新たな表面電子回折法の開発と電子密度分布導出のための基礎構築

• 研究課題/領域番号: 18H01877
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
• 研究機関: 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 深谷 有喜 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)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2018年度: 14,690千円 (直接経費: 11,300千円、間接経費: 3,390千円)
• キーワード: 電子回折 / 表面 / 電子密度分布

研究成果の概要

本研究では、物質表面の原子配置及び電子密度分布を実験的に決定することを目的に、収束ビーム反射高速電子回折（収束ビームRHEED）装置を開発した。電子銃は2段のコンデンサーレンズから構成され、試料及びスクリーン位置での収束角を任意に変化できる。収束角0.5°の電子ビームを用いて、Si(111)-7×7表面からの明瞭な回折ディスクを観測し、表面構造に付随する微細な強度分布を確認した。今後の解析の高度化により、原子配置の詳細だけでなく、物質表面の電子密度分布を実験的に決定することが可能となる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

物質表面は原子分子と反応する最前線であり、ナノ構造を創製する重要な舞台でもある。物質表面やナノ構造の特性を理解するには、その原子配置と電子密度分布の双方の情報が欠かせない。これまで、表面ナノ構造の複雑な原子配置を決定する手法は確立しているものの、それと同時に電子密度分布まで決定するには至っていない。本研究の成果は、表面ナノ構造の特異な構造物性の理解を促進するとともに、それを基にした新たな物質設計にもつながる。

研究成果

• [雑誌論文] Emergence of nearly flat bands through a kagome lattice embedded in an epitaxial two-dimensional Ge layer with a bitriangular structure (2020)
  • 著者名/発表者名: A. Fleurence, C.-C. Lee, R. Friedlein, Y. Fukaya, S. Yoshimoto, K. Mukai, H. Yamane, N. Kosugi, J. Yoshinobu, T. Ozaki, and Y. Yamada-Takamura
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 20
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.201102
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic structure of a (3×3)-ordered silicon layer on Al(111) (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato Yusuke、Fukaya Yuki、Cameau Mathis、Kundu Asish K.、Shiga Daisuke、Yukawa Ryu、Horiba Koji、Chen Chin-Hsuan、Huang Angus、Jeng Horng-Tay、Ozaki Taisuke、Kumigashira Hiroshi、Niibe Masahito、Matsuda Iwao
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 4 号: 6 ページ: 0640051-6
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.4.064005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structure of superconducting Ca-intercalated bilayer Graphene/SiC studied using total-reflection high-energy positron diffraction (2020)
  • 著者名/発表者名: Endo Y.、Fukaya Y.、Mochizuki I.、Takayama A.、Hyodo T.、Hasegawa S.
  • 雑誌名: Carbon 巻: 157 ページ: 857-862
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2019.10.070
  • 査読あり
• [雑誌論文] 全反射高速陽電子回折法（TRHEPD） (2019)
  • 著者名/発表者名: 深谷有喜
  • 雑誌名: 陽電子科学 巻: 13 ページ: 3-10
  • NAID: 40022010003
  • 査読あり
• [学会発表] 回折 (2020)
  • 著者名/発表者名: 深谷有喜
  • 学会等名: 日本表面真空学会 東北・北海道支部 関東支部合同セミナー「特別企画：これまでの表面薄膜分析シリーズを振り返って」
  • 招待講演
• [学会発表] Al(111)基板上のシリコン原子層の電子構造 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤祐輔，深谷有喜，M. Cameau，A.K. Kundu，志賀大亮，湯川龍，堀場弘司，C.H. Chen，A. Huang，H.T. Jeng，M. D'angelo，組頭広志，新部正人，松田巌
  • 学会等名: 日本物理学会第75回年次大会
• [学会発表] Growth mechanism of twisted graphene layers on graphene/silicon carbide template (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Yao, R. Negishi, D. Takajo, Y. Fukaya, M. Takamura, Y. Taniyasu, Y. Kobayashi
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Al(111)基板上のシリセンの電子構造の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤祐輔，深谷有喜，M. Cameau，A.K. Kundu, C.H. Chen，A. Huang，H.T. Jeng，M. D'angelo，新部正人，松田巌
  • 学会等名: 2019年日本表面真空学会学術講演会
• [学会発表] Al(111)基板上のシリセンの電子構造の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤祐輔，深谷有喜，M. Cameau，C.H. Chen，A. Huang，H.T. Jeng，M. D'angelo，新部正人，松田巌
  • 学会等名: 日本物理学会2019年秋季大会
• [学会発表] Present Status of the Slow Positron Facility of Institute of Materials Structure Science, KEK (2019)
  • 著者名/発表者名: I. Mochizuki, K. Wada, Y. Fukaya, T. Shirasawa, Y. Endo, A. Takayama, S. Hasegawa, A. Ichimiya, Y. Nagashima, M. Maekawa, A. Kawasuso, A. Ishida, N. Toge, K. Furukawa, Y. Nagai, T. Hyodo
  • 学会等名: 15th International Workshop on Slow Positron Beam Techniques & Applications (SLOPOS-15)
  • 国際学会
• [学会発表] Recent Studies of Surface Structure Analysis with Total-Reflection High-Energy Positron Diffraction (TRHEPD) at Slow-Positron Facility, KEK (2019)
  • 著者名/発表者名: I. Mochizuki, Y. Fukaya, Y. Endo, A. Takayama, S. Hasegawa, A. Ichimiya, T. Hyodo
  • 学会等名: 15th International Workshop on Slow Positron Beam Techniques & Applications (SLOPOS-15)
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] ポストグラフェン材料の創製と用途開発最前線 (2020)
  • 著者名/発表者名: 深谷有喜（分担執筆）
  • 総ページ数: 448
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [図書] 2020版 薄膜作製応用ハンドブック (2020)
  • 著者名/発表者名: 深谷有喜（分担執筆）
  • 総ページ数: 1570
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [図書] Monatomic Two-Dimensional Layers: Modern Experimental Approaches for Structure, Properties, and Industrial Use (Micro and Nano Technologies) (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Fukaya（分担執筆）
  • 総ページ数: 232
  • 出版者: Elsevier
  • ISBN: 9780128141601