表面光電子分光による金属内包シリコンクラスター集積薄膜の電子物性評価

使用表面光电子能谱评估含金属硅簇集成薄膜的电子性能

基本信息

批准号：
14J06407
负责人：
太田努
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、原子レベルでの機能性物質の創成という観点から、金属内包シリコンクラスター(M@Si16)をサイズ選択的に非破壊で表面上へ担持し、その電子物性を追跡することを目的としている。前年度までは金属にタンタルを用いたTa@Si16に注目し、Ta@Si16がアルカリ金属的な超原子として振る舞うことなどの化学的性質を見出してきた。本年度はクラスターの透過率が高くなるように合成装置を改良し、Ta@Si16以外のクラスターについての合成を試みた。まず、タンタルと同じ5族の金属であるバナジウムやニオブを含んだV@Si16とNb@Si16を正イオンで高選択的かつ高効率で生成することに成功した。X線光電子分光(XPS)測定から、それぞれTa@Si16と同じようにケージ構造をもち、化学反応性の異なるアルカリ金属的な超原子であることがわかった。さらに、4族の金属であるチタンや3族の金属であるルテチウムを用いたTi@Si16、Lu@Si16についても同様に合成・XPS評価を行い、それぞれの金属原子の価電子数による超原子的性質の違いを明らかにできた。さて、これまで表面に蒸着したTa@Si16由来の光電子シグナルやバルクとしての物性を測ることは困難であったが、それはTa@Si16の蒸着量が平均0.6層と少なすぎるためであると考えた。そこで本年度は蒸着量を10層まで増やし、紫外光電子分光や二光子光電子分光測定を行ったところ、超薄膜では見えなかったTa@Si16の占有準位・非占有準位由来の信号を初めて観測することができた。さらに同試料でXPS測定を行ったところ、Ta@Si16のプラズモン励起に伴うサテライトピークを観測することができた。以上のように、本年度を通して異なる種類のM@Si16の化学的物性について明らかにし、またTa@Si16の物性についての理解を与える情報を得た。これらは、M@Si16を一つの構成単位として原子レベルで機能性物質を構築するにあたり、重要な知見になると結論する。

这项研究旨在以尺寸选择性，无损的方式将金属封装的硅簇（M@SI16）携带，并跟踪其电子性质。直到上一年，我们专注于Ta@Si16，它以坦塔略为金属，并发现了诸如TA@Si16作为碱金属超级Atatom的行为。今年，我们改善了合成装置以增加簇的透射率，并试图合成ta@si16以外的其他簇。首先，我们成功地生成了V@Si16和NB@Si16，其中包含钒和niobium，它们与tantalum是同一组5金属，使用阳性离子具有很高的选择性和效率。 X射线光电子光谱（XPS）测量表明，它们的笼子结构与TA@Si16相似，并且是具有不同化学反应性的碱金属超原子。此外，使用钛，第4组金属和lutetium（3组金属）的Ti@Si16和Lu@Si16类似地合成并评估了XPS，揭示了由于每个金属原子的Valence电子的数量，超原子特性的差异。到目前为止，很难测量沉积在表面上的TA@Si16的光电信号和散装特性，但我们认为这是因为沉积在表面上的TA@Si16的量太小，平均为0.6层。因此，今年，我们将沉积量增加到了10层，并进行了紫外光谱光谱和两光子光电子光谱法，并且首次能够观察到源自占用和污染水平的TA@SI16的信号，这些信号在Ultra-thin films中是不可见的。此外，在同一样品上进行了XPS测量，并观察到伴随TA@SI16的等离子体激发的卫星峰。如上所述，今年阐明了不同类型的M@Si16的化学性质，并提供了对TA@SI16的性质的了解。我们得出的结论是，当使用M@SI16作为结构单位在原子水平构建功能性物质时，这些都是重要的发现。