| 研究課題/領域番号 |
16K05004
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| 研究機関 | 横浜市立大学 |
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研究代表者 |
木下 郁雄 横浜市立大学, 生命ナノシステム科学研究科(八景キャンパス), 准教授 (60275021)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 滅力学温度 / 光電子スペクトル / フェルミ・ディラック分布 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、固体中の電子エネルギー分布の光電子分光測定を原理とした温度計測技術の開発を目的とする。平成29年度では以下の研究を実施した。
①新規電子エネルギー分析器の開発
本研究で開発する電子エネルギー分析器は、出射スリットを設けず、エネルギーの違う電子を空間的に分散させ、イメージセンサーを用いて分散位置を強度測定する。本エネルギー分析器では、半球電極入射部及び出射部の空間電位を理想的な球状電極が作る空間電位にするために、半球電極入射部及び出射部に複数個の櫛状の電極アレイを設け、内側半球電極から外側半球電極に連続的に変化する電位に対応させた電圧をかけられる構造を持たせた。さらに、フェルミ準位近傍のエネルギー範囲の電子を位置検出でスペクトル分解するためには、検出するエネルギー範囲において静電レンズ部における色収差を極力小さくする必要がある。そこで、現在、４極子型電極を静電レンズに導入し、色収差を補正するためにシミュレーションを行っている。
②光電子スペクトルにおけるブロードニング関数の導出
本研究では、エネルギー分解能を変数としてもつガウス関数とローレンツ関数を線形結合させたブロードニング関数と熱力学温度を変数にもつフェルミ・ディラック分布関数を畳み込み積分した関数をフェルミ準位近傍の光電子スペクトルにフィッティングすることにより、液体窒素冷却温度領域で熱力学温度とエネルギー分解能の同時決定に成功した。決定した熱力学温度は、試料ホルダーの温度センサーの値と比べ１K差程度のよい一致をみた。しかし、他の温度領域では未だ10K程度の違いがある。熱力学温度の決定精度を高めるためには、光電子スペクトルにおけるブロードニング関数を詳しく調べる必要がある。そこで、高速フーリエ変換を利用して測定された光電子スペクトルから、ブロードニング関数を導出する計算を行い、関数の形状を算出することに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
現在まだ熱力学温度計測に特化した電子エネルギー分析器の開発が完成していない。フェルミ準位近傍のエネルギー範囲の電子を位置検出でスペクトル分解するためには、検出するエネルギー範囲において静電レンズ部における色収差を極力小さくする必要があるからである。そのため、現在４極子型電極を静電レンズに導入し、色収差を補正するためにシミュレーションを急ピッチで進ませている。
光電子スペクトルから熱力学温度を決定する技術は大いに進捗があった。液体窒素冷却温度領域において、センサー温度にほぼ一致する熱力学温度決定に成功している。しかし、更なる高精度化には、光電子スペクトルにおけるブロードニング関数を詳細に調べる必要がある。現在高速フーリエ変換を用いて、測定されたスペクトルからブロードニング関数を導出する研究をおこなっており、進捗がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成30年度では以下の２項目についてさらに研究を進める。
（１）４極子電極の導入による電子エネルギー分析器の色収差の補正
これまで製作された電子エネルギー分析器の基本構造に加え、静電レンズ部における色収差を補正するために、４極子電極を導入するための設計開発を行う。
（２）高速フーリエ変換によるブロードニング関数の導出
フェルミ準位近傍の光電子スペクトルはフェルミ・ディラック分布とブロードニング関数が合成されている。センサー温度値を仮定してフェルミ・ディラック分布を決め、光電子スペクトルとフェルミ・ディラック分布のそれぞれのフーリエ変換の比を取り、逆フーリエ変換することで原理的にブロードニング関数が導出可能である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
理由：新規電子エネルギー分析器に開発において、これまでに設計した構造では十分なエネルギー分解能が得られず、静電レンズ部における色収差が課題であることがわかった。改良のために、４極子電極を導入するためのシミュレーションに時間がかかっているため、開発費の執行が遅れた。
使用計画：静電レンズ部に色収差を補正するための４極子型電極を静電レンズに組み込むための開発費用に使用する。
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