Chemical state analysis of trace-level alkali metals sorbed in micaceous oxide by total reflection X-ray photoelectron spectroscopy

馬場 祐治; 下山 巖; 平尾 法恵*

Applied Surface Science, 384, p.511 - 516, 2016/10

AA2016-0127.pdf:0.71MB

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.05.067

層状酸化物に吸着した放射性セシウムの化学結合状態を明らかにするため、放射性セシウムの原子数に匹敵するレベルの極微量セシウムおよび他のアルカリ金属について、放射光を用いたX線光電子分光測定を行った。人造マイカ表面に吸着したセシウムでは、X線の全反射条件で光電子分光測定を行うことにより、1cmあたり100ピコグラム(200ベクレルのCsに相当)までのセシウムの測定が可能となった。光電子分光スペクトルを詳細に解析したところ、セシウムとルビジウムでは極微量になるほど、内殻結合エネルギーが低エネルギー側にシフトした。一方、ナトリウムでは逆の傾向が認められた。これらの化学シフトを点電荷モデルにより解析した結果、いずれのアルカリ金属においても、金属-酸化物間の結合は微量になるほど、より分極が大きくなりイオン結合性が高くなることが明らかとなった。

Adsorption of oxygen on Si(001) surfaces studied by reflection high-energy positron diffraction

林 和彦; 河裾 厚男; 一宮 彪彦

e-Journal of Surface Science and Nanotechnology (Internet), 4, p.510 - 513, 2006/05

https://doi.org/10.1380/ejssnt.2006.510

Si(001)表面上の酸素吸着の初期過程は未だに不明な点が多い。特に酸素原子の吸着位置について実験的に詳細に調べた研究は少ない。そこで、本研究では、110KにおけるSi(001)表面上の酸素の吸着位置を、最表面の構造に敏感な反射高速陽電子回折(RHEPD)を用いて調べた。まず、110KのSi(001)表面に酸素分子ガスを吸着した時の、全反射の鏡面反射強度の変化を調べた。鏡面反射強度は、酸素の暴露量とともに減少し、約4Lで一定値になった。次に、110KのSi(001)表面に酸素分子ガスを0.1L, 1.2L, 4.1L暴露した後、RHEPDの鏡面反射強度の視斜角依存性(ロッキング曲線)を測定した。酸素の暴露量が増えると、全反射と004ブラック反射のピーク強度が減少した。この実験結果を、動力学的回折理論を用いて解析した。その結果、酸素は最表面及びダイマーのバックボンド位置に存在することが明らかになった。酸素が最表面に位置する結果は、陽電子消滅励起オージェ電子分光法による実験の報告と一致している。また、ダイマーのバックボンド位置に存在する結果は、光電子分光法による実験の報告と一致している。

Observation of Si(111)--Ag surface at room temperature by reflection high-energy positron diffraction

深谷 有喜; 河裾 厚男; 林 和彦; 一宮 彪彦

Applied Surface Science, 244(1-4), p.166 - 169, 2005/05

https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2004.10.077

Si(111)--Ag表面は、最表面の銀原子が三角形に配置したhoneycomb chained triangle(HCT)構造が提案されていたが、最近、理論計算と低温STM観察により、銀の三角形が非対称なinequivalent triangle (IET)構造が基底構造であることがわかった。そのため、室温における表面構造が現在新たな議論の的になっている。この表面の構造決定においては、最表面に位置する銀原子の配置を正確に決定することが重要である。そこで、本研究では最表面構造に非常に敏感な反射高速陽電子回折(RHEPD)を用いて、表面構造解析を行った。実験は、相転移温度150K前後の140Kと室温で、Si(111)--Ag表面からのRHEPD強度の視射角依存性(ロッキング曲線)の測定を行った。特徴として、室温に上昇すると、全反射領域に見られるピークの位置が、高角側にシフトすることがわかった。第一原理計算によって決定されているHCT構造とIET構造の原子配置を用いて、動力学的回折理論に基づく強度計算を行ったところ、HCT構造からの全反射領域のピークは、IET構造に比べて高角側に位置することがわかった。以上の結果から、現在、Si(111)--Ag表面は、150K付近で秩序・無秩序相転移を起こすのではなく、構造変化を伴う秩序・秩序相転移を起こすと考えている。

Precise determination of surface Debye-temperature of Si(111)-77 surface by reflection high-energy positron diffraction

深谷 有喜; 河裾 厚男; 林 和彦; 一宮 彪彦

Applied Surface Science, 237(1-4), p.29 - 33, 2004/10

https://doi.org/10.1016/S0169-4332(04)01006-2

陽電子に対する結晶中の屈折率が1以下であるため、陽電子ビームは、臨界角以下の表面すれすれの角度で入射させると全反射を起こす。全反射領域における回折波は、結晶内部にほとんど進入することができないため、最表面の原子位置・熱振動の情報のみを反映していると考えられる。したがって、全反射領域における陽電子回折強度を解析することにより、最表面の構造・物性に関する情報を選択的に得ることができる。本講演では、シリコン(Si)の(111)の最表面原子の熱振動の振る舞いに注目し、反射高速陽電子回折(RHEPD)強度の測定及び強度解析を行った。初めに動力学的回折理論に基づくRHEPD強度計算を行った。結晶表面のデバイ温度を一定として、バルクのデバイ温度を変化させてRHEPD強度の温度依存性を計算したところ、全反射領域における回折強度は、バルクの熱振動には全く影響されないことが確かめられた。以上のことにより、全反射領域におけるRHEPD強度が真の表面デバイ温度を決定するうえで非常に有効であることがわかった。講演では、全反射領域におけるRHEPD強度の実測値と計算値との比較から、Si(111)表面の最表面原子の熱振動の振る舞いについて報告する。

SPring-8原研アンジュレータービームラインBL11XUの全反射ミラー装置の立ち上げ調整と特性評価

桐山 幸治*; 高橋 正光; 塩飽 秀啓

JAERI-Tech 2004-017, 39 Pages, 2004/03

JAERI-Tech-2004-017.pdf:2.49MB

SPring-8/BL11XUでは放射光の集光と結晶による高調波を除去するために70cm長の全反射ミラーを導入した。SiOを基盤とするこのミラーは、広いエネルギー領域で使用できるよう、上下2箇所にPtとRhのコーティングを施し、おおよそ6KeVから35KeV程度まで利用できる。BL11XU実験ハッチ3においてミラーの特性評価を行った結果、ミラーを利用したX線は、集光前の入射光に対して、約3倍の強度,3分の1の半値幅となり、高調波の除去も良好であった。ミラーを利用した放射光利用実験を円滑に進めるために、ミラーを正確かつ短時間に調整することが必要である。しかし、これまでに立ち上げ手順や操作手順が系統的にまとめられていないために、必ずしも効率の作業ができるとはいえなかった。そこで、BL11XUでは、作業手順を整理し、系統的なマニュアルを作成した。マニュアル化されたことによって、ミラーの使用経験・調整経験の少ない実験者であってもミラーを容易に使用・調整することが可能になった。

Si(111)-77 surface probed by reflection high-energy positron diffraction

河裾 厚男; 深谷 有喜; 林 和彦; 前川 雅樹; 岡田 漱平; 一宮 彪彦

Physical Review B, 68(24), p.241313_1 - 241313_4, 2003/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.68.241313

本論文では、よく収束された20keVの陽電子ビームを用いたSi(111)-77再構成表面からの初めての陽電子回折の結果について報告する。1/7次から3/7次の陽電子回折パターンが明瞭に観測された。全反射ロッキング曲線を動力学回折理論によって解析したところ、表面付着原子(アドアトム)が積層欠陥層から約1.52の位置にあることが明らかになった。これは、従来の理論値よりも大きな値であり、アドアトムが真空側に大きく変位していることを示している。

反射高速陽電子回折による表面研究

河裾 厚男; 一宮 彪彦*

表面科学, 24(3), p.174 - 180, 2003/03

https://doi.org/10.1380/jsssj.24.174

これまで原研において、世界で初めて開発した反射高速陽電子回折法の原理からそれを用いたSiC表面構造研究まで、最新のトピックスを含めて解説する。反射高速陽電子回折では、電子の場合には、決して起こらない表面全反射現象が出現する。これは、一宮によって運動学的考察と動力学回折理論の両面から与えられた理論的予測であった。一方、われわれのグループでは、この予測を実証すべく装置開発を推進し、一次ラウエ斑点を含むほぼ完全な回折パターンの観測に至った。その後、S(111)表面の構造解析を行い、赤外吸収や原子間力顕微鏡では、見つけることが難しかった表面ラフネスの検出に成功した。最近では、高温水素処理したSiC表面,犠牲酸化したSiC表面を評価し、Si-Oが表面に付着しており、全反射回折強度のオフブラッグ反射を誘発することが判明した。Si-O結合長距離を決定し、従来の値との比較を進めている。

金属鏡面の中性子全反射の測定; JRR-3改造炉の中性子導管に関する試験研究

鈴木 正年; 川端 祐司; 高橋 秀武; 坂本 正誠

JAERI-M 86-037, 21 Pages, 1986/03

JAERI-M-86-037.pdf:0.96MB

本稿は中性子導管の最も重要な要素である金属鏡面の中性子反射率について実機に採用するものと同等仕様のニッケル蒸着ガラスを用いて測定した結果をまとめたものである。また、炉心近傍の核的・熱的に厳しい条件下にある水平実験孔内に設置する中性子導管について、ニッケル蒸着ガラスに代わる鏡面として、金属ニッケルを研磨した中性子導管が採用できるか否かを知る為 3段階の表面粗度をもつ鏡面についても反射率の測定を行った。測定の結果、ニッケル蒸着ガラスについては今回の供試体程度の表面状態であれば中性子導管としての性能を発揮できることが確認出来た。3段階の表面粗度をもつニッケル板については、表面状態の優劣が反射率の優劣に依存していること、供試体中、最良のニッケル板でも導管には不適であるとのデ-タを得た。

酸化物および雲母表面に吸着した極微量Csの結合状態

馬場 祐治; 下山 巖; 平尾 法恵; 和泉 寿範

no journal, , 

粘土鉱物の主要成分である二酸化ケイ素、アルミナおよびマイカ(人造雲母)表面に極微量のセシウムを吸着させ、その結合状態を放射光を用いた全反射X線光電子分光法(TR-XPS)で解析した。比較のため他のアルカリ金属に関しても実験を行った。入射するX線の角度を表面すれすれにして全反射条件にすると、XPSにおけるCs 3d領域のバックグラウンドは、通常のXPSの1/10以下に低下し、200ピコグラムまでの極微量のセシウムの結合状態解析が可能となった。基板を塩化セシウムの溶液に浸してセシウムを吸着させた試料を水で洗浄すると、洗浄に伴い、Cs 3dの結合エネルギーは高エネルギー側にシフトした。さらに試料を超音波洗浄した後でも、わずかにピークが認められ、その結合エネルギーは洗浄前に比べ0.8eV高結合エネルギー側にシフトした。このことから洗浄後に残った"取れにくい"極微量のCsは、通常の吸着状態より、Csと基板間の分極が小さく、共有結合に近い結合状態をとることが明らかとなった。

層状酸化物に収着した極微量アルカリ金属の結合状態

馬場 祐治; 下山 巖; 平尾 法恵

no journal, , 

粘土鉱物や土壌中の放射性セシウムの化学結合状態を明らかにするため、マイカなどの層状酸化物に収着したセシウムおよび他のアルカリ金属についてX線光電子分光(XPS)測定を行った。Csなど放射性核種の原子数は極めて少ないため、これらの放射性核種の原子数に匹敵する極微量原子の化学結合状態を直接観察する目的で、入射X線の全反射条件でXPSスペクトルを測定した。この方法により、1000分の1層程度の極微量のXPS測定が可能となった。セシウムおよびルビジウムの場合、XPSの内殻結合エネルギーは収着量の減少とともに低エネルギー側にシフトした。一方、ナトリウムの場合は反対に高エネルギー側にシフトした。これらの化学シフトを点電荷モデルにより考察した結果、マイカ表層のセシウムおよびルビジウムは、微量になるほどイオン結合性が強い状態で収着していることを明らかにした。