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2017 年度 実施状況報告書

表面への吸着反応スピン依存性の起源解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K13691
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

倉橋 光紀  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, 主席研究員 (10354359)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード原子ビーム / スピン / 表面反応
研究実績の概要

不対電子を持つ原子・分子が関与する化学反応においては、電子スピン由来の効果が重要と予想されるが、スピン由来の効果を示す実験例は極めて少ない。本研究では、スピン偏極水素原子ビームと強磁性表面を用いた反応実験を、我々が以前に観測した酸素分子吸着スピン効果と比較することにより、この問題の理解を深めることを目的としている。本年度は(1)原子ビームのスピン偏極度分析、(2)表面反応スピン依存性計測チャンバーの製作を行った。
(1)原子ビームのスピン偏極度解析
原子核スピンと電子スピンの結合により、4つの異なる量子状態が原子状水素には存在し、偏極していない水素ビームを六極磁子内を通過させることにより、電子および核スピン偏極度50%のビームが得られる点は以前から知られている。製作した原子状水素ビームを六極磁子中に通過させることにより、電子・核スピン偏極度50%のビームが得られる点を、開発したスピン検出器を用いて確認することができた。また六極磁子長を調整し、スピン偏極水素ビームの強度最適化も行った。
(2)表面反応スピン依存性計測用チャンバー作製
表面反応スピン依存性計測用チャンバーを設計・製作し、これを既存の試料作製用マルチポートチャンバーに接続し、スピン偏極原子ビームラインに組み合わせた。定義磁場制御用コイル、パルス磁化コイル、蒸着源、原子状水素源等の組み込み、制御電源の作製もほぼ完了し、in-situで作製・処理した試料表面に対して、偏極原子ビーム照射実験を行える環境をほぼ整えた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

原子ビームのスピン状態評価、反応計測・試料作製チャンバー製作について、当初の計画通り進めることができている。開発したスピン検出器の性能は良好であり、信号強度も高く、短時間でのビーム偏極分析が可能な状態になっている。

今後の研究の推進方策

スピン偏極原子ビームを用いた表面吸着実験をできるだけ早期に実現する。また六極磁子型スピン検出器の分子ビーム偏極分析、散乱実験への応用可能性を探索する。

次年度使用額が生じた理由

今年度予定していた原子ビーム源製作は昨年度までに完了している。また移管等により入手した真空ポンプ、超高真空部品を、今回製作した表面反応計測チャンバー用に利用することができ、必要部品の購入費を抑えることができた。また、自作のコイル制御電源が良好に動作することも確認したので、電源類の購入費用も低く抑えることができた。今後、散乱粒子検出用真空容器の製作、ポンプの追加購入、試料基板購入等に残額を充当予定である。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2017 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Steric effect in CO oxidation on Pt(111)2017

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Ueta and Mitsunori Kurahashi
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 147 ページ: 194705-1~4

    • DOI

      https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5001683

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 量子状態を制御した分子による表面反応2017

    • 著者名/発表者名
      倉橋光紀
    • 雑誌名

      月刊「化学」

      巻: 72 ページ: 68-71

  • [雑誌論文] 高エネルギー状態選別酸素分子ビームの開発と Pt(111)表面へのO2 吸着実験への応用2017

    • 著者名/発表者名
      倉橋光紀,植田寛和
    • 雑誌名

      Journal of the Vacuum Society of Japan

      巻: 60 ページ: 307-312

    • DOI

      https://doi.org/10.3131/jvsj2.60.307

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Oxygen chemisorption and scattering studied with a single spin-rotational state-selected O2 beam2017

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Kurahashi
    • 学会等名
      The 22nd International Workshop on Inelastic Ion-surface Collisions.
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ni(111)表面へのO2吸着スピン・立体効果: 量子状態選別酸素分子ビームによる解析2017

    • 著者名/発表者名
      倉橋光紀
    • 学会等名
      2017年真空・表面科学合同講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] O2 chemisorption and CO oxidation on a Pt model catalyst surface studied by an alignment-controlled O2 beam2017

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Kurahashi
    • 学会等名
      The 4th NIMS-Taiwan MOST Workshop
    • 招待講演
  • [学会発表] Oxygen adsorption dynamics probed by a spin- and alignment-controlled O2 beam2017

    • 著者名/発表者名
      Mitsunori Kurahashi
    • 学会等名
      2017 Gordon Research Conference on Dynamics at Surfaces
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Observation of Graphene on Ni(110) with SPLEEM2017

    • 著者名/発表者名
      M. Suzuki, M. Kurahashi. Y. Yamauchi, N. Ishida, D. Fujita. T. Yasue, T. Koshikawa
    • 学会等名
      The 8th international symposium on surface science (ISSS8)
  • [学会発表] Spin-dependent O2 chemisorption on Fe/W(110)2017

    • 著者名/発表者名
      M. Kurahashi
    • 学会等名
      The 8th international symposium on surface science (ISSS8)
  • [備考]

    • URL

      https://samurai.nims.go.jp/profiles/kurahashi_mitsunori/publications

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公開日: 2021-12-27  

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