表面電子状態を解析するための新しい総合的光学分析法の開発-表面の線形及び非線形光学応答測定と第一原理計算による解析

开发一种用于分析表面电子态的新型综合光学分析方法 - 使用表面线性和非线性光学响应测量和第一原理计算进行分析

• 批准号: 15740179
• 负责人: 佐野 陽之
• 金额: $ 2.43万
• 依托单位: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15740179/
• 关键词: 表面光学応答; 第一原理計算; 表面電子準位; FLAPW法

本研究では、固体表面の線形及び非線形光学応答観測を行い、実験結果と第一原理的方法に基づいた理論との厳密な対比により、表面電子状態を反映した線形及び非線形光学応答の起源を明らかにし、表面電子状態の分析(解析)手法を確立することを目的とする。本年度は以下の研究を行った。1.分光測定から熱酸化Ge表面には1.15eVのギャップを持つ界面準位の存在することが示唆されているが、このような界面準位をSHG法より簡便な線形反射率測定によって検出可能かどうかを試みた。自然酸化膜試料と熱酸化膜試料の反射率の差スペクトルを測定した結果、0.5%程度測定誤差以内では有意な特徴は検出されなかった。今後は測定法の改良により測定誤差を1桁小さくし、改めて1.15eVの界面準位の検出を試みる予定である。2.光触媒として注目されている酸化チタン(TiO_2)の表面電子状態を解析するために、TiO_2(110)表面のSH応答の理論解析を行った。その結果、表面上のブリッジング酸素と6配位のチタンからなるTi-O-Ti-Oジグザグ鎖がこの表面のSH応答に大きく寄与し、他のTi-O対のSH応答が非常に小さいことを示し、この強度差の原因が構造の対称性にあることを明らかにした。3.磁性体金属表面の光学応答を調べるために、Ni(110)の清浄表面及び酸素吸着表面の計算を試みた。スピンを考慮しない場合の電子状態を求め、特定の表面原子からの光学応答の計算を行った結果、1〜2eVの間に小さな光吸収ピークが見られた。ただし、酸素吸着の有無に関する差は余り大きくなかった。また、スピンを考慮した計算を行ったが、電子密度の収束が見られず最終的な電子状態を得ることができなかった。今後は計算精度を高め、スピンを考慮した電子状態が得られるようにしていく予定である。

This study is aimed at the determination of linear and nonlinear optical responses on solid surfaces. The results are based on first-principle methods, theoretical and analytical methods, and the reflection of surface electronic states. The origin of linear and nonlinear optical responses is also discussed. This year, the following research was conducted. 1. Spectroscopic determination of the existence of the interface level on the thermally acidified Ge surface at 1.15eV. The difference between the reflectance of the natural acidified film sample and the thermal acidified film sample was measured within 0.5% of the measurement error. In the future, the measurement error of the improved method will be reduced to 1.15 eV. 2. The surface electron state of TiO_2(110) was analyzed theoretically. The results show that the surface of the Ti-O-Ti-O alloy is closely related to the surface of the Ti-O alloy, and the surface of the Ti-O alloy is closely related to the surface of the Ti-O alloy. 3. Calculation of optical properties of magnetic metal surface, Ni(110) surface and elemental adsorption surface The calculation results of the optical response of the specific surface atoms are obtained by considering the electronic state of the case, and the optical absorption of the small space between 1 and 2eV is obtained. There is no difference between acid absorption and acid absorption. The calculation of electron density and electron state In the future, the calculation accuracy will be high, and the electronic state will be considered.

项目成果

T.Kitahara: "Optical second-harmonic spectroscopy of Au nanowires"Journal of Applied Physics. (印刷中).

T.Kitahara：“金纳米线的光学二次谐波光谱”应用物理学杂志（正在出版）。

Optical second-harmonic spectroscopy of Au nanowires

金纳米线的光学二次谐波光谱

• 发表时间: 2004
• 期刊: J.Appl.Phys. 95(9)
• 作者: M.Omote;T.Kitahara
• 通讯作者: T.Kitahara

光第二高調波顕微鏡法による固体表面界面観察

使用光学二次谐波显微镜观察固体表面界面

• 发表时间: 2004
• 期刊: 真空 47(6)
• 作者: M.Omote;T.Kitahara;佐野陽之
• 通讯作者: 佐野陽之

Ab initio calculation of optical second harmonic generation of the rutile TiO_2(110) surface

金红石TiO_2(110)表面光学二次谐波产生的从头计算

• 发表时间: 2004
• 期刊: Phys.Rev.B 70(12)
• 作者: M.Omote;T.Kitahara;佐野陽之;H.Sano
• 通讯作者: H.Sano

H.Sano: "Ab initio calculation of surface nonlinear optical response"e-Journal of Surface Science and Nanotechnology. 1. 57-66 (2003)

H.Sano：“表面非线性光学响应从头计算”电子期刊表面科学与纳米技术。