光第二高調波発生分光法による固体表面界面の電子状態の観察

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10440090
• 研究機関: 北陸先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 水谷 五郎 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 助教授 (30183958)
• キーワード: 光第二高調波発生分光法 / 光和周波発生法 / ルチル型TiO_2 / アナターゼ型TiO_2 / NaCl(100) / Au / Ge / SH顕微鏡

研究概要

本研究は光第二高調波(SH)分光法と光和周波発生法を実際の表面界面系に適用して、表面の非線形分光法を実用レベルでに開発することを目的としている。本年度はいくつかの界面系に対して光第二高調波スペクトルを得ることができ、また光和周波発生(SFG)法の分光システムの構築を開始した。
1) 光触媒であるルチル型およびアナターゼ型のTiO_2の光第二高調波分光を行った。ルチル型アナターゼ型両方についてSH光強度の方位角依存性パターンを求め解析に成功した。また表面のSH光強度スペクトルを得ることができた。ルチル型では非線形分極が表面と垂直にできる場合には表面バンドギャップが3.6eVに、表面と平行にできる場合は表面バンドギャップが3.4eVであることがわかった。アナターゼ型の場合は分極の方向によらず3.6〜3.8eVであることがわかり、ルチル型より0.2eV程度大きいことがわかった。またUV光によるSH光強度の増大においてSH光強度パターンは変わらないことがわかった。
2) NaCl(100)上のAu超薄膜についてSH光強度スペクトルを得た。(100)膜ではSH光強度のピークは2.9eV、(111)繊維構造では2.7eV、となり、連続膜になると2.4eVに強度の強い共鳴があることがわかった。
3) Ge(111)/Ge酸化膜界面のSH光強度スペクトルを得た。1.17eV付近に新しい準位を見い出した。この準位はバルクのJ^^--点が酸化によってシフトしたものと解釈した。
4) 本研究で開発する光和周波発生法のための差分散型の分光器を購入した。本研究で開発する光和周波発生システムは差分散型の分光器を用い、大きく迷光をおさえるところに特徴がある。原物を踏まえた上での系の構築が進んでいる。
5) 本手法の1つの応用例としてSH顕微鏡も開発し、半導体表面において微細構造の観察をした。

研究成果

• [文献書誌] H.Tanaka,H.Wakimoto,T.Miyazaki,G.Mizutani,S.Ushioda: "Excitation energy profile of the SH intensity from a glass-Au interface"Surface Science. 427-428. 147-151 (1999)
• [文献書誌] E.Kobayashi,K.Matsuda,G.Mizutani,S.Ushioda: "SHG observation of rutile TiO_2(110)/H_2O interface under UV light illumination"Surface Science. 427-428. 294-297 (1999)
• [文献書誌] S.Nakamura,K.Matsuda,T.Wakasugi,E.Kobayashi,G.Mizutani,S.Ushioda 他2名: "Optical second harmonic generation from the anatase TiO_2(101) face"Journal of Luminescence. (in press).
• [文献書誌] H.Ohashi,H.Tanaka,H.Sano,J.Taira,G.Mizutani,S.Ushioda: "Study of the Ge(111)/GeO_2 interface by optical second harmonic spectroscopy"Surface Science. (in press).
• [文献書誌] Y.Sonoda,G.Mizutani,H.Sano,S.Ushioda,T.Sekiya,S.Kurrita: "Ultra high vacuum optical second harmonic microscope"Jpn.J.Appl.Phys..
• [文献書誌] H.Sano,T.Shimizu,G.Mizutani,S.Ushioda: "Images of cleaved GaAs(110) surfaces observed with a reflection optical second,harmonic microscope"Journal of Applied Physics.