薄膜系におけるインプランテーションによる化学反応促進機構の検証

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03453045
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 吉原 賢二 東北大学, 理学部, 教授 (90004423)
• キーワード: インプランテーション反応 / ホットアトム反応 / βジケトン錯体 / メタロセン / 衝突カスケード模型 / 置換反応収率 / エネルギー依存性 / 高圧高温パルス

研究概要

インプランテーションによる化学反応を系統的に研究し、従来イオンインプランテーションがホットアトム化学反応のシミュレーションとして有意義であるという常識をくつがえす新規な結果が得られ、それを確認することができた。また核反応反跳インプランテーションはイオン・インプランテーションよりも照射線量が少なく、局部的なダメージが軽微であるため、詳しい反応機構を研究するには核反応反跳インプランテーションによる方が有利であることも明らかにした。
本研究ではβジケトン金属錯体におけるインプランテーション反応の反応機構を中心としてつぎのような成果が得られた。
1)インプランテーションの化学反応は低エネルギー側ではホットアトムの反応と類似しているが、高エネルギー側ではホットアトムの反応とは非常に異なる反応様式を示す。すなわちインプランテーション反応ーとくに置換反応収率はエネルギーの増加とともに、2段階的に増加する。
2)高エネルギー側のインプランテーション反応機構は「衝突カスケード模型」によって説明され、収率はエネルギーに対して変曲点のある曲線となる。この曲線は核阻止能、反応効率、距離減衰項等を考慮して積分することによって定式化され、理論値が実験値をよく説明することがわかった。
3)衝突カスケードによる高圧・高温パルスがインプラント原子に作用するという仮説の妥当性を験証し、それが衝撃波作用と似た様相を示していることを記述できた。
なおβジケトン錯体以外ではメタロセンについて研究し、反応促進が認められること、促進の程度は軽微であること、それが分子の構造効果として説明されることを論じた。

研究成果

• [文献書誌] 吉原 賢二: "Highly enhanced chemical reactivity by solid surーface impact in some metal acetylacatonates" Shock Waves (Proc.18th International symposium on Shock Waves). 2. 753-758 (1992)
• [文献書誌] 新海 裕美子: "Reactions of Racoilーimplanted tritium with stilbene and benzoin using a thin film technique" Radio chimica Acta. 57. 131-135 (1992)
• [文献書誌] 宮川 篤: "A thin film technique applied to de tect striking contrast of chemical reaction of recoilーimplanted atoms to hot atom reaction inside solid systems" Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. B65. 452-455 (1992)
• [文献書誌] 吉原 賢二: "A new recoil implantation reaction model in wolving collision cascade enhancement and intraーcage displacement in metal βーdiketonates" Journal of Radio an elytical and Nuclear Chemistry,Articles. (1993)
• [文献書誌] 吉原 賢二(編集): "Handbook of Hot atom Chemistry" KodanshaーVCH, 702 (1992)
• [文献書誌] 吉原 賢二(編集:四畑米穂): "Handbook of Radiation Chemistry" CRCーPress, -1200 (1991)