2021 Fiscal Year Research-status Report

low-energy inverse photoelectron spectrometer for precise analysis of the conduction bands of materials at near ambient pressure conditions

Research Project

Project/Area Number	19K22160
Research Institution	Chiba University
Principal Investigator	吉田弘幸千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (00283664)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2023-03-31
Keywords	準大気圧電子分光 / 低エネルギー逆光電子分光法 / オペランド測定 / 伝導帯
Outline of Annual Research Achievements	これまで、表面科学の研究は超高真空下での観測が必須であった。しかし、近年では触媒や燃料電池の開発研究において実際の動作条件である大気圧に近い条件（準大気圧）での測定、いわゆるオペランド測定のニーズが急速に高まっている。電子物性や化学反応性に直接かかわるのは、価電子帯や伝導帯などのフェルミ準位付近の電子状態である。大気下での電子収量分光法（PYS）や準大気圧での紫外光電子分光（UPS）を実施した事例はあるが、伝導帯を評価する逆光電子分光（IPES）の事例は全く無い。本研究では、代表者がIPESの低分解能・試料損傷という問題点を解決した低エネルギー逆光電子分光（LEIPS)に基づいて、試料環境を準大気圧から高真空まで制御した状態で伝導帯を精密測定する装置を開発する。これによって世界初の準大気圧での伝導帯測定を目指す。 LEIPS装置は、（1）試料に電子を照射する電子源と（2）試料から発生する微弱光の検出機構からなる。このうち、（2）の光検出は大気中でも行えるため、開発上の主な課題は、準大気圧で電子線を試料に照射する機構である。2019年度の予備実験の結果に基づき、2020年度は低真空でも動作するタングステン・カソードに電子エネルギー分析器を組み合わせた電子源を制作した。当初は1 nA程度の電流しか取り出せなかった。エネルギー分析器の部品が磁化していることに気づき、対策した結果、最終的に1 microAというLEIPS測定には十分な電流をとりだすことができた。2021年度には、電場計算に基づき、電子線を試料まで導くための電子レンズの設計を行った。一方、（2）の光検出器については、凹面鏡による高効率集光システムとバンドパスフィルター、光電子増倍管から成る光検出器の設計を行った。今後は、これらを取り付ける真空槽、排気システムを設計・製作、部品の製作と装置の組み立てを行う。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 電子エネルギー分析器とタングステン・カソードを用いた電子源については、取り出せる電流が100分の1に減少するというトラブルがあった。最終的には電極表面処理に問題があったことがわかり、表面処理をやり直したため、予定外に時間がかかった。また、真空槽の製作については、磁気シールド材料で真空槽を製作できるメーカーが倒産していたことが判明、計画の大きな変更を余儀なくされた。新型コロナウィルスにより研究活動が制限されていることと相まって、やや予定よりも開発が遅れている。
Strategy for Future Research Activity	2021年度までに、電子源と光検出器、電子を試料に照射するためのトランスファーレンズの設計が終了した。電子源の課題も解決した。現在、真空槽と排気システムの設計を進めており、今年度前半には業者に発注、これらを組み合たてて、準大気圧LEIPS測定を実現する。
Causes of Carryover	延長したため。