2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high energy state-selected O2 beam and the method for a high sensitivity measurement
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16H03874
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
倉橋 光紀 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主席研究員 (10354359)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 表面反応 / 量子状態選別分子ビーム / 配向 / スピン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. CO酸化のO2分子配向依存性の観測
開発した状態選別O2分子ビームを用い、Pt(111)表面でのCO酸化反応速度が入射O2分子の配向に依存することを示し誌上発表を行った。本結果は入射O2分子の配向が触媒酸化収率に影響することを示した最初の実験であり、表面へのO2吸着確率が分子配向により異なることを基に説明できる。CO等の吸着分子が存在する表面では吸着子による立体障害があるため、吸着に広いスペースを要するO2分子の吸着確率は清浄表面とは異なる配向依存性を示すと考えられてきた。しかし、CO被覆度によらず、平行分子の方が吸着確率もCO酸化速度も高いことが本研究により明らかとなった。
2. スピン効果の検証
Ni表面へのO2吸着確率がO2分子のスピンとNi薄膜多数スピンが反平行にある時に反応確率が高いことを示したが、その起源は不明であった。その理解を深めるためFe薄膜についてもスピン効果の測定を行い、Niの場合と同様に反平行配置で反応確率が高いことを示した。吸着スピン効果の大きさ、O2運動エネルギー依存性を基に、最表面EF近傍電子状態、強磁性酸化物相の有無がスピン効果を支配することを見いだした。
3. 小型ビーム源のXPS装置への組み込み
低いO2吸着確率の評価には、ビーム照射中の真空度計測に基づく方法(King-Wells法)ではなく、長時間ビーム照射後の表面酸素濃度や化学状態変化を表面敏感計測法で計測する方法論導入が必要である。これを目的として、状態選別ビーム源をXPS装置に組み込む計画を進めている。これを実現するための既存偏極ビーム源の改造、スピン検出器開発等を進めた。
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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
今年度までに開発・評価・調整した多段六極磁子型高エネルギー状態選別ビーム、多段偏向磁石を用いたStern-Gerlach分析器は、運動エネルギー0.1-0.8eV程度の状態選別ビーム実験にルーチンで使用できており、様々な系に適用して着実に成果が出ている。小型ビーム源のXPS装置への組み込みに関しても、必要な改造と部品調達は今年度中に行うことができ、ビーム性能試験に着手できる段階まで達している。
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| Strategy for Future Research Activity |
高エネルギー状態選別ビーム装置はこれまで平坦金属表面への酸素吸着実験に利用してきたが、応用上重要なステップ面、ナノ粒子表面等への適用や、装置の外部利用も進めたいと考えている。配向制御したO2分子による酸化反応のXPS分析はできるだけ早期に実現し、測定高感度化と化学状態分析も可能にする。本実験が実現できれば、他施設への状態選別ビーム源組みこみも視野に入れる。
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