新しい最表面分析法-中性化高速ポジトロニウム分光は可能か？

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本研究では、物質最表面に存在する電子だけを選択的に捉え、そのスピン状態をバンドごとに分解できる新しい物性評価手法「中性化高速ポジトロニウム分光装置」の開発に挑み、中性化高速ポジトロニウム形成理論の実験的検証を試みる。陽電子を100 eV程度のエネルギーで金属表面に照射すると、表面原子との弾性散乱時に表面電子を引き連れ、入射陽電子と同程度のエネルギーを持つ中性化高速ポジトロニウムが生成すると考えられており、分光利用できれば高い表面敏感性を持つ解析手法が実現できると期待されるが、高速ポジトロニウムのエネルギーに対応した有効な検出手法は存在しなかった。本研究では、研究代表らが有している陽電子回折実験用二次元位置敏感型検出器技術の感度特性が高速ポジトロニウム検出に適することを利用し、課題解決を試みるものである。まず二次元位置敏感型検出器の設置方法の詳細検討を実施した。ポジトロニウムの散乱測定には前方散乱と後方散乱の2種類がある。後方散乱測定は試料に正対して穴あき検出器を設置し、陽電子ビームを貫通孔より入射させるものである。この場合、得られる散乱イメージは軸対称となり解析が容易であるが、散乱角0度付近の波数成分（バンド図のΓ点に対応する）が入射孔から抜けるという問題がある。一方、前方散乱では試料の先に検出器を設置するため、得られるイメージが扇形に変形してしまうが、波数成分の抜けはなく、また散乱断面積も大きく検出が容易と予想される。本研究では強度の弱いスピン偏極陽電子ビームを利用するため、より散乱強度の高い前方散乱型が適すると判断した。2021～2022年度にかけて検出器の選定と必要部品の調達を行った。また2022年度には検出器試験のためのテスト陽電子ビーム装置の組み立てを行った。2023年度には検出器の組み立て、動作確認を予定している。