表面水素の分極・荷電状態

• Project Area: Frontier of Materials, Life and Elementary Particle Science Explored by Ultra Slow Muon Microscope
• Project/Area Number: 24108503
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 福谷 克之 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10228900)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2013: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2012: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 表面 / 水素 / 電子状態 / 表面・界面 / 金属 / 金属酸化物 / 氷

Outline of Annual Research Achievements

ミュオンは質量が水素の1/9の粒子で，物質中で水素の同位体として振る舞う．本学術領域で開発される超低速ミュオンを利用し，入射ミュオンのエネルギーを変化させることにより，プローブする深さを表面からサブサーフェイス領域で制御し，それぞれの深さでの水素の電子状態を解析するのが本研究の目的である．本年度は，表面積の大きな多孔性アモルファス氷の作製とそのμSR実験を行った．またSrTiO3表面の水素吸着状態を調べた．さらに，前年度に作製したキャピラリー評価用装置を用いて，プロトンビームの収束特性を調べた．
J-Parcにおいてアモルファス氷試料を作製するための可動式水ドーザーを作製し，これを用いて基盤温度30-60Kでアモルファス氷を作製した．試料の厚さは20mm程度であった．この試料について横磁場２Gおよび３GでμSR測定をおこなった．μ+による回転信号に早い振動信号が重畳していることを見いだした．振動周期とその磁場依存性を解析し，アモルファス氷中にMuが形成され，1μs以下で消滅していると考察した．超低速μSRの実験を想定し，SrTiO3について表面への水素吸着による電子状態変化を光電子分光により調べた．酸素欠損のない表面では原子状水素が吸着し，バンドギャップ中に準位を形成することを見いだした．仕事関数の変化も考慮し，水素が正に帯電していると考察した．また，高速ミュオンビームの輝度向上のために，ガラスキャピラリーでのプロトンビーム収束特性を調べた．前年度に作製したマルチキャピラリー評価装置を利用し，入口系2mm，種々の出口径を持つキャピラリーに100-500keVプロトンビームを入射し，透過率を測定した．時間的には揺らぐものの，高い透過率が得られキャピラリーに収束能があることを見いだした．

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Control of the surface electronic structure 01 SrTi03 (001) by aodulation of the density of oxygen vacancies (2013)
  • Author(s): K. Takeyasu, K. Fukada, M. Mat sumo to and K. Fukutani
  • Journal Title: J. Phys.:Conoens. Mater (Fast track communication) Volume: 25 Issue: 16 Pages: 162202-162202
  • DOI: 10.1088/0953-8984/25/16/162202
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Near-surface accumulation of hydrogen and CO blocking effects on a Pd-Au alloy (2013)
  • Author(s): S. Ogura, M. Okada, K. Fukutani
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 117 Issue: 18 Pages: 9366-9366
  • DOI: 10.1021/jp402317h
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] PdおよびAuPd表面における炭化水素の水素化と同位体交換 (2014)
  • Author(s): 福谷克之
  • Organizer: 表面科学会「表面化学の新展開」
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2014-02-28
  • Invited
• [Presentation] SrTiO3(001)表面におけるH-の安定構造 (2013)
  • Author(s): 武安光太郎，深田啓介，小倉正平，松本益明，福谷克之
  • Organizer: 2013年日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 2013-09-27
• [Presentation] Pd₇₀Au₃₀(110)表面の電子状態 (2013)
  • Author(s): 小倉正平，岡田美智雄，I. Pletikosic，P. Pervan，M. Milun，福谷克之
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 2013-09-26
• [Presentation] Hydrogen on amorphous solid water (2013)
  • Author(s): K. Fukutani， T. Kawauchi， S. Ogura， T. Sugimoto， K. Shimomura， A. Koda， K. Kojima， Y. Miyake
  • Organizer: International Symposium on Science Explored by Ultra Slow Muon
  • Place of Presentation: Matsue
  • Year and Date: 2013-08-09
• [Presentation] Electronic structure of Fe3O4(111) surface (2013)
  • Author(s): K. Asakawa， Kotaro Takeyasu， Masuaki Matsumoto， Taizo Kawauchi， Katsuyuki Fukutani
  • Organizer: International Symposium on Science Explored by Ultra Slow Muon
  • Place of Presentation: Matsue
  • Year and Date: 2013-08-09