パルスアーク放電法を用いた巨大クラスター・極超微粒子の研究

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本研究によって、パルスアーク放電装置と同様な動作を行う、ガス中レーザー蒸発法を開発し、サイズが10^3を越える巨大クラスターを生成することに成功した。その装置はほぼ計画書で述べている通り、冷却ガス導入バルブ、超音速分子線生成バルブ、蒸発室とXYZ可動ステージを備えている。冷却ガス導入バルブを用いて、1 Torr程度のHe冷却ガスを流れがない、よどんだ状態で蒸発室に満たす。700μs後にYAGレーザー二倍波(波長532nm)を炭素もしくはNaFの試料の板に照射する。試料の蒸気は、蒸発室内でよどんだ冷却ガスにより効率よく冷却され、サイズが10^3以上の巨大クラスターが生成する。さらに300μs後に、He超音速分子線を分子線生成バルブを用いて生成し、巨大クラスターを飛行時間型質量分析器(TOF)へ導入し、質量分析を行った。巨大クラスターを生成する最も重要な過程は冷却段階であるため、計画段階では、試料の蒸発にアーク放電を使用する予定であったが、これをより確実なレーザー蒸発に変更した。実験の結果、C_<2000>^+とNaF_<400>^+程度の巨大クラスターが生成した。特にNaFクラスターの場合、通常のレーザー蒸発の場合と比較すると、Na^+(NaF)_<13>などのマジックナンバーが非常に強くあらわれ、生成したクラスターの温度が低いと考えられる。この方法により、これまで研究が困難であった10^3〜10^6の未知の領域の巨大クラスター・極超微粒子を高真空中に生成することが可能になった。この結果、この未知の領域での相転移や構造などの研究が可能になると思われる。