ホットアトムの衝突による反応と散乱

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酸素分子を吸着させた白金表面にエキシマレーザー光を照射すると、酸素の光解離が起こる。このとき生じる酸素原子は高い並進エネルギーを持ち、高速原子(ホットアトム)と呼ばれ、これが隣接する吸着種に衝突すると脱離、反応を引き起こす。脱離分子はホットアトムの運動量を部分的に保持するため、脱離分子は斜め方向に脱離し、このような脱離の角度分布、並進エネルギーよりホットアトムの衝突ダイナミクスに関する知見が得られる。酸素原子は30K以上では化学吸着をするが30K以下では物理吸着をする。物理吸着状態の吸着高さは化学吸着よりも高い。本研究ではこの様に下地温度によって標的分子の高さを変えて衝突のパラメータを制御して、脱離機構を調べることを目的とする。そのために必要な定温まで試料を冷却できる試料ホルダーを作成した。外部からの熱流入を押さえるため、通電用の電線、試料温度測定のためのサーモカップル、試料回転のための運動伝達部品等は、超高真空チャンバーの外部から動かせるようにし、必要なときだけ試料ホルダーに接続できるようにした。また、超高真空中で試料をスムーズに回転させ、しかもそのとき発生する不要なガスを最小限に押さえるため、回転のときにのみ回転部分を浮上させ、金属表面間の摩擦が起きないようにした。本年度では真空内で動く機構や、脱着機構に改良を加えた。低温ではサーモカップルによる試料温度測定の誤差が大きくなるので現段階では正確な温度はわからないが、酸素分子の昇温脱離スペクトルより物理吸着状態を確認することができた。酸素の光脱離の実験では、まだ鋭い斜め脱離が確認できていない。今後は吸着構造のより精密な制御を試みる。関連した実験として、ホットアトムの衝突により、物理吸着したCO2が斜めに脱離する現象を観測できた。