2021 Fiscal Year Annual Research Report
Determination of the atomic coordinates of the Si(111)7x7 recibstructed surfaface by total-reflection high-energy positron diffraction
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19K12634
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
兵頭 俊夫 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 協力研究員 (90012484)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 陽電子回折 / TRHEPD / 表面構造 / Si(111)7×7表面 / 再構成表面 / 動力学的回折理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Si(111)7×7再構成表面の構造は極めて複雑で，原子配置は発見から四半世紀後の1980年代に高柳らが提唱した「DASモデル」で決着したが，実験的には未だにすべての原子位置の詳細が決定されていない。2020年には，Demuthらによって新たな原子配置である「DFAモデル」が提唱されている。
本研究課題の目的は，全反射高速陽電子回折（TRHEPD，トレプト）を用いて，Si(111)7×7表面の原子座標を高精度に決定することである。解析には，東大物性研の計算機センターで開発・公開された汎用表面構造解析フレームワーク2DMAT と，2DMAT用に開発された動力学的回折理論による順問題ソルバsim-trhepd-rheedを利用した。
2021年度はまず，2020年度に測定した「一波条件」の00回折スポット・ロッキング曲線を解析した。一波条件は各原子の表面に垂直な位置座標と占有率に敏感である。DASモデル，DFAモデルの文献の原子位置座標と占有率を構造パラメータに対する曲線を計算したところ， 両モデル共に測定曲線とのよい一致が得られた。これは，z座標毎の占有率に関して，両モデルの差がないためである。続いて，面内の原子配列にも敏感な「多波条件」のロッキング曲線の測定も行い，解析を進めた。その結果，実験結果とDASモデルとの間には良い一致が見られたが， DFAモデルとは一致が悪かった。この差は，上から3層目のSi原子配置の違いによる。これによって，Si(111)7×7再構成表面の基本構造として，DASモデルが正しいと結論した。
さらに，方位角の関数として測定した00スポット強度データ（方位角プロット）も測定した。今後ロッキング曲線と方位角プロットに対する構造パラメータの詳細な最適化を進めて，Si(111)7×7再構成表面の3次元原子位置座標の高精度決定を達成する。
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