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Coordination and configuration analysis of local structures of B-C-N hybrid thin films

B-C-Nハイブリッド薄膜の局所構造の配位構造と立体配置の解析

下山 巖   ; Uddin, M. N.*; 馬場 祐治  ; 関口 哲弘  ; 永野 正光*

Shimoyama, Iwao; Uddin, M. N.*; Baba, Yuji; Sekiguchi, Tetsuhiro; Nagano, Masamitsu*

半金属のグラファイトと絶縁体の六方晶窒化ホウ素(h-BN)の中間の組成をとるハイブリッド構造(B-C-Nハイブリッド)は半導体的な電気特性を持ち、その電子構造は組成と原子配置に大きく依存することが理論的に報告されているが、生成物のほとんどはさまざまな結合の組合せによる複雑な構造をとるため構造は不明な点が多い。そこでまずわれわれは局所的な結合状態を明らかにするため吸収端近傍X線吸収微細構造(NEXAFS)分光法を用いた構造解析を行った。ボラジンをイオン化して得られるフラグメントイオンをグラファイトにイオン注入し、フルエンスを制御することでさまざまな組成のB-C-N薄膜を作成した。得られた薄膜のB及びN K端におけるNEXAFSスペクトルはフルエンスに依存して大きな変化を示した。また、低フルエンスで得られた試料のNEXAFSスペクトルは異なる偏光依存性を持つ複数のピークを示した。これらの結果はBNとは異なる立体配置と組成を持つ幾つかの局所構造が形成されたことを示している。われわれはこの密度汎関数法を用いたモデルクラスターの電子構造と比較することにより、B-C-Nハイブリッドの局所構造に関するモデルについて考察を行う。

Graphite-like B-C-N hybrids have been expected to control a wide variety of electronic properties from metal to insulator. However, since most B-C-N hybrids have complex structure including various unknown chemical bonding states, the local structures have not been clarified yet. In order to clarify the chemical bonding states of this material, we measured near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) of B-C-N hybrid thin films. B-C-N hybrid thin films were synthesized by ion beam deposition of borazine on a graphite substrate, and the composition was controlled by ion fluence. Some $$pi$$* peaks were observed in B and N K-edge NEXAFS spectra, and relative intensities of the peaks depended on ion fluence and polarization. Electronic structures of some model clusters are calculated by a molecular orbital theory, and compared with NEXAFS spectra. From the experimental and theoretical results, we discuss some models of local structures.

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