表面水素の分極・荷電状態

• Project Area: Frontier of Materials, Life and Elementary Particle Science Explored by Ultra Slow Muon Microscope
• Project/Area Number: 26108705
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 福谷 克之 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10228900)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2015: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2014: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 表面 / 水素 / 電子状態 / 荷電状態

Outline of Annual Research Achievements

ミュオンは質量が水素の1/9の粒子で，物質中で水素の同位体としてふるまう．本学術領域で開発される超低速ミュオンを利用し，入射ミュオンのエネルギーを変化させることにより，プローブする深さを表面からサブサーフェス領域で制御し，それぞれの深さでの水素の電子状態を解析するのが本研究の目的である．本年度は，これまでに確立したアモルファス氷作製法を利用して，軽水および重水の蒸気を30Kに冷却した基板に蒸着することで，J-Parcのビームラインでアモルファス氷試料を作製した．作製中の試料をカメラで観測し，さらにμSRの非対称度をその場測定した．非対称度が約50%のところで飽和する様子が見られ，十分な厚さの試料が作成できたと判断した．この50%の減衰は試料中でのミュオニウム形成によるものと考えられる．作製したこの試料について，20Gおよび2Gの横磁場μSR，ゼロ磁場μSR測定を行った．20G横磁場では，ミュオンの歳差運動に伴う振動が見られた．一方２Gでの横磁場μSR測定では，重水試料ではミュオニウムの回転に伴う振動が観測されるのに対して，軽水試料では同様の振動は観測されなかった．またゼロ磁場μSRでは，測定初期に急激な指数関数様の信号の減衰が観測された．これらのことから，入射ミュオンの1/2は試料中の電子とのスピン交換により緩和し，さらに反磁性ミュオンは隣接する陽子および重陽子による双極子磁場により緩和しているものと考えられる．さらに，同様の方法で作成した氷試料について，赤外吸収分光による評価を行った．測定条件ではアモルファス氷特有のスペクトルが得られことがわかった．これに対して不純物の水素が混入すると，3量体から6量体の氷クラスターが形成することがわかった．

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Observation of Photoexcitation of Fe-oxide grown on TiO2(100) by visible light irradiation (2016)
  • Author(s): T. Kawauchi, N. Nagatsuka, and K. Fukutani
  • Journal Title: Hyperfine Interactions Volume: 237 Issue: 1 Pages: 1-1
  • DOI: 10.1007/s10751-016-1230-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanism of olefin hydrogenation catalysis driven by palladium-dissolved hydrogen (2016)
  • Author(s): S. Ohno, M. Wilde, K. Fukutani
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 120 Issue: 21 Pages: 11481-11481
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b00987
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Analysis of quadrupole splitting of multiple Fe sites intermixed in Si(111) with Mossbauer spectroscopy (2016)
  • Author(s): T. Kawauchi, X. Zhang, K. Fukutani
  • Journal Title: J. Mag. Mag. Mater. Volume: 419 Pages: 43-43
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2016.06.010
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Effects of hydrogen on the localized electronic states and electronic conductivity of rutile TiO2(110) (2015)
  • Author(s): K. Fukada, M. Matsumoto, K. Takeyasu, S. Ogura, K. Fukutani
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 84 Issue: 6 Pages: 064716-064716
  • DOI: 10.7566/jpsj.84.064716
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Desorption temperature control of palladium-dissolved hydrogen through surface structural manipulation (2015)
  • Author(s): S. Ohno, M. Wilde, and K. Fukutani
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry C Volume: 119 Issue: 21 Pages: 11732-11738
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b02365
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Two charged states of hydrogen on the SrTiO3(001) surface (2014)
  • Author(s): K.Takeyasu, K.Fukada, S.Ogura, M.Matsumoto and K.Fukutani
  • Journal Title: J.Chem.Phys. Volume: 140 Issue: 8 Pages: 84703-84703
  • DOI: 10.1063/1.4866645
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel insight into the hydrogen absorption mechanismat the Pd (110) surface (2014)
  • Author(s): 大野哲, Markus Wilde, 福谷克之
  • Journal Title: The Journal of Chemical Physics Volume: 140(印刷中) Issue: 13 Pages: 134705-134705
  • DOI: 10.1063/1.4869544
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrogen microscope -Adsorption, diffusion and reaction of hydrogen at surfaces as observed by nuclear reaction analysis (2014)
  • Author(s): K. Fukutani
  • Journal Title: J. Fuel Cell Technol. Volume: 14 Pages: 48-55
  • NAID: 40020254452
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 氷中のMuSR及びμSR測定 (2015)
  • Author(s): 河内泰三， 髭本 亘，濱田幸司， 幸田章宏，宮崎正範，小嶋健児，下村浩一郎，三宅康博，福谷克之
  • Organizer: 日本物理学会第７０回年次大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-03-24
• [Presentation] The structure and electronic states of Fe3O4(111) surfaces (2014)
  • Author(s): Kanta Asakawa， Kotaro Takeyasu， Masuaki Matsumoto， Taizo Kawauchi， XiaoWei Zhang， Katsuyuki Fukutani
  • Organizer: The 7th International Symposium on Surface Science
  • Place of Presentation: Matsue
  • Year and Date: 2014-11-03
• [Presentation] Adsorption state of CO on a Pd-Au alloy surface (2014)
  • Author(s): S. Ogura， K. Fukutani
  • Organizer: VASSCAA 7
  • Place of Presentation: Hsinchu
  • Year and Date: 2014-10-07
• [Presentation] SrTiO3(001)表面における水素の吸着状態 (2014)
  • Author(s): 福谷克之
  • Organizer: 超低速ミュオン研究会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2014-09-24
• [Presentation] Fe3O4(111)表面の構造と電子状態 (2014)
  • Author(s): 浅川寛太， 武安光太郎， 松本益明，河内泰三，張小威，福谷克之
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2014-09-07