2019 Fiscal Year Research-status Report
Wave Field of Reflection Electron Diffraction for Two Dimensional Crystal
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19K05277
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| Research Institution | Daido University |
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Principal Investigator |
堀尾 吉已 大同大学, 工学部, 教授 (00238792)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中原 仁 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20293649)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 反射高速電子回折 / オージェ電子 / エネルギーフィルター / プラズモン損失 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、反射高速電子回折（RHEED）において入射電子波が結晶表面近傍に形成する入射電子波動場と表面から放出されるオージェ電子強度との相関性を検証することである。特にオージェ電子は、10keVよりも５keV入射電子の方がよりオージェ励起の確率が高いということ、そして非弾性散乱電子によるオージェ励起の割合を低減させる意味で以下の実験を行った。
Si(111)√3×√3-Ag表面を作成し、その表面に対して10keVと5keVの入射電子でSi-LVVとAg-MNNオージェ電子強度の入射視射角依存性すなわちBRAES（Beam Rocking Auger Electron Spectroscopy）プロファイルを[11-2]及び[10-1]方位にて測定した。いずれの結果も表面波共鳴（SWR）条件下にてオージェ強度異常が現れるが、特に5keV入射電子の方がその強度異常はより明瞭に現れることが確認された。また、SiとAgのオージェ強度異常の特徴は[11-2]方位では互いに異なり、[10-1]方位では互いに同様であることがわかった。この結果は定性的な波動場分布から熱的回転振動する非等価三角形（IET）構造モデルを用いて解釈できることがわかり、この結果はe-J. Surf. Sci. Nanotechnol. 18, 139－145 (2020)に論文掲載された。
他に、回折電子のエネルギー損失スペクトルを蛍光スクリーン上の斑点の光強度から計測する新たなシステムを構築した。これは、蛍光スクリーン上の回折斑点を光ファイバーとフォトマル、そしてロックインアンプを用いたエネルギー損失計測システムであり、試験的実験からほぼ問題なく計測可能であることが確認された。また、新たなエネルギーフィルターの製作を行なった。現在、メッシュ整形を残すのみの状態である。
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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Si(111)7x7 表面を約500℃に保った状態でAgを1原子層蒸着することにより得られるSi(111)√3×√3-Ag表面を作成した。この表面はAgの2次元結晶が基板Si(111)表面上に形成されたものであり、Agが熱的回転振動するIET構造モデルであることが提案されている。10keV及び5keVの入射電子を用いたRHEEDロッキング曲線の測定とSi-LVVとAg-MNNオージェ強度のBRAESプロファイルの計測を行なった。その結果、5keV入射電子を用いたオージェ強度異常はより明瞭となることが確認された。注目すべき点は、[11-2]入射方位ではSiとAgのオージェ強度異常の振舞いが異なり、[10-1]方位ではほぼ同様であることが見出された。この特徴は定性的な波動場分布の考察から熱的回転振動するIET構造モデルで解釈可能であることがわかった。
反射回折電子のエネルギー損失スペクトルは、これまで反射回折電子のビーム電流を直接チャンネルトロンで検出したが、任意の回折電子に注目することは困難であった。そこで本研究では新たなエネルギー損失スペクトル計測システムを構築した。これは蛍光スクリーンに現れる回折斑点の光強度を光ファイバーとフォトマルを用いて電気信号に変換し、ロックインアンプを経由して微分強度を得る方法であり、試験的実験から複数の表面プラズモン損失ピークの測定が可能であることを確認した。
また、極高真空まで排気可能な新たなRHEED装置に設置する3枚メッシュ型のエネルギーフィルタを新たに製作した。これは、メッシュの球面整形をより完璧なものとするために新たに設計したものであり、現在は金メッキされたメッシュの球面整形を残すのみの状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
Si(111)√3×√3-Ag表面に形成される波動場をIETモデルを基に動力学的計算から求める予定である。現在、IETモデルの原子座標については数値化しているため、まずは実験ロッキング曲線との比較を行い、構造モデルの妥当性を検討する。その後、動力学的計算から得られる波動場とBRAESプロファイルに現れるSi-LVV及びAg-MNNオージェ強度異常との相関性について比較検討する。このIETモデルには熱的に回転振動することを取り入れるため、プログラム上では構造変位を小刻みに変化させて計算した結果の総和で求める予定である。
2次元結晶であるゲルマネンに対しても同様のBRAES実験を行うため、Ge(111)基板表面上に室温でAg薄膜を蒸着し、熱拡散法により基板から析出するGeでゲルマネンを形成させる予定である。現在その準備として加熱温度に対するこの表面の変化をRHEEDで観察しているが、約650℃以上でAgの3次元島が形成されることを確認した。ゲルマネン形成にはGe(111)基板表面の清浄化と共にステップ密度の低減が必要であるため、化学エッチングに加えスパッタ・アニール法の適用も試行する予定である。同様にSi(111)基板表面上のAg薄膜にも熱拡散法を適用してシリセンの形成も試みたいと考えている。
これら二次元結晶表面に対してロッキング曲線、BRAES測定、表面プラズモンに注目したエネルギー損失スペクトルの測定を行い、回折条件との相関性について検討する。
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| Causes of Carryover |
当該年度において購入予定であった計測器が既存のもので対応できたため残額が生じたが、その残額は次年度の交付予定額と合わせて主に物品費に充てる。その具体的内容は、実験で使用する真空部品、試料、化学薬材、情報メディア、そしてデータ解析ソフト等の消耗品に充てる予定である。
また、次年度の旅費は研究発表、研究打合せのためであり、その他は論文投稿や英文添削に充てる予定である。
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