2015 Fiscal Year Annual Research Report
表面光電子分光による金属内包シリコンクラスター集積薄膜の電子物性評価
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14J06407
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
太田 努 慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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2014-04-25 – 2017-03-31
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| Keywords | ナノクラスター / クラスター集積薄膜 / マグネトロンスパッタリング / X線光電子分光 / 紫外光電子分光 / 表面科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、原子レベルでの機能性物質の創成という観点から、金属内包シリコンクラスターをサイズ選択的に非破壊で表面上へ担持し、その電子物性を追跡することを目的としている。本年度は特に、タンタル金属内包シリコンケージクラスター(Ta@Si16)の化学的物性の解明を行った。Ta@Si16は気相中ではアルカリ金属原子のように正イオンで安定となり、超原子的な性質をもつことが知られている。そこで前年度に開発したクラスター薄膜作製装置を用いてTa@Si16を様々な基板上へ蒸着し、その化学的環境をX線光電子分光(XPS)から評価することで、金属内包シリコンクラスターの化学的および熱的特性の解明を試みた。
電子受容体として機能するC60フラーレンの薄膜をHOPG上に作製し、そこにTa@Si16クラスターを蒸着させたところ、クラスター薄膜におけるXPSスペクトルの形状からはTa@Si16がC60/HOPG基板上でもシリコンケージ型構造を保持していることが分かり、また各XPSピーク位置の変化する挙動からはTa@Si16クラスターがC60に電子を受け渡している様子が明らかになった。この電子授受によって引き起こされる化学的物性の変化を評価するため、Ta@Si16/C60/HOPG薄膜を加熱した際の挙動をXPSおよび紫外光電子分光から観測したところ、Ta@Si16, C60ともに脱離温度が上昇したことから、Ta@Si16とC60が強く結合して基板へ固定化されたことが分かった。以上の結果から、Ta@Si16は全体としてアルカリ金属的な超原子として振る舞うことを明らかにできた。
またこのTa@Si16の他に異なる種類の金属内包シリコンクラスター薄膜を作製し、それぞれの構造に対する一定の知見を得た。今後はさらにこれらを組み合わせたヘテロ錯体に注目していきたい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初は本年度で様々な金属原子を用いた金属内包シリコンクラスター薄膜の精製法確立を予定していたが、実際に3種類の金属に対して金属内包シリコンクラスター膜を作製し、それぞれの構造に対して一定の評価をすることができた。特にタンタルを用いた金属内包シリコンクラスターに対しては、C60フラーレンとの間で電荷移動錯体を形成することを明らかにし、金属内包シリコンクラスターの集積膜形成に関する知見を得た。また、その集積膜に対して化学的操作を加えることでクラスターの物性を解明することに成功し、当初の予定を超える成果が挙げられたといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度では、これまでに得た知見をもとに、異なる金属内包シリコンクラスター同士を組み合わせた機能性薄膜を作製し、その電子状態を評価する。特にアルカリ金属のような性質をもつクラスターと、ハロゲン原子の性質をもつクラスターを組み合わせることでヘテロ錯体を形成できると期待され、クラスター間に生じる電子的な相互作用の評価や、その相互作用がもたらす物性変化に着目していきたい。
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