2016 Fiscal Year Research-status Report
赤外放射光利用に最適化したMCT検出器と有機薄膜解析
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15K05142
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
池本 夕佳 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 主幹研究員 (70344398)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 赤外放射光 / 顕微分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題では、赤外放射光利用に最適化した赤外検出器を設計・導入し、有機薄膜試料の微小領域赤外分光測定を行う。赤外放射光は高輝度性に利点があり、微小領域の赤外分光測定に威力を発揮するが、スペクトルのノイズレベル実験室光源(熱輻射光源)に比べると高くなることがある。このため、例えば吸収が小さい有機薄膜試料の測定は困難なことが多かった。しかし、放射光を利用した顕微分光測定において、有機薄膜試料の測定は需要が高い。我々はこれまでの実験により、ノイズの重要な要因として検出器が飽和があげられることを見出している。本申請課題では、スペクトルの S/N 比を 従来の 5~10 倍改善するために、１）波数領域を限定して検出器の飽和を避ける、２）MCT検出器の液体窒素層を減圧し素子温度を液体窒素温度以下に下げて感度を向上させるなどの対策を施す。改善した検出器を利用して、 赤外放射光分光を行い、有機薄膜試料の微小領域における分子構造や、キャリア注入のメカニズムを解明する。これまでの研究実績により、検出器の飽和や感度を上げる対策は施し、スペクトルのS/N比は改善された。また、伝導性を示す有機試料として、フェニル化シリコンナノシートについて測定を行なった。電解質中で紫外線を照射すると電流が流れる試料で、電池材料としての応用が期待されている[1]。 試料を電解質中に配置し、紫外線照射および電圧印可した状態でスペクトル測定できるセルを作成し、実験を行なった。この結果、紫外線照射により強度が変化するピークを見出した。今後、さらに解析を進め、論文発表する。
[1] M. J. S. Spencer, T. Morishita, M. Mikami, I. K. Snook, Y. Sugiyama and H. Nakano, Phys. Chem. Chem. Phys., 2011 13 15418-15422.
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
スペクトルのS/N比を改善されるための検出器に関する対策を実施した。様々な波数領域を限定する光学フィルターを使用して、S/N比が改善することを確かめた。また、MCTを冷却するための液体窒素層を減圧して温度をさげるため、検出器に改造を施した。対策によって液体窒素は減圧によりおよそ60Kまで温度が下がり、これによりスペクトルのS/N比が2倍程度改善することを確かめた。
電池材料としての応用が期待される伝導性を示す有機試料として、フェニル化シリコンナノシートの赤外顕微分光を行った。この物質は、豊田中央研究所の中野氏らによって開発された材料である[1]。電解質中で紫外線を照射することにより高い電導度を示す。電解質中にシリコンナノシート試料を配置し、紫外線照射し、さらに電圧を印可した状態で赤外分光を行うための特殊な溶液セルを作成し、測定を行なった。電解質は溶液であるため、水の吸収が大きい。電解質としての役割を損なわず、なおかつフェニル化シリコンのスペクトルを測定できる条件を実現できる空間的な領域はごく限られており、顕微分光測定が必要である。また、紫外線照射や電圧印可による変化は小さいこと予想される。したがって、BL43IRにおいてS/N比を上げる対策を施した顕微分光を行なった。赤外スペクトルにはフェニル化シリコンに起因する複数の分子振動ピークが観測されるが、実験の結果、紫外線照射、電圧印可により強度が変化するピークがあることが見出された。電気伝導のメカニズムを解明する一助となることが期待される。
[1] M. J. S. Spencer, T. Morishita, M. Mikami, I. K. Snook, Y. Sugiyama and H. Nakano, Phys. Chem. Chem. Phys., 2011 13 15418-15422.
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| Strategy for Future Research Activity |
進捗状況の項目で示した通り、フェニル化シリコンナノシート材料について、電解質中に配置し、紫外線照射及び電圧印可しながら赤外分光を行うセルを作成し、スペクトル測定を行うことができた。また、紫外線照射によって変化するピークも見出した。しかし、スペクトルは干渉縞の影響を除去しきれていない。干渉縞を軽減するための対策を施しさらに詳細な解析を行なって、論文発表する予定である。
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| Causes of Carryover |
赤外スペクトルに干渉縞がのり、スペクトルの解析を困難にしていることが、今年度測定結果判明した。この対策を施す費用を次年度に計上することとした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
干渉縞対策として、特殊溶液セルに使用している窓材を変更するなどの対策を施す。この実施のために予算を使用する計画である。
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[Presentation] 放射光赤外研究会の活動2016
Author(s)
池本夕佳、中野秀之、岡村英一、森脇太郎、木下豊彦
Organizer
SPring-8シンポジウム2016
Place of Presentation
関西学院大学（兵庫県三田市）
Year and Date
2016-08-29 – 2016-08-30
