2015 Fiscal Year Annual Research Report
高速・無電荷ガスクラスタービームの生成とSIMSへの応用
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25410147
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
持地 広造 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40347521)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | クラスターイオン / 衝突 / 解離 / 衝撃応力 / ヤング率 / グラフェン / 分子動力学シミュレーション / 金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の当初の目的は、二次イオン質量分析(SIMS)用の一次ビーム源として高速で無電荷のアルゴン(Ar)クラスタービームを生成することにあった。しかし、本研究開始直後において、Arクラスターイオンを異なる金属に同じ速度で衝突させたにも関わらず、金属の種類によってクラスターイオンの解離特性が異なるという現象を発見した。本課題期間では上記の現象を詳しく解明し、以下の知見を得た。
①1500個のAr原子から構成されるクラスターイオンを同一の運動エネルギー（10eV/atom以下）で５種類の金属（金、銀、銅、白金、タングステン）に衝突させると、２～７原子程度のAr原子から成るクラスターイオンに解離するが、これらの相対強度は衝突する金属の種類によって異なる。この現象について弾性衝突近似により解析した結果、解離度（検出された解離イオン強度の総和に対する２量体イオンの強度比）は、各種金属との衝突時にクラスターが受ける衝撃応力にほぼ比例することが明らかとなった。衝撃応力は金属のヤング率に依存するので、未知材料に関して解離度の測定からヤング率を測定できる可能性が示された。
②銅基板上にグラフェン（１層）を積層させた試料および積層させない試料に上記のクラスターイオンを衝突させた結果、積層させた試料における解離度は積層させない試料の約1/5であった。
③（最終年度の成果）分子動力学シミュレーションによって、銅上グラフェンとArクラスターイオンの衝突現象を解析した結果、衝突時に銅上のグラフェンが変形することによりクラスターの受ける衝撃を緩和していることが示された。これらの結果から、①、②における解離現象が衝突時の力学的応答によるもであること、さらに、クラスターの衝突解離を検出することにより原子１層レベルの力学物性を計測できることが明らかとなった。
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