荒川 一郎

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。

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。

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。

偏光解析法と低速電子線回折法を用いて、銀表面上の希ガス物理吸着層の成長過程及び構造を調べるための試料ホルダーを製作した。面指数の異なる３つの表面Ag(111), (110), (100)を同一表面上に配置し、同じ条件で容易に観測できるようにした。ホルダー自体を銀製とすることで、イオン衝撃によって試料表面を洗浄する際の、異種金属の混入を防いだ。

CH₄分子の基準振動ν₃, ν₄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、ν₃, ν₄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。