CTR散乱による表面・界面３Ｄ原子イメージング

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: ３Ｄ活性サイト科学
• 研究課題/領域番号: 26105008
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 若林 裕助 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (40334205)
• 研究分担者: 高橋 敏男 東京学芸大学, 教育学部, 研究員 (20107395) ; 虻川 匡司 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20241581) ; 田尻 寛男 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 研究員 (70360831) ; 白澤 徹郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (80451889)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: 物性実験 / 表面・界面物性 / X線 / 時分割測定 / 有機半導体 / 遷移金属酸化物 / 電池材料

研究実績の概要

二次元に広がった活性サイトに注目し，その構造から機能を解明する「界面構造物性研究」を広い物質群に対し適用し，その学理を確立する。その目的のために，表面あるいは界面の構造を明らかにするために表面X線回折法の一種であるCrystal Truncation Rod (CTR)散乱法を利用する。具体的な研究課題は(1)時分割CTR散乱測定法の開発，(2)CTR散乱原子イメージングによる表面・界面構造物性研究の確立，(3)CTR散乱原子イメージングの普及に向けた自動解析手法の開発を行う，の3つである。これらのステップを通して，従来充分に理解されてこなかった表面近傍の構造と物性の関係を明らかにするのみならず，現時点で特殊な実験法の一つである表面X線回折法を，必要に応じて気軽に利用できる分析手法の一つとして普及させることで広く物性研究に寄与する事を目的とする。
最終年度である30年度は，成果公表に目標を定めて進めた。これまで数年にわたり理論班，試料作製班と共同で有機半導体の表面構造緩和に関する系統的な研究を行い，本課題初年度に見出したテトラセンにおける大きな表面緩和は，類似の構造を持つフェナセン類では生じていないと結論し，論文として報告した。課題3で開発した解析法を用いてペロブスカイト型酸化物超薄膜の系統的な構造研究を実施し，論文としてまとめるに至った。また，初の原子層超伝導体であるインジウム単原子層について，超伝導性を示す相の構造を解明するなど，様々な分野における界面構造起因の物性研究（課題２）を展開した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Structure determination of the Si(111)?7×3 In atomic-layer superconductor (2019)
  • 著者名/発表者名: Shirasawa Tetsuroh、Yoshizawa Shunsuke、Takahashi Toshio、Uchihashi Takashi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 99 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.99.100502
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Middle Energy-bandwidth X-ray Monochromator for High-flux Synchrotron Diffraction: Revisiting Asymmetrically cut Silicon Crystals (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroo Tajiri, Hiroshi Yamazaki, Haruhiko Ohashi, Shunji Goto, Osami Sakata and Tetsuya Ishikawa
  • 雑誌名: J. Synchrotron Rad. 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Kinetics of Iron Passivation Studied by Sub-second Resolution Realtime X-ray Reflectivity Technique (2019)
  • 著者名/発表者名: H.Fujii, Y.Wakabayashi and T.Doi
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-orbital entangled liquid state in the copper oxide Ba3CuSb2O9 (2018)
  • 著者名/発表者名: Man Huiyuan、Halim Mario、Sawa Hiroshi、Hagiwara Masayuki、Wakabayashi Yusuke、Nakatsuji Satoru
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 30 ページ: 443002～443002
  • DOI: 10.1088/1361-648X/aae106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface Structure of Organic Semiconductor [n]Phenacene Single Crystals (2018)
  • 著者名/発表者名: Wakabayashi Yusuke、Nakamura Masanari、Sasaki Kaori、Maeda Takahiro、Kishi Yuutaro、Ishii Hiroyuki、Kobayashi Nobuhiko、Yanagisawa Susumu、Shimo Yuma、Kubozono Yoshihiro
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 140 ページ: 14046～14049
  • DOI: 10.1021/jacs.8b08811
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatial coherence of the insulating phase in quasi-two-dimensional LaNiO3 films (2018)
  • 著者名/発表者名: Anada Masato、Kowa Kazuhiro、Maeda Hiroki、Sakai Enju、Kitamura Miho、Kumigashira Hiroshi、Sakata Osami、Nakanishi-Ohno Yoshinori、Okada Masato、Kimura Tsuyoshi、Wakabayashi Yusuke
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 98 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.98.014105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxygen octahedral distortions in compressively strained SrRuO3 epitaxial thin films (2018)
  • 著者名/発表者名: Kan Daisuke、Anada Masato、Wakabayashi Yusuke、Tajiri Hiroo、Shimakawa Yuichi
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 123 ページ: 235303～235303
  • DOI: 10.1063/1.5036748
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Switching of Self-Assembled Monolayer by External Electric Field (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujii Hiromasa、Sasaki Kaori、Wakabayashi Yusuke、Tajiri Hiroo、Miwa Kazumoto、Ono Shimpei、Nouchi Ryo
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 巻: 16 ページ: 76～78
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2018.76
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A New Pentacene Polymorph Induced by Interaction with a Bi(0001) Substrate (2018)
  • 著者名/発表者名: Shirasawa Tetsuroh、Yanagisawa Susumu、Hatada Shin-nosuke、Voegeli Wolfgang、Morikawa Yoshitada、Takahashi Toshio
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 122 ページ: 6240～6245
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b00892
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomically Well-Ordered Structure at Solid Electrolyte and Electrode Interface Reduces the Interfacial Resistance (2018)
  • 著者名/発表者名: Shiraki Susumu、Shirasawa Tetsuroh、Suzuki Tohru、Kawasoko Hideyuki、Shimizu Ryota、Hitosugi Taro
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 10 ページ: 41732～41737
  • DOI: 10.1021/acsami.8b08926
  • 査読あり
• [雑誌論文] 表面X線回折測定の高速化と固液界面構造のその場追跡 (2018)
  • 著者名/発表者名: 白澤徹郎、Wolfgang Voegeli、荒川悦雄、高橋敏男
  • 雑誌名: 固体物理 巻: 53 ページ: 525-530
  • 査読あり
• [雑誌論文] 電池性能に関わる界面構造の変化を追跡するＸ線回折技術の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 白澤徹郎
  • 雑誌名: クリーンエネルギー 巻: 27 ページ: 19-24
  • 査読あり
• [学会発表] CTR散乱を用いた、表面・界面の構造解析手法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 永井和樹,穴田壮人,中西義典,岡田 真人,若林裕助
  • 学会等名: 第32回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 試料急冷によるSiC(0001)面熱分解法グラフェンの構造変化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 若林裕助, 角達也, 永井和樹, 穴田壮人, 包建峰, 寺澤知潮, 乗松航, 楠美智子
  • 学会等名: 日本物理学会2019年春季大会
• [学会発表] 磁気秩序を示す酸化物へテロ構造LaMnO3/LaNiO3界面の構造解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 穴田壮人, 阪口聖, 永井和樹, 北村未歩, 組頭広志, 若林裕助
  • 学会等名: 日本物理学会2019年春季大会
• [学会発表] イオン液体/金界面における電気二重層の時間発展 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井宏昌, Wolfgang Voegeli, 若林裕助
  • 学会等名: 日本物理学会2019年春季大会
• [学会発表] LaAlO3(001)基板上のLaNiO3超薄膜の金属絶縁体転移に対する構造物性研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 永井和樹, 穴田壮人, 小和一弘, 北村未歩, 坂井延寿, 組頭広志, 若林裕助
  • 学会等名: 日本物理学会2019年春季大会
• [学会発表] ルブレンのフォノン分散関係の測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉見光平, 若林裕助, 中神秀麻A, 木村耕治A, 林好一A, 筒井智嗣B, 糟谷直孝C, 渡邉峻一郎C, 竹谷純一C
  • 学会等名: 日本物理学会2019年春季大会
• [学会発表] 表面X線構造解析ソフトウェアSISReXの現状 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田尻寛男
  • 学会等名: 第32回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] 透過X線回折によるシリコン上のビスマス薄膜成長と界面構造のリアルタイム観察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田尻寛男
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 多重散乱を取り入れた表面X線構造解析ソフトウェアの開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田尻寛男
  • 学会等名: 第74回日本物理学会年会
• [学会発表] Observation of magnetic domains in magnetoelectric hexaferrites (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Ueda, Y. Tanaka, Y. Wakabayashi, and T. Kimura
  • 学会等名: EMN Greece Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 有機材料の表面構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 若林裕助
  • 学会等名: 分子研研究会「有機デバイスを用いた量子状態制御の新展開」
  • 招待講演
• [学会発表] 表面X線回折法による有機半導体の表面計測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 若林裕助
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] マルチフェロイック(Ba,Sr)3Co2Fe24O41における円偏光共鳴回折 (2018)
  • 著者名/発表者名: 上田大貴, 田中良和, 若林裕助, 木村剛
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 塗布型有機半導体単分子層単結晶の構造変化とキャリア伝導 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山村祥史, 藤井宏昌, 小笠原寛人, Dennis Nordlund, 高橋修, 季子祐太郎, 石井宏幸, 小林伸彦, 新津直幸, Balthasar Blulle, 岡本敏宏, 若林裕助, 渡邉峻一郎, 竹谷純一
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 表面X線回折の差分測定による表面微小変位の定量観測法 (2018)
  • 著者名/発表者名: 穴田壮人, 藤井宏昌, 簔原誠人A, Christopher BellB, 疋田育之B, Harold Y. HwangB, 若林裕助
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 急冷により電気特性が変化したSiC(0001)面上成長グラフェンに対する表面X線回折 (2018)
  • 著者名/発表者名: 角達也, 永井和樹, 穴田壮人, 若林裕助, 包建峰A, 寺澤知潮A, 乗松航B, 楠美智子A
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 表面X線回折データに基づく界面構造のベイズ推定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 若林裕助
  • 学会等名: 日本表面真空学会学術講演会 シンポジウム「表面・真空科学研究を加速するマテリアルズインフォマティクスの最前線」
  • 招待講演
• [学会発表] Time evolution of the electric double layer between the ionic liquid and Au electrode (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Wakabayashi, H. Goto, H. Fujii, W. Voegeli, E. Arakawa, and T. Matsushita
  • 学会等名: The 15th International Surface X-ray and Neutron Scattering Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Structural elucidation of two different insulating states of LaNiO$_3$ ultrathin films (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Anada, K. Kowa, H. Maeda, E. Sakai, M. Kitamura, H. Kumigashira, O. Sakata, Y. Nakanishi-Ohno, M. Okada, T. Kimura and Y. Wakabayashi
  • 学会等名: The 15th International Surface X-ray and Neutron Scattering Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Real-time x-ray reflectivity observations of early process of iron passivation (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Fujii, Y. Wakabayashi, H. Tajiri, and T. Doi
  • 学会等名: The 15th International Surface X-ray and Neutron Scattering Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of rapid cooling for thermal decomposition made graphene on SiC (0001) (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Sumi, K. Nagai, M. Anada, Y. Wakabayashi, J. Bao, T. Terasawa, W. Norimatsu and M. Kusunoki
  • 学会等名: The 15th International Surface X-ray and Neutron Scattering Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Structure analysis of perovskite interface using exchange Monte-Carlo method (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Nagai, M. Anada, Y. Nakanishi-Ohno, M. Okada and Y. Wakabayashi
  • 学会等名: The 15th International Surface X-ray and Neutron Scattering Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 表面X 線回折法による遷移?属酸化物の界?電?状態の研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 若林裕助
  • 学会等名: 第12回 物性科学領域横断研究会 (領域合同研究会)
  • 招待講演
• [学会発表] Energy dispersive surface x-ray diffraction for real-time monitoring of interface phenomena (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shirasawa
  • 学会等名: 2nd International Workshop on Phase Interfaces for Highly Efficient Energy Utilization
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Identification of the structure of In/Si(111)-√7×√3 surface (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shirasawa
  • 学会等名: The 3rd Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces & Cross-Strait Symposium on Solid Surfaces?
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 表面X線回折法を用いた界面構造その場追跡? (2018)
  • 著者名/発表者名: 白澤徹郎
  • 学会等名: 2018年電気化学会関東支部セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] X線CTR散乱法による界面の静的および動的構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 白澤徹郎
  • 学会等名: PF研究会「量子ビームと新規合成手法の融合による酸化物の新機能探索」
  • 招待講演
• [学会発表] Capturing interface processes at the atomic scale by high-speed surface X-ray diffraction (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shirawawa, W. Voegeli, E. Arakawa, T. Masuda, T. Takahashi, K. Uosaki, T. Matsushita
  • 学会等名: The 9th Vacuum and Surface Science Conference of Asia and Australia
  • 国際学会
• [学会発表] Real-Time Monitoring of Interface Processes by Wavelength Dispersive X-ray CTR Measurements (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shirawawa, W. Voegeli, E. Arakawa, T. Masuda, T. Takahashi, K. Uosaki, T. Matsushita
  • 学会等名: The 15th International Surface X-ray and Neutron Scattering Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 波長分散型表面X線回折による界面構造その場追跡? (2018)
  • 著者名/発表者名: 白澤徹郎、Wolfgang Voegeli、増田卓也、荒川悦雄、魚崎浩平、高橋敏男、松下正
  • 学会等名: 2018年日本表面真空学会学術講演会?
• [学会発表] Atomic Scale Growth Process of Thin Films as Revealed by Fast Surface X-ray Diffraction (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shirawawa, W. Voegeli, E. Arakawa, T. Takahashi, T. Matsushita
  • 学会等名: AiMES 2018?
  • 国際学会
• [学会発表] X線CTR散乱迅速測定によるBi超薄膜成長過程の原子レベル追跡? (2018)
  • 著者名/発表者名: 白澤徹郎、Wolfgang Voegeli、溜池裕太、荒川悦雄、高橋敏男
  • 学会等名: 2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 波長分散型X線CTR散乱法によるBi超薄膜成長過程の原子レベル構造解析? (2018)
  • 著者名/発表者名: 白澤徹郎、Wolfgang Voegeli、溜池裕太、荒川悦雄、高橋敏男
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] インジウム原子層超伝導体Si(111)-√7×√3-Inの構造決定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 白澤徹郎、吉澤俊介、内橋隆、高橋敏男
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 光変換型ペンタセン前駆体薄膜の温度による変換過程への影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 溜池 祐太、Voegeli Wolfgang、荒川 悦雄、高橋 敏男、白澤 徹郎、山田 容子、鈴木 充朗、松下 正
  • 学会等名: 2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Investigation of the Photoconversion of Pentacene Precursor Thin Films by Time-Resolved X-ray Reflectivity (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuta Tameike, Wolfgang Voegeli, Etsuo Arakawa, Toshio Takahashi, Tetsuroh Shirasawa, Mitsuharu Suzuki, Hiroko Yamada, Tadashi Matsushita
  • 学会等名: The 15th International Surface X-ray and Neutron Scattering Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of the Photoconversion of Pentacene Precursor Thin Films by Time-Resolved X-ray Reflectivity (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Tameike, W. Voegeli, E. Arakawa, T. Takahashi, T. Shirasawa, M. Suzuki, H. Yamada and T. Matsushita
  • 学会等名: 14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of surface structure analysis technique using nano-beam electrons (2018)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Abukawa
  • 学会等名: The 3rd Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces
  • 国際学会
• [学会発表] ナノ電子ビームによる表面構造解析法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐野巨樹、丸田茜、虻川匡司
  • 学会等名: マイクロビームアナリシス第141委員会 第 172 回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Development of surface structure analysis technique using nano-beam electrons (2018)
  • 著者名/発表者名: Taishi Imaizumi, Sohei Nakatsuka, Naoki Sano, Tadashi Abukawa
  • 学会等名: 14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 国際学会
• [学会発表] Band Alignment Determination of Bulk h-BN/Graphene Using PEEM (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Ogawa, T. Yamada, R. Kadowaki, T. Taniguchi, T. Abukawa and Y. Takakuwa
  • 学会等名: 14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 国際学会
• [学会発表] ナノ電子ビームを用いた表面構造分析技術の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 今泉太志、中塚総平、佐野巨樹、虻川匡司
  • 学会等名: 2018年日本表面真空学会学術講演会
• [学会発表] W-RHEED法によるマイクロパターンを施したSi表面の構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中塚聡平、今泉太志、虻川匡司、服部梓、田中秀和
  • 学会等名: 2018年日本表面真空学会学術講演会
• [学会発表] Ni 上の擬似的フリースタンディング単原子層 h-BN (2018)
  • 著者名/発表者名: 鈴木哲、春山雄一、新部正人、徳島高、山口明啓、内海裕一、伊東篤志、門脇良、丸田茜、虻川匡司
  • 学会等名: 2018年日本表面真空学会学術講演会
• [図書] Chapter 3 of "3D Local Structure and Functionality Design of Materials" (2018)
  • 著者名/発表者名: W.Voegeli and Y.Wakabayashi
  • 総ページ数: 220
  • 出版者: World Scientific Publishing
  • ISBN: 978-981-3273-66-5
• [備考] 【1分解説】固体と液体の界面での原子の動きをリアルタイムに観察【産総研公式】
  • URL: https://www.youtube.com/watch?v=n1vuSZX8aLU
• [備考] 全固体電池実現のネックを解明 ～界面抵抗低減の指針を確立し実用化の道拓く～
  • URL: https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2018/pr20181123/pr20181123.html