遷移金属表面での水素原子の量子的振る舞いに関する研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09640601
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 高木 紀明 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (50252416)
• Keywords: 遷移金属表面 / 水素 / 化学吸着 / 電子エネルギー損失分光 / 表面振動 / 局在 / 非局在 / 吸着子間相互作用

Research Abstract

水素原子のドブロイ波長は他の原子に比べ長く、水素の振る舞いには著しい量子効果が期待される。2次元周期ポテンシャルにおける水素原子の運動(振動)を考えてみる。水素原子が各吸着サイト間をトンネルするため、表面平行方向の振動準位がバンド構造を形成すると予想される。ちょうど周期ポテンシャル内におかれた電子がバンド構造を形成するのと同様である。基底状態のバンド幅は非常に狭いと考えられるが、遷移金属表面での水素原子の熱拡散の活性化障壁が0.2〜0.3eVで振動エネルギー(〜0.1eV)と同程度のため、振動励起状態のバンド幅は比較的広いと考えられる。Ni表面でのバンド幅は面方位にもよるが、数〜数10meVであると理論的に予測されている。基底状態の水素原子は一つのサイトに局在しているが励起状態の水素は表面全体に非局在化していることになる。水素の振動スペクトルには、エネルギー幅を持った励起状態を反映して、線幅の広がりなどの特徴が見られるものと予想される。非局在状態から局在状態への遷移は、水素原子間の相互作用が本質的である。今年度は、水素の作る超構造を調べ原子間の相互作用を明らかにすることを目的に、コンピューター制御による、CCDカメラを用いた低速電子回析像の取り込みシステムを立ち上げた。操作性の良いユーザーインターフェースを作った。また、電子エネルギー損失分光の高強度/高分解能化を目的に分光器本体の改良を行った。従来用いていた127度型電子分光器を140度型に変更した。強度の若干の増加が確認されたが、予想していたほどの増加は現在のところ得られていない。Rh(111)表面上での水素の研究と平行して装置の条件整備を進めている。

Research Products

• [Publications] H.Yanagita: "Adsorbed states of H or Ni(111) at 100K:A vibrational study" Physical Review. B56. 14952-14955 (1997)
• [Publications] T.Kubo: "Adsorption and thermal desorption of formic acid on the Si(100)(2×1)-K surface" Journal of Physical Chemistry. 101. 7007-7011 (1997)
• [Publications] T.Kubo: "Inveshigatwin of the sunface electront states of the Si(100)c(4×2)and c(8×8) sufaces." Japan Journal of Applied Physics. 36. L975-L978 (1997)