超高真空・極低温のアモルファス亜酸化窒素(N2O)の構造を解明~機能性有機薄膜や氷星間塵の研究への応用も

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2020-09-08 東京大学

 東京大学大学院総合文化研究科附属先進科学研究機構の羽馬哲也准教授、京都大学化学研究所の長谷川健教授、北海道大学低温科学研究所の渡部直樹教授、香内晃教授らは、「赤外多角入射分解分光法(Infrared Multiple-Angle Incidence Resolution Spectrometry、以降は赤外MAIRS法とする)」という新規赤外分光法(注1)を用いて、これまで研究が困難であった「超高真空・極低温で作製したアモルファス薄膜」の分子構造を調べる方法を開発しました。

 開発した装置を用いて6 K(-267 ℃)のアモルファス亜酸化窒素(N2O)薄膜について分析を行ったところ、薄膜内でN2O分子は基板法線(注2)から平均して65°傾いて配向していることがわかりました。N2O薄膜は、真空蒸着法(注3)で作製すると107−108 V m-1(N2O一分子層あたり+3 mVから+32 mV)という巨大な電場が形成されることが知られており、本研究によってN2O薄膜の電気的性質と分子構造とを結び付けて理解できるようになりました。

 真空蒸着法は有機半導体などの機能性有機薄膜の作製にも用いられています。また極低温基板に真空蒸着法で作製したアモルファスな分子性固体(H2O、 CO、 CO2、 NH3など)の薄膜は、宇宙を漂う氷星間塵の模擬物質としてよく研究されています。今後、これらの物質について赤外MAIRS法を用いた分析を行うことで研究が大きく発展することが期待できます。

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