Kinetics of oxygen adsorption and initial oxidation on Cu(110) by hyperthermal oxygen molecular beams

超熱酸素分子線によるCu(110)上の酸素吸着と初期酸化の反応速度論

盛谷 浩右*; 岡田 美智雄*; 寺岡 有殿; 吉越 章隆 ; 笠井 俊夫*

Moritani, Kosuke*; Okada, Michio*; Teraoka, Yuden; Yoshigoe, Akitaka; Kasai, Toshio*

超熱酸素分子ビームによるCu(110)表面での酸素吸着とそれに続く酸化物生成過程を放射光光電子分光(SR-XPS)を用いて検討した。SR-XPSのO1sピークから決定した酸素吸着曲線から、酸素分子の入射エネルギーが0.5eV以下、酸素被覆率0.5ML以下の領域での酸素吸着過程は、活性化解離吸着と、弱い力で分子状で表面に吸着している前駆体を経由した解離吸着の二つの過程が競合していることが示唆された。被覆率0.5ML以上では酸素分子の入射エネルギーを1eV以上にすることで酸化が効率的に進むが、熱平衡過程と異なり準安定状態のCuOが形成されることがわかった。

Oxygen adsorption and subsequent oxide formation on Cu(110) using a hyperthermal oxygen molecular beam (HOMB) has been investigated using SR-XPS. The O-uptake curves, which were determined from the evolution of O-1s peaks, indicate that simple Langmuir type kinetics can describe dissociative adsorption of O with an incident energy (Ei) below 0.5eV under oxygen coverage of 0.5 ML. The reaction order dependence on Ei implies two competing dissociation mechanisms, trapping-mediated and directly-activated adsorption. Oxidation at oxygen coverage larger than 0.5 ML proceeds rather effectively using highly energetic HOMB at Ei larger than 1.0 eV. The surface CuO formed with highly-energetic HOMB incidence decomposes with desorbing subsurface oxygen even at room temperature. This indicates that HOMB can induce a meta stable surface structure that cannot be produced in the thermal equilibrium process.