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。

Stereodynamics of surface chemical reactions on silicon

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

no journal, , 

われわれは新たに超高真空対応の配向分子ビーム装置を開発した。この装置を用いてSi(100)表面でのCHCl分子の解離吸着における立体効果の入射エネルギー及び表面温度依存性を報告する。所期吸着確率はキングとウェルスの方法によって測定した。そのデータから初期吸着確率は塩素端からの衝突の方がメチル端からの衝突の場合より120meVの運動エネルギーの時には大きいことがわかった。さらに、この立体効果はCHCl分子の入射エネルギーと回転状態、及び、表面温度に敏感である。この研究から非平衡表面トラッピングがSi(10)上でのCHCl分子の解離の初期段階で鍵になる役割を果たしていることがわかった。また、われわれはNO分子のSi(111)表面での反応について現在進行している実験についても報告する。N端からの衝突した方が解離吸着しやすい。

Dynamic steric effect in silicon chemistry

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

no journal, , 

表面に入射する分子の配向は表面化学において重要な役割を演じると期待されている。分子の配向効果(立体効果)を明らかにするために、われわれは超高真空対応の配向分子ビームラインを開発し、Si表面での反応研究に適用した。CHCl/Si(001)-21系の立体効果についてはキング&ウェルス法で研究した。この場合には非平衡の表面トラッピングが解離吸着の鍵になることが見いだされた。さらに、X線光電子分光を用いた新しい方法でNO/Si(111)-77系を研究した。その結果25から78meVの範囲で前駆体を経由した解離吸着が起こること、反応確率はO端よりN端からの衝突で大きいことが見いだされた。この結果は入射NO分子の運動エネルギーがO端衝突よりN端衝突でさらに失われやすいことを意味している。

シリコン表面の立体化学反応ダイナミクス

岡田 美智雄*; 橋之口 道宏*; 福山 哲也*; 寺岡 有殿; 笠井 俊夫*

no journal, , 

永久双極子モーメントを持つNO, CHCl分子の超音速分子線を不均一電場に通すことによって分子の配向を制御した超音速分子線を生成した。それをSi(111)面とSi(001)面に照射して解離吸着反応を起こさせ、その反応性に対する分子配向の効果を研究した。CHCl分子とSi(001)表面の反応ではKing-Wells法を用いて付着確率を評価し、Cl端から衝突した方が反応性が高いことを明らかにした。また、NO分子とSi(111)表面の反応では光電子分光法で表面の元素を評価し、N端から衝突した方が反応性が高いことを明らかにした。

Stereodynamics of chemical reactions in heterogeneous systems; 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

no journal, , 

われわれは最近Si(111)-77表面でのNO分子の解離性吸着において、配向分子線とX線光電子分光を用いて立体効果を観測した。58meVの並進運動エネルギーのNO分子のうち(1/2,1/2,1/2)状態を選別してSi(111)表面に照射した。吸着種はXPSで分析した。反応はO端衝突よりN端衝突の方が起こりやすいことがわかった。その立体効果は600Kでは非常に小さくなった。この結果は狭い前躯体状態での一時的なトラップがこの表面反応の立体ダイナミクスにおいて鍵となる役割を担っていることを表している。