High-energy spectroscopic study of the III-V nitride-based diluted magnetic semiconductor GaMnN

Hwang, J. I.*; 石田 行章*; 小林 正起*; 平田 玄*; 田久保 耕*; 溝川 貴司*; 藤森 淳; 岡本 淳; 間宮 一敏*; 斎藤 祐児; et al.

Physical Review B, 72(8), p.085216_1 - 085216_6, 2005/08

A2004-0178.pdf:0.19MB

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.72.085216

常磁性GaMnNの電子構造について光電子分光(PES),X線吸収分光(XAS)によって調べた。XAS実験スペクトルを理論計算と比較することによって、GaN中Mnは正四面体配位結晶場中の2価で説明できることがわかった。この結果に従い、Mn2p及びMn3d光電子スペクトルを配置間相互作用クラスターモデルで解析した。これにより見積もられた電子構造パラメータから計算したp-d交換相互作用定数の大きさはGaMnAsの1.6倍であることが判明した。また、内殻PESからはMn濃度の上昇に伴ってフェルミレベルが降下する様子とバンドギャップ中に新たな状態が生成され増大する様子が観測された。以上のことから、GaMnNにおいて十分な正孔濃度を実現することで高い転移点を持つ強磁性が発現する可能性が実験的に示された。

Angle-resolved soft X-ray emission and absorption spectroscopy of hexagonal boron nitride

村松 康司; 兼吉 高宏*; Gullikson, E. M.*; Perera, R. C. C.*

Spectrochimica Acta, Part A, 59(9), p.1951 - 1957, 2003/07

ホウ素材料の状態分析に必要な分光データを取得するため、六方晶窒化ホウ素の軟X線発光・吸収スペクトルを測定し、そのスペクトル形状を分子軌道法を用いて解析した。その結果、六方晶窒化ホウ素のBK/NK X線発光・吸収スペクトルでは明瞭な出射・入射角依存性が観測され、この角度依存性はホウ素及び窒素原子の軌道と軌道の配向を考慮した電子状態密度スペクトルにより再現できた。また,NK X線発光スペクトルの角度依存性から、窒化ホウ素の層構造の乱れを定量的に評価できることを見いだした。

XAS and XPS combined analysis using high-resolution and high-flux soft X-ray from synchrotron radiation

松林 信行*; 田中 智章*; 今村 元泰*; 島田 広道*; 斉藤 健

Analytical Sciences (CD-ROM), 17(Suppl.), p.119 - 121, 2002/03

放射光の特性、すなわち励起エネルギーを変化可能なこと、高強度高分解能の偏向性を考慮した場合、X線光電子分光法(XPS)とX線吸収分光法(XAS)をあわせて用いることは、固体表面の元素分析や化学状態分析有効な手法となる。励起エネルギーを変化させ、光電子の運動エネルギーを変えることにより、非弾性平均自由行程の調整を行い、XPSによる非破壊深さ方向分析が可能となる。偏向XASは種々の機能材料に応用されている。共鳴光電子スペクトルの解析による電子構造の分析はチオシアネートの分析に用いられた。XASスペクトルと共鳴光電子スペクトルは放射光研究施設のBL-13Cにて行われた。

Soft X-ray emission and absorption spectra in the O K region of oxygen incorporated in microporous carbon

村松 康司; 上野 祐子*; 石渡 洋一*; 江口 律子*; 渡辺 正満*; Shin, S.*; Perera, R. C. C.*

Carbon, 39(9), p.1359 - 1402, 2001/06

環境汚染物質の吸着除去剤や環境触媒などとして注目されている多孔質カーボンにおいて、孔内部の化学反応特性に強く影響を及ぼすと考えられる酸素の化学結合状態を解明するため、多孔質カーボンのOKX線発光吸収スペクトルを測定した。分光測定はAdvanced Light Sourceの回折格子軟X線発光分光装置を用いて行った。その結果、従来の分光手法では直接検出が困難であった孔内部の酸素を軟X線発光吸収分光法によって容易に直接検出できることを示した。さらに、得られたX線スペクトルをDV-X分子軌道計算法により解析した結果、多孔質カーボン中の酸素は従来の熱脱離法で予測されていた-OH,-CHO,-COOHなどの置換基状態では十分に説明できないことがわかった。

バンド理論を用いたウラン酸化物の物性に関する研究

手島 正吾

JNC TN8400 2000-029, 54 Pages, 2000/10

JNC-TN8400-2000-029.pdf:1.32MB

本報告は、著者が核燃料サイクル開発機構において平成10年4月から平成12年10月までに博士研究員として行った研究内容をまとめたものである。本報告は、3つの内容に分かれる。1)相対論的スピン密度汎関数法に基づくバンド計算法、この計算法をも用いて解析した、2)強磁性体UGe2、3)反強磁性体UO2の電子物性に関する研究である。1)相対論的バンド計算(RBC)法 s、p、d電子系物質を扱うバンド計算法は、基礎面、応用面ともに十分な研究が行われている。しかし、アクチニド化合物のような磁性5f電子を扱うバンド計算法は、非常に複雑でありかつ相対論的アプローチが必要とされるために、その研究が遅れている。本研究では、磁性5f電子に有効な相対論的バンド計算法を定式化した。2)UGe2の電子物性 UGe2は強磁性体であることから、理論による解析が未だ十分に行われていない。そこで、本研究で開発した相対論的バンド計算法を用いてUGe2の電子状態とフェルミ面を解析した。その結果、UGe2は5f電子特有の重い電子系であることが分かり、実験結果と一致する結果を得た。3)核燃料UO2の電子構造 核燃料物質である反強磁性UO2の熱伝導度の振る舞いを把握することは重要である。しかし、熱伝導度に影響を与える電子構造の計算が、相対論的効果を考慮した形では、未だ行われていない。そこで、RBC法を適用し、UO2の電子構造の詳細を明らかにした。

Electronic structures of phosphates studied by TEY-XANES and resonant AES

奥出 進也*; 野呂 寿人*; 名越 正泰*; 山本 博之; 馬場 祐治; 佐々木 貞吉

Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 88-91, p.467 - 471, 1998/00

https://doi.org/10.1016/S0368-2048(97)00147-3

鋼板の表面処理に用いられ、その耐食性に影響を与える各種リン酸塩についてX線吸収端微細構造法(XANES)及び共鳴オージェ電子分光法を用いて、電子状態の解析を行った。リン酸亜鉛とリン酸クロムのXANESスペクトル(P,K吸収端)から、リン酸クロムでは、リン酸亜鉛にみられないプリエッジピークが観測された。これは、リン酸イオンの結合相手であるCr及びZnの電子配置がそれぞれ[Ar]3d,[Ar]3dであり、Crには3d軌道に空きが生じているためと考えられる。また、共鳴オージェスペクトルに現れるスペクテーターオージェピークとノーマルオージェピークのエネルギー差が両化合物で異なることも確認された。

アクチニド系化合物における分子軌道法に関する研究(3)

巽 和行*

PNC TJ8603 97-003, 29 Pages, 1997/03

PNC-TJ8603-97-003.pdf:1.52MB

本研究は,拡張ヒュッケル法を用いてアクチニド錯体の化学状態を理論的に把握することを目的とする。核燃料リサイクルの基礎研究において,積極的に理論化学および計算化学の手法を導入する試みに挑戦することが重要で,原子力基盤技術としての理論計算化学を構築することが不可欠である。この観点に立ち,平成6年度はアクチニドおよび密接に関連したランタニドの拡張ヒュッケル用計算パラメーターの決定を行なった。引き続き平成7年度には代表的なアクチニド化合物の電子状態計算を行ない,結合の性質と反応性に関する理論解析に成功した。本年度はランタニド錯体を主にとりあげ,その電子状態を拡張ヒュッケル法で計算するとともに,関連アクチニド錯体の電子状態と比較した。さらにこの結果を利用して,溶液中に共存するランタニドイオンとウラニルイオンとの分離を試みた。分子軌道計算を行なったランタニド錯体はサマロセンとその誘導体で,ランタニドと種々の炭素供与型配位子および窒素分子との相互作用を調べた。その結果,Cp2Smが異常に屈曲した幾何構造をとる電子的原因が明らかになった。また,配位子との結合が主にランタニドの5d,6s,6p軌道によって形成されることを見いだした。結合に対するランタニド4f軌道の関与は対応するアクチニド5f軌道に比べてずっと小さい。さらに,サマリウムとアルキル配位子,アルカン,アルケン,アルキン,窒素分子などとの共有結合的相互作用は弱く,一般にランタニド配位子結合のイオン性がアクチニド錯体よりも高いことを示した。配位子とランタニドおよびアクチニドとのイオン結合性の違いを念頭において,溶液中に共存するランタニド(III)硝酸塩とウラニルイオン(2+)硝酸塩との分離実験を行なった。分離用多座N供与性配位子をデザインし,ビタミンB1から安価に合成できる新規ピリミジン環状6量体を合成した。この配位子を用いると,La(III)とウラニルが高効率に分離できることが明らかになった。Ce(III),Pr(III),Nd(III)でもウラニルと効率良く分離されるが,Gd(III)や重ランタニドでは分離能が悪くなる。

Electronic structure of N and O ion-implanted Si(100)

山本 博之; 馬場 祐治; 佐々木 貞吉

Surface and Interface Analysis, 23, p.381 - 385, 1995/00

https://doi.org/10.1002/sia.740230607

Si(100)表面に5keVのN,Oイオンを注入し、イオン注入層の電子構造についてX線光電子分光法(XPS)、X線励起オージェ電子分光法(XAES)およびX線吸収端微細構造法(XANES)により解析した。O注入の場合、XPS(Si2p),XAES(SiKLL)スペクトルは310/cm以上でSiから急激にSiOの位置へとケミカルシフトが生じる。またXANESスペクトルでは双極子選択則よりSi2pSi3s,Si2pSi3d,Si2sSi3p遷移による吸収ピークが観測され、いずれも4.510/cm以上で3~4eV高エネルギー側にシフトする。これらの構造は既報のSiOのスペクトルに類似しており、O注入層がSiとSiOの混合層からなることを示唆する。一方N注入ではこれらのスペクトルのシフトは照射量の増加に従ってゆるやかに生じ、N注入層がSiとSiNの混合層ではなく、SiとNとのランダムな結合を形成しているものと考えられる。

13.5keV領域ワイドバンド多層膜回折格子の開発

今園 孝志; 小池 雅人

no journal, , 

薄膜型太陽電池の光吸収層の物性研究において、軟X線発光分光法は、光吸収層等の埋もれた物質の化学結合状態を非破壊的に、元素選択的に励起及び評価することができる計測手法として有効である。これまでの研究において、20004000eV領域の回折効率を一様に高めることができるワイドバンドW/BC多層膜回折格子を開発した。しかし、これを用いたとしても、CIS系太陽電池の主成分(Cu-(0.9keV), In-(3.4keV), Se-(1.4keV))からの発光計測用途としては実用的とは言えないため、当該領域(0.93.5keV)をカバーできる新しいワイドバンドNi/C多層膜回折格子と分光器を開発した。

13.5keV領域をカバーするワイドバンドNi/C多層膜回折格子を用いた平面結像型軟X線分光計の設計

今園 孝志; 小池 雅人; 倉本 智史*; 長野 哲也*; 小枝 勝*

no journal, , 

CIS薄膜太陽電池において光吸収層を構成するCu, In, SeからのL発光線(Cu: 0.9keV, In: 3.4keV, Se: 1.4keV)を計測するための平面結像型軟X線回折格子分光器を設計した。当該領域(0.93.4keV)を一定入射角でカバーするために、非周期Ni/C多層膜をラミナー型不等間隔溝回折格子に積層したワイドバンド多層膜回折格子を考案した。回折格子及び検出器の駆動機構が不要なため、全エネルギー領域を同時に高分解計測することができる。