2018 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular orbital imaging of radical species
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18H01932
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
渡邉 昇 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (90312660)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 原子・分子物理 / 電子分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
フリーラジカルは高い化学活性を有し、様々な連鎖的化学反応を担うドライビングフォースとなっている。ラジカルの示す反応性や反応における位置選択性は分子軌道の形状に強く支配されるため、その実験観測によりこれら化学種が関与する反応の駆動原理を明らかにできる。そこで本研究では、電子コンプトン散乱の発展形である電子運動量分光（EMS）に基づく分子軌道の可視化を目指している。この目的に向け、分子の熱解離により生成するラジカルを対象としたEMS実験を実現すべく、独自に製作した高温ノズルを既存の分光装置に組み込んだ。本体に内蔵したハロゲンランプからの輻射により、ノズル内部を通過する試料ガスを加熱する。導入後の試験実験により、1000 K程度までの加熱達成を確認した。
この加熱ノズルを用い、ラジカル実験に先行して、まずは900 Kに加熱したジメチルエーテルの実験を行った。900 Kにおいて本分子は解離しないものの、分子振動が高い割合で励起される。電子運動量分布の温度依存性を調べた結果、メチル基のねじれ振動が励起されたことで生じる電子波動関数の歪みをとらえることに成功した。現在、振動励起により増大した原子核運動が電子運動に与える影響を明らかにすべく、更なる解析を進めている。
なお、ラジカルを対象とした実験においては分子の熱解離により複数の化学種が生じるため、従来の測定法で得られる結果はそれら全ての足し合わせとなってしまう。この問題に対処するため、電子衝撃イオン化で放出される二電子に加え、生成イオンを同時計測することで特定の化学種からの信号を抽出する。本年度は、その基盤となる電子・イオン同時計測技術の確立に向け、酸素分子を対象にイオン同時計測電子エネルギー損失分光実験を行い、結果を論文として報告している。
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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
本年度はラジカル生成に用いる高温ノズルの開発とそのEMS装置への導入を終えた。初期の温度までの試料ガスの加熱に成功するとともに、ジメチルエーテルを対象とした実験により温度上昇が電子運動量分布へ与える影響をとらえるまでに至っており、当初の計画通りに研究を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に導入した高温分子ビーム源を用い、CF3I分子の熱解離で生成するCF3ラジカルの測定を行う。ここで用いる高温ノズルは試料ガスを1000 K程度まで加熱でき、比較的高い割合でCF3IをCF3とIに解離し得る。また、CF3が有する最高被占有軌道（HOMO）のイオン化エネルギーはCF3Iがもつ軌道のイオン化エネルギーよりも小さいため、解離せずに反応場に残留した親分子の影響を受けずにCF3からの信号のみを抽出できる。CF3は半導体加工で広く用いられるプラズマエッチングで重要な役割を果たす化学種であり、その反応性はフロンティア軌道の形状に強く左右される。まずは本化学種のフロンティア軌道に対する運動量空間イメージングを試み、その反応性と分子軌道形状との関係性を調べるとともに、反応場中で励起した非平面屈曲振動に伴う電子波動関数の歪みが分子の性質に与える影響を調査する。
さらに、測定の高精度化と対象とするラジカル種を拡大してゆくため、EMS装置の高感度化に向けた装置開発を行う。この目的のため、研究所付属機械工場の技術職員との連携により、高感度多チャンネル電子分光器の開発に取り組む。
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Research Products
(10 results)
