HREELS-STMによる表面局所構造の電子状態の研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08454072
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 須藤 彰三 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (40171277)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂本 一之 東北大学, 大学院・理学研究科, 助手 (70261542) ; 内田 和喜男 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50005790)
• Keywords: カーボン60 / HREELS / STM / Si(111)7x7 / Si(100)2x1 / 表面電子状態 / 電荷移動

Research Abstract

(a)C_<60>のSi(111)-(7x7)、Si(100)-(2x1)表面での結合状態・反応性・初期吸着過程を統一的に理解するために、高分解能電子エネルギー損失分光法(HREELS)と走査トンネル顕微鏡(STM)との複合測定装置(HREELS-STM)を用い、振動モードの測定およびそれに対応する吸着構造の観察を行った。さらに、孤立したC_<60>分子と吸着したC_<60>分子の振動モードのエネルギー変化から、Si表面からC_<60>への電荷移動量を評価した。
HREELSによる測定の結果、Si(111)-(7x7)表面に0.25原子層吸着した場合、孤立分子で66meVと179meVにある赤外活性なモードが、それぞれ、62meVと172meVにシフトした。一方、Si(100)-(2x1)表面では、ピークエネルギーのシフトは、観測されなかった。この結果は、C_<60>は、Si(111)-(7x7)表面では強い化学結合を形成する。しかし、Si(100)-(2x1)表面では、弱い化学結合または、ファンデン・ワールス力による物理吸着であることを示す。
この結果をSi表面の電子状態の違いとして解析した。つまり、Si(111)-(7x7)表面は金属的であり、C_<60>の最低非占有軌道(LUMO)と(7x7)表面のフェルミ準位が一致し電荷移動を起こす。一方、(2x1)表面は、半導体的であり真空準位が同じになるように吸着する。そこでは、弱い結合しか起こらない。STM観察もこれらの結果を支持する。
(b)上記の系にカリウム原子およびセシウム原子を共吸着し、厚膜で超伝導状態を示す状態と1原子層以下の吸着構造・振動状態・電子状態を比較測定し、バルクと性質と表面上の局所構造の電子状態を比較し協力現象への知見を得るために、申請のイオンポンプ、ターボポンプ、マニュピレータを購入し、超高真空槽を立ち上げた。

Research Products

• [Publications] S. Suto: "Initial Stage of C_<60> Film Growth and Reaction on Si (111) 7x7 and Graphite Surfaces Studied by HREELS-STM" Thin Solid Films. 281/282. 602-605 (1996)
• [Publications] S. Suto: "Local Structure and Chemical Reaction of C_<60> Filmes on Si (111) 7x7 Studied by HREELS-STM" Materials Science and Engineering A. 217/218. 34-37 (1996)
• [Publications] 須藤彰三(共著): "表面の電子励起(表面科学シリーズ8)" 丸善, 244 (1996)