A method for structure determination of hydrogen on surfaces using electron diffraction

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22134
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: Fukaya Yuki 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (40370465)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: 電子回折 / 表面 / 水素

Outline of Final Research Achievements

In this study, we developed the magnetic lens system for reflection high-energy electron diffraction (RHEED) to determine the atomic positions of hydrogen on a material surface. The system is composed of three kinds of magnetic lens and enables to magnify RHEED patterns by a factor of 20 times. We verified the magnified pattern from a Si(111)-7x7 surface using the magnetic lens system. Thus, it is possible to measure the RHEED intensities at very low grazing incidences, which are sensitive to the atomic displacements of surface hydrogens.

Free Research Field

表面科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在、水素はクリーンなエネルギー媒体として注目されている。実際、燃料電池などの実用化も進んでいる。しかし、水素は検出しにくい元素であるがゆえにまだまだ未知な点が多い。本研究は、水素と物質が反応する最前線である表面水素の原子配置の高精度決定に向けた実験手法開発である。今後、本研究で開発した電子レンズシステムを活用し、表面水素の原子配置の解明が実施される。この基礎的な知見を基に、物質表面における水素の理解が促進することが期待される。