負性電子親和力を利用した高密度ポジトロニウム生成のためのダイヤモンド表面制御

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K21882
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 田中 真伸 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 教授 (00222117)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上殿 明良 筑波大学, 数理物質系, 教授 (20213374)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: ダイヤモンド

Outline of Annual Research Achievements

本研究はダイヤモンドが持つ負性親和力、高熱伝導率、高耐放射線性能およびダイヤモンドの表面ターミネーション制御と３次元加工技術を使い、それらがポジトロニウムの生成量にどのように寄与しているか及び実現に向けた問題点を明らかにすることが目標である。NEAを持つダイヤモンドの表面にはその温度に対応したエネルギー分散を持つ電子が滞留し、外場のエネルギーに応じて真空中へ放出されるため、ダイヤモンドを低温冷却することで電子のエネルギー分散を小さくすることが可能である。更に協力会社によって開発されたダイヤモンドのマイクロストラクチャ構造を使用することで、形状を制御し表面積を大きくしPsの生成量を上げる。
我々は産業総合技術研究所の研究者と連携し複数の表面ターミネーションを施したダイヤモンドを作り、研究分担者保有の実験装置でポジトロニウム生成量を測定し、予想通りターミネーションによって収集量が大きく増加することを確認できた。さらに今まで得られたデータはサンプルごとのばらつきはあるものの、微細加工前の状態においてポジトロニウム生成標的として使用されているアエロゲル等の生成量と同程度まで生成できることが分かってきた。エネルギー分散の測定及びダイヤモンド加工プロセスに関しては微細加工プロセス工程がCOVID-19の影響で一部止まってしまったが、表面積を増加させる微細加工は行うことができ、結晶欠陥を導入することなく微細加工が可能なことは実証した。一方本研究の中で、ダイヤモンドは他の半導体結晶と異なるポジトロニウムの生成分布を示しており現在この現象を説明できるモデル構築を行っている。本研究の終了後は、引き続き微細加工プロセス技術の大面積化への適応及びポジトロニウムの低エネルギー分散に関する研究を進めていく予定である。