The Effects of alloying and segregation for the reactivity and diffusion of oxygen on CuAu(111)

岡 耕平*; 津田 泰孝*; 牧野 隆正*; 岡田 美智雄*; 橋之口 道宏*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 笠井 秀明*

Physical Chemistry Chemical Physics, 16(36), p.19702 - 19711, 2014/08

https://doi.org/10.1039/C4CP02675F

Oxidation of CuAu(111) by a hyperthermal O molecular beam was investigated by synchrotron X-ray photoemission spectroscopy. From the incident-energy dependence of O-uptake curve, dissociative adsorption of O is less effective on CuAu(111) than on Cu(111). The dissociative adsorption is accompanied by the Cu segregation on CuAu(111) as well on CuAu(100) and CuAu(110). Obvious growth of CuO cannot be observed at incident energy of 2.3 eV and it suggests that Au-rich layers prevent the diffusion of O atoms into bulk. Density functional theory calculations indicate that O adsorption shows same behavior on CuAu(111) and on Cu(111). The barrier of diffusion into subsurface in segregated CuAu(111) is higher than that of Cu(111). It indicates that segregated Au-rich layer works as a protective layer.

Temperature dependence of CuO formation on CuAu(110) surface with energetic O molecular beams

橋之口 道宏*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 岡田 美智雄*

Applied Surface Science, 287, p.282 - 286, 2013/12

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.09.143

We study the surface temperature () dependence of oxidation on CuAu(110) induced by a hyperthermal O molecular beam (HOMB). The dissociative adsorption of O proceeds accompanying with Cu segregation. From the Ts dependence of the O uptake curve, the direct dissociative adsorption process is a dominant process at less than O coverage () of 0.2 ML for the 2.2 eV HOMB incidence. At high , the oxidation, in particular, the CuO formation, depends on . The high causes the efficient Cu segregation on the surface during the oxidation, suggesting the dominant role of Cu migration in the CuO formation.

The Temperature dependence of CuO formation on a Cu(110) surface with an energetic O molecular beam

橋之口 道宏*; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 岡田 美智雄*

Journal of Physics; Condensed Matter, 24(39), p.395007_1 - 395007_8, 2012/10

https://doi.org/10.1088/0953-8984/24/39/395007

We report a study of the surface temperature (Ts) dependence of CuO formation on a Cu(110) surface induced by a hyperthermal O molecular beam (HOMB), using X-ray photoemission spectroscopy in conjunction with synchrotron radiation. From the Ts dependence of the O uptake curves, the direct dissociative adsorption process mainly contributes to the formation of the p(21)-O structure with an O coverage of 0.5 ML for 2.2 eV HOMB incidence. On the other hand, the rate of oxidation at the coverage larger than 0.5 ML, particularly in CuO formation, strongly depends on the Ts. Thicker CuO islands were found in homogeneously at 400 and 500 K, suggesting the dominant role of the migration of Cu atoms in the CuO formations on the Cu(110) surface.

Stereodynamics in dissociative adsorption of NO on Si(111)

橋之口 道宏*; 岡田 美智雄*; 伊藤 裕規*; 笠井 俊夫*; 盛谷 浩右*; 寺岡 有殿

Physical Review Letters, 100(25), p.256104_1 - 256104_4, 2008/06

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.256104

X線光電子分光法を用いてSi(111)-(77)表面でのNO分子の解離性吸着過程に対する立体効果の表面温度依存性について研究した結果を報告する。ここでのデータは58meVの入射エネルギーではN端衝突の方がO端衝突よりも反応確率が大きいことを示している。さらに、この立体効果は表面温度と被覆率に非常に敏感である。これらの事実はNO分子が狭い前躯状態に過渡的にトラップされることがSi(111)-(77)表面でのNOの分解の初期段階で重要な役割を担っていることを示唆している。

Dissociative adsorption of nitric oxide on Si(111)-(77) surface

橋之口 道宏*; 伊藤 裕規*; 寺岡 有殿; 盛谷 浩右*; 岡田 美智雄*; 笠井 俊夫*

Japanese Journal of Applied Physics, 47(3), p.1672 - 1676, 2008/03

https://doi.org/10.1143/JJAP.47.1672

Si(111)-77表面でのNO分子の解離性吸着を330Kから600Kの表面温度で光電子分光法で研究した。Si(111)-77表面でのNOの解離性吸着が温度に大きな依存性を持つことがNO供給量の関数としてのN原子とO原子の吸着曲線から示唆された。表面温度が高くなるにつれてNOの解離性吸着の速度は減少した。これは前躯体の存在を表している。加えて、表面でのN/O比が330Kでは1.0であったが、600Kでは1.2になった。この表面温度とともにN/O比が増加するということは、もうひとつの反応経路が高温で開けることを示唆している。

六極不均一電場法によるアセトニトリル分子の回転量子状態選別(協力研究)

橋之口 道宏*; 岡田 美智雄*; 笠井 俊夫*; 盛谷 浩右; 寺岡 有殿

JAEA-Research 2005-002, 16 Pages, 2006/01

JAEA-Research-2005-002.pdf:0.91MB

固体表面における化学反応において、飛来分子のもつエネルギーの散逸過程をはじめとする表面動的過程が重要である。これらの過程を精密に探索するには、分子を6次元的に制御可能な配向分子線法が非常に有効である。われわれの研究グループでは、六極電場法を用いた超高真空対応配向分子線装置を開発してきた。今回われわれは、当該装置を用いアセトニトリル(CHCN)分子の回転状態選別を行った。実験により得られた集束曲線は、六極不均一電場内での2次のシュタルク効果を含めた分子軌道シミュレーションとよく一致した。期待されるCHCN分子の配向分布は、表面反応における衝突幾何構造制御が可能であることを示唆している。

放射光X線光電子分光によるTiAl酸化過程の研究

橋之口 道宏*; 角本 雄一; 戸出 真由美; 岡田 美智雄*; Harries, J.; 吉越 章隆; 寺岡 有殿; 笠井 俊夫*

no journal, , 

TiAl表面の酸化反応におけるAl酸化物の生成過程を明らかにし、Al酸化膜形成の制御を目的として、放射光光電子分光法を用いてTiAl表面と酸素分子の反応について研究した。実験はSPring-8の日本原子力研究開発機構専用軟エックス線ビームライン(BL23SU)に設置された表面反応解析装置(SUREAC2000)を用いて行った。試料表面(50at.% TiAl多結晶)は、Arイオンスパッタリングとアニーリングにより清浄化した。表面温度673Kにおいて酸素を350 L(Langmuir)曝露したときのTi2p及びAl2pの光電子スペクトルは、清浄表面と比較してピーク位置と形状が大きく変化し、TiとAl原子がともに酸化していることが示された。また、このTi酸化物は加熱(1123K)により減少することが観測された。

放射光X線光電子分光を用いたTiAl表面酸化反応の研究

橋之口 道宏*; 角本 雄一*; 戸出 真由美; Harries, J.; 岡田 美智雄*; 寺岡 有殿; 笠井 俊夫*

no journal, , 

本研究では超熱酸素分子線と放射光光電子分光を用いてTiAl表面酸化反応を調べた。酸化の効率は入射する酸素分子の並進エネルギーの増加に伴い減少した。また、反応により生成したAlO, TiOやTiO等の酸化物の生成比は並進エネルギーに影響されないことが示された。これらの結果は酸素分子が表面に分子状吸着した後に解離するという前駆体を経由する過程でおもに反応が進行していることを示唆している。

Si(111)表面上でのNO解離吸着過程における分子配向効果の解明

橋之口 道宏*; 岡田 美智雄*; 盛谷 浩右*; 寺岡 有殿; 笠井 俊夫*

no journal, , 

われわれは、NO分子の持つ並進エネルギーや内部状態がSi表面での酸窒化過程にどのような影響をもたらすのかに着目した。特に表面に衝突する際のNO分子の配向は、酸窒化反応の速度や反応生成物の組成に大きく影響することが予想されるが、これまで分子配向に依存する表面反応生成物を直接観察して反応過程を評価した研究例はない。そこで、配向分子ビーム法並びにX線光電子分光法を組合せて、Si(111)表面における解離吸着反応に対する分子配向効果を調べた。Si(111)清浄表面は、Arイオンスパッタリングと加熱を繰り返して作製した。六極不均一電場法により回転状態JMがそれぞれ1/2の状態を選別したNO分子ビーム(衝突エネルギー:0.058eV)を400KのSi表面に照射し、反応後の表面組成をXPSにより測定した。分子配向はサンプル直前に配置した配向電場の極性を変化させることにより制御した。N端からの衝突の方がO端からよりも解離吸着反応が効率よく進むことがわかった。

The Study of oxidation on TiAl with photoemission spectroscopy in conjunction with synchrotron radiation

橋之口 道宏*; 角本 雄一; 戸出 真由美; Harries, J.; 岡田 美智雄*; 寺岡 有殿; 笠井 俊夫*

no journal, , 

チタン基合金は、水素貯蔵材料として大変注目されてきた。しかしながら、表面に形成される酸化膜によって表面での水素の解離における初期活性に影響を与えることが問題となっている。したがって、その酸化膜の組成及び構造を理解することは重要である。本研究では、超熱酸素分子線(HOMB)及び放射光X線光電子分光を用いてTiAl合金表面の酸化過程について検証した。