【研究領域課題番号】18H01148 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超高速現象 / 電子状態 / 時間分解光電子分光 / 仕事関数 / 光電子分光 / トポロジカル相 / 非平衡電子状態 / トポロジカル絶縁体 / 強相関電子系

【研究成果の概要】

前年度に、従来を1-2桁上回る<1meVの精度で仕事関数を測定できることを発表した（YI et al., Commun. Phys. 2020）。本年度はこの手法を時間分解光電子分光法（TARPES）に応用し、仕事関数を介してフェムト秒域パルスで瞬間的に励起された結晶表面の様子を調べた。
仕事関数を高精度で測定するためには、試料から放出される低速な光電子をきちんと分析できるようにTARPES装置の仕様を調整する必要がある。このために試料に電位を加える電極を通し、さらに真空チャンバー内に不要な構造物を極力排して光電子が飛行する試料と電子分析器の間の真空準位のムラを少なくした。
グラファイトについて、まず0.13 mJ/cm2のポンプ強度で測定を行った。フェルミ準位近傍では光パルスで衝撃的に励起された電子のダイナミクスが明瞭に観測された。一方、光電子分布の低速側にあらわれる仕事関数のカットオフは標準偏差70マイクロeVの精度で動かなかった。
ポンプ強度を上げていくとやがて多光子過程を経て大量の光電子が出てくる。多光子光電子はプローブ光で出る光電子の分布を乱すため、精密なTARPES測定を行う際にはこの放出を抑える必要があるが、仕事関数を測定する目的ではこの限りではない：仕事関数のカットオフをみるための光電子分布は、プローブ光で放出される光電子のものである必要はないためである。すなわち、仕事関数を見る目的に絞れば、通常TARPESでは調べることができない強励起域を調べることができる。
多光子光電子が放出される0.76mJ/cm2までポンプ光の強度を上げて、多光子光電子分布の低速側にあらわれる仕事関数のカットオフを観測し、このエネルギー位置およびカットオフの幅を5.9eV光で出る光電子分布のものと比較した。カットオフのエネルギーは弱励起のものと100マイクロeVの精度の範囲で変化しなかった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2023-03-31

【配分額】16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)

【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】16K13681 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

液体金属 / 表面 / 清浄表面 / 光電子分光 / 酸化 / 表面清浄化 / 酸化膜 / 放射光 / 界面 / 電子状態 / 赤外吸収分光 / 振動分光 / 化学反応

【研究成果の概要】

液体金属表面の光電子分光測定用にサンプルホルダーを試作した。液体金属試料として、無害で蒸気圧が低いGaInを選んだ。まず、大気中から真空チェンバーに導入したそのままの状態のXPS測定を行なった。その結果、表面は数層にわたりGa酸化物で覆われていることがわかった。次に、液体金属の表面を清浄化するために、液体窒素で冷却しGaInを固化してArイオン・スパッタリングを行なった。表面のGa酸化物はほぼ無くなり、液体GaIn清浄表面のXPSスペクトルが得られた。液体GaIn清浄表面に酸素を室温で導入しXPS測定を行なった。1111 Lまで酸素曝露後、Gaの酸化が段階的に進行することがわかった。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2018-03-31

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】22360017 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

有機分子 / 表面界面 / 半導体 / 光電子分光 / 電荷移動 / 電極 / シリコン / 表面 / 電子状態 / 界面構造 / 振動分光 / 電気伝導 / 界面 / ダイナミクス

【研究成果の概要】

本研究では,ナノスケールで制御された新奇な集合有機分子-シリコン半導体基板ハイブリッド系デバイスの探索を目的として,化学的に修飾されたシリコン半導体表面に有機単分子層および有機多層膜を構築し,その界面構造と電子状態を,放射光分光,走査トンネル顕微鏡,透過赤外吸収分光,光電子分光,4探針表面電気伝導測定で研究した

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円)

【研究分野】物性Ⅰ

【研究領域課題番号】21244048 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

グラフェン / ゲルマニウム表面 / 電子状態 / 走査トンネル顕微鏡 / 光電子分光 / スピン分裂 / 電子励起

【研究成果の概要】

固体表面に局在した低次元電子状態を対象に、表面原子および電子状態の知識を基礎として、電子と原子の動き方を調べる研究を行った。新たに創製した1次元的なナノ構造をもつ表面系では、それらの電子状態分布と電子運動量の緩和時間に一軸性の異方性があることをみいだした。表面電子系が局所的にエネルギーを受け取り、そのエネルギーが表面原子系に移り、その振動を引き起こし、最終的に表面原子移動に至ることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2009 - 2011

【配分額】48,750千円 (直接経費: 37,500千円、間接経費: 11,250千円)

【研究分野】物理化学

【研究領域課題番号】09740443 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

クラスター / 酸化ゲルマニウム / HOMO-LUMOギャップ / 光電子分光 / ハロゲンドープ法 / シアン化銅 / 幾何異性体 / 半導体 / 光電子分光法 / 電子状態 / ハロゲン原子

【研究成果の概要】

本研究では、前年度に引き続いて光イオン化法や光電子分光法を用いて化合物半導体クラスターの電子物性を明らかにするとともに、新たに発光スペクトルを測定して、電子物性と光物性とを結び付けて考察した。本年度は前年度のゲルマニウムクラスターの成果を踏まえて、化合物半導体の1つとして、酸化ゲルマニウムとシアン化鋼を重点的に取り上げた。測定では、酸化ゲルマニウムクラスターを気相中で負イオン化することにより、その負イオンの光電子分光によって中性クラスターの電子状態を明らかにした。特に、1価電子が欠落したハロゲン原子を付加させて、クラスター骨格の電子を脱離させて光電子スペクトルを測定し、電子状態の同定を実験的に行なった。その結果、ゲルマニウムと酸素原子が混合したクラスターでは中性クラスターのHOMO-LUMOギャップは2eV以上のクラスターが多く存在し、ゲルマニウムクラスター自身のHOMO-LUMOギャップの1.0eV以下に比較して、電子状態間の差が増大することが明らかになった。
さらに、化合物半導体として金属シアン化物のシアン化鋼を取り上げ、その負イオンの光電子分光から電子状態と幾何構造を考察した。その結果、シアン化銅クラスターの多くは直線構造をとり、4量体以上では環状構造が異性体として共存することを明らかにした。この結果は、量子化学計算によっても確認され、同じ直線構造の中でもシアノ基の向きによっても異性体が存在し、光電子スペクトルのピークからその存在比も明らかになった。しかしながら、シアン化鋼クラスターはHOMO-LUMOギャップが3eV以上と極めて大きく、光物性の測定には新たな光源の開発が必要であることが判明した。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1997 - 1998

【配分額】2,000千円 (直接経費: 2,000千円)

【研究分野】物理化学

【研究領域課題番号】07740453 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光電子分光 / 液体分子線 / 多光子イオン化 / 液体表面 / 電子状態

【研究成果の概要】

液体分子線を用いることによって、液体表面付近の分子の溶媒和構造や液体表面で進行する化学反応を追求することができる。反応機構をさらに解明するためには、液体表面分子の構造や電子状態を微視的レベル明らかにすることが必要となる。本研究では、光電子分光法を用いて、液体表面付近の分子の配向、電子状態などを明らかにすることを目的とした。液体分子線に対して紫外レザー光を照射すると、液体分子線中の分子がイオン化され、電子が放出される。主に、液体表面付近から電子は気相中に放出されることから、この電子のエネルギーを飛行時間型のエネルギー分析器を用いて測定することで、液体表面付近の分子の電子状態に関する知見を得ことができる。本研究では、光電子分光装置の開発と試行実験を行った。
実験装置は、液体分子線部と光電子エネルギー分析器からなる。液体分子線として、真空中に導入された液体は、液体窒素で冷却したクライオポンプですぐに捕捉することによって、真空容器中の圧力は10^<-6>Torr程度に抑えることができた。光照射によって生成した光電子を、ミュウメタルによって磁場を遮蔽された、飛行時間型エネルギー分析器によって検出した。
具体的には、272nmのレーザー光をアニソールのエタノール溶液に照射し、多光子イオン化によって放出される電子の、光電子スペクトルを得た。スペクトルは、幅の広いピークにの上に幅の狭い構造を持ったピークが重畳されたような構造を持っている。現在これらのピークがどのような電子構造に由来するのかを検討中である。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1995

【配分額】1,200千円 (直接経費: 1,200千円)