2021 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of spin and atomic arrangement of surfaces by electron spin-polarized ion scattering
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19K12633
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
鈴木 拓 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主席研究員 (60354354)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | イオン散乱 / 表面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年までの研究で、低速イオン散乱分光法による構造解析において重要なシャドーコーンの形状とスピンとの関係について明らかにした。スピン軌道相互作用（SOC）は非対称性散乱の起源となるため、シャドーコーンの形状はスピン間で異なることも予想されたが、実際にはSOCが大きなHe+イオンとAu標的との衝突においても、シャドーコーンの形状のスピンに対する依存性は観測されなかった。したがって、シャドーコーンを使って最表面の原子位置を特定する際には、シャドーイング効果やフォーカシング効果の臨界角をスピンと関係なく求めることが出来る。この知見に基づき、低速イオン散乱分光の表面分析における適用範囲を拡大するために、大気圧下での最表面分析への展開を目指して、パルスジェット法と低速イオン散乱分光法との組み合わせについても検討を進めている。
昨年は、この手法によって、半導体ガスセンサの大気圧下での動作を模した表面を真空中で再現出来ること、そしてその再現した表面を低速イオン散乱分光で分析可能であることを明らかにした。本年はこの検討をさらに進め、ガスセンサの駆動環境（大気圧、数百℃、ppmの被検ガス濃度）のオペランド分析を酸化亜鉛ガスセンサ表面で行った。半導体式ガスセンサのセンシング機能は最表面での酸化還元反応に基づいて起こる。この反応の効率は、当然最表面の原子配列に依存するので、センサ材料の開発では、この反応を最適化するために、適切な結晶面方位を選定することが極めて重要である。エタノールをセンシング中の酸化亜鉛表面をパルスジェットイオン散乱分光法で観測し、センサ応答がエタノール、またはその解離性生物の吸着確率と負電荷酸素の吸着確率の2要素で決まっていることを明らかにした。そしてこの双方の観点から、c(+)面が他の低指数面（a, m, c(-)面）よりもエタノールのセンシングに有利であることを突き止めた。
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