1999 Fiscal Year Annual Research Report
温室におけるγ-Fe単結晶薄膜作成プロセスと表面化学特性
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11450280
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
和田山 智正 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (20184004)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八田 有尹 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70005502)
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| Keywords | γ-Fe / 分子線エピタキシ / 一酸化炭素 / 高感度反射赤外分光法 / 高速反射電子線回折 / MBE / IRRAS / RHEED |
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| Research Abstract |
Feの常温相は周知のようにbcc構造(α-Fe)であるが、Cu単結晶を基板としFe薄膜を分子線エピタキシ(MBE)法により堆積するとfcc構造を有するγ-Fe薄膜が常温で成長する。そこで本研究では、MBE法によりCu(100)や(111)基板上にfcc-Fe薄膜を堆積し、その表面における一酸化炭素(CO)の吸着・脱離挙動を高感度反射赤外分光法により検討した。
実験は、超高真空チャンバー中でAr^+スパッタ・アニールを繰り返したCu単結晶基板上にFe薄膜をMBE法により堆積した。Feのエピタキシャル成長は高速反射電子線回折(RHEED)図形から確認し、堆積層数(ML)はRHEEDスポット輝度強度の時間変化より推定した。Fe薄膜堆積後表面の清浄度並びにに格子構造をオージェ電子分光法(AES)および低速電子線回折(LEED)測定に基づいて評価した。得られたFe薄膜に対してCOを90Kで暴露し、その温度、並びに基板昇温時の高感度反射赤外スペクトルをフーリエ変換赤外分光器(Mattoson;RS2)を用いて測定した。
結果:
MBE法により堆積層数を変化させたFeエピタキシャル薄膜および多結晶bcc Fe薄膜に対してCOを飽和吸着させた場合の赤外スペクトルに基づき以下のことを推定した。RHEED像から堆積Fe薄膜の構造を検討すると、薄膜構造は1-4MLの範囲でfct、4-10MLでfccあった。それ以上の層数では相変態が起こりbcc構造のみとなった。またRHEED輝度の堆積時間依存性からFe薄膜がマクロスコピックにはlayer-by-layerで成長していることが示唆された。
平滑な薄膜と考えられる6MLfcc Fe薄膜上のCOの赤外バンドは、Cu(100)基板上やbcc Fe薄膜上のものとピーク位置および半値幅ともに異なっており吸着COの波数は下地金属の結晶構造に敏感であることがわかった。さらに基板温度を90Kから上昇させると、bcc-Feに比較してfcc-Feの場合、数十Kほど高い温度でCOが脱離する。すなわち、fcc表面はbcc表面に比較してCOの解離に対する活性が低いといえる。これらは、薄膜の結晶構造の変化がその表面化学特性に大きく影響することを示した結果と考えられる。
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