固体表面ナノ領域におけるフェムト秒時間分解可視一近赤外スペクトル測定法の開発

固体表面纳米区域飞秒时间分辨可见光和近红外光谱测量方法的发展

• 批准号: 12750713
• 负责人: 片山 建二
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750713/
• 关键词: 過渡反射格子法; シリコン; 表面増強ラマン効果; 金; 固体表面; 固液界面; 超高速; フェムト秒; スペクトル

固体の表面・界面における電子やホールの挙動は半導体デバイス、触媒反応、電気化学反応においてきわめて重要なプロセスであるが、それらの挙動はフェムトやピコ秒といった非常に速い相互作用であることが多い。そのため、高時間分解能でダイナミクスを計測する手法が求められてきた。過渡反射格子(TRG)法はin-situ、フェムト秒時間分解能でキャリヤダイナミクスを計測できるという特徴をもつ超高速光熱変換分光法の一つである。この方法により、光励起キャリヤの挙動を観測し、固体表面・固液界面におけるさまざまなキャリヤの相互作用が明らかにされてきた。しかし、従来のTRG法は単一波長で過渡応答を測定するために、いくつかの過程が同時におこる場合にはそれらを区別することが難しかった。そこで、本研究では観測光に白色フェムト秒パルス光を用いることで、従来得ることが難しかったさまざまなダイナミクスを観測することに成功した。シリコン表面では、光照射後の数ピコ秒時間領域での温度の増加は、光強度に対して非線形に増加することを見いだした。これは、熱の発生する過程においてキャリヤ間の多体再結合が熱の発生を支配していることを示している。また、シリコンにおいてはイオン注入などによって生成した欠陥準位にキャリヤがトラップされる様子、また再結合していく様子を直接とらえることにも成功した。さらに、金属-吸着種間の電子的相互作用が本質的に重要な表面増強ラマン(SERS)効果に着目し、SERS効果を誘起する際のフェムト秒から数10ピコ秒時間領域での電子的相互作用を明らかにした。SERSの素過程を観測したことは世界的にもはじめてであり、また、その増強機構に関しても重要な知見を得ており、今後ますます発展していく研究となることが期待される。

The surface and interface of solids are characterized by electron mobility, semiconductor, catalytic and electrochemical reactions, and electron mobility. The method of calculating the time and energy of the system is as follows Transition reflection lattice (TRG) method is an in-situ method, which can be used to measure the characteristics of ultra-high speed photothermal conversion spectroscopy. This method is used to measure the movement of light, solid surface and solid-liquid interface. The TRG method is used to measure the transition time at a single wavelength. This study was successful in measuring white light. The temperature increases in the area of several seconds after light irradiation, and the light intensity increases in a non-linear manner. The process of heat generation is dominated by the recombination of multiple bodies. The result of the experiment was that the injection of the compound was successful, and the compound was successful. In addition, the interaction of electrons between metal and adsorbed species is essential, and the interaction of electrons in the time domain of 10 seconds is important when SERS effect is induced. SERS is a process of measurement and research that is expected to be developed in the future.

项目成果

Y.Inagaki, et al.: "Direct measurement of non-equilibrium carrier diffusion at a Si surface"Anal. Sci.. 17(Special issue). S251-S254 (2001)

Y.Inagaki 等人：“Si 表面非平衡载流子扩散的直接测量”Anal。

K.Katayama, et al.: "Ultrafast Two-step Thermalization Processes of Photo-excited Electrons at Gold Sur face: Application of New Wavelength-selective Transient Reflecting Grating Mehthod"Phys. Rev. B. 61. 7332-7335 (2000)

K.Katayama 等人：“金表面光激发电子的超快两步热化过程：新型波长选择瞬态反射光栅方法的应用”Phys。

K.Katayama, et al.: "Ultrafast dynamics at a silicon surface detected with femtosecond transient reflecting spectroscopy"J. Appl. Phys.. 81・3. 1074-1080 (2002)

K. Katayama 等人：“用飞秒瞬态反射光谱检测硅表面的超快动力学”J. Appl. 1074-1080 (2002)。

K.Shibamoto, et al.: "Detection using transient reflecting grating spectroscopy for the ultrafast interaction between photoexcited electrons and adsorbed molecules at a gold surface"Anal. Sci.. 17(Special issue). S255-S258 (2001)

K.Shibamoto 等人：“使用瞬态反射光栅光谱检测金表面光激发电子和吸附分子之间的超快相互作用”。

K.Katayama, et al.: "Direct observation of ultrafast charge transfer in relation to the surface enhanced Raman scattering activation detected by transient reflecting grating spectroscopy"Chem. Phys. Lett.. 245. 265-267 (2001)

K.Katayama 等人：“直接观察与瞬态反射光栅光谱检测到的表面增强拉曼散射激活相关的超快电荷转移”Chem。