クラスターと固体表面との衝突反応における表面の電子構造・幾何構造の影響

表面电子和几何结构对团簇与固体表面碰撞反应的影响

• 批准号: 09740452
• 负责人: 安松 久登
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Toyota Technological Institute
• 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: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09740452/
• 关键词: クラスター; クラスターイオン; 表面衝突; スパッタリング; シリコン表面; グラファイト表面; タングステン表面; 二硫化炭素; 分子動力学シミュレーション; ICl^-(CO_2)_n; (Ar)_n^+

1. 表面の加熱処理装置電子衝撃加熱装置を設計・製作した。電子のエネルギーを1.5keVに設定して、厚さ0.1mmのタングステン表面に衝突させることにより、タングステンを約1000Kまで加熱することに成功した。この表面にアルゴンクラスターイオン(Ar)_8^+を衝突させると、表面に存在する酸化タングステンクラスター負イオンがスパッタされてきた。今後、2000Kまで加熱できるように、装置を改良する。2. シリコン清浄表面の作成とこの表面に対するクラスター衝突Si(111)表面を1300Kに加熱して、清浄表面を作成した。この表面に二硫化炭素クラスター負イオン(CS_2)_n^-や硫化カルポニルクラスター負イオン(OCS)_n^-を衝突させた。その結果、クラスター内反応が進行し、S_3^-、S_2^-、S^-など生成されることがわかった。今後は、これらの生成物の速度分布を測定し、クラスター内反応機構を解明する。3. クラスターイオンによる表面のスパッタリング過程二酸化炭素クラスター正イオン(CO_2)_n^-を高配向性グラファイト表面に5-14keVのエネルギーで衝突させた。グラファイト表面は、衝突実験の5分前に約500Kに加熱して、表面に存在する水や炭化水素などの物理吸着物質を除去した。クラスター衝突によりグラファイト表面がスパッタされて、炭素クラスター負イオンC_n^-(m=1-12)が生成された。衝突速度をそろえて比較した場合、(CO_2)_n^-中に含まれる二酸化炭素分子1個あたりの炭素原子スパッタ収率は、(CO_2)_n^-のサイズの自乗(n^2)に比例して増加した。また、スパッタされてきたC_m^-のサイズの平均値は、(CO_2)_n^+のサイズの1/3乗(n^<1/3>)に比例して増加した。この現象を理論的に解明するため、多体相互作用ポテンシャルを用いた分子動力学シュミレーションコードを作成した。

1.我们设计并制造了一种用于表面加热的电子冲击加热装置。通过将电子的能量设置为 1.5 keV，并使它们与 0.1 毫米厚的钨表面碰撞，他们成功地将钨加热到约 1000 K。当用氩簇离子(Ar)_8^+轰击该表面时，表面上存在的氧化钨簇负离子被溅射。未来我们将改进设备，使其升温至2000K。 2.创建干净的硅表面以及与该表面的团簇碰撞通过将Si(111)表面加热至1300K来创建干净的表面。二硫化碳簇负离子(CS_2)_n^-和羰基硫簇负离子(OCS)_n^-轰击到该表面上。结果发现，簇内反应进行，生成S_3^-、S_2^-、S^-等。将来，我们将测量这些产物的速度分布并阐明团簇内的反应机制。 3.使用团簇离子的表面溅射工艺将二氧化碳团簇正离子(CO_2)_n^-以5-14keV的能量轰击高取向石墨表面。在碰撞实验前5分钟将石墨表面加热至约500K，以去除表面存在的物理吸附物质，例如水和碳氢化合物。通过团簇碰撞溅射石墨表面，产生碳团簇负离子C_n^-(m=1-12)。当比较相同的碰撞速度时，(CO_2)_n^-中所含的每个二氧化碳分子的碳原子溅射量与(CO_2)_n^-(n^2)的尺寸的平方成正比并增加。此外，溅射的C_m^-的平均尺寸与(CO_2)_n^+尺寸的1/3次方(n^<1/3>)成比例地增加。为了从理论上阐明这种现象，我们使用多体相互作用势创建了分子动力学模拟代码。

项目成果

Hisato Yasumatsu, Akira Terasaki and Tamotsu Kondow: "Charge Transfer from I_2^-(CO_2)_n Clluster Anion to Silicon Surface Cluster-Size Degendence" Int.J.Mass Spectrosc.Ion Proc.(印刷中). (1998)

Hisato Yasumatsu、Akira Terasaki 和 Tamotsu Kondow：“从 I_2^-(CO_2)_n 簇阴离子到硅表面簇尺寸衰退的电荷转移”Int.J.Mass Spectrosc.Ion Proc（出版中）。

Akira Terasaki, Hisato Yasumatsu,Yuji Fukuda, Hitoshi Yamaguchi and Tamotsu Kondow: "Reactive Scattering of Alumikum and Silicon Cluster Anions from Solid Surface" RIKEN Review. 17(印刷中). (1998)

Akira Terasaki、Hisato Yasumatsu、Yuji Fukuda、Hitoshi Yamaguchi 和 Tamotsu Kondow：“固体表面铝和硅簇阴离子的反应散射”RIKEN Review 17（出版中）。

Hisato Yasumatsu, Shinich Koizumi, Akira Terasak and Tamotsu Kondow: "Energy redistribution in I_2^-(CO_2)n collision on silicon surface" J.Phys.Chem.A. 102. 9581-9585 (1998)

Hisato Yasumatsu、Shinich Koizumi、Akira Terasak 和 Tamotsu Kondow：“硅表面 I_2^-(CO_2)n 碰撞中的能量重新分布”J.Phys.Chem.A。

Hisato Yasumatsu, Uwe Kalmbach, Shin'ich Koizumi, Akira Terasak and Tamotsu Kondow: "Dynamic Solvation Effects on Surface Impact Drssociation of I_2^-(CO_2)_n" Z.Phys.D. 40. 51-54 (1997)

Hisato Yasumatsu、Uwe Kalmbach、Shinich Koizumi、Akira Terasak 和 Tamotsu Kondow：“动态溶剂化对 I_2^-(CO_2)_n 表面碰撞反应的影响”Z.Phys.D。

Une, Kalnbuch, Hisato Yasumatsu, shinich Koizumi, Akira Terasaki and Tamotsu Kondow: "Mechanism of Wedge Effect in Splitting of Chemical Bond by Impact of X_2^-(CO_2)n on to Silicon Surface (X・Br,I)" J.Chem.Phys.印刷中. (1999)

Une、Kalnbuch、Hisato Yasumatsu、shinich Koizumi、Akira Terasaki 和 Tamotsu Kondow：“X_2^-(CO_2)n 撞击硅表面 (X·Br,I) 导致化学键分裂的楔形效应机制” J.化学物理出版社（1999）