生体を 構成する要素；水、ヘモグロビン、脂肪、チトクロムオキシダーゼの近 赤外吸収スペクトルは
University College London医療物理学科のホームページのpdf
に載っています。
水、ヘモグロビン、脂肪は１μm付近に吸収のピークがありますが微妙に違います。
シミュレーションはおそらく一様な媒体を考えておられるのでしょうが、何が光を吸収して熱に変えているかに よって、サーモグラフィとの違いが出ているのではないでしょうか。
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Date: Tue, 13 Jun 2006 09:17:32 +0900
AA: 佐藤勝昭様
早速のご返答ありがとうございます。
原子力施設の赤津です。
反射率ではなく吸収係数を視点に調査していきたいと思います。
また、実験によりサンプル数を増やすことでサーモグラフィとシミュレーション との差から吸収係数を見積もることも考えております。
先日はお忙しい中ありがとうございました。
以上、宜しくお願い致します。
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794. 塩化ビニールの弾性係数
Date: Wed, 14 Jun 2006 10:43:18 +0900
Ｔ社田中です。
塩ビの弾性係数を知りたいのですが．
よろしくお願い申し上げます．
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Date: Wed, 14 Jun 2006 18:10:49 +0900
A: T社田中様、佐藤勝昭です。
一概に塩ビ(正式名ポリ塩化ビニルPVC)と言ってもいろいろあり、ヤング率はかなり幅の範囲でばらつくようです。
TexWire Wire and Cable社のHP
によれば3.5〜10×10^5psi(ポンド/平方インチ)とあり、SI単位系に換算すると2.4〜6.9GPaとなります。（ASTMのD638）
一方、Wikipediaでは、2.9-3.4GPaとなっています。
また、MITの授業のデータ(pdf)
によりますと、1.5GPaとなっています。
おそらく重合度の違いによるばらつきではないかと思いますが、よくわかりません。
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795. 太陽電池材料に関する質問
Q: Date: Wed, 14 Jun 2006 22:58:01 +0900 (JST)
突然のメール申し訳ありません。Ｈ大のＯです。ある大学院に行くために研究室訪問したのですが、 専門用語がいっぱいで全然内容が分かりませんでした。
それで、分からないことを調べたのですが、分かりませんでした。それで、教えていただかないかと思ってメールしました。
私は、スパッタ法で薄膜を作ってるのですが、ある大学院は、ＣＶＤ法でi型、n型、p型を作って 太陽電池を作ってるそうです。それで、単結晶と多結晶の太陽電池の違いが分かりませんでした。
欠点とかは分かったのですが、どうやったら単結晶の太陽電池ができて、どうやったら多結晶の
太陽電池ができるのか分かりません。教えてください。お願いします。
それと、ＳＩＨ４ガスでＣＶＤ法を使ってガラスに成膜してるらしいのですが、
分からないので詳しく教えてください。お願いします。
ラマン散乱分光を用いて結晶性の評価をしているといっていましたが、何のことかさっぱり分かりませんでした。
教えてください。お願いします。
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Date: Thu, 15 Jun 2006 01:16:18 +0900
A: O君、佐藤勝昭です。
Webにアップするときは匿名にしますから、大学名・学科名・氏名を名乗って ください。最低限のエチケットです。
ご質問の件ですが、「単結晶と多結晶の違い」、「CVD法」、「ラマン散乱」 というような言葉は、大抵の材料物性工学関係の教科書には書かれている キーワードです。図書館に行って、それを自分で調べる力がない人が大学院 に進んでも、よい研究ができないと思います。
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「単結晶」と「多結晶」の違いは、私のホームページに出ている農工大物理シス テム工学科３年次の「物性工学概論」の講義の 「第７回半導体[3]光を電気に変 える」のパワポの３０番目のスライドを見てください。
単結晶シリコンの写真は３１番目のスライドにあります。大きな結晶全部が一 定の結晶方位に揃っています。これを得るには、CZ法（チョクラルスキー法）に よって結晶成長します。CZ法については、 「第４回半導体[1]半導体の色」の １７番目のスライドを見てください。
多結晶シリコンは、さまざまな方位の結晶のグレイン（結晶粒）の集合体なの で、トタン板のようにキラキラとモザイク模様が見られます。第7回講義の32番 目のスライドをご覧下さい。多結晶シリコンは、単結晶シリコンのくずを溶かし て固めたもので、いわば、シリコンの鋳物です。
CVD法とは、chemical vapor depositionのことで、通常はSiH4(モノシラン） またはSi2H6(ジシラン）という水素化珪素ガスに高周波電界をかけてプラズマに して分解し、Siと水素を分離して基板上にSiのみを堆積します。
ラマン散乱は、試料にレーザ光を照射し、跳ね返ってきた光を分光すると、 レーザ光の波長の少し長波長側（すなわち高エネルギー側）に散乱光のピークが いくつか見られる現象です。試料の中で格子振動が起きて、そのエネルギーだけ 低いエネルギーの光が出てくるのです。格子振動のスペクトルにおいて、スペク トル線の幅が広ければ結晶性が悪いというような解析をするのです。
太陽電池についての勉強をするなら、下記の参考書を読んではいかがですか。
桑野幸徳著「太陽電池を使いこなす」（講談社ブルーバックス）
浜川圭弘・桑野幸徳編「太陽エネルギー工学」（培風館）
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Date: Thu, 15 Jun 2006 15:02:52 +0900 (JST)
AA: 名前と大学名と学科名を書かないですいません。
H***大学の工学部K****です。匿名でお願いします。
分からないことが分かりました。ありがとうございました。
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796. フェライトガーネットについて
Date: Thu, 15 Jun 2006 11:28:22 +0900
Q: 佐藤先生
はじめまして。
T大学のTと申します。
「光と磁気」や「ホームページ」のほうを拝見させていただき、 先生に質問することを決心いたしました。
お忙しいと思いますが宜しくお願いします。また、掲載のほうは、匿名でお願いします。
フェライトガーネット系材料（以下、ＦＧ）について質問があります。
始めに、簡単に質問への経緯を説明させていただきます。
私たちの研究室では中性原子の磁気トラップの実験などを行なっております。
最近、チップ（＊注１）上で行おう磁気光学トラップ（＊注２）を考えており、
光学磁性体を使ったチップの作製を計画中です。
そこで、実験上の幾つかの理由から、
800nm の付近と長波長領域で透過しやすい傾向の磁性体を探していたところ、
FG系の材料がそうであることが分かりました。
確かに、これは我々が作りたいチップの材料として都合で 実際、参考にしている文献でも、
（BiYTｍGd）３（FeGa）５O12というＦＧ材料を使っているようでした。
*そこで質問なのですが、*
*@*ＦＧ材料に、どのように置換を施してあげればより*800nmでの吸収を抑制*してあげることができ、
*磁性の大きい*ものを作ることが出来るのでしょうか？
表面での飽和磁化（μ０M）20 ｍTくらいあればいいと思います。
*A*また、ＦＧ材料以外でもかまわないので上記のような材料はないでしょうか？
＊注１
いわゆる、アトムチップというものです。
外部からレーザーを使い、材料を温めることで 自由に磁気ポテンシャルを作る（制御？）したいと考えています。
＊注２
原子を真空中でトラップする手段です。
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Date: Thu, 15 Jun 2006 12:44:00 +0900
A: T様、佐藤勝昭です。
（１）800nmでの吸収を抑制でき、磁性の大きいものを作るFG組成。
A: そもそも、800nm付近のディップは、光と磁気（改訂版）第7章の図 7.24および説明文(p182 ３行目）にありますように、八面体(Oh)サイト のFe3+の２つの配位子場遷移の吸収の重なりによって生じているもので す。遷移をシャープにすればよいとお考えでしょうが、この吸収帯はお そらくフォノンサイドバンドなので、狭くすることができません。
従って、八面体サイトのFeをGaなどで置換していけば、吸収は低下する と思います。しかし、その分磁化が減少します。表面での必要な磁化が でるぎりぎりまで、Ga置換するという方法しかないでしょう。
（２）ＦＧ以外の材料
A: アトムチップの原理がわからないので、適切なアドバイスができ ません。光誘起磁化をお考えなのでしょうか。またどのような波長のレ ーザを照射するのでしょうか。実際問題として、800nm付近で透明な室 温で磁化を持つ強磁性体はありません。強磁性体でなければ、CdMnTeの ような磁性半導体がありますが、光で誘起できる磁化は大変小さなもの です。
[これ以上詳細にわたるご質問については、なんでもＱ＆Ａの趣旨であ る一般性を失いますので、直接ご討論申し上げた方がよいでしょう。]
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Date: Thu, 15 Jun 2006 13:26:32 +0900
AA: 佐藤先生
素早いご返答ありがとうございます。
>> 表面での必要な磁化がでるぎりぎりまで、
>> Ga置換するという方法しかないでしょう
>> 800nm付近で透明な室温で磁化を持つ強磁性体はありません
了解しました。もう少し検討してみます。
追伸
直接の討論となると、
学生が勝手に…というわけにもいかないような気がするので
スタッフを通しての、ご連絡になるかもしれません。
とにかく、大変助かりました。ありがとうございました。
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797. 金属の複素屈折率
Date: Thu, 15 Jun 2006 16:17:57 +0900 (JST)
Q: はじめまして、私は、大阪工業大学工学部電気電子システム工学科4年のの林と申します。
佐藤先生のHPを拝見いたし質問したいことがあります。
最新(2000年以降）の金属（金、銀、銅、アルミ）の複素誘電率または屈折率をしるには
どのような文献がありますか？お忙しいとは思いますが、教えていただきますようお願いします。
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Date: Thu, 15 Jun 2006 22:32:17 +0900
A: 林君、佐藤勝昭です。
このことは「なんでもQ&A」に以前に何度も書いています。たとえば、
（なんでもＱ＆Ａ#646. 金、銀、Ni、Al、Cuの反射率）に書きましたように、金属の反射率については、 Palik:Handbook of Optical Constants of Solids I,II(Akademic) という書物を見てください。
Auについては、Palikの第1巻p286, Agについてはp.350、Cuについてはp.280、Alについてはp.369に出ています。 この書物に引用されているデータは、1960-1970年代に測定された古いものですが、ほとんど確立しており、 2000年以降に値が改訂されるということはないと思います。
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Date: Fri, 16 Jun 2006 18:21:46 +0900 (JST)
AA: 佐藤勝昭先生。大阪工業大学工学部電気電子システム工学科4年の林です。
早く返信いただきありがとうございます。早速調べてみます。
今後も分からないことを質問するかもしれませんが、そのときはよろしくお願いいたします。
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798. アモルファス太陽電池のpin構造
Date: Fri, 16 Jun 2006 22:55:29 +0900 (JST)
Q1:匿名にお願いします。H大学のOです。
太陽電池の話なんですが、アモルファス太陽電池はpin構造なんですが、単結晶も多結晶もpin 構造なんですか？それともpn構造なんですか？
SiGeの多結晶の太陽電池も今までの多結晶構造の太陽電池の仕組みと同じなんですか？
最近の研究なので本にのってません。教えてください。お願いします。
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Date: Sat, 17 Jun 2006 00:56:53 +0900
A1:O君、佐藤勝昭です。
pin構造はアモルファス太陽電池のみです。通常の結晶系のものはpn接合です。
SiGe多結晶太陽電池については私もよく分かりません。
下記の原著論文をお読み下さい。
Noritaka Usami, Wugen Pan, Kozo Fujiwara, Toru Ujihara, Gen Sazaki and Kazuo Nakajima:
Relationship between Device Performance and Grain Boundary Structural Configuration in a Solar Cell Based on Multicrystalline SiGe;
Japanese Journal of Applied Physics Vol. 43, No. 2B, 2004, pp. L250-L252
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Date: Sat, 17 Jun 2006 09:47:01 +0900 (JST)
AA:分かりました。ありがとうございました。
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Date: Sat, 17 Jun 2006 11:35:14 +0900 (JST)
Q2:太陽電池のpin構造とｐｎ構造はどっちがいいのですか？二つの構造の長所と欠点を教えてく ださい。pn構造のsi内部で電子と正孔ができると本に書いてあったのですが、よく分かりませ ん。教えてください。お願いします。
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Date: Sat, 17 Jun 2006 12:40:15 +0900
A2:O君、佐藤勝昭です。
卒業研究で分からないことがある場合、まず、本や文献で勉強しなさい。
それでも分からなければ、研究室の先輩の大学院生や指導教員に聞きなさい。
彼らが答えられないときに、外部の人に聞きなさい。
この件については、前回紹介した「太陽エネルギー工学」138ページに出てい る説明に沿って説明（一部表現を変えています）しておきましょう。
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アモルファス太陽電池の基本的構造は、pinであり、一般的には、p層の厚さは5 -20nm程度、i層の厚さは400-600nm程度、またn層の厚さは10-30nm程度と設定さ れています。
現在の太陽電池級のアモルファスシリコンにおける少数キャリアの拡散長は、 最大でも100nmのオーダーですから、もしキャリアの拡散のみで光生成キャリア の収集を行うとすれば、セルの厚さを100nmの薄さにする必要があります。
しかし、これでは、(太陽光が十分吸収されず透過してしまうので）太陽光ス ペクトルを有効に利用できません。内蔵電界を利用しないと効率を上げることが できません。しかし（n層とかp層のように）ドープしたアモルファスシリコンは 構造欠陥が大きいため、内蔵電界が存在する領域（空乏層とか空間電荷領域と呼 ばれる領域）の幅がノンドープ（i層）に比べてはるかに小さくなってしまい、 pn接合だけでは、光キャリア生成・輸送層として用いることが難しいのです。
pin接合構造は、これらの点を考慮して、アモルファス太陽電池に採用された のです。すなわち、光キャリア生成・輸送は（欠陥の少ない）i層で行い、p層お よびn層はi層にキャリアドリフトを促進する内蔵電位差を作り出し、光キャリア 収集のための電極層としての役割を果たすのです。
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（ここに出てくる空乏層、内蔵電界などの用語も、私の物性工学概論の授業スラ イドで学ぶことができますので、これ以上細かいことを質問しないでください。）
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Date: Sun, 18 Jun 2006 00:15:12 +0900 (JST)
AA2: わかりました。ありがとうございました。この学校は太陽電池の研究をしておらず、しかも太陽 電池の本が少ししかありません。だから、聞いたのです。
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799. 原子吸光分析装置のデータのばらつき
Date: 20 Jun 2006 12:01:00 +0900
Q: 化学品メーカーに 高専から今年入社しましたIと申します。
学生の頃からこのサイトにはお世話になりました。
まさか学生じゃなく社会人になってから利用するとは思いませんでしたが…
早速ですが、現在会社で原子吸光を使用しているのですが、 波長が安定せずに濃度にバラつきが見られるのですが、 （確かに旧式ですが）
そこで平均を取るか、何かメンテナンスをするか迷っているのですが どうすればいいか助言お願いします
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Date: Tue, 20 Jun 2006 12:24:44 +0900
A: Iさん、佐藤勝昭です。
ネットでは匿名にしますから、きちんと所属と氏名を名乗って下さい。 ご質問の内容だけでは、あまりに情報が少ないので、原子吸光で波長が 安定しないということが理解出来ません。本来、光源のランプからは原 子レベルで安定した波長の光が出ているはずです。「波長が安定しない」 のは分光器の波長駆動機構とかの問題ではないでしょうか。濃度のばら つきは、溶液の均一性（溶け方が一様でなく、未溶解の物質が残る）と か、バーナーでの燃焼機構の不安定とかも考えられます。原子吸光分析 装置を作っている会社に問い合わせるべきです。
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Date: 20 Jun 2006 12:34:00 +0900
Q2: すみませんでした
株式会社**のI**と申します。
原子吸光で、測定しているときにベースラインと一緒にもう1つのラインがあり、 ゼロセットしているのですが、あまり安定しません。
試薬を測定する前に純水を流しているときから ぶれているので、純水に不純物が入っているのか 許容範囲内ということなのでしょうか？
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Date: Tue, 20 Jun 2006 12:58:12 +0900
A2: Iさん、佐藤勝昭です。
原子吸光装置は、製造元によって、ゼロのセットの仕方も変わります し、第一私は装置のサービスマンではありませんから、特定の装置の不 具合を聞かれてもお答え出来ません。
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Date: 20 Jun 2006 13:06:00 +0900
AA: そうですね、
すみませんでした。
自分でもっと調べてみることにします
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800. 金のX線吸収端
Date: Tue, 20 Jun 2006 16:15:41 +0900
Q: 佐藤先生
姫路工業大学理学部物質科学学科４年の藤井隆と申します。
突然のメールで失礼します。
Ｘ線の反射率についてわからない事があり、質問させて頂く次第です。
金について、入射Ｘ線を１００〜３００００eVに変化させて反射率を測定しました。横軸に入射Ｘ線エ ネルギー、縦軸に反射率をとったグラフを作成したところ、２０００eVのあたりと１２０００eVのあた りにちょこんと変な変化がありました。調べた結果、吸収端ではないかと思うのですが、どんな種類の 吸収端なのか、なぜ現れたのかよくわかりません。
私の調査不足だと思いますが、お答え頂ければ幸です！よろしくお願いします。
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Date: Tue, 20 Jun 2006 16:52:50 +0900
A: 藤井君、佐藤勝昭です。
X線吸収端については、J.A.Bearden: Review of Modern Physics Vol.39 (1967) p.78に出ていますが、X線関係のたいていのハンドブックに 載っていますから、図書館で調べなさい。
Auの吸収端のうち、
M5吸収端は0.5584nm すなわち11921eVにあります。
L3吸収端は0.104nm すなわち2220eVにあります。
あなたが観測したのは、これらの吸収端であると思います。
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Date: Tue, 20 Jun 2006 17:05:57 +0900
AA: 早い返答有難う御座いました！
早速調べに入ります。
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801. シリコーンオイルのＤＳＣ曲線の解釈
Date: Wed, 21 Jun 2006 03:13:17 +0900
Q: 大阪工業大学 工学部 応用化学科岡島衣梨と申します。
シリコーンのDSC曲線についてお聞きいたします。
ガラス転移温度で分子運動が大きくなり、自由体積が増えるのは分かるんですが、その後また結晶化し、また分子間が広がっている・・・。
なぜ結晶状態の変化がこのように頻繁に起こるのか分かりません。
一度Tgで結晶間が離れたら、結晶化温度の後にまた結晶化する工程は無くてもいいと思うのですが、なぜ起こっているのか分かりません。
教えていただけますか。
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Date: Wed, 21 Jun 2006 10:52:15 +0900
下記解釈は間違っているようです。米国の化学会社Ｓさんからコメントありました。
A: 岡島様、佐藤勝昭です。
添付されているＤＳＣ曲線と同じものが、 ニッテクリサーチ社のＨＰに 示差走査熱量計の測定例（シリコンオイルのDSC曲線）として載っていました。
一般に、シリコンオイルは、いくつかの物質がブレンドされていますの で、複数のガラス転移温度が見られるのだと思います。
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Date: Thu, 22 Jun 2006 01:58:40 +0900
AA: 佐藤勝昭 様
回答ありがとうございます。
単一のモノマーに対してのDSC曲線だと思っていましたが、理解できました。
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#801へのコメント
Date: Thu, 22 Jun 2006 14:00:38 -0400
C: 米国の化学会社のSと申します。掲載の際は匿名でお願いします。
801番のQ/Aについて、佐藤先生の解説とは違う解釈をさせていただきます。
問題となっているDSCのカーブは、液体窒素温度まで急冷した後、徐々に温度を上げていったときのものだ と思われます。また、このシリコーンはポリジメチルシロキサンだと思われます。
この際、ガラス転移温度を越えて、主鎖の束縛が緩むと、側鎖のメチル基の影響による結晶化 （cold-crystallization）が起こります。これは、急冷したことによって、冷却の際には結晶化 ができなかったのが、加熱サイクルで（あとづけで）結晶しているためです。さらに温度を上げて 結晶の融点に近づくと、今度は結晶の融解が起きるわけです。
マイナス４０C付近で複数の融点のピークが見られるのは、分子量のばらつきによるものではないかと思われますが、 資料のアイデンティティがないので、はっきりとはわかりません。
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Date: Fri, 23 Jun 2006 10:08:13 +0900
A: S様、佐藤勝昭です。
有り難うございました。さっそくHPを訂正します。
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802. 豆電球の非線形性
Date: Thu, 22 Jun 2006 17:33:12 +0900
Q: 東京工科大学1年のAです。
お尋ねしたいのですが、なぜ豆電球の抵抗のグラフは非線型になるのですか？？
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Date: Thu, 22 Jun 2006 17:58:25 +0900
A: A君、佐藤勝昭です。
豆電球は、ガラスの中にタングステンでできたフィラメントがあって、 電流を流すと温度が上がり「黒体放射」によって光が放射されます。
タングステンは金属です。金属は温度が高くなるにつれて電気抵抗が 高くなる性質を持っています。それは、温度が高くなると原子の振動が 強くなり、金属中を動いている電子が原子の振動によって散乱されるた めです。このため、豆電球に加える電圧を増やしていくと、はじめは電 流は電圧に比例して増加しますが、温度が高くなるにつれて抵抗値が高 くなるため、電流の増加の仕方が緩やかになるのです。これが、「非線 形」である理由です。
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Date: Thu, 22 Jun 2006 18:24:06 +0900
AA: ご返答ありがとうございました。実験の課題でいろいろ調べたのですが わからなくて質問させていただきました！！
またわからないことがあったらお尋ねすると思いますが よろしくお願いします。
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803. アルミ板上でのネオジム磁石の運動
Date: Thu, 22 Jun 2006 21:47:05 +0900
Q: こんばんわ、いきなりのメール失礼します。
私はK大学の1回生で、N****と申します。（掲載時は匿名を希望します。）
大学の講義で、
1. 円形のネオジム磁石をアルミ板の斜面上で転がす（滑らせる）と、ストンとは進まずに、ゆっくりと進む。
2. 円形のネオジム磁石を近くに鉄などがない水平な台の上で、真っ直ぐに転がそうとしても、曲線を描いて倒れてしまう。
この現象を説明せよ。 との課題が出されたのですが、「1」の現象については、「アルミパイプの中を磁石が回りながら落ちる」の質問項目への回答で説明しても良いのでしょうか？
また、「2」の現象はどのように説明すれば良いのでしょうか？
勉強不足で恥ずかしいのですが、どうかお力を貸してください。よろしくお願いいたします。
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Date: Thu, 22 Jun 2006 23:51:11 +0900
A: N君、佐藤勝昭です。
大学で出された課題には、直接お答えできません。考えるためのヒントをあげます。
１も２もアルミの反磁性によります。円形磁石は面に垂直か、面に平行のどちら の方向に磁化されているのですか確認してください。
次に、磁石が動こうとすると磁束の変化を妨げる方向に反磁性磁化をもたらす渦 電流がアルミ内に流れますが、どちら向きにどのような力が働くかを考えてください。
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Date: Fri, 23 Jun 2006 21:16:56 +0900
AA: 早速の返信、並びにヒントを与えてくれたことに感謝します。
大学の課題には答えられないと言う注意書きを読んでいなかったので、このようなメールを送ってしまい、大変失礼いたしました。
与えていただいたヒントを元に、自分で解決いたします。
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804. アルミ線と銅フレームとのボンディング
Date: Wed, 28 Jun 2006 12:06:22 +0900
Q: 初めてメールさせていただきます。H****（株）W**と申します。（掲載時は社名、名前は伏せてください）
早速なのですが、アルミ線の超音波ワイヤーボンダーについてなのですが、アルミ線と銅フレームの接合がうまくいきません、装置条件（POWER、FORCE、TIME)を変更し、試すのですが接合しません。銅とアルミの接合は難しいと聞いたことはあるのですがどうなのでしょうか？
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Date: Wed, 28 Jun 2006 13:47:29 +0900
A: W様、佐藤勝昭です。
わたしは、ワイヤボンディングの専門家ではありませんが、 下記の論文が参考になると思われますので、ご紹介します。
Journal of ELECTRONIC MATERIALS, Vol. 35, No. 3, 2006
I. LUM, M. MAYER and Y. ZHOU: Footprint Study of Ultrasonic Wedge-Bonding with Aluminum Wire on Copper Substrate
手元にはabstractしかありません。Abstractによれば、
In ultrasonic wedge-bonding onto copper substrates, the ultrasonic energy is essential in forming bonding by creating relative interfacial motion, which removes the surface oxides.
と書かれており、超音波ボンディングでは、超音波のエネルギーは表面 の酸化物を除去するような界面での相対運動を作り出すことによりボン ディングに効いているということです。
論文の全文は本学の図書館にはないので取り寄せになりますので、御 社の方で、お近くの大学にでもお問い合わせて入手してください。
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Date: Wed, 28 Jun 2006 14:37:30 +0900
Q2: 早速の返信ありがとうございます。返信いただいた内容の超音波ボンディングの原理はわかるのですが、
例えば銅ではなく、表面がニッケルメッキや銀メッキだと超音波の条件をふっても接合するのですが、
金属の相性みたいなものが存在するのでしょうか？ W
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Date: Thu, 29 Jun 2006 13:27:22 +0900
A2: W様、佐藤勝昭です。
金属同士の相性はもちろん重要でしょう。
http://extra.ivf.se/ngl/A-WireBonding/ChapterA2.htm
によれば、
接合される材料は、強い結合を持つとともに予想される寿命の間に過剰 な金属間化合物が形成されることを妨げるような適度の相互拡散係数を もつ必要がある。
・Au-Cuボンドは、高温での応用には使うべきでない
・AuにワイヤボンドされたAuは非常に安定である
・AgにボンドされたAuは高温で長時間の使用に対し安定である
・Ag-Alボンド系は注意して使う必要がある
・ボンド系においてAgは非常に注意深く使う必要がある
・Ni-コートにボンドされたAl線はさまざまな環境において安定である
・Al-メッキにボンドされたAl線は非常に安定である
・・・
などと書かれています。
なお、Cu-Alのボンドについては、以下のように記述されています。
・Cu-Al系ではCu-rich側に５つの金属間化合物相がある。このために、
Au-Al系に見られるような金属間化合物による接合不良が生じる。
・しかし、Cu-Alの金属間化合物の成長はAu-Alに比べると進行が遅い。
・Cu-Alボンドはカーケンダルボイドは生じないが脆いCuAl2相の成長に
より150-200℃でのせん断強さを低下する。300-500℃では、金属間相の
厚みが増加するに従い結合強度がかなり低下する。
・金属間化合物の形成は動作環境の雰囲気に依存する。たとえば、パッ
ケージ内に酸素が残存する限りCu-Alボンドは安定である。なぜなら、
酸化銅はボンド直下のボイド状の溝の成長を抑制または阻害するからあ
る。一方、Clと水分の汚染があるとCu-Al金属間化合物を含むAl金属の
腐食をもたらす。
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Date: Fri, 30 Jun 2006 02:14:02 +0900
AA: 返信ありがとうございます。非常に気になっていた内容です。
中途半端な接合での接触不良が大変心配でいろいろ調べていました。
基本的には同材質どうしの接合が強度が出るらしいのですが、、、。
今回の内容を参考にし色々実験してみます。ありがとうございました。
またご相談するかと思いますがその時はよろしくお願いします W
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805. メチルジフェニルイソシアネート合成のための反応器の材質
Date: Wed, 28 Jun 2006 16:10:05 +0900
Q: こんにちは。私はH大学工学部（化学系）に通う４年生で、Hと申します。
HPを見て、メールしました。以下の反応器に適した材料 （ex:SUS316,ハステロイC,SUS304など）を教えていただきたいです。
反応器は、溶媒であるMCB（モノクロロベンゼン）にホスゲンを 溶かしたものと、MDAを反応させて、MDIを得るというものです。
反応は二段階で行われ、まずは低温反応（４０℃）、その後 高温反応（１２０℃）です。溶媒であるMCBが他の物質に比べて かなり過剰な状態で行います。
できれば、なぜその材料がふさわしいのかも教えていただきたいです。
よろしくお願いします。
なお、HPに掲載の際は匿名でお願いします。
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Date: Thu, 29 Jun 2006 10:14:56 +0900
A: Hさん、佐藤勝昭です。
私は、化学の研究者ではないので、本学の応用分子化学科の教授にお 尋ねしました。その先生も、このことの専門家ではないのですが、以下 のようなヒントをいただきました。
ご質問は、卒論の研究でしょうか？あなたのやろうとしている実験は、 かなりの危険性を伴うことなので、下のヒントを参考にされ、指導教員 の方や、化学実験用品を扱っている業者の専門家の方とよく話し合って、 十分に安全な反応器を設計されることをおすすめします。
=======================================================
ご質問の反応は、ホスゲンという気体をハロゲン系の溶媒に溶解し、 MDI（メチルジフェニルイソシアネート）と呼ばれる化合物 O=C=N- C6H4-CH2-C6H4-N=C=O を合成する反応であり、反応自体に新規性はあり ません。このMDIは主にウレタン樹脂の原料に使用されているため、工 業的にも大量に生産されています。
ここで問題になるのは、ホスゲンが致死性の毒物（第一次世界大戦で は毒ガスとして使用されました）であるとともに、ハロゲン系溶媒中で は腐食性があることです。アルミニウムなどはすぐに劣化します。
一般にホスゲンは溶媒や空気中の水で加水分解され、二酸化炭素と塩 化水素に分解されますが、この塩化水素が金属を腐食するのが金属の劣 化の主な原因であると考えられます。
通常のステンレスSUS188などは、水に対して耐腐食性は十分にありま すが、塩化水素に接触するとすぐに腐食されてしまいます。耐腐食性の 鋼材としては、モリブデンを添加したSUS316や、ニッケルおよびモリブ デンを添加したハステロイが主に用いられており、後者の方が一般的に は酸性ガスの腐食に強いようです。
しかし、一般的に酸性雰囲気下で耐腐食性を要求される反応では、反 応容器の内側をガラスライナーで保護し、直接反応試薬が接触しないよ うにすることが多いと思います．
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Date: Thu, 29 Jun 2006 22:02:44 +0900
AA: 東京農工大学 佐藤先生
こんにちは。H大学のHです。
質問に丁寧に答えていただき、ありがとうございました。
現在、H大学のK課程の生徒は、工程設計という授業のようなグループワークを行っております。
そのような中で、材料について疑問が涌き、調べていたらたまたまインターネットで先生の サイトを発見し、お尋ねしました。
ほんとうにありがとうございました。
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806. MnSi1.7の格子定数の決定法
Date: Fri, 30 Jun 2006 16:37:55 +0900
Q: K***大学N***です。匿名でお願いします。
MnSi1.7のX線回折角から格子定数aとcを求める方法を教えてください。
このシリサイドの構造がわからないと求められませんか。
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Date: Fri, 30 Jun 2006 17:28:35 +0900
Ａ： N君、佐藤勝昭です。
Mnシリサイドは、静岡大学電子工学研究所の立岡先生が熱心に研究し ておられます。ホームページをみると
http://www.ipc.shizuoka.ac.jp/~tehtats/mnsi17.htm
Mn-Siの相図がでており、MnSi1.7の相には、
Mn4Si7, Mn11Si19, Mn15Si26, Mn27Si47が属しています。
いずれも正方晶で、それぞれc軸長は
c=1.746, 4.82, 6.531, 11.79nmとなっています。
それぞれの格子定数にもとづいてX線回折パターンを理論的に計算し、
実験と比べればよいのですが、最近のX線装置では、そのような機能が
ついていることが多いと思います。
M.Kohira, T.Matsuyama, H.Tatsuoka and H.Kuwabara:
Structural Property of MnSi1.7 Layers Grown in the Presence of
an Sb Flux; International Union of Materials Research Societies
- International Conference of Advanced Materials (IUMRS-ICAM2003)
[C7-11-P40]
に掲載されているようですので、立岡先生に直接お問い合わせになって は如何でしょうか。
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Date: Fri, 30 Jun 2006 17:38:15 +0900
AA: ありがとうございました。
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807. トランジスタの電流増幅の仕組み
Date: Sun, 2 Jul 2006 21:21:06 +0900
Q: F*工大２回生のH**と申します。
質問です。トランジスタのことなんですが、エミッタ共通回路の場合、電流増幅率が どのようにして増幅されるのか、簡単に教えていただけないでしょうか。
追記：匿名希望です。
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Date: Mon, 03 Jul 2006 00:34:29 +0900
A: H君、佐藤勝昭です。
エミッタ接地のトランジスタ回路の電流増幅の仕組みはどのような電子回路の 教科書にも書いてあります。工業系の大学2年生とのことですが、むしろ工業高 校か工業高専の教科書を読むとわかりやすいでしょう。一応説明しておきます.
========================================================
ここでは、npnトランジスタの例で説明します。
n-p-nというのはエミッタがn型、ベースがp型、コレクタがn型のトランジスタで す。エミッタを接地し、ベース・エミッタ間に順バイアス（ベース電位をプラ ス）にするとn-pの接合の障壁が小さくなり、エミッタからベースに向けて電子 が流れます。（電流は、ベースからエミッタに流れます。これがエミッタ電流Ie です。）さらに、コレクタ・ベース間を逆バイアス(コレクタ電位をベース電位 よりプラス）にしておくと、さきにエミッタからベースに注入された電子の大部 分はベースを通り抜けてコレクタのプラス電位に引き寄せられます。これがコレ クタ電流Icです。エミッタからベースに注入された電子のうち一部はベース電流 Ibとなります。従って、Ie=Ic+Ibです。エミッタ電流Ieのうちコレクタ電流Icに なる割合をαとすると、Ic=αIeと書けますから、Ib=(1-α)Ieとなります。
電流増幅率βはコレクタ電流Icをベース電流Ibで割ったものですからβ=Ic/Ibと なり、αで表すと、β=α/(1-α)となります。αを0.98とすると、βは49となります。
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Date: Wed, 5 Jul 2006 20:17:53 +0900
AA: ありがとうございました。
なんとか理解できました。
今後もよろしくお願いします。
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809. 標準白色板を参照試料とした分光反射率測定
Date: Mon, 3 Jul 2006 15:56:17 +0900
Q: はじめまして，私，Ｎ**大学の院生のＨ**と申します。HP掲載の際には匿名にしていただけるとありがたいです。
佐藤先生のHPはよく拝見させていただいております。
突然ですが，いくつか質問があります。ご回答いただければ光栄です。
私の研究において薄膜の分光反射率測定を行うことになったのですが，最適な測定条件がよくわかりません。
ちなみに，測定装置はオーシャンオプティクス社のものです。
薄膜はガラス基板上にゾル‐ゲル法によって成膜した着色膜で，色の評価を行うことが目的です。
色の評価を行うので，リファレンスには標準白色板を用いております。 その上でリファレンス測定時と同条件（プローブと測定表面の高さ，周囲の暗さ）で測定を行いますと， 薄膜表面に光沢があるためか反射率が100％を超えてしまいます。
他にも，薄膜が光を透過するためにガラス基板底面の反射も影響していると思われます。
このような測定でスペクトルを示す場合，得られたデータに小数をかけるなどして 100％に収める必要があるのでしょうか？
もしそうであればその方法を教えていただけませんか？よろしくお願いします。
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Date: Tue, 4 Jul 2006 13:02:32 +0900
A: H様、佐藤勝昭です。
色の評価に分光反射率をお使いになるということですが、一般に反射 率を測定するには、分光反射率が既知のものをレファレンスとして測定 し、測定した結果にレファレンス用いたた物質の反射率をかけてもとめ ます。おそらく、お持ちの標準白色板には反射スペクトルの校正表がつ いていると思いますので、測定データが100%を超えていても、補正によ り、正しい値になるはずです。
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Date: Tue, 4 Jul 2006 17:15:43 +0900
Q2: 佐藤先生
ご回答ありがとうございます。
ご指摘のとおり，標準白色板の反射率が示されておりましたが，250-2000nmで98%以上としか記載されておりませんでした。
また，測定データは300%を超えているところがあり，標準白色板の反射率(98%)をかけても100%以下にはなりません。
色紙などの光沢のない試料は100%以内のスペクトルが得られているので，やはり薄膜試料の光沢が原因であると考えられるのです。
この問題についてインターネットでいろいろ検索していましたら，次のようなHPを見つけました。
http://www.asahi-spectra.co.jp/kiki/bunkouki/HSU-100S/PDF/HSU-100Sref.pdf
ここのP16には「サンプルには光沢があるため白色基準板よりも高い反射率となっています」とあります。
このようなデータはデータとしてあり得るのでしょうか？
繰り返し質問してしまい真に恐縮ですが，よろしくお願いします。
N大学 H
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Date: Tue, 4 Jul 2006 17:59:50 +0900
A2: H様、佐藤勝昭です。
標準白色板の「反射率」というのは、散乱光の積分反射率です。一方、 あなたが測定されているのは薄膜の鏡面反射率です。
「白い」というのは、散乱があるから白いのです。もともと無色透明の 物質を適度の粒径の粉末にして固めると、光が散乱して白く見えます。
一例が砂糖・塩です。これらの物質のバルクは、それぞれ、氷砂糖、岩 塩ですが、ご存じのとおり無色透明です。これらを粉末にすると「白く」 見えるのです。
標準反射板はBaSO4のセラミクスですが、反射光は拡散 反射光と鏡面反射光から成り立ちます。通常の反射率測定は、鏡面反射 のみを測定します。拡散反射は、名前の通り全立体角に向けて反射され ますから、その反射率を測定するには、「積分球」という球を使ってそ の中心に物体をおいてそこから散乱してくる光を全部捕まえるのです。
標準白色板の９８％の反射率は、拡散反射率と鏡面反射率を合わせたも のです。BaSO4自身の鏡面反射率は、屈折率は1.6程度でしょうから、垂 直入射の鏡面反射率はR=(n-1)^2/(n+1)^2=0.053すなわち5%程度なので す。従って、その値をレファレンスとして割り算すれば何百％になるの です。
従って、標準白色板との比較で物質の反射率を求めるには、積分球を 使って積分反射率を求めなければならないのです。
一方、薄膜試料が鏡面をもち透明であったときには、その鏡面反射ス ペクトルには、表面からの反射、界面からの反射、裏面からの反射、さ らにはこれらの反射光同士の干渉も入ってきます。
鏡面反射率の絶対値 を知りたければ、蒸着したばかりの銀薄膜（透けて見えないほど十分厚 いもの）をレファレンスに測定すればよいのです。校正のための銀の反 射率は、Palik, Landolt-Boernsteinなどに載っている数値が使えます。
積分球は結構高いものなので、簡易的には鏡面反射率を使うとよいで しょう。しかし、今後測色学をずっと研究されるのであれば、積分球を 用意されるべきでしょう。
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Date: Wed, 5 Jul 2006 11:26:58 +0900
AA: 佐藤先生
大変丁寧なご説明にとても感謝しております。
当研究室に積分球があることが分かりましたので，この方法で測定を行ってみたいと思います。
この度はどうもありがとうございました。
N大学 H
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810. 誘電体の絶縁性
Date: Tue, 4 Jul 2006 10:37:38 +0900
Q: 佐藤先生
はじめてメールさせていただきます。
小生、T**株式会社で薄膜を用いた電子デバイスの開発に従事しておりますＭと申します。
申し訳ございませんが、匿名でお願いします。
最近になり、誘電薄膜の開発を担当することになりましたが、先日別部門のエンジ ニアから、キャパシタ構造にした場合、同じ誘電材料なのに薄膜になると薄くても 電気的絶縁がとれるのは何故？と問われました。
例えば、焼結体で作製されたコンデンサなどは、せいぜい誘電体の厚みは薄くても 数μm程度にしか薄くできないと記憶しておりますが（一般的には、数十μmですか ね？）、同様の構造を薄膜の誘電材料で作製すれば、数百Å程度にまで薄くしても 絶縁はとれます。
その時は、バルク材（焼結体）だと粒界があるため、どうしてもそこから絶縁がや ぶられるから、と答えましたが、あとになって考えるとそれだけではないようなき がしてきました。
薄膜の場合、あくまで個人的経験からすると、どうしてもStoichiometryにはなり ずらく、アモルファスライクな構造になることが多いのですが、それも絶縁性には 影響があるのでしょうか。
まったくの素人的な発想で恐縮ですが、ご教授いただけましたら幸いです。 また、参考書等でお勧めの本がございましたら、併せて教えていただきたいと存じ ます。
宜しくお願い致します。
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Date: Tue, 4 Jul 2006 14:44:09 +0900
A: M様、佐藤勝昭です。
焼結体と薄膜の絶縁性の違いはいろいろ考えられます。
（１）粒径、粒子間のすきまの違い
焼結体セラミクスの場合、一般に結晶粒径が数μｍ〜数十μｍと大き く、結晶粒と結晶粒の間には比較的大きな（数μｍの)隙間があります。 この部分に、水分やさまざまな不純物が付着して電流の通路になります。
一方、数百Åの薄膜であれば、粒径も数百Åの程度ですし、粒間距離も 数Åとかなり密なので少なくとも水分子が隙間に入り込むようなことは ありません。従って、粒界を通して電流の通路ができることが少ないと 考えられます。
（２）製造過程の清浄度、原料の純度の違い
一般に焼結体セラミクスは通常の非清浄環境で大気中で作成されるの がふつうです。原料もせいぜい３nine程度のものが使われると思います。
これに対して薄膜は、主として真空雰囲気で、酸素も純度の高いものを 制御して導入されます。原料も５nineの純度のものを使うことが多いと 思います。従って、不純物濃度は焼結体の方が薄膜より1桁以上高いと 思います。
不純物は、結晶粒中の原子を置換してドナーやアクセプタに なり、その粒子の導電性を高くします。あるいは、焼結の過程で不純物 が拡散して粒界に集まり、電流の通路になることも考えられます。
（３）結晶性の違い
酸化物のストイキオメトリからのずれは、主として酸素欠損によって もたらされます。大気中で作成されるセラミクスに比べ、真空中で作成 される薄膜は酸素欠損が形成されやすいので、薄膜ではストイキオメト リからのずれが起きやすいのです。しかし、このことが直ちにアモルフ ァスの形成に結びつくとは思えません。
むしろ、薄膜では焼結体に比べ 低温で製膜されるため、アモルファスになりやすく、アモルファスの海 に結晶粒が浮かんでいるような形状で、そのため、粒界に隙間がないと いう可能性があります。隙間がないので、電流の通路ができにくいのは （２）と同じです。結晶粒の部分はストイキオメトリになっているが、 アモルファスの部分はストイキオメトリからずれているのではないでし ょうか。しかし酸素欠損は導電性のもとになりますので、この効果はあ まり大きくないのではないでしょうか。
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Date: Tue, 4 Jul 2006 15:09:06 +0900
AA: 佐藤先生
早々のご回答に感謝いたします。
粒経サイズの違いや不純物により絶縁性が異なることが理解できました。
これからも、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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811. 窒化珪素の合成法
Date: Tue, 4 Jul 2006 14:00:04 +0900 (JST)
Q: はじめまして、私はK*****大学物質工学科３回のM**と申します。HPを拝見しまして連絡させていただきました。
ファインセラミックスの原料である窒化珪素の合成方法について教えていただきたいのですが、よろしければ返信お願いいたします。
web上では申し訳ありませんが、匿名でお願いします。
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Date: Tue, 4 Jul 2006 15:29:52 +0900
A: M君、佐藤勝昭です。
私は、窒化珪素については専門ではありません。
日本では、宇部興産という会社が、窒化珪素粉末の製法に関してUbe methodと呼ばれる製法特許をもっています。 同社のHPによると、 「UBEの窒化珪素は独自の化学合成プラントで高純度四塩化珪素とアン モニアを原料として製造される高品位粉末です。」と書かれています。
なお、NASA Technical Memorandumによれば超臨界アンモニアを用い た窒化珪素の合成法が記載されています。
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812. アロットプロットについて
Date: Wed, 5 Jul 2006 12:29:01 +0900
Q:佐藤先生
強磁性体の物理（上）を用いて勉強しています。
アロット・プロットを用いるメリットとは何なのでしょうか？
ランジュバン関数を用いるやり方とどの変が違うのか、概念的な部分を教えて いただけると幸いです。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
O大学大学院T
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Date: Wed, 5 Jul 2006 13:22:52 +0900
A: T君、佐藤勝昭です。
アロットプロットというのは、さまざまな温度で測定した磁化曲線か らキュリー温度を求める計算手法です。
詳細は、原著論文（A.Arrott:Phys.Rev.108(1957)p.1394）をお読みください。
Arrottが指摘している ように、測定は有限の磁場のもとで行われるので、正確なキュリー温度 を求めるためにはゼロ磁場に外挿しなくてはならない。その手法が Arrottの提唱するプロットです。
ランジェバン関数を使って、測定したM-T曲線にフィットしてTcを決 めることも行われますが、M-Tデータは磁場を印加して測定されるので、 ゼロ磁場でのキュリー温度の正確な値を求めるには、Arrott plotが有 効です。
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Date: Wed, 5 Jul 2006 13:38:17 +0900
AA: 佐藤先生
返信ありがとうございます。 アロットプロットに関してはネットや周りの参考 書を見渡してもなかなか詳細な説明がなかったので手をやいていました。
教えていただいた論文をじっくり読んでみようと思います。
希土類窒化物の合成と磁性材料としての評価に関する研究を行っているのですが、
また何かありましたら質問させてください。
ちなみに学部時代は農工大学に所属していた者です。
ありがとうございました。
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813. 金属の水素吸蔵メカニズム
Date: Mon, 10 Jul 2006 10:56:26 +0900
Q: 佐藤様、はじめまして、メーカーで半導体の開発に携わっているSと申します。
HPを拝見し、質問しております。掲載時は匿名希望です。
Ti、Pdなどの遷移金属が水素吸蔵合金の材料として優れているといわれています。
その吸蔵メカニズムについてご教授願います。
金属表面で水素の分子結合が切れ、原子状の化学吸着水素が解離し、
金属や合金の格子間サイトに固溶体を形成（金属水素化物）するという流れは
書籍等に記載があります。
そこで、Ti、Pdなどの遷移金属がなぜ常温でより多くの金属水素化物を
作りやすく、Fe、Cu等は高温高圧下でないと金属水素化物を作れないのか。
どのような物性によってこの差が生じているのか、ご教授願います。
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Date: Mon, 10 Jul 2006 20:56:04 +0900
A: S様、佐藤勝昭です。
金属水素化物の形成のしやすさを第１原理のバンド計算から見積もる という仕事がMITのグループによって発表されています。
H. Smithson, C. A. Marianetti, D. Morgan, A. Van der Ven, A. Predith, and G. Ceder：First-principles study of the stability and electronic structure of metal hydrides；PHYSICAL REVIEW B 66, 144107 (2002)
詳しくは、この論文を読んでいただくとして、Abstractを紹介しておき ます。
「アルカリ金属、アルカリ土類金属および遷移金属の水素化物の生成エ ネルギーに関する詳細な解析を行った。さまざまな結晶構造について、 密度汎関数法を用いて水素化のエネルギーを計算した。
周期表の左端の遷移金属は非常に水素化物を生成しやすい傾向にあるが、 周期表を右に行くに従って生成しにくくなる。水素化物を形成したとき のバンド構造と状態密度の変化を詳しく解析すると、水素化のエネルギ ーは以下の３つの寄与があることを理解することができる。１番目は金 属の結晶構造を水素化物中の金属イオンによる構造（ほとんどfcc）に 変えるためのエネルギーである。このことは、特に、bcc構造をとりや すい金属（たとえばバナジウムやクロム）においては、水素化物形成の 駆動力を下げる原因になっている。２番目は、いくつかの材料でよく成 り立つことであるが、金属の構造が水素化によって膨張する時に凝集エ ネルギーを失うことである。これによって周期表の真ん中から後ろの方 の遷移金属の金属のもともと高かった凝集エネルギーが下がることによ って安定な水素化物の形成が妨げられる。水素化形成エネルギーへの最 後の寄与は、に水素が金属間に挿入されたときに金属−水素間の化学結 合である。これは、唯一の負の寄与で、水素化物形成に有利に働く。」 と書かれています。
従って、これらの３つの寄与のバランスで水素化物形成のしやすさが決 まっているので、シンプルな説明はむずかしそうです。
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Date: Tue, 11 Jul 2006 08:53:04 +0900
AA: 佐藤様、早速のご返答ありがとうございます。
Sです。
社内で調べたところ、以下のコメントを入手しました。
水素原子が電子を出してH+になった状態（金属結合状態）が安定か、ならない 状態（非結合状態）が安定かは、母体の金属のｄ軌道の状態によって異なります。
具体的には、Tiを含む3A〜5A族では結合状態のほうが内部エネルギーが低く（安定）、 Wを含む6A〜8族では非結合状態のほうが内部エネルギーが低いことになります。
（Pdなどの例外はあります）
教えていただいた文献とリファレンスを読み込んで、理解を深めます。
ありがとうございました。
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814. ステンレスはなぜ磁石につかないか
Date: Fri, 14 Jul 2006 11:48:28 +0900
Q: はじめまして。
私は、I社のＫと申します。
できることなら匿名にてお願いしたいと存じます。
小生は海外工場の工場長や、技術関係の部署を経て、現在は社員教育を仕事の一つとして行 っております。
人に教える為には経験だけでなく、基礎知識が必要と感じ、機械等の基 礎知識をつけようと、45歳を越えた今から細々とサイト等を拝見しなが ら勉強しております。
先生のサイトを拝見させて頂き、質問させていただきます。
現在行っている研修の中に、食品の異物除去用のマグネットの話があり、 授業の最終の質問時に、現場従事の方から、ステンレスは何故磁石に付 かないのですかという質問を頂き、非常に困っております。
質問された方は、恐らく高卒か中卒の方だと思います。
専門的な物理の知識を有しない方に、わかりやすく回答してあげるには どのように説明すれば宜しいでしょうか？
また、一歩進んで、大卒、院卒の社員にはどう説明すれば宜しいでしょ うか？
当社は製品の特性上、大卒者も工学系ではなく、農学系がほとんどです。 何か良いアドバイスがあれば宜しくお願いします。
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Date: Fri, 14 Jul 2006 19:57:10 +0900
A: K様、佐藤勝昭です。
遷移金属の磁性は同じ元素であっても結晶構造によって異なります。
結晶構造が体心立方格子(bcc)をもつ鉄は強磁性ですが、台所のシンク に使うようなふつうのステンレスはオーステナイト構造を示し、面心立 方格子(fcc)なので磁性が出ないのです。ステンレスでも工具に使うよ うなマルテンサイト構造のものは磁性を示します。
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Date: Tue, 18 Jul 2006 11:29:51 +0900
AA: 佐藤勝昭先生
質問させていただきました河野です。
早速のご回答ありがとう御座いました。
私は工学部の天然物応用化学の出身ですので、自分自身、面心立方格子 と体心立方格子の違いを理解するのに時間を要しそうです。
それを従業員に伝えるとなると至難の業ですね。
頑張ります。
ご教授ありがとう御座いました。
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Date: Mon, 24 Jul 2006 17:13:47 +0900
A2: 河野 淳様、佐藤勝昭です。
ちょっと仕事が立て込んでいてお返事が遅くなり申しわけありません。確かに、教育歴にバラエティのある従業員の方々に、異分野の話を説明 するのはむずかしいですね。高卒の方や、物性系以外の教育を受けた方 に鉄合金の結晶構造の違いを説明するのはその背景にある物質の成り立 ちについて説明しないといけないでしょう。
一方、理系の院卒の方であれば、なぜfccでは強磁性にならずbccなら 出るのかについて説明を求められるでしょうね。金属磁性体の磁性は、 遷移金属間の距離に依存します。ベーテ・スレーター曲線（添付）とい って、原子磁気モーメントをそろえ合う相互作用(交換相互作用)Jeffは 原子間の距離とともに振動します。＋だと強磁性、−だと反強磁性です。
Rは原子間距離、dは原子半径です。面心立方(fcc)の鉄（γ-Fe）はR/d が3.0付近にあり、Jeffは負の小さい値をとりますが、体心立方(bcc)の 鉄（α-Fe）では、R/dは3.25付近にあり、正の大きな値をとります。こ のことが、bccでは磁性を示すがfccでは示さない原因と考えられます。 参考にしてください。
図は佐藤勝昭編著「応用物性」p197から引用したものです。
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815. コイルの磁束漏れの計算法
Date: Sun, 16 Jul 2006 23:51:53 +0900
Q: 佐藤様
初めまして。電機メーカーで勤務しておりますＴと申します。
HPを拝見し、質問させて頂きました。掲載時は匿名希望です。
現在、ガウスメータにて、コイルに直流電流を印加したときの漏れ磁束を測定しております。
測定結果に加えて、理論値でも磁束漏れの値を算出しようとしてますが、 どのように計算したらよいのかが、分からず悩んでおります。
使用している測定プローブは1軸のプローブで、プローブに対して垂直成分のみの値を 測定してますので、その垂直成分の値を計算で求めたいと思ってます。
求めようとしている磁束漏れはコイルの上面から例えば1mm上方です。
コイルは材質はNi系のフェライトで、いわゆるドラムコアに巻き線を施し、 ドラムコアの周りにはリングコアを被せております。
なお、ドラムコアとリングコアの間にはGAPがあります。
質問が曖昧で分かりにくい部分もあるかと思いますが、アドバイス頂けたら幸いです。
お忙しいところ、申し訳御座いませんが、宜しくお願い致します。
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Date: Mon, 17 Jul 2006 11:12:56 +0900
A: T様、佐藤勝昭です。
ご質問の件は、表面実装型DC-DCコンバーターに使うコイルの漏れ磁束の問題 ではないかと存じます。TDKのホームページに「携帯機器の高効率化に残された 重要課題小型軽量SMDパワーコイル」という論文が載っていますが、これによる と、有限要素法を使った電磁界解析で計算することが行われているようです。
この論文によれば、
「従来のドラム構造では、ドラム型フェライトコアの中脚部分に巻線した後、リ ング状コアを被せた構造となっています。このため巻線を端子に引き出すための ドラムコアとリングコアとの隙間はどうしても必要になります。しかも、この隙 間は磁気飽和を防ぐため定格電流の大きなコイルほど大きくなり、これにより上 下方向に大きく漏れ磁束が発生する結果となります。漏洩磁束のシュミレーショ ンとしてコンピュータを用いた有限要素法により解析してみると、隙間部分から の漏洩磁束量とその箇所の違いが明らかになります。」と書かれています。
おそらく、有限要素法のソフトを購入し、実際の構造パラメータを入れて計算 すれば、漏洩磁束量を計算出来ると思いますが、これは私の専門ではないので正 しくお答えできる自信がありません。その道の専門家にお訪ね下さい。
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Date: Tue, 18 Jul 2006 22:37:10 +0900
AA: 佐藤様
早速のご返信有難う御座います。
有限要素法の解析ソフトで検討したいと思います。
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816. 残留応力付与による金属通過センサ出力の変化
Date: Sat, 29 Jul 2006 14:46:57 +0900
Q: はじめまして。ＨＰでは何時もお世話になっております。
私、株式会社T製作所に勤めるFと申します。
機械設計者の為、磁気・電気関係の知識が皆無に等しく先生のお知恵を借りたくメールいたしました。
掲載時は申し訳ございませんが匿名でお願いします。
質問ですが金属の物体を金属通過センサ（アンプはデジタル出力）へ通過させた場合 高周波磁界中へ金属があるため渦電流が発生しアンプへはその電流の発生値が表示されます。
この時金属体の大小によって発生する電流値が異なると思うのですがその現象が 物理的法則で参考になる資料はないでしょうか？
また、その金属体に残留応力が付与された場合に金属の量、表面積が一緒にも かかわらず発生する渦電流の値が異なるのはなぜでしょうか？
これまた物理的法則等でで参考になる資料があると助かります。
質問が分かりにくかったら申し訳ございません。
分かる範囲で結構ですので先生のお知恵を貸してください。
よろしくお願いします。
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Date: Sat, 29 Jul 2006 20:31:26 +0900
A: F様、佐藤勝昭です。
金属通過センサは、コイルの中を金属片が通過したときに金属の反磁性磁化率 のために、コイルのインダクタンスが変化することを利用して、高周波を使って 検出するものです。コイルに渦電流と書いておられますが、渦電流は磁界の変化 を押さえようとして金属の中を流れるのです。これが反磁性磁化率の原因です。 金属に残留応力が付与された場合に反磁性磁化率に違いがでるのは、残留応力に よって金属内に欠陥が生じ、電気抵抗が増大し、渦電流を阻害するのでしょう。 残留応力によってどのような欠陥が生じるのかは、case-by-caseで考えなければ ならないでしょう。金属は多結晶体なので応力によって結晶粒界に電子障壁がで きると、多少電気抵抗が増大すると思いますが、金属通過センサで検出できるほ ど大きく変わるとは思えないのですが。
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Date: Mon, 31 Jul 2006 09:10:52 +0900
Q2: 佐藤勝昭様
何時もお世話になっております。
お返事ありがとうございました。参考になりました。
使用内容・目的をもう少し詳しくご説明させていただきますと
金属通過センサへデジタルアンプを接続し、金属が通過したときの電流値をアンプへ取り込み 製品の大小比較する為に使用しております。
ご指摘にあった電流値の件ですが確かに通常時、電流値は1.93±0.05A程度しか変化 はありません。
対象製品形状は線径2mm、外径20mm、自由長45mm、巻数9巻 質量18.2g 工程処理条 件は同一、また寸法上下限品では電流値の差異はありません。
比較するばねはセンサで確認前にホットセッチング（２００〜４００℃で押しばねを 圧縮方向へ負荷をかけ材料表面に残留応力を付与する処理）を行っております。 通常同一製品では1.93±0.05Aで推移するはずなのですがまれに1.80A程度の製品が発 生し処理条件上不具合を起こすのです。
異常品サンプルと正常品の形状・質量を比較しても同一にもかかわらず電流値のみ 異なります。特別、磁気をおびてもいませんでした。
トリガーをかける手立てはある程度めどが立ったのですがなぜそれが発生するのか 原理を品質上問われておりまして先生のお知恵をお借りしたくメールしました。
お手数ですが上記内容でもし何か追加でアドバイスいただけるようでしたら助かり ます。
どうもありがとうございました。
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Date: Mon, 31 Jul 2006 12:16:47 +0900
A2:F様、佐藤勝昭です。
要するに、貴社では、金属製品（バネ）の大きさの品質管理にキーエ ンス社の金属通過センサを利用されているが、ホットセッチングをした 製品において（大きさが同じでも）センサ出力にわずかな違いが出るた め、品質管理上お困りであるということですね。
残留応力をかける際に２００〜４００℃で熱処理されているそうです が、熱処理雰囲気は空気中でしょうか、それとも不活性ガス（たとえば アルゴン）中でしょうか。
もし空気中で熱処理すれば、当然のことに鉄 は酸化が起きます。酸化は結晶粒界で進みます。酸化層の厚みがナノメ ータ以下なら金属内を流れる渦電流に障害はないでしょうが、たまたま 厚い酸化膜ができれば、抵抗値が高くなり渦電流が流れにくく、反磁性 磁化率が低くなるのでしょう。その場合は不活性ガス雰囲気で熱処理す れば解決するでしょう。
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Date: Mon, 31 Jul 2006 16:43:10 +0900
Q3: 佐藤勝昭様
分かりにくい質問にかかわらず迅速かつ丁寧なお返事ありがとうございました。
確かに先生のおっしゃるとおり大気中で熱処理しております。
酸化膜の可能性も考え酸化膜を落とす為にワークへショットブラストを施して再測 定を実施したのですが500/10000個⇒50/10000個と数は減るものの0にはなりませんでした。
そう考えると先生が最初におっしゃっていた金属は多結晶体なので応力によって 結晶粒界に電子障壁ができると、多少電気抵抗が増大すると言う説の方が有力なのでしょうか？
それとも酸化膜がショットブラストで落とせるほど薄くないのか・・・・。
先生のご意見を参考に今後も調査を進めて意向と思います。
お忙しい中適切・丁寧なご返答ありがとうございました。
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Date: Mon, 31 Jul 2006 16:52:38 +0900
A3: F様、佐藤勝昭です。
おそらく、結晶粒界にできた酸化層が原因でしょうから、ショットブラストでは落とせないと存じます。
なお、これ以上の議論はなんでもＱ＆Ａの趣旨を越えていますのでご遠慮願います。
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Date: Mon, 31 Jul 2006 17:01:44 +0900
AA: 佐藤勝昭様
大変ご迷惑おかけして申し訳ございませんでした。
ありがとうございました。
先生のご意見を参考に調査を続けていこうと思います。
先生の今後のご活躍を祈っています。
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817. 金属探針への電場変調による電磁波発生
Date: Sat, 29 Jul 2006 22:55:40 +0900
Q: 佐藤先生、
ホームページを拝見させていただきメイルさせていただきました。
T**大学で研究員をしておりますAと申します。現在、プローブ顕微鏡（STM, AFM) 用いた表面の原子分解能観察等の研究を行っております。
匿名にておねがいできますでしょうか。
質問させていただきたい事項を以下に示します。教えていただけますと大変ありがたいです。
現在、プローブ顕微鏡の探針（金属)と試料間にバイアス電圧を印加した状態で、
(1)、電圧を例えば V=V0＋Vsinwt と高周波変調した際、
(2)、探針-試料間距離ZをZ=Z0＋Zsinwt、と高周波変調した際、
電磁波が探針-試料間に発生するかどうか検討しておりますが、勉強不足故確信が持てません。
電磁波が発生するとすれば双極子放射によるかと思いますが、現在使用している探針は タングステンの金属探針を想定しております。誘電体ではなくても、、金属先端の原子にも 双極子は生じるのではと考えておりますが、確証が持てないため悩んでおります。探針−試料間 という場合でなく、シンプルに金属並行平板の例などで定量的にも計算ができればと考えている のですが、佐藤先生のホームページを拝見させていただきまして、ご教授頂ければ大変ありがたく メイルさせていただきました。
よろしくお願いいたします。
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Date: Sun, 30 Jul 2006 10:47:42 +0900
A: A様、佐藤勝昭です。
ご質問の趣旨は、「プローブ顕微鏡のプローブと試料表面の間に高周波電界が加 えられた場合にダイポールアンテナとなって高周波が放射するのではないか」とい うことだと思います。プローブ先端と対向する試料表面に正負の電荷があり振動 すれば、電磁波が放射されるのは当然です。しかし、問題はその強度が観測でき る程度であるかどうかでしょう。
私見ですが、アンテナの大きさが波長と同程度のときに、最も大きな電磁界放 射強度が得られます。数十〜数百ナノの距離しかないプローブ顕微鏡の場合、紫 外から赤外光の領域の電磁波の放射が大きく、通常の高周波電磁界にはマッチン グが悪いのではないかと存じます。実際、最近では近接場光用のボウタイ型プラ ズモンアンテナの研究が進んでいますが、そのサイズが20nmのオーダーです。
FDTD法のような電磁界解析の手法を用いれば、アンテナからある距離離れた場 所でどの程度の強度の電磁波が観測されるかは計算できるはずです。プローブと 試料とが作る双極子モーメントの大きさは、電荷と距離の積です。どれだけの電 荷が誘起されているかは高周波電流の大きさを半周期の時間にわたって積分する ことにより求められます。系のインピーダンスがわかればどれくらいの高周波電 流が流れるかを見積もることが出来るでしょう。
あまりお答えになっていないかもしれません。
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Date: Sun, 30 Jul 2006 16:26:50 +0900
AA: 佐藤勝昭先生、
休日にもかかわらず、お返事いただきまして大変ありがとうございます。
電磁波の発生する可能性のあること、ただし、距離と波長が同程度が良いとのこと、 教えていただきまして、理解が進み、すっきりしました。私の想定している 探針-試料間距離は1nm以下ですので、確かに真空紫外域であること確認しました。
残念ながら、発生させたい電磁波は数百MHz−数GHzの電磁波ですので難しいのか とも感じています。代替案として、電磁コイルを近傍に置くことや、プローブ 顕微鏡自身を空洞共振器に入れてしまうことなども考えてみたいと思います。
今後も分からないことがありましたらお聞きしたく思いますのでよろしくお願いいたします。
ありがとうございました。
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Date: Tue, 1 Aug 2006 15:41:47 +0900
A2: A様、佐藤勝昭です。
先日は、手元に教科書がなく、定性的なお話しをしたのですが、 砂川重信「電磁気学の考え方」（岩波書店）の10章に「電磁波の放射」 が書かれています。これの巻末問題に、「電荷eの粒子が原点Oを中心と して、ｚ軸上で振幅z0、角振動数ωで振動しているとき、O点から十分 離れた場所rに作られた電場と磁場を求めよ。このとき単位時間に放射 される電磁波の１周期あたりの平均エネルギーを求めよ」というのがあ ります。
解答では、
P＝e^2z0^2ω^4/12πε0c^3
となっています。ω=2πc/λなので
P=(4π^3 e^2 c/3ε0)(z0^2/λ^4)
となります。(z0^2/λ^4)の因子があるので、電荷の移動距離z0に比べ て波長λが十分長い数百MHz−数GHzの電磁波では放射強度が弱いのです。
ご参考まで。
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Date: Wed, 2 Aug 2006 04:29:46 +0900
AA: 佐藤勝昭先生、
具体的な式までわざわざ教えていただき本当にありがとうございます。電磁気学の基本的な理解に欠けていること痛感いたしました。今回の私の研究に関してどのくらいの電磁波の強度が必要かよく検討してみたいと思います。
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818. DVD-RAM材料の結晶工学
Date: Mon, 31 Jul 2006 14:08:48 +0900
Q: 佐藤 勝昭 様
お世話になります。
S**社のY**と申します。
私ども、DVD-RAMの記録層の観察を試みているのですが、 なかなかわからないことだらけであり、検索中に佐藤先生の ホームページを拝見させていただきました。
結晶工学も学ばれたということで、こちらの勝手で申し訳ありませんが 失礼を承知で下記の3点をお教えいただきたく、ご連絡いたしました。
第一に、DVD-RAMの記録層はGe：Sn：Te＝2：2：5の割合なのですが、 この割合での格子定数など観測されましたでしょうか。
もし知っておられましたら、教えていただけないでしょうか。
第二に、DVD-RAMの記録層の特性はどのくらい小さくしたらなくなってしまうのか、 また、変化してしまうのでしょうか。
第三に、相変化の様子（結晶⇔アモルファス）は顕微鏡で見てすぐにわかるのもでしょうか。
以上です。
ご多忙中、ご迷惑をおかけいたしますが、 よろしくお願いいたします。
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Date: Mon, 31 Jul 2006 17:16:53 +0900
A: Y様、佐藤勝昭です。
（１）通常DVD-RAMはGe2Sb2Te5を使っていて、結晶化速度を上げるため Snを添加している(たとえばJpn. J. Appl. Phys. Vol. 40 (2001) pp. 5930-5937)ので、Ge2Sn2Te5についてはデータを持ち合わせません。
コンセプトとしては、Snは同じIV属であるGeのサイトを置換するので、 (Ge2-xSnx)Sb2Te5となるのではないかと存じます。
Ge2Sb2Te5の格子定数の温度変化に関しては、 SPring-8のサイト に精密な測定結果が出ています。
また、産総研のＨＰによると、Ge2SbT2e5にはNaCl型のものと変形した型のものが あり、この間の相変化があることを述べています。(Nature Materials 3, 703?708 (2004))
参考にしてください。
（２）DVD-RAMの記録層を「どのくらい小さく」したら特性がなくなる かというご質問ですが、膜厚を薄くしたらという意味でしょうか？
多層DVD-RAMにおいては、奥の層に光が到達し反射光の減衰を最小限に する必要性があるため、浅い層の層厚は極端に薄くなっています。どこ まで薄くして記録できるか、再生できるかは、各社のノウハウ的な部分 でもありますので、御社内で担当部署の方に聞いてください。
（３）相変化の様子（結晶⇔アモルファス）は顕微鏡で見てすぐにわか るかという質問ですが、本来相変化ディスクでは結晶とアモルファスの 光学定数の違いを利用して情報を読み取っているのですから、顕微鏡で 観測できないはずはないのですが、実際にやってみるとコントラストが とれないですね。DVDでは保護層と相変化膜との多層になっており、ト ータルでコントラストが高くなるようになっていますから、裸の膜では 観測がむずかしいのです。また、DVD構造になっていた場合にも、相変 化した部分の大きさは直径0.5μm程度しかありませんから、油浸レンズ などNAの大きな光学系を使って観測しないと分解しないかも知れません。
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Date: Mon, 31 Jul 2006 17:36:27 +0900
AA: 佐藤 勝昭 様
お世話になります。
お手数をおかけしますが、「なんでもＱ＆Ａ」への公開は匿名希望でお願いいたします。
早急な対応、ありがとうございました。
とても参考になりました。
これからもお手数をかけることがあると思いますが そのときはよろしくお願いいたします。
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819. マイクロ波領域の半波長板
Date: Mon, 31 Jul 2006 15:08:57 +0900
Q: 佐藤様
ＨＰを見て、メールさせて頂きました。M**社のS***と申します。
公開されますときは、匿名でＭ社のＳでお願いします。
教えて頂きたいのは、半波長板についてですが光学に関しての説明は多々ありますが マイクロ波に対する半波長板の影響について記述したものが無く、御教授をお願いした次第です。
例えば、吉田 孝 レーダ技術 電子情報学会発行の書籍Ｐ１４２に、以下の記述があります。
誘電体の厚さが波長の半分の場合、入射した電波は殆どが透過する。この性質を利用したのが半波長板レドームである。
（ここからが質問です）
何故、半波長だと殆どが透過するのでしょうか？その原理がわかりません。
また、入射角度にも関係しないのでしょうか？
例えば、入射角３０°の場合、半波長板だと透過減衰や角度の変化もしないのでしょうか？
ちなみに現在２４ＧＨｚを用いた製品を開発しております。
よろしくお願い致します。
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Date: Mon, 31 Jul 2006 18:12:58 +0900
A: S様、佐藤勝昭です。
誘電体はマイクロ波に対し本来透明です。しかし、反射があると透過 率は低下してしまいます。しかし、誘電体の厚みが波長の厚みであれば、 後ろの面で反射した波が前の面で再び反射し後ろの面に来たときに透過 光と反射波が干渉して強め合い透過率が高くなります。この現象が多重 反射で何度も起きるため、入射した電磁波がほとんど透過するのです。 数式で書くと電圧の透過率は
T=texp(iφ)/(1-r^2 exp(i2φ))
ここにφ=2π√ε d/λ（半波長板ではφ=π)、tは前面での振幅透過率 でt, rは前面での振幅反射率でr=1-t=(√ε-1)/(√ε+1)
ここでφ=πを代入すると、T=-t/(1-r^2)=-1/(1+r)=-(√ε+1)/2√ε
よく使われるポリスチレンではε=2なので、振幅透過率は85%というこ とになります。
因みに四分の一波長板ではφ=π/2なのでT=0となります。
斜め入射でも、多重干渉は面に垂直な成分に対してのみ生じますから、 成立するのでしょう。
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Date: Mon, 31 Jul 2006 19:25:50 +0900
AA: 佐藤様
早急な御回答並びに御親切な内容感謝致します。
どうもありがとう御座いました。
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Date: Tue, 01 Aug 2006 18:02:08 +0900
Q2: 佐藤様
M社Sです。 お世話様です。
お手数ですが、下記
T=texp(iφ)/(1-r^2 exp(i2φ))式
の導き方を御教授頂けませんでしょうか。
よろしくお願い致します。
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Date: Tue, 1 Aug 2006 18:31:24 +0900 A2: S様、佐藤勝昭です。 なんでもQ&Aの#108にある多重反射の式を透過光に対して適用したものです。ご自分でやってみては如何でしょう。
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Date: Wed, 02 Aug 2006 08:37:13 +0900
AA2: 佐藤様
Ｍ社Ｓです。
ありがとうございました。お陰さまで疑問が解けました。
これからも、愚問をさせて頂くと思いますが
御教授よろしくお願い致します。
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820. 表面プラズモンの分散式
Date: Mon, 31 Jul 2006 17:22:30 +0900
Q: 佐藤先生
はじめまして。
W**大学４年のS****と申します。
「ホームページ」のほうを拝見させていただき、先生に質問することを決心いたしました。
お忙しいと思いますが宜しくお願いします。
また、掲載のほうは、匿名でお願いします。
早速質問なのですが、
私は表面プラズモン共鳴を用いた研究をしているのですが、光と表面プラズモンの分 散関係について勉強してたところ、
光と表面プラズモンの分散関係が
Ｋ1(ω)＝（ω／ｃ）・√ε1
（光の分散関係、ε1：金属に接する媒質の誘電率）
Ｋ2(ω)＝(ω／ｃ)・√｛ε2ε1／(ε1＋ε2)｝
（表面プラズモンの分散関係、ε1：金属に接する媒質の誘電率ε2：金属の複素誘電 率）
に表されるのですが、
その導出過程がよくわかりません。多くの文献を調べたのですが、省略されている文 献が多く理解が出来ませんでした。
ご説明お願いいたします。
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Date: Mon, 31 Jul 2006 18:44:48 +0900
A: S君、佐藤勝昭です。
4年生の卒業研究ですか？本来、分からないことは指導教員に聞くべきです。
ご質問の式の誘導について簡単に解説しておきますと、
媒体１において、k^2=kx^2+kz1^2=ε1(ω/c)^2 (1)
媒体２において、k^2=kx^2+kz2^2=ε2(ω/c)^2 (2)
界面での電界・磁界の連続性から
kz1/ε1+kz2/ε2=0 (3)
(2)に(3)を適用して
媒体２において、Kx^2=ε2(ω/c)^2-(ε2/ε1)^2kz1^2 (4)
(1)と(4)からkz1を消去すると
(ε1^2-ε2^2)kx^2=ε1ε2(ε1-ε2)(ω/c)^2 (5)
が得られるので、両辺をε1-ε2で割り√をとれば得られます。
kx＝(ω/c)・√｛ε2ε1／(ε1＋ε2)｝
なお、京都大学の山本先生のサイトが参考になります。
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Date: Mon, 31 Jul 2006 19:23:34 +0900
AA: 佐藤先生
Sです。
お早いお返事ありがとうございます。
卒業研究および今後研究していくに当たって式の導出することによって その本質を理解するということが重要だと感じたので この度質問させていただきました。
なお参考のサイトまで紹介頂きありがとうございます。
今後も佐藤先生のホームページを拝見し勉強させていただきます。
どうもありがとうございました。
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821. アルミ鋳造合金のポワソン比
Date: Mon, 31 Jul 2006 20:26:56 +0900
Q: 佐藤勝昭様
ＨＰを見て、メールさせて頂きました。私、(株)M**の技術部K**と申します。
弊社は監視カメラの設計・製造を行なっております。
部内で初めて解析ソフトが納入され難題が多数でてきました。
その一部ですが、お答えいただけると幸いです。
公開されますときは、匿名でＭ社のKでお願いします。
質問は下記以降
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現在、部品やアセンブリの解析を行なうために材料特性資料を収集しているのです が、疑問点があり質問させていただきました。
某協会のデータベースよりアルミニウム合金鋳物
・AC4B
・AC7A
のデータを入手しました。
縦弾性係数とせん断弾性係数がそれぞれ明記されてました。
AC4B…縦弾性係数 76.0kN/mm＾2
せん断弾性係数 25.0kN/mm＾2
AC7A…縦弾性係数 67.6kN/mm＾2
せん断弾性係数 20.6kN/mm＾2
それぞれのデータから公式に則り、ポアソン比を求めました。
G＝E/2（1+γ）
G：せん断弾性係数
E：縦弾性係数（ヤング率）
γ：ポアソン比
それぞれ求めると
AC4Bが0.52
AC7Aが0.64…となりました。
ポアソン比は、固体や金属が約0.3、液体やゴムが約0.5。
色々調査をすると地球上にポアソン比0.5を超えるものは存在しないとまで言ってい る記述もありました。
（ポアソン比0.5で体積不変。0.5を超えると「引っ張ると体積が減る」、 「圧縮すると体積が増える」つまり体積弾性係数が負になってしまう。）
上記を踏まえ、鋳物(AC4B,AC7A）のデータは信憑性がなく、使用できないと考えてお りました。
しかし、一説によるとアルミ合金、銅合金などは弾性体ではないため、ポアソン比の 式を当てはめるのは無理があることや、解析ではアルミ合金のポアソン比は、成分な ど関係無く0.33ぐらいに設定している場合などある。など調べているうちに分かって きました。
現状、解析を行なう場合、材料データがすべてそろうものは皆無に等しいと考えてお ります。材料メーカーに相談したり、回答を求めても必要なデータが存在しない場合やカタロ グや便覧等で確認くださいで終ってしまいます。
現状では、ある程度概略値での解析を行なうしかないのでしょうか？
またその概略値のどの程度までの数値にすればよいのか判断できません。
解析できる範囲の鋳物（AC4B、AC7A）データがあるようなら教えていただきたく考え ております。金属材料便覧や工業書は調べましたが出てきませんでした。
それにこのような解析は設計業務で日常茶飯事に行なわれているものです。
材料物性データが無い材質での解析は行なえません。しかし現状データもありませ ん。
先生は解析での材料特性値不足について、どのようにお考えですか？
また改善するために具体策等はございますでしょうか？
検討違いな質問をしてしまったら申し訳ありません。
長文となりましたが、以上よろしくお願いいたします。
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Date: Tue, 01 Aug 2006 01:10:40 +0900
A: K様、佐藤勝昭です。
私は、金属工学の専門家ではありません。解析ソフトを使ったこともありません。
一般論でしか言えませんが、多くの多結晶体のポワソン比は1/3程度の値をとります。
ポワソン比と弾性係数の関係は、あくまで等方性の均質な弾性体であることの仮定があります。
鋳物の場合、ご指摘のように必ずしもG＝E/2（1+γ）の関係が成立しない可能性があります。
私の手元にはデータがありませんが、米国のデータベースを丁寧に調べれば、ポワソン比も載っているかも知れません。
ちなみにJISのAC4BはANSIのAA 328に、AC7AはAA 514に対応します。
お役に立てず申しわけありません。
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Date: Tue, 1 Aug 2006 11:21:35 +0900
AA: 佐藤様
迅速な対応ありがとうございました。
解析に対し、素人であることで縋る思いで質問させていただきました。
誠意ある回答をいただき、大変満足しております。
米国の方も探してみようかと思います。
ありがとうございました。
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822. ボルタ電池でなぜ電子が移動するのか
Date: Wed, 02 Aug 2006 01:30:11 +0900
Q: 佐藤先生
はじめまして。Ｒ***社に勤務しているT***と申します。
WEBにアップされる場合がありましたら、匿名でR社のTでお願い致します。
LSI設計用のCADソフトの開発や導入をしております。社会人１７年目です。
先生のホームページを見せて頂き、質問メールをさせて頂いた次第です。
長文での質問、大変申し訳ありませんが、アドバイスを頂ければ幸いです。
質問内容は、「ボルタの電池において、なぜ電子は移動するのか？」です。
何年も悩んでいます。ボルタの電池では、亜鉛版から銅版へ電子が移動する ということなのですが何の力が働いて電子は銅版へ移動するのでしょうか？
よくある教科書では、亜鉛がイオン化し、残された電子が銅板に向かって 移動する。その結果、豆電球は光るといった解説がされています。しかし ここで理解できないのは、電子が何の力によって銅板へと移動している のかということです。銅板が正に帯電でもしているのなら、亜鉛板からの電子の 移動も納得です。しかし、銅板が正に帯電しているとは思えません。
私なりに以下のことを考えてみました。
仮説１．電子の移動は拡散によるものである。しかしこれでは電流の伝わる速度 （この表現は正確ではないかもしれませんが・・・）は光速と同じである という事項に対し説明がつきません。
仮説２．亜鉛板に残された電子による電界により、銅板付近の電線の電子が 銅板へ移動する。この現象が徐々に豆電球まで達する。つまり、電子は 亜鉛板から移動しているのではない。ただし、亜鉛板に残された 電子はいつかは銅板に達するかもしれない。いずれにせよ、豆電球を 光らせているのは、亜鉛板から出てきた電子ではない。
いずれの仮説もすっきりしません。
そもそもなぜこんな疑問に出会ったかと申しますと、会社の後輩に 「消費電力とは？」を説明しようとしたことがきっかけです。
電池がエネルギーを消費するとは、具体的にどういうことかを 教えようとしたら、うまく説明できなくなってしまいました。説明 できない原因は、上記の「電子を動かす力」が何かわからないからです。
以上、お忙しいところまことに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: Wed, 2 Aug 2006 12:19:53 +0900
A: Ｔ様、佐藤勝昭です。
電池に限らず、一般の電気伝導について誤解があるようなので、ご説 明させていただきます。電池において電極のイオン化が起きますと、亜 鉛電極が負に帯電します。同時に対抗する銅電極は正に帯電します。こ れに伴って銅板と亜鉛板の間に電位差が生じます。これは瞬時に（光速 で）起きます。（銅板がイオン化しなくても、亜鉛板に電荷が置かれた ときに、ガウスの定理に従う電気力線が発生します。）この電位差に駆 動されて電子は導線の中を移動します。電子の伝わる早さは決して光速 ではなく、導線材料の移動度μ[m^2/Vs]と電界E[V/m]の積である速度v= μEをもって移動します。1つの電子が瞬時に亜鉛から銅に動くのではな く、銅板の近くの導線のなかにある電子が銅板に移り、その穴を埋める ように別の電子が玉突きのように動くのです。
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Date: Wed, 02 Aug 2006 23:51:16 +0900
Q2: 佐藤先生
Tです。
早速の回等ありがとうございます。
レスポンスのあまりの速さに感激しております。
まだ疑問が残っていますので、質問させて頂きます。
> 電池に限らず、一般の電気伝導について誤解があるようなので、ご説
>明させていただきます。電池において電極のイオン化が起きますと、亜
>鉛電極が負に帯電します。同時に対抗する銅電極は正に帯電します。
なぜ、銅電極は正に帯電するのでしょうか？
私のボルタ電池に関する質問は、結局「金属棒の片方の端に電子を外から供給した場合（負に帯電させた場合）に 何が起こるか」という話と同じことになるのでしょうか？
>これに伴って銅板と亜鉛板の間に電位差が生じます。これは瞬時に（光速
>で）起きます。（銅板がイオン化しなくても、亜鉛板に電荷が置かれた
>ときに、ガウスの定理に従う電気力線が発生します。）この電位差に駆
>動されて電子は導線の中を移動します。電子の伝わる早さは決して光速
>ではなく、導線材料の移動度μ[m^2/Vs]と電界E[V/m]の積である速度v=
>μEをもって移動します。
はい、それは理解してます（できているつもりかも知れませんが・・・） 金属中の自由電子ひとつひとつは非常に高速で様々な方向に動いており 原子にぶつかってまた移動といったことを繰り返し、全体としてはどの 方向にも移動していないことになり、電気的な中性を保っていると理解していおります。
金属に電界がかかると、全体からみると電子の移動方向に偏りが でき、電子が一定方向に移動（ドリフト)する。しかしこのドリフトの 速度は非常に低速である、と理解しております。
銅電極がなぜ正に帯電するのかがわかれば、少し前に進めそうな気がしています。
学生時代にしっかり勉強しておくべきだったと反省するしだいです。
以上、貴重な時間を割いて頂くことになり申し訳ありませんが お助け頂ければ幸いです。
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Date: Thu, 03 Aug 2006 01:49:59 +0900
A2: T様、佐藤勝昭です。
「銅電極は正に帯電」と書きましたが、電磁気学の簡単な問題で、「導体の板 から距離dだけ離れたところに負の電荷を置いたとすると、あたかも板の奥の距 離dのところに正の電荷があったかのように電気力線が走る」という話はご存じ であると思います。それと同じであると考えて差し支えないでしょう。
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823. Crのプラズマ周波数
Date: Wed, 02 Aug 2006 22:32:40 +0900
Q: 佐藤勝昭様
***株式会社技術部の**と申します。
公開されます時は、匿名で、Ａ社のＨでお願いいたします。
クロムCr(波長200nm程度)のプラズマ周波数と緩和時間(或いは緩和時間の逆数である衝突係数)について調べて いますが、信用度の高い情報が得られず、メールさせていただきました。
プラズマ周波数と緩和時間の値(実測値)そのものも知りたいのですが、 様々な金属のプラズマ周波数と緩和時間の実測値が200nmから600nm程度の波長領域で記載されている文献、書籍を探しております。
@クロムCr(波長200nm程度)のプラズマ周波数と緩和時間
A様々な金属のプラズマ周波数と緩和時間の実測値が200nmから600nm程度の波長領域で記載されている文献
に関して、お知恵を拝借できればと願っております。
お忙しい中恐縮ですが、何卒ご教示ください。
よろしくお願いいたします。
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Date: Thu, 3 Aug 2006 11:54:19 +0900
A: H様、佐藤勝昭です。
Landolt Boernstein：New series III-15b (Springer)の
４ Optical properties of pure metals and binary alloys
4.1 Introduction for pure metals
4.1.1 General rekarks(p.210)にDrudeの式が出ています。
4.2 Drude parameters of pure metals (p.212以降)に次の金属のデー タが載っています。
Ag, Al, Au, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cs, Cu, Er, Fe, Ga, Gd, Hf, In, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Nb, Ni, Pb, Pd, Pt, Rb, Re, Rh, Sn, Sr, Ta, Te, Ti, Tm, V, W, Yb, Zn, Zr
Drudeの式において、どの測定光子エネルギーの光学定数にフィットす るかで同じ金属なのにずいぶん幅のあるパラメータが載っています。
お尋ねのCrですが、
プラズマ周波数に相当するエネルギーは、幅のあるデータが載っていま す。対応して散乱の緩和時間も幅があります。
h'ωp=3.89eV τ=0.73×10^-14s (E=0.062eVでフィット)
h'ωp=3.89eV τ=0.63×10^-14s (E=0.083eVでフィット)
h'ωp=4.55eV τ=0.45×10^-14s (E=0.124eVでフィット)
h'ωp=5.25eV τ=0.24×10^-14s (E=0.248eVでフィット)
となっています。フィットする波長（光子エネルギー）でパラメータが 異なるのは、短波長になると光学定数にはバンド間遷移による寄与が重 畳するのに無理にDrudeの式を適用したことによると思われます。
200nmや600nmで無理にフィットさせても意味がないと思います。
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Date: Thu, 03 Aug 2006 23:01:40 +0900
Q2: 佐藤勝昭 先生
大変有用なデータを送っていただき有難うございました。
回答に対して３点確認させていただきたいのですが
@200nm程度の波長に対しては、バンド間遷移による寄与が重畳するので Drudeの式を適用するのは、正確ではないということですが バンド間遷移による寄与が重畳の重畳とは、エネルギー準位の縮退といった意味で しょうか？
Aデータを見て、オーダーの議論ならば 200nm程度の波長に対しても Ｄｒｕｄｅ分散で十分と考えたのですが良いでしょうか？
Bh'ωp[eV]のωpに掛かった係数はプランク定数かプランク定数を2πで割ったもの どちらでしょうか？
以上よろしくお願いいたします。
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Date: Thu, 03 Aug 2006 23:57:21 +0900
A2: H様、佐藤勝昭です。
@ なんでもＱ＆Ａ#212、#401に書きましたように、物質の誘電率はDrudeの式と Lorentzの式の足しあわせ（重畳）で表すことができます。エネルギーの縮退という意味ではあ りません。
Aオーダーの議論でもband間遷移の強い光子エネルギー範囲ではDrudeの式では 表せません。
Bh'は（h/2π)の意味です。
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824. DVD-RAM記録層はAFMで観察できるか
Date: Fri, 4 Aug 2006 15:24:35 +0900
Q:佐藤 勝昭 様
お世話になります。
S**社技術開発本部Y***と申します。
お手数をおかけしますが、「なんでもＱ＆Ａ」への公開は匿名希望でお願いいたします。
先日もお尋ねしたDVD-RAMの記録層の観察の件です。
DVD-RAMの記録層はTEM（透過型顕微鏡）での観察記録が
さまざまな文献に記載されておりますが、原子の挙動がわかるNMRやX線では観察不可なのでしょうか？
今までの記録層の観察ではNMRやX線で観察されていた為にアンブレラ構造とわからなかったときいたことがあります。
また、記録層はAFM（原子間力顕微鏡）では観察できるのでしょうか？
AFMは原子間力で測定をするようなのですが、記録層は分極して構造が変化しているのに、原子間力で 観察してしまっては表面の電荷が変化してしまい、構造が変わってしまうと思うのです。
教えていただきたいのでよろしくお願いいたします。
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Date: Fri, 04 Aug 2006 23:21:22 +0900
A: Y様、佐藤勝昭です。
ＮＭＲは膜全体を調べるのには適していますが、微小な記録ピットのＮＭＲの 観測や、ＮＭＲを使った顕微鏡観察は難しいと思います。
Ｘ線についても、通常のＸ線回折では膜全体の情報しか見ることが出来ませ ん。最近では放射光を用いて顕微観測したり、微小部分の回折像を得る方法もあ りますが、どこでも出来ることではありません。
記録層は分極して構造が変化しているという説は、本当に確立しているので しょうか？分極があったとしても電荷が表面に出ているのでしょうか。通常の強 誘電体には自発分極がありますが、空間電荷のために表面に電荷は出ていませ ん。ＡＦＭには影響がないと思います。しかし、ＡＦＭでは凹凸しか見られませ ん。記録された部分はその他の部分に比べフラットだと思いますが・・。
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Date: Mon, 7 Aug 2006 09:23:29 +0900
Q2: 佐藤 勝昭 様
S（株）のYです。
夜分遅くに時間を割いていただいてありがとうございました。
強誘電体の空間電極とは複数集まった段階で電荷が見られるということでしょうか？
表面に電荷が見られないとゆうところがいまいちわからないのですが・・・
申し訳ありません。教えていただけないでしょうか。
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Date: Mon, 7 Aug 2006 12:22:23 +0900
A2: Y様、佐藤勝昭です。
強誘電体、たとえばチタン酸バリウムは、自発分極をもちます。とい うことは、チタン酸バリウム内部には＋−の電荷の対が並んでいて、試 料の両端には＋および−の電荷が現れるはずです。もしそうであれば、 チタン酸バリウムのコンデンサ（チタコン）の両端には何もしないでも 電圧がでていなければなりません。なぜなら電荷総量Q、コンデンサの 容量Cとすると、V=Q/Cだけの電圧がかかっているはずだからです。しか しコンデンサの両端をさわっても平気ですし、ショートしてもバチッと 火花が飛ぶことはありません。分極があっても、表面にはそれに見合う 異符号の空間電荷が付着して、打ち消してしまっているのです。もし、 温度を上げたり、応力を加えたりすると、自発分極の大きさが変わりま すが、空間電荷の蓄積はすぐに応答できないので、一時的に正味の電荷 が現れ、従って電圧がでます。熱によるものが焦電効果であり、応力に よるものが圧電効果です。パチンとハンマーで強誘電体素子を叩き、圧 電効果によって高い電圧を発生させる装置は、昔の瞬間湯沸かし器の点 火機構に使われていました。このように、自発分極をもつからといって 直ちに表面に電荷があるとは結論づけられないのです。
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Date: Mon, 7 Aug 2006 13:19:57 +0900
Q3: 佐藤 勝昭 様
S（株）のYです。
AFMで記録マークを目視しようと考えているわけではなく、AFMは試料表面と探針との原子間力を検出するものなので、 もし、記録層で書かれたものと書かれていないもので分極の違いがあるのならば、当然原子間力に差がでると思うので 「この部分は構造が変わっている」と確認できるかと思っていたのですが・・・
しかし、先生のおっしゃるとおり表面に電荷がなければ変化は見られないということになりますでしょうか？
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Date: Fri, 11 Aug 2006 12:53:47 +0900
A3: Y様、佐藤勝昭です。
プローブと試料の間にはさまざまな相互作用が働きます。
ＭＦＭでは磁気的な相互作用＋ファンデアワールス相互作用（原子間力） とが働くので、２度掃引して、最初の掃引で検出した原子間力をキャン セルして磁気力を取り出します。分極があれば、おっしゃるとおり何ら かの静電的相互作用が働くでしょうから、原子間力をキャンセルできれ ば分極のみの効果を観測できると思います。ただし、ファンデアワール ス相互作用も双極子・双極子相互作用なので広い意味での静電相互作用 ですので、区別がむずかしいでしょうね。
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Date: Fri, 11 Aug 2006 13:52:59 +0900
AA:佐藤 勝昭 様
S（株）のYです。
色々とご意見をいただき、ありがとうございました。
長々とお時間を割いていただき、御礼申し上げます。
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Date: Tue, 22 Aug 2006 07:24:56 +0900
A4: Y様、佐藤勝昭です。
なんでもQ&Aを読んだSIIナノテクノロジーのY様より、下記のメールをいただきましたので、
転載させていただきます。
============================================================================
本日、佐藤先生の物性なんでもQ&Aで勉強させていただいておりましたが、
興味ある話題がありましたので、ご連絡いたします。
824番のDVD-RAM記録層はAFMで観察できるか？
というご質問ですが、私自身、何度か測定を経験しており、当然のことながら、
AFMでは全く観察できませんでしたが、表面電位顕微鏡や電流同時AFMなどではうまくいっており、
実際には企業の方も評価ツールとして使っていただきはじめております。
誘電率顕微鏡（SNDM)では、まだ試しておりませんが、いつか行なってみたいと考えております。
参考まで、ご連絡させていただきました。
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ということですのでSIIにお問い合わせになっては如何でしょうか。
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Date: Tue, 22 Aug 2006 09:16:30 +0900
AA": 佐藤 勝昭 様
S社Yです。
貴重な情報を送っていただきましてありがとうございます。
参考にさせていただきます。
今後またお聞きすることもあろうかと思いますが その際はご指導をよろしくお願いいたします。
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