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

2001 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: 光第二高調波分光 / Ge(100) / Au(100)5x20 / アナターゼ型TiO_2(101) / アナターゼ型TiO_2(001) / ルチル型TiO_2(110) / SiO_2膜 / γ-グロブリン

研究概要

本年度の成果は以下の通りである。
1)清浄Ge(100)表面におけるSH光強度スペクトルとその酸素露出量依存性を測定することに初めて成功した。清浄Ge(001)表面のSH光強度は1.38eV付近にピークを持つことがわかった。このピーク強度は酸素吸着により急速に減衰することからSiと同様なdangling bondによる共鳴SHGであることがわかった。
2)Au(100)5x20表面のSH光強度スペクトルを測定することに初めて成功した。SH光強度は2.7eV付近にピークをもつが、これはAu(111)面のSH光強度ピークエネルギーに近く、その理由は5x20構造上の三角格子が(111)面と類似の表面電子準位をもつためと推測される。
3)光触媒アナターゼ型酸化チタン(101)面のSH分光スペクトルを5.5eVまで測定することに成功した。この(101)面では主たるSH光共鳴は3.8eV付近に存在するが、(001)面では高エネルギー側の5.3eVに存在することから、これらの面の間では電子状態に大きな違いがあることがわかった。
4)ルチル型酸化チタン(110)面の上に単分子層程度の暑さのSiO_2膜を形成し、大きな非線形効果をもつ表面系を作成する試みを行った。SH光強度は3.6eV付近では20倍近く増強した。このような構造のくり返し構造を作る事により、大きな非線形効果をもつ物質を作る事が期待できる。
5)生体適合材料への血漿中タンパク吸着のモデル系としての酸化チタン(110)面/γ-グロブリン界面をSH分光法を用いて解析した。従来、物理吸着と言われていたタンパク質の吸着が化学吸着的要素も含んでいることがわかった。

研究成果

• [文献書誌] T.Kitahara, H.Tanaka, Y.Nishioka, G.Mizutani: "Resonant surface second harmonic generation from Au films on NaCl(100)"Physical Review B. 64(19). 193412-1-193412-4 (2001)
• [文献書誌] H.Ohashi, H.Sano, G.Mizutani: "Optical second harmonic spectroscopy of the Ge-oxide/Ge(111) interface"Japanese Journal of Applied Physics. 40(12). 6972-6975 (2001)
• [文献書誌] G.Mizutani, N.Ishibashi, S.Nakamura, T.Sekiya, S.Kurita: "Optical second harmonic spectroscopy of the anatase TiO_2(101) face"International Journal of Modern Physics B. (in press).
• [文献書誌] 表美紀, 水谷五郎: "TiO_2(110)上のSiO_2薄膜の非線形光学効果"真空. (in press). (2002)