活性表面における分子吸着種の挙動に関する表面XAFSとSTMを併用した研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05403010
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 太田 俊明 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (80011675)
• 研究分担者: 北島 義典 東京大学, 高エネルギー物理学研究所・放射光実験施設, 助手 (00204892) ; 難波 秀利 東京大学, 理学部, 助手 (40118766) ; 横山 利彦 東京大学, 大学院・理学系研究科, 講師 (20200917) ; 朝倉 清高 東京大学, 理学部, 助教授 (60175164)
• キーワード: 走査型トンネル顕微鏡(STM) / 表面X線吸収分光(表面XAFS) / 表面再配列 / 原子吸着構造

研究概要

今年度は、新しく購入したLEED観測装置を超高真空STM測定装置にとりつけ、種々の金属表面原子吸着系の表面構造の観測を始めた。試料の調整、STM測定条件の最適化に手間取ったが、銅、ニッケル表面上の硫黄飽和吸着状態のSTMは従来報告されているものより解像度の高い像を得ることができた。一方、これと並行して放射光を用いた表面XAFSの実験を金属表面に原子、分子が吸着した系について行い、多くの有用な結果を得た。
1.Ni基板上の吸着S原子の熱振動異方性の研究: Ni(100),Ni(110)上でのSの吸着構造は以前行った表面EXAFSから決定しているが、今回、これらの系の表面EXAFSの温度変化を測定し、その解析からSとそれぞれの第1、第2近接Ni原子との結合対の熱振動の非調和性を決定した。そして、表面に吸着したS原子は必ずしも表面垂直方向に大きい異方性があるのではなく、S-Ni結合対の距離と密接な関係があることを明らかにした。
2.S/Ni(111)表面再配列構造の決定: Ni(111)上にSが飽和吸着すると、(5√3×2)のLEEDパターンを示す安定な構造をとる。その表面構造は以前に表面EXAFS法で決定していたが、最近STM測定から新しい表面再構成のモデルが提案された。そこで、STM観測と表面EXAFSの再測定を行い、両者を満足する更に新しいモデルを提案した。
3.S/Cu(100)表面再配列構造の決定: Cu(100)上にSが飽和吸着すると、(√17×√17)R14の複雑なLEEDパターンを示す。この表面構造に関しても、最近、STM観測のみから表面再構成モデルが提案されたが、我々のより注意深いSTM観測と表面EXAFSの測定から、提案されたモデルが間違っていることを明らかにした。
以上、2、3の結果が示すように、STMは表面構造を直接観測できる有力な方法であるが、STMだけから表面構造を決定するのは非常に危険であり、これと相補的な表面EXAFSを併用することの意義が例証された。

研究成果

• [文献書誌] H.Kuroda and T.Ohta: "Surfau XAFS-New ospects of its applications in the structural study of adsoystion phenomcna" J.Synchrotron Radiation. 1. 91-94 (1994)
• [文献書誌] S.Yagi,T.Yokoyama,T.Ohta et al.: "Structural and electronic propertics of moleculorly adsorbed CS_2 on Cu(111) studied by X.ray obsorption and photoelectron spectroscopies" Surface Science. 311. 172-180 (1994)
• [文献書誌] T.Yokoyama,H.Hamamatsu et al.: "Vibrational and anharmonic properties of the surface S-Ni bonds in c(2×2)S/Ni(100) and c(2×2)S/Ni(110) from SEXAFS point of view" Surface Seience. 313. 197-208 (1994)
• [文献書誌] L.Troga,T.Yokoyama et al.: "Determination of bond lengths,atomic mean-square relative displacements and local thermal-expansion by means of soft X-ray photoabsorption" Physical Revieu. B49. 888-898 (1994)
• [文献書誌] H.Namba,T.Ohta,and H.Kuroda: "Photo-stimulated desorption of hydrogen-ions from water chemisorbed and condensed on Si (100) surfaces by synchrotron-radiation" Applied Surface Science. 79/80. 84-88 (1994)
• [文献書誌] Y.Kitajima et al: "Surface structure of S/Ni(111) in (√3×√3)R30° and (S√3×2) plases studied by surface extended X-ray absorption fine strueture spectroscopy" Surface Science. 320. L89-L94 (1994)