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論文

グラファイト構造ホウ素窒化炭素の原子配置に関する分極ルールの再検討

下山 巖; 馬場 祐治; 関口 哲弘

DV-X$$alpha$$研究協会会報, 27(1&2), p.34 - 44, 2015/03

$$pi$$共役系ホウ素窒化炭素化合物(B$$_{x}$$C$$_{y}$$N$$_{z}$$)は触媒活性などの機能性が注目を集めている。しかし、その原子配置は不明である。我々はNEXAFS分光法のN吸収端でのスペクトルをDVX$$alpha$$法で解析し、原子配置に関する分極ルールを提案した。本発表ではB吸収端でのスペクトルから分極ルールを再検討した結果について報告する。B$$_{x}$$C$$_{y}$$N$$_{z}$$のB及びNのNEXAFSスペクトルは六方晶窒化ホウ素(h-BN)のNEXAFSスペクトルの$$pi$$$$^{*}$$ピークよりも低エネルギー側にブロードな成分を示し、偏光依存性解析からそれらの成分は面外遷移に帰属される。グラファイト構造BC$$_{2}$$Nについて原子配置の異なる幾つかのモデルクラスターの$$pi$$$$^{*}$$準位の電子状態をDVX$$alpha$$法により計算した。BC2NはB, Nどちらの内殻励起においてもh-BNよりも低い励起エネルギー領域に$$pi$$$$^{*}$$準位を示した。B, C, N間で大きい分極をもつ原子配置の場合はB吸収端において大きい$$pi$$$$^{*}$$ピーク強度を示すが、B, C, N間の分極が小さい原子配置の場合は逆の傾向を示すことから、B吸収端のNEXAFSスペクトルの結果も分極ルールの存在を支持することがわかった。

論文

NEXAFSによるNi(111)上の$$h$$-BN薄膜の電子構造解析

下山 巖; 馬場 祐治; 関口 哲弘; Nath, K. G.

表面科学, 25(9), p.555 - 561, 2004/09

https://doi.org/10.1380/jsssj.25.555

六方晶窒化ホウ素($$h$$-BN)はグラファイト構造を持つ絶縁体であり、超薄膜絶縁体材料としての興味深いターゲットである。近年幾つかの遷移金属単結晶表面上にエピタキシャル$$h$$-BNモノレイヤーが形成されることが報告された。そのうちNi(111)は$$h$$-BNとの格子整合性が高いためエピタキシャル薄膜成長に対し有利であるがその薄膜-基板間相互作用については十分明らかになってはいない。そこでわれわれは吸収端近傍X線微細構造(NEXAFS)分光法を用いて$$h$$-BN/Ni(111)の電子構造を調べ、薄膜-基板間相互作用を明らかにすることを試みた。ボラジン(B$$_{3}$$N$$_{3}$$H$$_{6}$$)を用いたCVD法によりNi(111)上に$$h$$-BN薄膜を形成し、そのB K端でのNEXAFSスペクトルを測定した。得られたスペクトルはバルク$$h$$-BNでは観測されない新しい$$pi$$*ピークを示した。このピークの解釈のためモデルクラスターを用いたDV-X$$alpha$$分子起動計算を行い、新しいピークがおもにNi4p軌道と$$h$$-BNの$$pi$$*軌道との混成により生じたものであることを明らかにした。この結果からわれわれは$$h$$-BNモノレイヤーとNi(111)基板は化学吸着的な強い相互作用を持つと結論した。

論文

NEXAFS spectra of an epitaxial boron nitride film on Ni(111)

下山 巖; 馬場 祐治; 関口 哲弘; Nath, K. G.

Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 137-140, p.573 - 578, 2004/07

https://doi.org/10.1016/j.elspec.2004.02.040
 被引用回数：27 パーセンタイル：72.98(Spectroscopy)

六方晶窒化ホウ素(h-BN)はグラファイト構造の2次元的な異方性を持つワイドバンドギャップ化合物であり、超薄膜絶縁体の材料として興味深い対象である。近年そのエピタキシャル薄膜がNi(111)上に形成されることが明らかになった。そこでわれわれは吸収端近傍X線微細構造(NEXAFS)分光法を用いてこのエピタキシャル薄膜の電子構造を調べた。h-BNエピタキシャル薄膜生成にはボラジン(B$$_{3}$$N$$_{3}$$H$$_{6}$$)を用いた。真空中で加熱したNi(111)基板にボラジンガスを吹き付けることによって約1$$sim$$2層のh-BN薄膜を得た。薄膜とバルクの電子構造の違いを調べるため両者のNEXAFSスペクトルを測定した。バルクh-BNはホウ素K吸収端のNEXAFSスペクトルにおいて1s$$rightarrow$$$$pi$$*遷移に帰属される特徴的な一本の$$pi$$*ピークを示す。一方h-BN薄膜のスペクトルはバルクのスペクトルに観測された$$pi$$*ピークの高エネルギー側に新しいピークを示した。NEXAFSスペクトルの偏光依存性解析によりこのピークは$$pi$$*ピークに帰属された。この結果はh-BNエピタキシャル薄膜の$$pi$$*バンドがバルクh-BNの$$pi$$*バンドと明らかに異なることを示しており、基板との相互作用によりh-BNの伝導帯における電子構造の変容が生じたことを示唆している。

論文

NEXAFSによる窒化炭素薄膜の局所構造解析

下山 巖

放射光, 15(1), p.12 - 19, 2002/01

http://www.jssrr.jp/journal/pdf/15/p012.pdf

窒化炭素はダイヤモンドを越える超硬物質となる可能性が指摘されており、その合成が盛んに試みられているが、合成された材料の原子レベルでの構造はまだ不明な点が多い。われわれのグループでは放射光の偏光特性を用いて窒化炭素薄膜の原子レベルの局所構造を調べ、薄膜中にC≡N三重結合をもつシアン構造、C=Nに重結合をもつピリジン構造,グラファイトのCがNで置換されたグラファイト構造の3つが存在することを明らかにした。本論文では窒化炭素薄膜の局所構造解析に用いた吸収端近傍X線吸収微細構造(NEXAFS)の手法と結果を詳しく解説するとともに、X線光電子分光法(XPS)との比較からその有用性について論じた。

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

Evidence for the existence of nitrogen-substituted graphite structure by polarization dependence of near-edge X-ray-absorption fine structure

下山 巖; Wu, G.; 関口 哲弘; 馬場 祐治

Physical Review B, 62(10), p.R6053 - R6056, 2000/09

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.62.R6053
 被引用回数：106 パーセンタイル：95.3(Materials Science, Multidisciplinary)

新しい機能性材料として注目されている窒化炭素(CN$$_{x}$$)化合物の局所構造を明らかにするために、CN$$_{x}$$化合物の吸収端近傍X線微細構造(NEXAFS)を調べた。3keVの低エネルギー窒素イオンをグラファイトに打ち込み、N 1s NEXAFSの偏光依存性を測定した。その結果、3つの$$pi$$*共鳴構造ピークa(398.3eV),b(399.5eV),c(400.7eV)を観測した。このうち、ピークa,cは、グラファイトのC 1s NEXAFSにおける$$pi$$*共鳴構造と同様の傾向の偏光依存性を示した。一方ピークbはあまり偏光依存性を示さなかった。以上の結果はピークa,cに対応する局所構造がグラファイト構造と同様の配向を持ち、ピークbに対応する局所構造がランダムな配向を持つことを示唆する。以上の結果よりわれわれはピークa,b,cがそれぞれピリジン構造、シアン構造、グラファイト構造をもつCN$$_{x}$$の局所構造に対応すると結論した。この結果は窒素置換されたグラファイト構造の存在の明らかに示すものであると考えられる。

口頭

Oriented organic semiconductors revealed using photo-electron emission microscopy with linearly polarized light and X-rays

関口 哲弘; 本田 充紀; 平尾 法恵; 池浦 広美*

no journal, , 

将来におけるアクチノイド重金属元素の選択的吸着分子材料の開発において、吸着材分子と重金属元素の空間的な分布を観測することは重要である。そこで放射光X線と光電子顕微鏡を用いた元素選択的な材料評価分析手法の開発研究を進めている。今回試料として有機ポリマーを用い、放射光励起のよる元素マッピング測定を行った。また放射光の直線偏光と励起エネルギー依存性測定から分子鎖方向を評価した。さらに光電子顕微鏡の光源として放射光X線と高圧水銀ランプ(UV)の結果を比較した。放射光によるX線励起エネルギー依存性の測定から吸着材料の微小領域における構造情報が得られると期待される。

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