金属表面上に形成した窒素吸着ナノ構造と原子状水素の反応

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金属単結晶上に形成した単原子層の金属窒化膜は、下地金属との格子不整合により特異な構造をとり、バルク窒化物とは異なる面白い化学反応性の発現が期待される。本研究は原子状水素をプローブとし、走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて、単原子窒化膜の反応性を原子スケールで調べることを目的とする。鍵となる原子状水素(H)は、高温のタングステン(W)による分子状水素(H2)の熱解離で発生させることとし、外径152mmの両面フランジ上に、Wフィラメントを保持する機構と、必要な電流導入端子を備えた装置部品を設計し、「RT-STM準備室改造2」として、北野精機(株)に製作を依頼した。限られたスペースと, 装置既存部分への影響を少なくするため、フィラメントの太さ、形状、保持方法には試行錯誤があったが、0.2mm径のW線を、外径4mm12巻のコイルとすることにより、電流3.3A、電圧10Vという扱いやすい電力で、必要な1800℃を達成できた。この装置部品を東京大学物性研究所の室温STM装置の準備室に組込み、水素ガス配管を整備した。実験は、歪みと構造との関係が詳しく研究されているCu(001)面上の銅窒化膜から開始した。室温でHに曝したところ、特徴的なトレンチ構造の消失と、不規則に分布する小輝点(条件により小暗点)が観測された。小点は窒素と結合したH、トレンチの消失は、Hによる表面銅原子の拡散増大を示すと考えられる。この表面についての測定を精密化するとともに、(110)など他のCu表面、鉄など異種金属の窒化膜へと系を拡張していきたい。関連して金属窒化膜そのものについての研究も進めている。国際会議で発表1件、国内学会で発表1件を行なった。