A Polarization rule on atomic arrangements of graphite-like boron carbonitride

グラファイト状ホウ素窒化炭素の原子配置に関する分極ルール

下山 巖   ; 馬場 祐治  ; 関口 哲弘  

Shimoyama, Iwao; Baba, Yuji; Sekiguchi, Tetsuhiro

イオンビーム堆積法で作製したホウ素炭化窒素薄膜の吸収端近傍X線吸収微細構造(NEXAFS)をB及びN吸収端において測定し、内殻ホール効果を考慮した分子軌道計算によりNEXAFSスペクトルを解釈した。B, C, N間の幾つかの異なる原子配置を持つモデルクラスターについて光吸収断面積(PACS)と有効電荷を計算し、それに基づいてモデルクラスターを分極型と非分極型の二つのグループに分類した。分極型の原子配置では最低非占準位に近いNEXAFSスペクトルのピーク強度はB吸収端で大きくN吸収端では小さくなるし、非分極型の原子配置ではその逆の傾向を示す。NEXAFSの実験結果と計算結果の比較から、我々はホウ素・炭素・窒素の原子配置に関するある法則が存在することを提案する。さらにこの法則と構造安定性との相関関係についても考察する。

B and N K-edge near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectra of boron carbonitride (B-C-N) films prepared by ion beam deposition are interpreted by molecular orbital calculations with the core-hole effect. Model clusters with different atomic arrangements are compared in terms of photoabsorption cross section (PACS) and net charge, and they are classified into two groups, i.e., polarization and non-polarization types. PACS of peaks near the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) state increase at B K-edge and decrease at N K-edge for polarization type and vice versa for non-polarization type. Based on a comparison between experimental and theoretical results, we propose a rule for atomic arrangements of boron, carbon, and nitrogen atoms in graphite-like B-C-N. Finally, the relationship between the rule and structural stability is discussed.