光脱離光電子分光法による金属・半導体クラスターの励起状態の検出

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本研究では粒子数が10ケ〜100ケ程度の金属や半導体クラスターをレーザー蒸発法により高濃度に発生させ、単一粒子数の負イオンクラスターを一担飛行時間質量分析法により単離し、さらにレーザー光脱離で生成する光電子運動エネルギー分析により電子構造を解明することを目的とする。この目的を遂行するため従来より主に次の3段階に分けて開発研究を進めてきた。1)負イオンクラスター発生源の開発、2)単一粒子数負イオンクラスターの粒子数分別、3)レーザー光脱離光電子分光法開発とクラスター電子励起状態の検出。1)、2)に関しては半導体から金属に至るきわめて広い物質に対して有効な負イオンクラスター発生源と粒子分別法の開発に成功し、本年度はレーザー光脱離実験に着手した。 Alを試料とし、粒子数20程度までの負イオンクラスターを発生させたのち、Nd-YA'Gレーザー2倍及び3倍高調波を脱離用光源とし、光脱離実験を行なった。この実験では、脱離レーザーの同期(特定粒子数負イオンクラスターの飛行時間に対して)精度の高いものが要求されることが明らかになった。結果として、同期時間のジッターとして<10nS程度必要であることが判明した。ついで、同期時間の遅延時間を連続的に変化させ、光脱離スペクトルを測定した。このスペクトルは飛行時間質量スペクトルと直接比較することができる。つまり、光脱離スペクトルには各粒子数の濃度分布と光脱離断面積が反映する。光脱離スペクトルと質量スペクトルの比較から各粒子数の光脱離過程が明らかになる。ついで、特定粒子数のクラスターの飛行時間に脱離レーザーの遅延時間を固定し、飛行時間分析法による電子の運動エネルギー分布の測定を試みた。未だバックグランド信号により本格的光電子スペクトルは得られていないが、予備的信号の検出には成功し、現在エネルギー分析器の改良を行なっている。