(57)【要約】【課題】自発分極を直接的に検出することができる自発分極検出装置、自発分極検出方法及び自発分極検出プログラムを提供する。【解決手段】自発分極検出装置１は、試料６１に電波（π／２パルス信号及びπパルス信号）を送信する送信部３０と、送信部３０からの電波の送信後に信号（スピンエコー信号）を受信する受信部４０と、受信した信号について周波数解析を行う周波数解析部１０ａと、周波数解析部１０ａによる周波数解析結果に基づき複数のピークが検出された場合には試料６１に自発分極が存在する旨判別し、単数のピークが検出された場合には試料６１に自発分極が存在しない旨判別する自発分極有無判別部１０ｂと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に電波を送信する送信部と、
前記送信部からの前記電波の送信後に信号を受信する受信部と、
受信した前記信号について周波数解析を行う周波数解析部と、
前記周波数解析部による周波数解析結果に基づき複数のピークが検出された場合には前記試料に自発分極が存在する旨判別し、単数のピークが検出された場合には前記試料に自発分極が存在しない旨判別する自発分極有無判別部と、を備える、
自発分極検出装置。
【請求項２】
前記周波数解析結果に基づき前記複数のピークの間の周波数差に応じて前記試料の自発分極量を検出する自発分極量検出部を備える、
請求項１に記載の自発分極検出装置。
【請求項３】
前記複数のピークは、
最大の信号強度を有するメインピークと、
前記メインピークよりも信号強度が弱いサテライトピークと、を備え、
前記自発分極検出装置は、さらに、前記サテライトピークの幅に応じて前記試料における自発分極の空間的な分布を検出する自発分極分布検出部を備える、
請求項１又は２に記載の自発分極検出装置。
【請求項４】
前記複数のピークは、
最大の信号強度を有するメインピークと、
前記メインピークよりも信号強度が弱いサテライトピークと、を備え、
前記自発分極検出装置は、さらに、前記メインピークの積分強度と前記サテライトピークの積分強度に基づき前記試料の全域に占める自発分極が存在しない割合又は自発分極が存在する割合を検出する自発分極割合検出部を備える、
請求項１から３の何れか一項に記載の自発分極検出装置。
【請求項５】
前記自発分極検出装置は、前記試料の周囲に静磁場を生成する静磁場生成部を備え、
前記送信部は、前記電波としてラーモア周波数のπ／２パルスとπパルスを所定の時間間隔で送信し、
前記受信部は、前記信号としてスピンエコー信号を受信し、
前記周波数解析部は、前記ラーモア周波数を変化させつつ、前記スピンエコー信号のピーク強度を検出することにより前記周波数解析を行う、
請求項１から４の何れか一項に記載の自発分極検出装置。
【請求項６】
送信部を通じて試料に電波を送信する送信ステップと、
前記送信部からの前記電波の送信後に受信部を通じて信号を受信する受信ステップと、
受信した前記信号について周波数解析を行う周波数解析ステップと、
前記周波数解析ステップによる周波数解析結果に基づき複数のピークが検出された場合には前記試料に自発分極が存在する旨判別し、単数のピークが検出された場合には前記試料に自発分極が存在しない旨判別する自発分極有無判別ステップと、を備える、
自発分極検出方法。
【請求項７】
コンピュータに、
送信部を通じて試料に電波を送信した後に受信部を通じて受信した信号について周波数解析を行う周波数解析機能と、
前記周波数解析機能による周波数解析結果に基づき複数のピークが検出された場合には前記試料に自発分極が存在する旨判別し、単数のピークが検出された場合には前記試料に自発分極が存在しない旨判別する自発分極有無判別機能と、を実現させるための自発分極検出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自発分極検出装置、自発分極検出方法及び自発分極検出プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、特許文献１に記載されるように、窒化ガリウム等のイオン結合によって構成されたイオン結合物質の内部に自発的に生じる電界である、いわゆる自発分極の存在が知られていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−７９４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、イオン結合物質に自発分極が存在することは、様々な実験から間接的に知られていたが、直接的に検出する手法がこれまでなかった。
【０００５】
本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、自発分極を直接的に検出することができる自発分極検出装置、自発分極検出方法及び自発分極検出プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る自発分極検出装置は、試料に電波を送信する送信部と、前記送信部からの前記電波の送信後に信号を受信する受信部と、受信した前記信号について周波数解析を行う周波数解析部と、前記周波数解析部による周波数解析結果に基づき複数のピークが検出された場合には前記試料に自発分極が存在する旨判別し、単数のピークが検出された場合には前記試料に自発分極が存在しない旨判別する自発分極有無判別部と、を備える。
【０００７】
また、前記自発分極検出装置は、前記周波数解析結果に基づき前記複数のピークの間の周波数差に応じて前記試料の自発分極量を検出する自発分極量検出部を備える、ようにしてもよい。
【０００８】
また、前記複数のピークは、最大の信号強度を有するメインピークと、前記メインピークよりも信号強度が弱いサテライトピークと、を備え、前記自発分極検出装置は、さらに、前記サテライトピークの幅に応じて前記試料における自発分極の空間的な分布を検出する自発分極分布検出部を備える、ようにしてもよい。
【０００９】
また、前記複数のピークは、最大の信号強度を有するメインピークと、前記メインピークよりも信号強度が弱いサテライトピークと、を備え、前記自発分極検出装置は、さらに、前記メインピークの積分強度と前記サテライトピークの積分強度に基づき前記試料の全域に占める自発分極が存在しない割合又は自発分極が存在する割合を検出する自発分極割合検出部を備える、ようにしてもよい。
【００１０】
また、前記自発分極検出装置は、前記試料の周囲に静磁場を生成する静磁場生成部を備え、前記送信部は、前記電波としてラーモア周波数のπ／２パルスとπパルスを所定の時間間隔で送信し、前記受信部は、前記信号としてスピンエコー信号を受信し、前記周波数解析部は、前記ラーモア周波数を変化させつつ、前記スピンエコー信号のピーク強度を検出することにより前記周波数解析を行う、ようにしてもよい。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る自発分極検出方法は、送信部を通じて試料に電波を送信する送信ステップと、前記送信部からの前記電波の送信後に受信部を通じて信号を受信する受信ステップと、受信した前記信号について周波数解析を行う周波数解析ステップと、前記周波数解析ステップによる周波数解析結果に基づき複数のピークが検出された場合には前記試料に自発分極が存在する旨判別し、単数のピークが検出された場合には前記試料に自発分極が存在しない旨判別する自発分極有無判別ステップと、を備える。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係る自発分極検出プログラムは、コンピュータに、送信部を通じて試料に電波を送信した後に受信部を通じて受信した信号について周波数解析を行う周波数解析機能と、前記周波数解析機能による周波数解析結果に基づき複数のピークが検出された場合には前記試料に自発分極が存在する旨判別し、単数のピークが検出された場合には前記試料に自発分極が存在しない旨判別する自発分極有無判別機能と、を実現させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、自発分極検出装置、自発分極検出方法及び自発分極検出プログラムにおいて、自発分極を直接的に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る自発分極検出装置のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る周波数解析処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態に係る自発分極検出処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る周波数解析結果を模式的に示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に係る試料が窒化ガリウム結晶である場合の周波数解析結果を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施形態に係る試料が窒化ガリウム粉末である場合の周波数解析結果を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に係るスピンエコー法における各種信号の送信タイミングを示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る自発分極検出装置、自発分極検出方法及び自発分極検出プログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１に示すように、自発分極検出装置１は、制御部１０と、静磁場生成部２０と、送信部３０と、受信部４０と、ディスプレイ５０と、試料台６０と、を備える。
【００１７】
静磁場生成部２０は、試料台６０に設置される試料６１の周囲に外部磁場として静磁場を生成する。詳しくは、静磁場生成部２０は、静磁場磁石２１と、静磁場電源２２と、を備える。
静磁場電源２２は、制御部１０による制御のもと、静磁場磁石２１に電流を供給することで静磁場磁石２１を励磁する。
静磁場磁石２１は、例えば、永久磁石、電磁石又は超伝導磁石により構成され、励磁されることにより試料６１の周囲に静磁場を生成する。
【００１８】
試料６１は、例えば、イオン結合性が支配的な結晶である。具体的には、試料６１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）若しくは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の窒化物の結晶、又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の酸化物の結晶である。
【００１９】
送信部３０は、ＲＦ（Radio Frequency）パルス信号を電波として試料６１に送信する。詳しくは、送信部３０は、送信コイル３１と、送信回路３２と、を備える。
送信回路３２は、制御部１０による制御のもと、試料６１を構成する原子の種類及び磁場強度で定まるラーモア周波数に対応するＲＦパルス信号を電源からの入力電力に基づき生成し、そのＲＦパルス信号を送信コイル３１に出力する。送信回路３２は、ＲＦパルス信号を生成するための入力電力を調整する電力調整部３２ａを備える。電力調整部３２ａにより入力電力が高く調整されることにより、後述する図５等の周波数解析結果（周波数スペクトル）において広い周波数帯を励起することができる一方、周波数分解能は低下する。送信コイル３１は、送信回路３２からのＲＦパルス信号を電波として送信する。これにより、試料台６０に設置される試料６１の周囲に高周波磁場が発生する。
【００２０】
受信部４０は、電波の送信後に試料６１から発せられる磁気共鳴信号（以下、「ＭＲ信号」と呼ぶ）を受信する。詳しくは、受信部４０は、受信コイル４１と、受信回路４２と、を備える。
受信コイル４１は、例えば、複数のコイルエレメントを有する。受信コイル４１は、高周波磁場の影響によって試料６１から発せられるＭＲ信号を受信する。受信コイル４１は、ＭＲ信号を受信すると、受信したＭＲ信号を受信回路４２へ出力する。
受信回路４２は、受信コイル４１を通じて受信したＭＲ信号をデジタル変換し、そのデジタル変換したＭＲ信号を制御部１０に出力する。
【００２１】
本例では、自発分極検出装置１はスピンエコー法を採用している。スピンエコー法においては、自発分極検出装置１は、図７に示すように、送信部３０を介して励起（π／２）パルス信号Ｓｇ９０°と再収束（πパルス）パルス信号Ｓｇ１８０°を一定時間（エコー時間ＴＥ／２）間隔で送信する。そして、πパルス信号Ｓｇ１８０°の送信後、一定時間（エコー時間ＴＥ／２）を経過したとき、受信部４０を介してＭＲ信号としてのスピンエコー信号Ｓｓｐを受信する。ここで、エコー時間ＴＥは、π／２パルス信号Ｓｇ９０°の送信からスピンエコー信号Ｓｓｐを受信するまでの時間をいう。
また、本例では、自発分極検出装置１は、試料６１に送信される電波（スピンエコー法においてはπ／２パルス信号Ｓｇ９０°及びπパルス信号Ｓｇ１８０°）のラーモア周波数を連続的に変化させながら受信する信号（スピンエコー法においてはスピンエコー信号Ｓｓｐ）の信号強度を検出及び記録することにより周波数スペクトルを生成するPoint-by-point法を採用している。
【００２２】
図１に示すように、ディスプレイ５０は、制御部１０による制御のもと、試料６１の検出された自発分極に関する情報画像を表示する。
【００２３】
制御部１０は、自発分極検出装置１、具体的には、その静磁場電源２２、送信部３０、受信部４０及びディスプレイ５０を制御する。制御部１０は、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）、ＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等の集積回路、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＭＰＵ（Micro  Processing  Unit）等の電子回路、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ等から構成される。
制御部１０は、周波数解析部１０ａと、自発分極有無判別部１０ｂと、自発分極量検出部１０ｃと、自発分極分布検出部１０ｄと、自発分極割合検出部１０ｅと、表示制御部１０ｆと、記憶部１０ｇと、を備える。
【００２４】
記憶部１０ｇは、ＲＯＭ及びＲＡＭからなる。ＲＯＭには、周波数解析処理に係る周波数解析プログラム及び自発分極検出処理に係る自発分極検出プログラム等が記憶される。ＲＡＭは、制御部１０のワークエリアとして機能する。
【００２５】
周波数解析部１０ａは、後述する図２のフローチャートに沿って周波数解析処理を実行することにより、図４等にグラフで示す周波数解析結果（周波数スペクトル）のデータを生成する。自発分極有無判別部１０ｂは、周波数解析結果に基づき試料６１に自発分極が存在するか否かを判別する。自発分極量検出部１０ｃは、周波数解析結果に基づき試料６１の自発分極量、すなわち内部電界の大きさを検出する。自発分極分布検出部１０ｄは、周波数解析結果に基づき試料６１における自発分極の空間的な分布を検出する。自発分極割合検出部１０ｅは、周波数解析結果に基づき試料６１の全域に占める自発分極が存在しない割合を検出する。表示制御部１０ｆは、ディスプレイ５０を介して検出された自発分極に関する情報画像を表示する。
なお、周波数解析部１０ａ、自発分極有無判別部１０ｂ、自発分極量検出部１０ｃ、自発分極分布検出部１０ｄ、自発分極割合検出部１０ｅ及び表示制御部１０ｆの詳細な処理内容については後述する図２及び図３のフローチャートとともに説明する。
【００２６】
次に、図２のフローチャートを参照しつつ周波数解析処理について説明する。例えば、ユーザは、試料台６０に試料６１を設置した後に周波数解析処理を開始する旨のスイッチ操作を行う。周波数解析部１０ａは、このスイッチ操作をトリガとして周波数解析処理を開始する。
【００２７】
まず、周波数解析部１０ａは、静磁場電源２２を介して静磁場磁石２１に電流を供給することで試料６１の周囲に均一な静磁場を生成する（ステップＳ１０１）。
【００２８】
そして、周波数解析部１０ａはラーモア周波数を設定し（ステップＳ１０２）、設定されたラーモア周波数のπ／２パルス信号Ｓｇ９０°とπパルス信号Ｓｇ１８０°をエコー時間ＴＥの半分の時間間隔にて試料６１に送信する（ステップＳ１０３）。
【００２９】
次に、周波数解析部１０ａは、πパルス信号Ｓｇ１８０°の送信からエコー時間ＴＥの半分の時間を経過したときスピンエコー信号Ｓｓｐを受信する（ステップＳ１０４）。そして、そのスピンエコー信号Ｓｓｐのピーク強度を検出し、そのピーク強度を記憶部１０ｇに記憶させる（ステップＳ１０５）。これにより、図４に模式的に示すように、ラーモア周波数とスピンエコー信号の信号強度との関係を示すグラフにおいて黒点で示すようにプロットされる。
【００３０】
周波数解析部１０ａは、ラーモア周波数の変更が全て完了したか否かを判別する（ステップＳ１０６）。ラーモア周波数の変更が全て完了しない旨判別したとき（ステップＳ１０６：ＮＯ）、現在、設定されるラーモア周波数に所望の周波数値を加算することにより新たなラーモア周波数を設定する（ステップＳ１０７）。その後、新たなラーモア周波数にて、上記と同様に、ステップＳ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０５に係る処理が行われる。よって、図４のグラフにおいて、新たなラーモア周波数に対応する信号強度がプロットされる。ステップＳ１０３〜Ｓ１０７の処理が繰り返されることにより、所望のラーモア周波数帯域におけるプロットが行われ、プロット間は例えば直線補間、それが不十分な場合には，スペクトルの形状に適切な手法でフィットされる。
【００３１】
そして、周波数解析部１０ａは、ラーモア周波数の変更が全て完了した旨判別したとき（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、周波数解析処理に係るフローチャートを終了する。以上のように、周波数解析処理により、図４のグラフに示す周波数解析結果がデータとして記憶部１０ｇに記憶される。
【００３２】
次に、図３のフローチャートを参照しつつ自発分極検出処理について説明する。制御部１０は、例えば、上述した周波数解析処理の終了後に、自動で自発分極検出処理を開始する。
【００３３】
まず、自発分極有無判別部１０ｂは、記憶部１０ｇに記憶される図４のグラフに示す周波数解析結果からピークＰの数が複数であるか否かを判別する（ステップＳ２０１）。具体的には、自発分極有無判別部１０ｂは、図４に示すように、信号強度が予め設定される閾値Ｔｈを超えた後、当該閾値Ｔｈを再び下回る波形を一つのピークＰとしてカウントする。
【００３４】
自発分極有無判別部１０ｂは、ピークＰの数が複数でない旨判別したとき（ステップＳ２０１：ＮＯ）、図６に示すように、ピークＰの数が単数であるとして、試料６１に自発分極が存在しない旨判別する（ステップＳ２０２）。この場合、ピークＰはメインピークＰｍのみからなる。そして、表示制御部１０ｆは、試料６１に自発分極が存在しない旨を示す画像をディスプレイ５０に表示し（ステップＳ２０７）、自発分極検出処理に係るフローチャートを終了する。
【００３５】
一方、自発分極有無判別部１０ｂは、ピークＰの数が複数である旨判別したとき（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、試料６１に自発分極が存在する旨判別する（ステップＳ２０３）。一例として、複数のピークＰは、図４に示すように、最大の信号強度を有するメインピークＰｍと、メインピークＰｍよりも信号強度が弱い一対のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２と、を備える。サテライトピークＰｓ１はメインピークＰｍよりも低周波数側に位置し、サテライトピークＰｓ２はメインピークＰｍよりも高周波数側に位置する。
【００３６】
図３のフローチャートに戻って、自発分極量検出部１０ｃは、一対のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２間の第１の周波数差Δｆ１に応じて試料６１に発生する自発分極量を検出する（ステップＳ２０４）。この自発分極量は、試料６１に発生する内部電界の大きさである。具体的には、自発分極量検出部１０ｃは、第１の周波数差Δｆ１が大きいほど試料６１の自発分極量が大きい旨検出する。本例では、第１の周波数差Δｆ１は、図４に示すように、一対のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の中心値Ｃ１，Ｃ２間の差分である。
【００３７】
次に、自発分極分布検出部１０ｄは、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の幅に応じて試料６１に生じる自発分極の空間的な分布を検出する（ステップＳ２０５）。
具体的には、自発分極分布検出部１０ｄは、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の半値幅Ｗ１，Ｗ２が小さいほど試料６１の空間的に自発分極量の差が少なく、試料６１の全域に均一な自発分極が生じている傾向がある。一方、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の半値幅Ｗ１，Ｗ２が大きいほど試料６１の空間的に自発分極量の差が多く、試料６１に自発分極が空間的に広く分布している傾向がある。
例えば、自発分極分布検出部１０ｄは、複数の半値幅Ｗ１，Ｗ２の平均値を算出し、その算出した平均値に基づき自発分極の空間的な分布を検出する。
ここで、半値幅Ｗ１，Ｗ２と自発分極の空間的な分布を関連づけることができる原理について説明する。図４に示すように、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の互いに対向する斜辺Ｌ１，Ｌ２間の差分を第２の周波数差Δｆ２と規定する。半値幅Ｗ１，Ｗ２が大きいほど、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の頂点に近い第２の周波数差Δｆ２と各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の底辺に近い第２の周波数差Δｆ２との差が大きくなる。第２の周波数差Δｆ２は、上記第１の周波数差Δｆ１と同様に、自発分極量を示す値であるため、この場合には、試料６１において自発分極量が大きい箇所と自発分極量が小さい箇所が存在すること、言い換えると、自発分極が空間的に広く分布していることが予想される。よって、半値幅Ｗ１，Ｗ２により自発分極の空間的な分布が検出可能となる。
【００３８】
図３のフローチャートに戻って、自発分極割合検出部１０ｅは、試料６１の全域に占める自発分極が存在しない割合Ａを検出する（ステップＳ２０６）。具体的には、自発分極割合検出部１０ｅは、図４に示すように、メインピークＰｍの面積である積分強度ＳｍとサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の面積である積分強度Ｓ１，Ｓ２に基づき試料６１の全域に占める自発分極が存在しない割合Ａを検出する。例えば、自発分極が存在しない割合Ａは、以下の式により導出される。
Ａ＝Ｓｍ／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓｍ）
【００３９】
最後に、表示制御部１０ｆは、自発分極が存在する旨、自発分極量、自発分極分布及び自発分極が存在しない割合Ａを示す画像をディスプレイ５０に表示し（ステップＳ２０７）、自発分極検出処理に係るフローチャートを終了する。
【００４０】
（実験結果）
本願発明者は、試料６１が窒化ガリウム結晶である場合と試料６１が窒化ガリウム粉末である場合について上述した図２のフローチャートに示す周波数解析処理に関する実験を行った。窒化ガリウムは半導体として利用されることが想定される。試料６１が窒化ガリウム粉末である場合には、その試料６１には自発分極が存在せず、試料６１が窒化ガリウム結晶である場合には、その試料６１には自発分極が存在することを前提に実験が行われた。
【００４１】
図６には、試料６１が窒化ガリウム粉末である場合に上述した図２のフローチャートに示す周波数解析処理が実行されたときの実験結果が周波数スペクトルとして示されている。同図に示すように、サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２は観測されず、メインピークＰｍのみが観測される。メインピークＰｍは、外部から印加される磁場（静磁場）のみによる信号である。当該実験結果について上述した図３のフローチャートに示す自発分極検出処理が実行された場合、自発分極有無判別部１０ｂは、ピークＰの数が単数である旨判別し（ステップＳ２０１：ＮＯ）、試料６１に自発分極が存在しない旨判別する（ステップＳ２０２）。そして、ディスプレイ５０には、試料６１に自発分極が存在しない旨を示す画像が表示される（ステップＳ２０７）。
【００４２】
一方、図５には、試料６１が窒化ガリウム結晶である場合に上述した図２のフローチャートに示す周波数解析処理が実行されたときの実験結果が周波数スペクトルとして示されている。同図に示すように、メインピークＰｍとサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２が観測される。サテライトピークＰｓ１は６１．７ＭＨｚにて観測され、サテライトピークＰｓ２は６４．４ＭＨｚにて観測され、第１の周波数差Δｆ１は２．７ＭＨｚとなる。当該実験結果について上述した図３のフローチャートに示す自発分極検出処理が実行された場合、自発分極有無判別部１０ｂは、ピークＰの数が複数である旨判別し（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、試料６１に自発分極が存在する旨判別する（ステップＳ２０３）。そして、ステップＳ２０４〜Ｓ２０６に係る処理により、自発分極量、自発分極分布、自発分極が存在しない割合Ａが検出され、その検出結果がディスプレイ５０に表示される（ステップＳ２０７）。
以上で、窒化ガリウムに関する実験結果の説明を終了する。
【００４３】
次に、メインピークＰｍとサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２が検出される原理について具体的に説明する。
試料６１の内部の核スピンは、当該の核スピンの位置における磁場の大きさに応じて、電波を吸収する。これが周波数スペクトルのメインピークＰｍを与える。核スピンの中には、磁場以外に電場勾配の大きさに比例して電波を吸収するものが少なからず存在する。この電場勾配により、試料６１を構成する原子の４つのエネルギー準位におけるエネルギーの差が等間隔でなくなるため、周波数スペクトルにおいてメインピークＰｍの両側に偶数本のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２が現れる。隣接するサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２同士の間隔である第１の周波数差Δｆ１が電場勾配の大きさに比例する。試料６１が窒化ガリウム結晶のようなイオン結合性が支配的なイオン結晶である場合、試料６１の構成原子が電界を生じるため、試料６１の内部にナノスケールの電場勾配が形成される。詳しくは、陽イオンであるガリウム（Ｇａ）が結晶の上部最表面に、陰イオンである窒素（Ｎ）が結晶の下部最表面にあるため、イオン結晶の上部から下部に向かって内部電界が生じる。この内部電界が自発分極である。この自発分極によりガリウムの核スピンが感じことができるナノスケールの電場勾配が生成され、これによりメインピークＰｍとサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２が観測される。よって、このサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の第１の周波数差Δｆ１が自発分極を反映している。
一方、窒化ガリウム粉末は、正電荷をもつガリウムと負電荷をもつ窒素のそれぞれの核スピンが空間的にランダム方向を向いているため内部電界が生じない。このため、電場勾配が生成されず、ガリウムの核スピンからの応答は、外部から印加した磁場のみによる信号であるメインピークＰｍが観測される。
【００４４】
（効果）
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【００４５】
（１）自発分極検出装置１は、試料６１に電波（π／２パルス信号Ｓｇ９０°及びπパルス信号Ｓｇ１８０°）を送信する送信部３０と、送信部３０からの電波の送信後に信号（スピンエコー信号Ｓｓｐ）を受信する受信部４０と、受信した信号について周波数解析を行う周波数解析部１０ａと、周波数解析部１０ａによる周波数解析結果に基づき複数のピークＰが検出された場合には試料６１に自発分極が存在する旨判別し、単数のピークＰが検出された場合には試料６１に自発分極が存在しない旨判別する自発分極有無判別部１０ｂと、を備える。
この構成によれば、試料６１に自発分極が存在するか否かを周波数解析結果から直接的に非破壊で検出することができる。
特に、試料６１が半導体材料である場合、半導体材料の自発分極を検出することにより、電気的動作を向上させた半導体材料の開発に資することができる。
【００４６】
（２）自発分極検出装置１は、周波数解析結果に基づき複数のピークＰの間、例えば、一対のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の間の第１の周波数差Δｆ１に応じて試料６１の自発分極量を検出する自発分極量検出部１０ｃを備える。
この構成によれば、試料６１の内部磁界の大きさである自発分極量を検出することができる。
【００４７】
（３）複数のピークＰは、最大の信号強度を有するメインピークＰｍと、メインピークＰｍよりも信号強度が弱いサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２と、を備える。自発分極検出装置１は、さらに、サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の半値幅Ｗ１，Ｗ２に応じて試料６１における自発分極の空間的な分布を検出する自発分極分布検出部１０ｄを備える。
この構成によれば、試料６１における自発分極の空間的な分布を検出することができる。よって、試料６１の自発分極の詳細を知ることができる。
例えば、自発分極分布検出部１０ｄは、半値幅Ｗ１，Ｗ２が小さいほど試料６１の全域に生じている自発分極の均一度が高い旨検出し、半値幅Ｗ１，Ｗ２が大きいほど均一度が低く、試料６１の全域における自発分極の大きさのバラツキが大きい旨検出する。このように、試料６１における自発分極の空間的な分布を検出することができる。
【００４８】
（４）複数のピークＰは、最大の信号強度を有するメインピークＰｍと、メインピークＰｍよりも信号強度が弱いサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２と、を備える。自発分極検出装置１は、さらに、メインピークＰｍの積分強度ＳｍとサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２，Ｐｓ３，Ｐｓ４，Ｐｓ５の積分強度Ｓ３に基づき試料６１の全域に占める自発分極が存在しない割合Ａを検出する自発分極割合検出部１０ｅを備える。
この構成によれば、試料６１の全域に占める自発分極が存在しない割合Ａを検出することができる。よって、試料６１の自発分極の詳細を知ることができる。
【００４９】
（５）自発分極検出装置１は、試料６１の周囲に静磁場を生成する静磁場生成部２０を備える。送信部３０は、電波としてラーモア周波数のπ／２パルス信号Ｓｇ９０°とπパルス信号Ｓｇ１８０°を予め設定される時間（エコー時間ＴＥ／２）間隔で送信し、受信部４０は、信号としてスピンエコー信号Ｓｓｐを受信する。周波数解析部１０ａは、ラーモア周波数を変化させつつ、スピンエコー信号Ｓｓｐのピーク強度を検出することにより周波数解析を行う。
この構成によれば、スピンエコー法により周波数解析が行われるため、より正確な自発分極の検出を実現することができる。
【００５０】
（６）自発分極検出方法は、送信部３０を通じて試料６１に電波（π／２パルス信号Ｓｇ９０°及びπパルス信号Ｓｇ１８０°）を送信する送信ステップと、送信部３０からの電波の送信後に受信部４０を通じて信号（スピンエコー信号Ｓｓｐ）を受信する受信ステップと、受信した信号について周波数解析を行う周波数解析ステップと、周波数解析ステップによる周波数解析結果に基づき複数のピークＰが検出された場合には試料６１に自発分極が存在する旨判別し、単数のピークが検出された場合には試料６１に自発分極が存在しない旨判別する自発分極有無判別ステップと、を備える。なお、送信ステップは図２のステップＳ１０３に相当し、受信ステップはステップＳ１０４に相当し、周波数解析ステップはステップＳ１０５に相当し、自発分極有無判別ステップは図３のステップＳ２０１〜Ｓ２０３に相当する。
この方法によれば、上述したように、試料６１の自発分極を直接的に検出することができる。
【００５１】
（７）自発分極検出プログラムは、コンピュータである制御部１０に、送信部３０を通じて試料６１に電波を送信した後に受信部４０を通じて受信した信号について周波数解析を行う周波数解析機能と、周波数解析機能による周波数解析結果に基づき複数のピークＰが検出された場合には試料６１に自発分極が存在する旨判別し、単数のピークＰが検出された場合には試料６１に自発分極が存在しない旨判別する自発分極有無判別機能と、を実現させる。周波数解析機能は周波数解析部１０ａの処理により実現され、自発分極有無判別機能は自発分極有無判別部１０ｂの処理により実現される。
この自発分極検出プログラムによれば、上述したように、試料６１の自発分極を直接的に検出することができる。
【００５２】
（変形例）
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
【００５３】
上記実施形態における自発分極検出装置１においては、Point-by-point法による周波数スペクトルが採用されていたが、ＦＴ−ＮＭＲ（フーリエ変換  ＮＭＲ、Fourier transform）が採用されてもよい。このＦＴ−ＮＭＲが採用された場合、自発分極検出装置１は、共鳴周波数範囲のあらゆる周波数成分を含む電波を試料６１に送信した後に、自由誘導減衰（ＦＩＤ、free induction decay）信号を受信し、この自由誘導減衰信号をフーリエ変換することで周波数解析結果として周波数スペクトルを生成することができる。
【００５４】
上記実施形態においては、第１の周波数差Δｆ１は、図４に示すように、一対のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の中心値Ｃ１，Ｃ２間の差分であったが、これに限らず、例えば、一対のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２のピーク値間の差分であってもよいし、第２の周波数差Δｆ２と同一であってもよい。
また、自発分極分布検出部１０ｄは、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の傾きに基づき試料６１の自発分極量を検出してもよい。自発分極分布検出部１０ｄは、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の傾きの絶対値が大きい場合、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の幅が小さいとして、試料６１の空間的に自発分極量の差が少ない旨検出し、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の傾きの絶対値が小さい場合、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の幅が大きいとして、試料６１の空間的に自発分極量の差が大きい旨検出してもよい。
【００５５】
上記実施形態においては、自発分極量検出部１０ｃは、一対のサテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２間の第１の周波数差Δｆ１に応じて試料６１の自発分極量を検出していたが、これに限らず、サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の少なくとも何れか一方とメインピークＰｍとの周波数差に応じて試料６１の自発分極量を検出してもよい。
【００５６】
上記実施形態においては、静磁場磁石２１は、超電導磁石もしくは電磁石であったが、これに限らず、永久磁石であってもよい。この場合、自発分極検出装置１は、静磁場電源２２を備えなくてもよい。
【００５７】
試料６１は、上記実施形態に限らず、磁性体等であってもよい。
【００５８】
上記実施形態においては、自発分極割合検出部１０ｅは、周波数解析結果に基づき試料６１の全域に占める自発分極が存在しない割合Ａを検出していたが、試料６１の全域に占める自発分極が存在する割合を検出してもよい。例えば、自発分極が存在する割合Ｂは、以下の式により導出される。
Ｂ＝（Ｓ１＋Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓｍ）
また、自発分極が存在しない割合Ａ及び自発分極が存在する割合Ｂは、計算式により算出されていたが、記憶部１０ｇに記憶される積分強度Ｓ３，Ｓｍと自発分極が存在しない割合Ａ又は自発分極が存在する割合Ｂとが対応づけられたデータテーブルに基づき求められてもよい。
【００５９】
上記実施形態においては、自発分極分布検出部１０ｄは、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の半値幅Ｗ１，Ｗ２に基づき試料６１における自発分極の空間的な分布を検出していたが、幅であれば、半値幅Ｗ１，Ｗ２に限らず、例えば、各サテライトピークＰｓ１，Ｐｓ２の底辺の長さであってもよい。
【００６０】
上記実施形態においては、自発分極検出装置１は、それぞれ独立した送信コイル３１と受信コイル４１を備えていたが、送受信機能を備えた共通のコイルを備えていてもよい。
【００６１】
上記実施形態においては、制御部１０は、図２に示す周波数解析処理の終了後に、自動で、図３に示す自発分極検出処理を開始していたが、周波数解析処理の終了後、ユーザのスイッチ操作をトリガとして自発分極検出処理を開始してもよい。
【００６２】
上記実施形態においては、自発分極検出装置１は、π／２パルス信号Ｓｇ９０°及びπパルス信号Ｓｇ１８０°を連続的に送信するスピンエコー法を採用していたが、これに限らず、例えば、πパルスＳｇ１８０°を省略して、π／２パルスＳｇ９０°を送信後に信号を受信してもよい。
【００６３】
上記実施形態における自発分極量検出部１０ｃ、自発分極分布検出部１０ｄ及び自発分極割合検出部１０ｅのうち少なくとも何れか一つを省略してもよい。また、表示制御部１０ｆ及びディスプレイ５０は、自発分極検出装置１とは別に設けられていてもよい。
【００６４】
本発明の対象は、自発分極検出装置１に限らず、自発分極検出装置１の機能を実現するための自発分極検出プログラムであってもよい。この自発分極検出プログラムは、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc−Read Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されてもよいし、ネットワークを介してコンピュータにダウンロードされてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１  自発分極検出装置
１０  制御部
１０ａ  周波数解析部
１０ｂ  自発分極有無判別部
１０ｃ  自発分極量検出部
１０ｄ  自発分極分布検出部
１０ｅ  自発分極割合検出部
１０ｆ  表示制御部
１０ｇ  記憶部
２０  静磁場生成部
２１  静磁場磁石
２２  静磁場電源
３０  送信部
３１  送信コイル
３２  送信回路
３２ａ  電力調整部
４０  受信部
４１  受信コイル
４２  受信回路
５０  ディスプレイ
６０  試料台
Ｐ  ピーク
Ｐｍ  メインピーク
Ｐｓ１，Ｐｓ２  サテライトピーク
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓｍ  積分強度
Ｗ１，Ｗ２  半値幅
Δｆ１  第１の周波数差
Δｆ２  第２の周波数差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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