2020 Fiscal Year Research-status Report
モノサイクルテラヘルツ光を用いた表面化学反応の制御
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20K15226
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田中 駿介 東京大学, 物性研究所, 助教 (10822744)
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2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | THz pump-SHG probe / Pt(111) / Cs/Pt |
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| Outline of Annual Research Achievements |
LiNbO3結晶を用いて0-3 THzの領域をカバーするTHz光を発生させ、新しく構築した超高真空チェンバーに照射できる環境を整えた。そこで、R3年度はTHz光が金属表面に照射された影響を第二高調波発生(SHG)を用いてプローブする、いわゆるTHz pump- SHG probeを行った。実験は、Neスパッタと1100Kアニールさらに酸素処理を行うことで清浄化したPt(111)表面とその表面にCs原子やO原子やCO分子を吸着させた表面に対して行った。
Pt清浄表面に対して行ったTHz pump-SHG probeの結果から、THz電場強度が40 kV/cm程度でPt表面から発生するSHG強度は約3％程度変調されることが分かった。さらに、その時間波形をPt表面に入射したTHz電場の時間波形とくらべると明らかな位相ずれが存在することが分かった。現状はこの位相ずれはTHz電場が金属内部に侵入するときに起きていると考えている。
種々の吸着種が化学吸着した表面に対して行った測定結果から、THz pump-SHG probeで観測される情報は主に金属内部の電子応答であることが示唆された。加えて、Cs原子が吸着したPt表面ではPt清浄表面に対してSHG変調の時間発展の符号が反転することが観測された。この結果から、THz pump-SHG probeは表面吸着種の非線形感受率を調べる手法になりうることを示せた。
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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
R3年度は当初の計画通りTHz pump-SHG probeを超高真空環境下に置かれたPt表面に対して行うことができた。この測定から金属表面の電子がTHz電場によってどのようなふるまいを示すのかという基礎的な知見を得ることができた。これはR4年度の表面反応制御につながる重要な情報といえる。
ただし、R3年度は表面吸着種の運動制御を目的として、Cs/Pt表面の測定を行ったが、Cs-Pt振動モードのTHz電場による励起に関しての情報はSHG probeからは抜き出すことは難しいことが分かった。
上記のように、R3年度は当初想定した実験結果と異なる測定結果が得られたが、計画通り実験を行うことができ、金属表面の電子ダイナミクスについて新たな知見が得られたためおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
R４年度は当初の計画通り、高強度THz光により表面化学反応が誘起できるか実験的に調べる。そのための光源開発と化学反応が誘起されたことを検出するプローブ手法についても準備が整っているため、今年度は主にこの点に集中して研究を進める。
さらに、R3年度の実験では観測できなかったCs-Pt振動のTHz電場による制御は、励起光源であるTHz電場の強度やエネルギー領域を変えることで解決できると期待しており、その実験についてもR4年度に行う予定である。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた主な理由は新型コロナウィルス蔓延防止のため学会がオンラインで開催されたため、参加に必要な予算が必要なくなったためである。また、逆にR4年度に現地開催での学会が行われるようになった場合は、学会参加に予算が必要となるためR3年度の予算の一部をR4年度に計上することにした。
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