2015 Fiscal Year Research-status Report
極低温原子間力顕微鏡によるアモルファス氷の表面構造および表面電位の解明
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26400507
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
日高 宏 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (00400010)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
香内 晃 北海道大学, 低温科学研究所, 教授 (60161866)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | アモルファス氷 / 極低温原子間力顕微鏡 / 氷星間塵 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子雲内に存在する氷星間塵（サブミクロンサイズの鉱物微粒子の周りをアモルファス氷で覆った氷微粒子）は，衝突合体することによってサブミクロンサイズからより大きな質量の塵へと変化していく（質量進化）．これは，星・惑星形成の初期段階において重要な過程である．また，この氷星間塵上で生じる化学反応は，分子雲内での分子の複雑化（分子進化）に必要不可欠であることもわかっている．質量進化および分子進化という宇宙物理・化学におけるこれら二つの重要な過程において氷星間塵の主成分であるアモルファス氷の表面構造は重要な役割を果たす．しかし，その構造は結晶のように規則的な構造でないためこれまでよく解っていない．本研究は，極低温原子間力顕微鏡を用いた実空間形状測定により，アモルファス氷表面の構造を明らかにすることを目的に行なっている．
アモルファス氷表面構造観察：蒸着法依存性
前年度は，冷却したSi(111)基板表面に入射角60°でH2O分子線を入射させることにより生成されたアモルファス氷構造の温度（45、105K）と膜厚（3, 20 , 40nm）依存性を明らかにした．本年度は，入射角60°の分子線入射と充満法の二種類の製作法によって作成された氷の構造の違いを明らかにすることを目的として実験を行なった．45Kに冷却したSi(111)基板上に充満法で作成されたアモルファス氷の方が，凹凸が小さく比較的フラットな構造をしていることが観察され，それぞれの氷の典型的な表面粗さを得た．氷へN2分子を蒸着し，その蒸着量から氷の表面積を推定する手法で得られた上記二種類の氷表面積はほぼ等しいという先行研究があるが，表面積が等しいからといって構造が同じであるとは限らない．原子間力顕微鏡による実空間測定により初めて構造の違いが明らかになった．
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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
申請書では，平成27年度には低温化（～20K）を完了しPt(111)表面における氷構造の観察と表面電位測定を行なうことになっていたが，計画を変更して計画段階にはなかった蒸着法依存性を調べるためにSi(111)基板上の実験を継続して行なった．低温化のための改良部品はすでに完成しているが未実装である．現状のセットアップで冷却用部品の設置位置や方法を改良したことで26Kまでの低温化に成功し，26Kでの測定結果が45Kでの構造観察の結果とほとんど変わらないことから，改良品取り付けの優先順位を下げたためである．当初の計画通りには進んでいないないが，計画段階になかった新たなパラメータを変えた測定を行なったことや，Pt(111)を用いた実験の準備はすでに完了しているので，達成度は「おおむね順調に進展している」とした．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度初頭にPICORHEEDの導入および最低到達温度の改良を完了し，Pt(111)基板を使用した実験を20-100Kの温度範囲で行なう．また，Pt(111)基板は，強誘電氷が作成されるとの先行研究があるため，表面電位測定実験も合わせて行い構造と表面電位分布の関係を明らかにする．申請書では，Highly Oriented Pyrolytic Graphite 基板を用いて実験を行なうことになっているが，平坦で無極性基板であり特徴のある氷生成の可能性が低いため，Pt(111)基板の実験を優先して行なう．
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| Causes of Carryover |
次年度への繰越金が発生してしまったが，その金額は89,806円と少額であり，ほぼ計画通りの予算執行を行なっていると考えている．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度に行なうことを予定していた実験の一部を平成28年度に繰り越したため,平成28年度の消耗品費の不足が予想される（最終年度の消耗品の申請額が若干少ない額になっているため）．よって，繰越金は消耗品（カンチレバー，液体ヘリウム）費に充てる事を予定している．
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