Ichiro Arakawa

<p>Surface science had its beginning at the dawn of the human civilization and vacuum science in the 17^th century. Collaboration between them has begun in the late 19^th century and has grown in close manner in the field of science and technology since that. As an example of their collaboration, the author's work for 40 years is introduced.</p>

Nuclear spin conversion in H₂ has attracted much interest for a long time, but the unified view of its mechanism has not been attained yet. The authors trapped H₂ in solid CO and CO₂ and on H₂O ice to observe induced infrared absorption by H₂. We determined the conversion rates from the time evolution of absorption peaks originating from ortho- and para-H₂. We will discuss the temperature dependence of the rates in the different systems and will compare the results with conversion in H₂ adsorbed on the surface of a rare-gas solid measured with the resonance-enhanced multiphoton ionization technique.

極高真空における主な残留ガスである水素の低温面への吸着現象は未だ十分に理解されていない. 本研究では電子励起脱離法と飛行時間測定法を用いて水素の吸着密度を測定し, 吸着等温線および平均滞在時間を得ることを目的とした. 吸着等温線では, 先行研究と同様な二次元凝縮や, 単分子層形成時の圧力が温度に依らない異常温度依存性が確認できた. 平均滞在時間は, 水素吸着密度に強く依存することがわかった.

真空誌が「研究」と「教育」の面で果たしてきた役割を，60年の内の後半30年を中心に総括してみよう．研究発表の場として十分な環境であったのだろうか．会員の教育に資することができたのだろうか．それらの反省を，これからのdomesticな学術誌の在り方と，その発展を考えるために役立てて欲しい．

水分子を単離後にマトリックスを昇華して生成する氷の構造は，真空蒸着法によるものと異なることが，中赤外分光と透過型電子顕微鏡観察による最近の研究でわかっている．我々は，超高真空下で測定可能なフーリエ変換型遠赤外吸収分光装置を用いて，マトリックス分離法で生成した水クラスターと，マトリックス昇華で得られるアモルファス氷の分光測定を行い，それぞれの低波数振動モードと構造について考察した．

極高真空領域での主要な残留気体である水素の排気特性を解明するためには吸着等温線を得る必要がある。広い温度範囲での吸着等温線測定のために、3.8Kまで温度を下げ持続させることができる冷凍機と、ヘリウム減圧機構を組み合わせた2.5Kクライオスタットを製作した。減圧機構により1.8K～3.8Kの範囲で、またHeポット内にあるヒーターを使用することにより3.8K～9.0Kの範囲で、温度制御が可能となった。

CH₄分子の基準振動&nu;₃, &nu;₄は、強い赤外活性を示す。気相におけるCH₄分子の赤外吸収強度に関する研究は多いが、吸着層における詳細な研究はない。我々は、真空容器内でAu薄膜上に形成したCH₄凝縮層を、反射赤外分光法により観測した。凝縮層のアニール後、&nu;₃, &nu;₄吸収バンドはCH₄分子の回転に起因する分裂を示した。分裂して現れるピークの吸収強度の膜厚・アニール温度依存性を議論する。

ファンデルワールス相互作用によって、水と水素の複合体が形成される。水素の分子内振動は気相において赤外不活性であるが、複合体を形成すると水の双極子電場中で分極し、赤外活性となる。本研究では、固体Xe中のD₂OとH₂の複合体の赤外分光測定を行った。観測されたH₂の誘導吸収はD₂Oの濃度に依存する。また、D₂OのOD伸縮吸収のピークの低波数側に肩が現れた。これは複合体からの信号と考えられる。

水クラスターは、星間や大気圏で起こる化学反応において重要な役割を果たし、その幾何学的構造や振動状態に興味が持たれている。本研究では、希ガス固体中に単離されたD₂Oクラスターの赤外吸収を測定した。赤外吸収ピークは、気相中の値に対してレッドシフトを示し、希ガスの原子番号が大きくなるにつれてシフト量が増加した。振動数シフトの希ガス種依存性から、クラスターの幾何学的構造や捕縛サイトを考察する。

低温表面上に物理吸着した水素の密度を測定するために、電子励起脱離（ESD）法を用いた。脱離したイオンを飛行時間測定法（TOF : time of flight）を用いて質量分析し、H⁺の収量から水素の吸着密度を決定し、その吸着等温線を求める。本研究では、広い温度範囲での吸着等温線を求めることを目的とする。また、吸着平衡に近づく過渡状態の観測から物理吸着する水素の平均滞在時間を測定する。

This basic course was planned and arranged by the Education Division, the Vacuum Society of Japan for students and beginners who start engaging in vacuum science and technology in either research or business fields. The course is also intended to be a preparation text for the Vacuum Summer School and is made up of four lectures; molecular gas dynamics, vacuum and surface, evacuation process and vacuum pumps, and vacuum measurement.