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論文

Photo-oxidative doping in $$pi$$-conjugated zig-zag chain of carbon atoms with sulfur-functional group

池浦 広美*; 関口 哲弘

Applied Physics Letters, 111(23), p.231605_1 - 231605_4, 2017/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Physics, Applied)

-SCH$$_{3}$$側鎖をもつトランス-ポリアセチレン(PA)骨格の光酸化ドーピング過程を研究した。本分子系はジグザグ状のグラフェン-ナノリボン末端のヘテロ置換による材料機能化に関連している。硫黄K殻X線吸収端近傍構造(XANES)分光法を用い、S-CH$$_{3}$$と大気O$$_{2}$$との反応によりPA骨格に結合したS(O)CH$$_{3}$$や-SO$$_{3}$$$$^{-}$$など酸化生成物が選択的に生じることを示した。硫黄の酸化状態とXANESピーク位置との相関から、CH$$_{3}$$S$$^{delta+}$$ -PA$$^{delta-}$$の部分電荷分布を評価した。陽電荷的な硫黄原子は高い電気陰性度の酸素原子をより引き付け、更なる光酸化を促進すると期待できる。SO$$_{3}$$$$^{-}$$側鎖が生成していることから、明らかにPA骨格へのホールドーピングが起こっている。本結果はUV光照射を用いた原子レベルにおけるドーピング制御や空間選択ドーピングといった創製戦略を提供する。

論文

Observation of oriented organic semiconductor using Photo-Electron Emission Microscope (PEEM) with polarized synchrotron

関口 哲弘; 馬場 祐治; 平尾 法恵; 本田 充紀; 和泉 寿範; 池浦 広美*

Molecular Crystals and Liquid Crystals, 622(1), p.44 - 49, 2015/12

BB2014-1632.pdf:0.72MB

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Chemistry, Multidisciplinary)

分子配向は有機半導体材料の様々な性能を制御する上で重要な因子の一つである。一般に薄膜材料は様々な方向を向く微小配向領域の混合状態となっている。したがって、各々の微小領域において配向方向を選別して顕微分光観測できる手法が望まれてきた。我々は、光電子顕微鏡(PEEM)法と直線偏光性をもつ放射光X線や真空紫外(VUV)光を組み合わせる装置の開発を行っている。ポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT)導電性ポリマー薄膜を溶液法により作製し、偏光放射光励起によるPEEM像の観測を行った。また様々な偏光角度のUV照射下におけるPEEM像を測定した。放射光励起実験において各微小領域の硫黄S 1s励起X線吸収スペクトルが得られ、微小領域におけるポリマー分子配向の情報を得ることができた。またUV励起実験においては、偏光角度に依存して異なる微結晶層を選択観測することに成功した。実験結果はポリマーの特定の分子軸へ向いた配向領域だけを選択的に顕微鏡観測できることを示唆する。

論文

Electronic properties of 6,13-Bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene probed by inner-shell spectroscopy

池浦 広美*; 関口 哲弘

Molecular Crystals and Liquid Crystals, 622(1), p.50 - 54, 2015/12

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Chemistry, Multidisciplinary)

$$pi$$積層型有機電導性分子は分子エレクトロニクスへの応用として広く期待されている。もし有機半導体における伝導帯の電子構造の直接観測が行えれば、電導メカニズムの理解が飛躍的に進むと期待される。通常、伝導帯の状態密度の観測には、X線吸収分光(XAS)が用いられる。ここで内殻励起される元素の部分状態密度が観測される。しかしながら、XASでは空軌道の局在性・非局在性の情報を得ることはできない。本研究では、共鳴オージェ電子分光法(RAS)における正孔時計法を電子材料に応用する。非局在化軌道をもつ伝導帯をアト秒領域で高速移動する電子を観測する。本発表ではペンタセン誘導体材料に適用した例をあげ、電子伝導機構を議論する。

論文

Investigation of unoccupied electronic states near the fermi level of polysilane using resonant Auger spectroscopy

小川 博嗣*; 池浦 広美*; 関口 哲弘

Molecular Crystals and Liquid Crystals, 622(1), p.164 - 169, 2015/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Chemistry, Multidisciplinary)

放射光X線を用いる各種分光法は、将来 高濃縮廃棄物で発生する水素の再結合触媒等の機能性材料の評価に応用できる可能性がある。本研究ではポリジメチルシラン有機電子材料における空軌道電導性をX線吸収分光(XAS)法 及びSi KLLオージェ分光(RAS)法により調べた。XAS内殻共鳴励起における空軌道の性質に関してDVX$$alpha$$分子軌道法の結果を基に解釈した。RASのX線エネルギー依存性測定によりポリマー主軸に沿った価電子空軌道において高速電子移動が観測された。内殻正孔時計法によりフェムト秒電子移動速度が見積もられた。

論文

Molecular ordering effect of regioregular poly(3-hexylthiophene) using sulfur K-edge X-ray absorption spectroscopy

池浦 広美*; 関口 哲弘

Japanese Journal of Applied Physics, 53(2S), p.02BB07_1 - 02BB07_4, 2014/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:53.81(Physics, Applied)

硫黄K殻吸収端におけるX線吸収分光法によりレジオレギュラーポリ(3-ヘキシルチオフェン)(RR-P3HT)の空軌道の電子構造を調べた。角度依存XAS法により薄膜のポリマー主鎖が良く配列し、Si基板面に対しedge-on配向構造をとることが見出された。$$pi$$-$$pi$$スタックによりフェルミレベル近傍の価電子バンドの底は粉末P3HTより0.3eV低エネルギーとなった。$$pi$$-$$pi$$スタック相互作用は最低非占有分子軌道(LUMO)のエネルギーレベルの低下を引き起こし、パワー変換効率をよくする効果をもたらす。

論文

Orientation effect of organic semiconducting polymer revealed using Photo-Electron Emission Microscope (PEEM)

関口 哲弘; 馬場 祐治; 下山 巖; 平尾 法恵; 本田 充紀; 和泉 寿範; 池浦 広美*

Photon Factory Activity Report 2013, Part B, P. 546, 2014/00

分子配向性は有機半導体材料の様々な性能を制御する上で重要である。一般に薄膜材料は様々な方向を向いた微小配向領域の混合状態である。したがって、各微小領域の配向方向を選択して顕微分光観測できる手法の開発が望まれている。我々は、光電子顕微鏡(PEEM)法と直線偏光性をもつ放射光X線や真空紫外(VUV)光を組み合わせる装置の開発を行っている。ポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT)導電性ポリマー薄膜を溶液法により作製した。偏光放射光励起により特定方向を向くポリマー分子鎖領域のPEEM像の観測を行うことができた。各微小領域の硫黄S 1s励起X線吸収スペクトルが得られ、微小領域におけるポリマー分子配向の情報を得ることに成功した。

論文

Molecular orientation of pentacene derivative

池浦 広美*; 関口 哲弘

Photon Factory Activity Report 2013, Part B, P. 518, 2014/00

$$pi$$積層型有機電導性分子は分子エレクトロニクスへの応用が広く期待されている。有機半導体における伝導帯の電子構造の直接的な観測が行えれば、電導メカニズムの理解が一層進むと期待される。ペンタセンに置換基を導入した誘導体分子はより良い電子性能が発揮されることが実証されている。本研究ではペンタセン誘導体の薄膜に関して、放射光を用いた角度依存X線吸収端微細構造(NEXAFS)法により表面配向効果を明らかにし 薄膜分子積層モデルを考察した。また、DVX$$alpha$$密度汎関数法を用い、価電子帯の状態密度や軌道対称性を計算した。また内殻電子軌道から空軌道への共鳴遷移エネルギーと遷移強度を求め、X線吸収実験の結果と比較した。

論文

Electronic structure of regioregular poly(3-hexylthiophene)

池浦 広美*; 関口 哲弘

Photon Factory Activity Report 2012, Part B, P. 118, 2013/00

ドナー有機太陽電池材料としてレジオレギュラーポリ(3-ヘキシルチオフェン)(RR-P3HT)の$$pi$$-$$pi$$積層膜を作製し、電子物性をX線吸収分光(XAFS)法により調べた。$$pi$$-$$pi$$積層RR-P3HTのX線吸収はRR-P3HTの粉末多結晶のそれに比較してS 1s $$rightarrow$$ LUMO吸収ピークにおいて0.3eVの低エネルギーシフトが観察された。LUMOレベルの安定化はRR-P3HTの分子凝集の$$pi$$-$$pi$$相互作用により生じることが理論的にも予測されており、エネルギー変換効率の改善に寄与する。

論文

Molecular orientation of regioregular poly(3-hexylthiophene) film

池浦 広美*; 関口 哲弘

Photon Factory Activity Report 2011, Part B, P. 96, 2012/00

ドナー有機半導体であるポリ(3-ヘキシルチオフェン)(P3HT)主軸のレジオレギュラリティー(頭尾結合様式の完全性)は分子配向をコントロールするうえで重要な因子であり、有機太陽電池の性能に大きく影響を及ぼすと考えられる。本研究は溶液法によりレジオレギュラー(RR-) P3HTの配向薄膜をシリコン基板上に形成し、その配向構造を角度分解X線吸収端微細構造(NEXAFS)法により調べた。最低空軌道エネルギー(LUMO)をS 1s吸収端エネルギーから得て、エネルギー変換効率を求め、アモルファスP3HT薄膜と比較した。

論文

Femto- and attosecond electron dynamics in 5'-Guanosine monophosphate interface as probed by resonant Auger spectroscopy

池浦 広美*; 関口 哲弘

Surface and Interface Analysis, 42(6-7), p.1085 - 1088, 2010/06

AA2012-0699.pdf:0.38MB

 被引用回数:5 パーセンタイル:87.17(Chemistry, Physical)

デオキシリボ核酸(DNA)の電子輸送過程における理解を深めるために、DNAを構成する核酸についてその界面における相互作用を研究した。5'グアノシン一リン酸(GMP)微結晶におけるリン酸基間の電子移動速度を共鳴オージェ測定とその光子エネルギー依存性測定を行って調べた。実験結果は、GMPのリン酸基の配列軸に沿って広がったバンド状態が形成されていることを示し、DNAのリン酸骨格で得られた結論と類似した結果であった。GMPのリン酸基の電子非局在の速度はDNAの骨格リン酸中の速度よりむしろ速いことが内殻正孔時計法により明らかにされた。この結果は、DNA関連系の中でGMPのリン酸基の界面が最小の電子移動トンネル障壁を持つ系であることを意味する。これまでDNA及びDNA関連物質の電荷移動過程において核酸塩基の$$pi$$-$$pi$$相互作用による電荷移動機構のみが広く知られていたがリン酸基上の新たな電気伝導過程もあり得ることを本結果は示した。

論文

Enhancement effect in photon-stimulated ion desorption for benzene adsorbed on silicon surfaces observed using angle-dependent technique

関口 哲弘; 池浦 広美*; 馬場 祐治

Applied Surface Science, 254(23), p.7812 - 7816, 2008/09

BB2008-4109.pdf:0.79MB

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Chemistry, Physical)

半導体に吸着した共役二重結合を持つ有機分子からのイオン脱離は分子細線界面における電荷移動の知見を与えるとされ近年研究がなされている。Si単結晶基板表面上に吸着した重水素化ベンゼン分子(C$$_{6}$$D$$_{6}$$)を試料とし、軟X線放射光による炭素内殻準位からの共鳴励起に伴うフラグメンテーション、イオン脱離を観測した。独自開発した角度分解質量分析器、試料ホルダーを用い、質量スペクトルのX線入射角度依存性、種々の角度での光励起エネルギー依存性、Si基板面方位(Si(100)とSi(111))依存を測定した。X線吸収選択則から励起における分子立体配向を特定し、分子配向と電荷移動相互作用の関係を調べた。分子中の基板近くの部位へは基板から強い電荷移動を受けること、表面に対し平行配向した分子は垂直配向した分子より大きな電荷移動を受けること、及び超斜入射条件において表面感度が著しく増強される効果などが見いだされた。

論文

Unoccupied electronic states in polythiophene as probed by XAS and RAS

池浦 広美*; 関口 哲弘

Surface and Interface Analysis, 40(3-4), p.673 - 675, 2008/03

AA2008-0169.pdf:0.26MB

 被引用回数:13 パーセンタイル:64.3(Chemistry, Physical)

内殻電子励起吸収端領域におけるX線吸収(XAS)測定法は一般に空軌道バンドの状態密度やエネルギー幅に関する情報を提供するため、放射光を利用して数多くの化合物について測定されてきた。本研究において有機ポリマーの一つであるポリチオフェンについてXASスペクトル、及び共鳴オージェ電子スペクトルを測定し空状態のエネルギー的な広がりを調べた。分子軌道計算等により行われ報告されている基底状態における伝導帯との比較を行った。結果、X線励起の場合、内殻正孔の存在による空状態の局在化が起こるため、基底状態よりもかなり狭いバンド幅を与えることが明らかになった。

論文

Attosecond electron delocalization in the conduction band through the phosphate backbone of Genomic DNA

池浦 広美*; 関口 哲弘

Physical Review Letters, 99(22), p.228102_1 - 228102_4, 2007/11

 被引用回数:34 パーセンタイル:19.35(Physics, Multidisciplinary)

アンチセンスDNAは癌治療等の応用にも期待される合成DNAの一つであり、広くその化学的物理的基礎データの収集が求められている。本研究ではアンチセンスDNAについて放射光を用いてX線吸収スペクトル(XAS),オージェ電子の観測を行いその基礎的データを供出した。共鳴内殻励起における空軌道の状態密度のエネルギー依存性・局在性等を求め、内殻正孔崩壊過程を考察した。

論文

Direct and indirect processes in photon-stimulated ion desorption from condensed formamide

池浦 広美*; 関口 哲弘; 馬場 祐治; 今村 元泰*; 松林 信行*; 島田 広道*

Surface Science, 593(1-3), p.303 - 309, 2005/11

 被引用回数:5 パーセンタイル:72.32(Chemistry, Physical)

われわれが近年開発した脱離イオン種をプローブとする(XAFS)分光法の基礎データ拡充のため、ホルムアミド分子の凝縮系試料の実験を行った。分子内のC, N, O元素におけるXAFS測定が可能でありC-H, N-H結合を区別して最表面の配向構造分析することが可能であることが示された。さまざまなX線励起エネルギー,生成物種,励起偏光角度について測定した飛行時間質量スペクトルから生成物が放出される際の初期運動エネルギーを求め、イオン脱離機構を調べた。運動エネルギーは発生メカニズム(直接解離/間接解離機構)を大きく反映すること、また多成分存在することが示された。

論文

Characterization and degradation of ZEP520 resist film by TOF-PSID and NEXAFS

池浦 広美*; 関口 哲弘; 小池 正記*

Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 144-147, p.453 - 455, 2005/06

 被引用回数:13 パーセンタイル:44.43(Spectroscopy)

ZEP520はポジ型電子照射レジスト材料であり、半導体微細加工において最良の空間分解能を与えている。そのため近年PMMAに代わりゾーンプレート素子等のデバイス材料に使われ始めている。さらなるパターンサイズ微細化のためにはラインエッジラフネス,ポリマー凝集など課題を抱えている。本研究においてはZEP520の基礎物性を得ることを目的とし、直線偏光放射光による内殻励起分光を用い、ZEP520/Si(100)の薄膜特性とX線照射効果を調べた。脱離イオン検出による表面偏光解析によりC-Cl結合は最表面においてのみ配向(40$$^{circ}$$)を示した。Cl 1s内殻励起によりC-Cl結合が顕著に切断されCl元素が排除される。Si 1s励起により基板との放射線化学反応生成物が増加する。生成物収量の励起エネルギー依存性測定により反応生成物(SiC$$_{x}$$H$$_{y}$$O$$_{z}$$Cl$$_{n}$$)の電子構造,生成機構を考察した。

論文

Element- and orientation-selective photo-fragmentation using polarized synchrotron radiation

関口 哲弘; 池浦 宏美*; 馬場 祐治; 下山 巖; Nath, K. G.

Photon Factory Activity Report 2002, Part B, P. 80, 2003/11

本件は放射光研究施設の課題報告である。放射光エネルギーを特定原子の内殻軌道電子の共鳴励起準位に合わせることにより励起された原子近傍の結合解裂が促進される。これは「サイト選択分解」と呼ばれ、気相系で数多く研究されている。本研究では分子が表面に吸着した際、サイト選択性がどのように変化するかを調べた。分解反応は基板により影響を受けると予想される。そのため回転型飛行時間質量分析装置(R-TOF-MS)と放射光の偏光性を組合せた実験手法を開発し、各吸着角度で分解反応がどのように異なるかを調べた。シリコンまたは金基板上に水,有機酸類,アルデヒド類,ベンゼンハライド類を吸着した系について実験を行った。全ての試料系でサイト選択反応が起こるとき顕著な吸着角度依存性が観測された。また非サイト選択的分解(励起サイトから離れた結合の解裂)は吸着角度に依存しない。選択的解離は直接分解に由来し、非選択的解離は2次電子により引き起こされると結論した。

論文

Orientation effect on phot-fragmentation and ion-desorption from the topmost layers of molecular solids

関口 哲弘; 池浦 広美*; 馬場 祐治

Surface Science, 532-535(1-3), p.1079 - 1084, 2003/06

最近開発された回転型飛行時間質量分析装置(R-TOF-MS)と直線偏光放射光を用いて、分子固体表面最上層で起こる結合解離と脱離過程における分子配向効果を研究した。講演では凝縮ギ酸,ホルムアミド,ベンゼンの質量スペクトル,電子収量法,イオン収量法による高分解能NEXAFSスペクトルの偏光角度依存性を報告する。凝集ホルムアミド分子ではC1s$$rightarrow$$ $$sigma$$*$$_{C-H}$$共鳴励起でH$$^{+}$$イオン収量が増加する現象に関して顕著な配向効果が観測された。下層からの励起緩和には表面上の分子の結合方向が大きく影響を受けることから、この配向効果には内殻軌道励起による直接解離過程と電荷中性化緩和の両方が起こっていることが重要な役割を果たしていると結論された。また、あるイオン種は偏光依存性を全く示さなかった。例えば、HCOND$$_{2}$$においてC1s励起によるD$$^{+}$$イオン収量がそうであった。このことから内殻電子励起しても励起された原子から「遠い」結合には必ずしも直接的な解離は起こらず、解離が起こるとすれば2次電子により引き起こされるものと結論した。

論文

Orientation-selective excitation and dissociation in multilayer benzene

関口 哲弘; 馬場 祐治; 関口 広美*; 今村 元泰*; 松林 信行*; 島田 広道*

Applied Surface Science, 169-170(1-4), p.287 - 291, 2001/06

固体表面上の吸着角度に依存した励起分子の化学反応を調べるため、試料表面から放出される脱離イオン断片の収量を種々の放出角度で観測することができる検出器を設計・製作した。実験システムとしては超高真空チャンバー中で、試料の表面清浄化を行うことができるほかに、放射光の水平偏光面内で回転することができる飛行時間質量分析器を備えている。この装置を高エネルギー加速器研究機構・放射光研究施設に持ち込み、Si(100)上のベンゼン多分子層について予備実験を行った。結果としては、あるベンゼン平面内($$sigma$$$$^{ast}$$)に遷移モーメントをもつ共鳴内殻励起において表面平面に対して垂直方向10度以内を向いたベンゼン分子が非常に大きなH$$^{+}$$イオン脱離(解離)確率を示すことが見いだされた。

論文

直線偏光放射光を利用した元素及び配向を選択した光分解

関口 哲弘; 下山 巖; 馬場 祐治; 関口 広美*

KEK Proceedings 2001-13, p.24 - 25, 2001/06

本研究会においては最近の研究を紹介するとともに高輝度放射光を用いることにより将来的に拓けるであろう実験研究について議論した。放射光の光子エネルギー連続性と直線偏光性を用い、表面吸着分子の選択励起を行い、真空中に放出される分解反応生成物イオンを観測する実験について述べた。本報告では凝集フッ化ベンゼン(C$$_6$$H$$_5$$F)分子の内殻電子励起による分解反応を中心に述べた。炭素吸収端とフッ素吸収端で大きな分解反応の元素選択性が観測された。分解反応の直線偏光角度依存性実験を行った。C-F結合方向及びベンゼン環平面を規定した内殻電子励起を10,45,90度のX線偏光角度について行った。フッ素内殻電子励起領域においてはC-F解離収量が偏光角度に大きく依存して変化したが、C-H解離収量は偏光角度に依存しない。実験結果はX線励起とその後の緩和,分解が表面分子の配向性に大きな影響を受けることを示した。

論文

Fragmentation and charge-neutralization pathways depending on molecular orientation at surfaces

関口 哲弘; 関口 広美*; 今村 元泰*; 松林 信行*; 島田 広道*; 馬場 祐治

Surface Science, 482-485(Part.1), p.279 - 284, 2001/06

X線が固体に照射されると、(電子励起により)表面層から分解イオンが放出される。この現象は「電子励起に起因する脱離現象」と呼ばれ、熱的に起こる蒸発や剥離現象と区別され、広く研究されている。最終的に脱離する分解生成物は、おもに(1)表面最上層分子の直接的な分解、(2)固体内部からの二次電子による衝突励起など一連の複雑な過程の結果として生じる。さらに周囲分子や基板からの脱励起の影響も顕著に受ける。本研究においては表面での分子構造や結合方向が分解及び脱離過程に密接にかかわっていると考え、放射光の直線偏光を利用して、分子(中のある結合)の配向方向を規定して(X線)電子励起する実験を行った。この実験を行うため超高真空容器内で回転することができる飛行時間質量分析を備えた装置を開発した。本報告では凝集ギ酸(HCOOH)分子の内殻電子励起による分解反応について報告する。

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