二次元ダークフリンジ法による球体直径測定原理開発とアボガドロ定数精密決定への応用

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24360037
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 倉本 直樹 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 主任研究員 (60356938)
• 研究分担者: 早稲田 篤 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 主任研究員 (20272172) ; 東 康史 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 主任研究員 (30356365) ; 藤本 弘之 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 主任研究員 (30357917) ; 藤井 賢一 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 首席研究員 (50357901) ; 水島 茂喜 独立行政法人産業技術総合研究所, 計測標準研究部門, 主任研究員 (60358091)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 標準 / 基礎物理定数 / 光周波数制御 / 超精密計測 / アボガドロ定数

研究実績の概要

アボガドロ定数は、マクロな「物質」とミクロな「粒子」の物理量の橋渡しを行う重要な基礎物理定数であり、シリコン単結晶の密度、モル質量、格子定数の測定から求められる。近年、質量の単位であるキログラムの基礎物理定数による再定義のために、アボガドロ定数の高精度測定が強く求められている。アボガドロ定数決定精度の向上においては、密度測定に必要なシリコン単結晶球体体積測定高精度化が支配的な役割を果たす。そこで本研究では次の二つを目的とする。
1.新たな球体直径測定原理（二次元ダークフリンジ法）に基づく、シリコン単結晶球体体積高精度測定用レーザー干渉計開発
2.アボガドロ定数の世界最高精度（2.0×10-8）での決定
これらの目的のために以下の項目を平成26年度に実施した。
1. 28Si単結晶球体体積測定:国際研究協力「アボガドロ国際プロジェクト」で作成した28Si単結晶球体の体積測定を実施した。約1000方位からの直径測定を実施し、体積を2.0×10^-8の精度で決定した。2. 28Si単結晶球体質量測定：28Si単結晶球体の密度を決定するために、球体質量を7.8×10^-9の精度で決定した。3. 28Si単結晶球体表面分析:高精度球体密度測定のために分光エリプソメトリー、X線反射率法などの複数の表面分析技術を用いて28Si単結晶球体表面に存在する物質の化学組成、厚さ、質量などを評価した。4. 28Si単結晶格子定数均一性評価:自己参照型格子コンパレーターにより28Si単結晶の格子定数均一性を9桁の分解能で評価した。5. 28Si単結晶によるアボガドロ定数の決定:28Si単結晶球体の体積測定、質量測定、表面分析の結果より、球体密度を決定した。「アボガドロ国プロジェクト」での研究協力により測定された格子定数およびモル質量の値を利用し、アボガドロ定数を2×10^-8の世界最高精度で決定した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Improved measurement results for the Avogadro constant using a 28Si-enriched crystal (2015)
  • 著者名/発表者名: Yasushi Azuma, Kenichi Fujii, Hiroyuki Fujimoto, Naoki Kuramoto, Shigeki Mizushima, Atsushi Waseda ほか
  • 雑誌名: Metrologia 巻: 52 ページ: 360-375
  • DOI: 10.1088/0026-1394/52/2/360
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Improvements to the Volume Measurement of 28Si Spheres to Determine the Avogadro Constant (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoki Kuramoto, Yasushi Azuma, Hajime Inaba, Feng-Lei Hong, Kenichi Fujii
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT 巻: 64 ページ: 1650-1656
  • DOI: 10.1109/TIM.2015.2401212
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mass Measurement of 1-kg Silicon Spheres for Determination of the Avogadro and Planck Constants (2015)
  • 著者名/発表者名: Shigeki Mizushima, Naoki Kuramoto, Kazunaga Ueda, Kenichi Fujii
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT 巻: 64 ページ: 1527-1532
  • DOI: 10.1109/TIM.2015.2389351
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Surface Layer Analysis of Si Sphere by XRF and XPS (2015)
  • 著者名/発表者名: Lulu Zhang, Yasushi Azuma, Akira Kurokawa, Naoki Kuramoto, Kenichi Fujii
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT 巻: 64 ページ: 1509-1513
  • DOI: 10.1109/TIM.2015.2389352
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Homogeneity Characterization of Lattice Spacing of Silicon Single Crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Waseda, Hiroyuki Fujimoto, Xiao Wei Zhang, Naoki Kuramoto, Kenichi Fujii
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT 巻: 64 ページ: 1692-1695
  • DOI: 10.1109/TIM.2014.2383091
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 基礎物理定数に基づく新しいキログラムとモルの定義 (2015)
  • 著者名/発表者名: 倉本直樹、東康史、藤井賢一
  • 雑誌名: ぶんせき 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
• [雑誌論文] Molar-mass measurement of a 28Si-enriched silicon crystal for determination of the Avogadro constant (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Narukawa, Akiharu Hioki, Naoki Kuramoto, Kenichi Fuji
  • 雑誌名: Metrologia 巻: 51 ページ: 161-168
  • DOI: 10.1088/0026-1394/51/3/161
  • 査読あり
• [雑誌論文] 物質量（mol）についての基礎解説と最新動向 (2014)
  • 著者名/発表者名: 倉本直樹
  • 雑誌名: 計測と制御 巻: 53 ページ: 368-373
• [雑誌論文] キログラムの定義改定に向けた質量標準の開発動向 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤井賢一
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 69 ページ: 604-612
• [雑誌論文] 正確なアボガドロ定数 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤井賢一
  • 雑誌名: 化学と教育 巻: 62 ページ: 368-371
• [雑誌論文] SI単位の定義改定をめぐる最近の動き (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤井賢一
  • 雑誌名: 精密工学会誌 巻: 80 ページ: 625-629
• [雑誌論文] European Metrology Reserach Prgramme: Advances on the Realization of the Kilogram Redefinition (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Arnold, H. Baumann, H. Bettin, F. Bielsa, A. Eichenberger, Naoki Kuramoto, G. Mana, E. Massa, S. Merlet, F. Pereira dos Santos, A. Picard, P. Pinot, F. Piqumal
  • 雑誌名: Digest of Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2014 巻: - ページ: 426-427
  • DOI: 10.1109/CPEM.2014.6898441
  • 査読あり
• [雑誌論文] Volume measurement of 28Si spheres by an improved optical interferometer and ellipsometer to determined the Avogadro constant (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki Kuramoto, Yasushi Azuma, Hajime Inaba, Feng-Lei Hong, Kenichi Fujii
  • 雑誌名: Digest of Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2014 巻: - ページ: 210-211
  • DOI: 10.1109/CPEM.2014.6898333
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface Layer Analysis of Si Sphere by XRF and XPS (2014)
  • 著者名/発表者名: Lulu Zhang, Yasushi Azuma, Akira Kurokawa, Naoki Kuramoto, Kenichi Fujii
  • 雑誌名: Digest of Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2014 巻: - ページ: 208-209
  • DOI: 10.1109/CPEM.2014.6898332
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mass measurement of 1-kg silicon spheres for the precise determination of the Avogadro constant at the NMIJ (2014)
  • 著者名/発表者名: Shigeki Mizushima, Naoki Kuramoto, Kazunaga Ueda, Kenichi Fujii
  • 雑誌名: Digest of Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2014 巻: - ページ: 392-393
  • DOI: 10.1109/CPEM.2014.6898424
  • 査読あり
• [雑誌論文] Homogeneity characterization of lattice spacing of silicon single crystals (2014)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Waseda, Hiroyuki Fujimoto, Xiao Wei Zhang, Naoki Kuramoto, Kenichi Fujii
  • 雑誌名: Digest of Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2014 巻: - ページ: 400-401
  • DOI: 10.1109/CPEM.2014.6898428
  • 査読あり
• [学会発表] アボガドロ定数決定のための単結晶シリコンの結晶評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 早稲田篤、藤本弘之、張小威、倉本直樹
  • 学会等名: 第3回大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所サイエンスフェスタ第32回PFシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場、茨城県
  • 年月日: 2015-03-17 – 2015-03-18
• [学会発表] Realization of the Mass Standard Based on Fundamental Physical Constants (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki Kuramoto
  • 学会等名: 14th Japanese-American Frontier of Science (JAFoS) Symposium
  • 発表場所: ホテルニューオータニ、東京都
  • 年月日: 2014-12-04 – 2014-12-07
  • 招待講演
• [学会発表] European Metrology Research Program: Advances on the Realization of the Kilogram Definition (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Arnold, Azuma Yasushi, Kenichi Fujii, Hiroyuki Hujimoto, Naoki Kuramoto, S. Mizushima, Atsushi Waseda
  • 学会等名: Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2014
  • 発表場所: Windsor Barra Hotel、リオデジャネイロ（ブラジル）
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-29
• [学会発表] Volume measurement of 28Si spheres by an improved optical interferometer and ellipsometer to determine the Avogadro constant (2014)
  • 著者名/発表者名: Naoki Kuramoto, Yasushi Azuma, Hajime Inaba, Feng-Lei Hong, Kenichi Fujii
  • 学会等名: Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2014
  • 発表場所: Windsor Barra Hotel、リオデジャネイロ（ブラジル）
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-29
• [学会発表] Surface Layer Analysis of Si Sphere by XRF and XPS (2014)
  • 著者名/発表者名: Lulu Zhang, Yasushi Azuma, Akira Kurokawa, Naoki Kuramoto, Kenichi Fujii
  • 学会等名: Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2014
  • 発表場所: Windsor Barra Hotel、リオデジャネイロ（ブラジル）
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-29
• [学会発表] Mass measurement of 1-kg silicon spheres for the precise determination of the Avogadro constant at the NMIJ (2014)
  • 著者名/発表者名: Shigeki Mizushima, Naoki Kuramoto, Kazunaga Ueda, Kenichi Fujii
  • 学会等名: Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2014
  • 発表場所: Windsor Barra Hotel、リオデジャネイロ（ブラジル）
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-29
• [学会発表] Homogeneity characterization of lattice spacing of silicon single crystals (2014)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Waseda, Hiroyuki Fujimoto, Xiao Wei Zhang, Naoki Kuramoto, Kenichi Fujii
  • 学会等名: Conference on Precision Electromagnetic Measurements 2014
  • 発表場所: Windsor Barra Hotel、リオデジャネイロ（ブラジル）
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-29