擬一次元ナノ構造物質の表面光化学

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銀や銅の(110)面を酸化すると、金属と酸素原子が交互に並んだ鎖状の構造を持った表面ができる。この鎖状構造物質はいわば金属単結晶表面上にできた擬一次元化合物と見なすことができる。Ag(110)表面に生成したAgO擬一次元化合物に紫外光を照射すると酸素原子が消失し、もとの清浄表面の構造に戻るという酸素消失光反応がおきること。をX線光電子分光(XPS)などを用いて本研究グループはすでに見出している。そこで、本研究では、紫外光を照射しながら走査型トンネル顕微鏡(STM)によりその場観測をすることにより、この反応における擬次元表面化合物の光誘起構造変化を原子レベルでとらえ、その反応メカニズムを明らかにすることを目的として研究を行った。その結果、表面炭素が存在しない清浄表面では酸素被覆率を増加させるにつれて列間の幅の広い(nx1)構造から最終的には表面前面にびっしり(2x1)構造をとるAgOが観察された。XPSの結果から予想されたようにこの表面に紫外光を照射してもまったく変化は見られなかった。これに対して{炭素修飾表面では明らかに異なる結果を得た。まず、清浄なAg(110)面に炭素イオンを打ち込んだ後、昇温することにより表面を炭素原子で修飾した炭素修飾表面を準備した。これを酸素分子に露出したところAgO鎖が帯状に集まったストライブの見えるSTM像をえた。これに紫外光を照射し光反応を進行させると帯状の構造の中にあった(2x1)構造のAgO鎖の間隔が部広がると同時に、列が分断され断片化された。さらに光照射を続けると最終的にはほとんどのAgO鎖が消失してしまう。また、その時テラス端のステップ形状は大きく変化しAgO鎖を構成していた銀原子が酸素を失った後、表面を拡散してステップに再配列することが明らかとなった。