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本研究では、収束ビーム反射高速電子回折（収束ビームRHEED）装置を開発し、実験と解析の双方を高度化することにより、物質表面の原子配置及び電子密度分布を実験的に決定することを目的としている。本年度は、開発した収束ビームRHEED装置の動作試験を実施し、実際の物質表面からの回折ディスクの測定及び原子配置と電子密度分布の導出を試みた。
始めに、開発した電子銃の各種レンズパラメーターを調整し、収束電子ビームの形成を実施した。ビーム径と開き角はレンズの公式により数値的に求められるため、この計算結果を参考にして電子銃を構成するコンデンサーレンズ及び投影レンズの設定値を調整した。それぞれのレンズの特性は計算結果に即した振る舞いを示し、結果として、ほぼ同心円状の収束電子ビームの形成を蛍光スクリーン上で確認した。収束電子ビームの形状のわずかな歪みは、軸合わせのための偏向レンズ及びアパーチャーの位置の微調整により改善されると考えられる。現在、標準試料であるSi(111)-7×7表面を用いて、実際の物質表面からの回折ディスクの観測を試みている。今後は、第一原理計算による原子配置を参考にして、表面の原子配置と電子密度分布の最適化を実施し、本手法の確立につなげる。最終的には、本手法を遷移金属表面上の単層グラフェンの研究に適用し、貴金属原子のインターカレーションによりフリースタンディング化した単層グラフェンの電子密度分布変化の詳細を解明する。
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