Development of surface localized thermodynamic temperature measurement technology by high-speed high-energy resolved photoelectron spectroscopy

高速高能分辨光电子能谱表面定域热力学温度测量技术的发展

• 批准号: 22K04939
• 负责人: 木下 郁雄
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Yokohama City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04939/
• 关键词: 光電子分光; 熱力学温度; フェルミ・ディラック分布

材料表面およびナノ構造の局所的な温度または熱物理的特性を正確に測定することは、表面科学およびナノ科学の分野において非常に重要である。表面分析やナノスケール測定アプリケーションに不可欠な、局所性（表面選択性）、非接触測定、他の測定装置との併用という3つの重要な条件を満たす実用的な温度測定技術を確立することが必要である。フェルミ ディラック (FD) 分布は、熱平衡にある材料内の電子状態の占有を熱力学的温度の関数として表す。 光電子分光法を用いて電子のエネルギー分布を測定することで、FD分布を求め、熱力学温度を求めることができる。これまでの研究では、FD分布とスペクトルのブロードニングを考慮した関数を光電子スペクトルにフィッティングすることで熱力学温度を決定する方法を見出してきた。しかし、温度決定精度が実用的な精度である１K以下にできなかった。本研究では、フェルミ準位の上下の光電子スペクトルの面積比を計算することにより、熱力学的温度を決定する方法を提案した。この技術には、表面選択性、非接触測定、超高真空条件下での表面分析やナノスケール測定で一般的に使用される他の測定装置との併用など、いくつかの利点がある。本研究では、液体窒素、液体ヘリウム、室温の 3 つの異なる温度で測定されたAu (110) 表面上のフェルミ準位付近の光電子スペクトルに対して、面積比法を使用して、1 K 未満の精度で熱力学温度を決定することに成功した。本研究の成果に関して特許出願を行った。また、研究論文を投稿中。

准确测量材料表面和纳米结构的局部温度或热物理性质在表面科学和纳米科学领域具有重要意义。有必要建立一种实用的温度测量技术，满足表面分析和纳米级测量应用所必需的三个重要条件：局部性（表面选择性）、非接触式测量以及与其他测量设备的结合使用。费米-狄拉克 (FD) 分布描述了热平衡时材料中电子态的占据情况，作为热力学温度的函数。 通过使用光电子能谱测量电子的能量分布，可以确定 FD 分布和热力学温度。在之前的研究中，我们发现了一种通过拟合考虑光电子能谱的FD分布和光谱展宽的函数来确定热力学温度的方法。然而，不可能实现1K以下的温度确定精度，这是实用的精度水平。在本研究中，我们提出了一种通过计算费米能级上方和下方光电子能谱的面积比来确定热力学温度的方法。该技术具有多种优点，包括表面选择性、非接触式测量以及与常用于超高真空条件下表面分析和纳米级测量的其他测量设备一起使用。在这项研究中，我们使用面积比法在液氮、液氦和室温三种不同温度下测量了Au(110)表面费米能级附近的光电子能谱，成功地精确确定了热力学温度。已就该研究成果提交了专利申请。此外，目前正在提交一份研究论文。

项目成果

光電子スペクトルに基づき試料表面の熱力学温度を決定する方法

一种基于光电子能谱测定样品表面热力学温度的方法

• 发表时间: 2022