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A rotational state-selected molecular beam study on adsorption dynamics on stepped surfaces

阶梯表面吸附动力学的旋转状态选择分子束研究

基本信息

批准号：
20H02623
负责人：
倉橋光紀
金额：
$ 11.15万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

気相分子の表面への吸着過程は、表面に飛来する分子の配向や回転・振動等の内部量子状態の影響を強く受ける。この問題は、一部の基本分子/平坦表面の系に関して詳しく研究されてきたが、触媒活性点として重要なステップ・キンク等の非平坦構造への分子吸着に関しては、実験観測例の欠如のためよく理解されていない。一方、水素液化や水素脆化等に関わる水素吸着に関しては、H2分子の内部量子状態を制御できる実験手法が無いため、分子配向や回転状態が吸着に与える影響は、平坦表面への吸着に対しても未解明のままである。オルト水素分子は高い回転エネルギー(15meV)を持つため、この問題はH2に対しては特に重要と考えられる。本研究は、(1)微細化した配向O2ビームと曲面研磨結晶を用いたステップでの配向依存反応実験、(2)核スピン・回転状態選別H2分子ビームによる状態制御したH2吸着実験を実現し、これらの問題点解決を目指すものである。初年度である本年度は、上記(1)(2)に必要な装置開発とビーム性能試験を実施した。報告者がこれまでに開発してきた配向O2ビーム表面反応計測装置を双方の研究に使用する計画を申請時に提案したが、両実験を並行に進めるため、H2吸着実験専用ビームラインを製作する計画に変更した。令和2年度には(i)核スピン偏極H2分子専用ビームラインの立ち上げ、(ii)微細化した配向O2ビーム実験用試料微動機構の製作を行った。(i)に関しては、既存の状態選別ビーム源、表面反応分析室に、製作した六極磁子型ビーム偏極分析器、スピン反転器、定義磁場制御装置を組み合わせ、水素分子量子化軸制御と0.3原子層/秒以上のビーム強度を実現した。また、本実験の基礎となる飛行時間法と六極磁子による量子状態分析法の論文を出版した。(ii)については、試料位置をステッピングモーター制御するためのマニピュレータの改造を行った。

The adsorption process on the surface of the gas phase molecules is strongly influenced by the internal quantum state of the molecules, such as alignment, rotation and vibration. This problem is related to the molecular adsorption of some basic molecules/flat surfaces, such as catalyst active sites, important sites, etc. One side, water liquefaction and water embrittlement are related to water adsorption, and the control of the internal quantum state of H2 molecule has no effect, molecular alignment and return state have no effect on adsorption, and the adsorption of flat surface has not been explained. The molecular weight of water is high, and the molecular weight of water is high. This study focuses on: (1) alignment dependence of micronization of O2 molecules, surface grinding and crystallization,(2) state control of H2 molecules, and problem solving. In the beginning of this year, the performance test of the necessary equipment was carried out as recorded in (1) and (2) above. The reporter started the research on the alignment of O2 and surface reflection measurement devices, and proposed a plan for the development of H2 absorption and surface reflection measurement devices. In the second year of this year,(i) nuclear polarization H2 molecules were used for the preparation of micro-motion, and (ii) miniaturization of O2 alignment samples were used for the preparation of micro-motion mechanisms. (i)For example, the existing state selection source, the surface reflection analysis chamber, the fabrication of the hexapole magneton type polarization analyzer, the surface reflection device, the definition of the magnetic field control device, the assembly of the water molecule quantization axis control and the realization of the intensity of the atomic layer/second or more. The paper on the fundamental theory of quantum state analysis based on the time-of-flight method and the six-pole magneton method was published. (ii)In the middle of the test, the sample position is changed.