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「非金属材料のイオン照射効果」の経過報告

1. 序

我々は、高エネルギーイオンビームが微細な低次元構造を持つ凝縮系中に生成させる特異な励起状態に注目してきた。今年度は、０次元構造体としての化合物半導体の超微粒子と１次元構造体としての Si 系高分子とを試料に選び、その中での高密度励起効果に起因する種々の現象を、主として光学的手法によって探った。

2. 研究の進捗状況(装置の改良等を含む)

平成９年度に得られた成果から3件をとりあげ、その概要を以下に記す。（3）については、別途成果報告書にその内容を記載する。 １）LB法により作製した希薄磁性半導体へのイオン照射効果 新しい光機能性材料として注目されている半導体超微粒子は、その特性の多くを表面電子状態に支配されている。以前に我々は、LB法で作製した硫化カドミウム超微粒子に対し、イオン照射がこの表面電子状態の制御に有効であるということを明らかにした。本研究では、格子中に磁性イオンを含む希薄磁性半導体超微粒子を新たな研究対象とし、その電子状態へのイオン照射効果を検討している。イオン誘起発光のin-situ測定により、イオン照射が磁性イオンの準位には影響を与えず、より深いトラップサイトの密度から低減させる効果を有することを明らかにした。また、バルク結晶の測定結果との比較から、これらの効果が超微粒子に特有であることが分かった。 ２）高エネルギー量子ビームによる半導体超微粒子の作製とそのキャラクタリゼーション 近年の急速な加速器の普及に伴い、量子ビームを用いた材料開発研究が広く注目を集めている。本研究では、イオン照射により誘起される特異な化学反応を利用した半導体超微粒子の新たな作製プロセスの開発を行っている。カドミウムイオンと長鎖のチオールを含むLB膜に 1 MeV H+ を照射した試料において、硫化カドミウム超微粒子の形成が確認された。この手法は、線量、線量率、LET、及び試料の組成など多くの制御因子を持つという特長を有しており、量子ビームの新しい利用法の一つとして期待されている。現在、電子線やγ線などの低LET線を利用した作製法について検討を進めている。 ３）アンモニウム側鎖型両親媒性ポリシランにおける分子内エキシプレックス形成 シリコン骨格高分子であるポリシランは、主鎖のσ共役系に由来する種々の興味深い光機能的特性により、理論及び応用の両面から注目を集めている。本研究では、アンモニウム側鎖型の両親媒性ポリシランにおいて可視域発光を観測し、光励起状態におけるシリコン主鎖と側鎖基との分子相互作用がその発光に大きく寄与していることを明らかにしている。さらに、溶媒効果の評価や計算化学的手法による分子モデリングを行うことで、シリコン主鎖とアンモニウム側鎖基とのエキシプレックス形成という発光メカニズムを導き出している。現在、このような分子内相互作用と一次元量子細線としての光電物性との関連性について検討を進めている。

3. 今後の予定

HIT に設置されたフェムト秒レーザー装置群の本格的稼働を早急に実現させる。これによって、高エネルギーイオン照射が低次元構造を持つ凝縮系の電子物性に及ぼす効果の解明を目指す。

4. 発表論文リスト

(A) 学位論文等

1. 山崎 和彦, 「高エネルギー量子ビームによる半導体超微粒子の作製とそのキャラクタリゼーション」, 東京大学大学院工学系研究科修士論文, 1998年3月.
2. 中柴 行雄, 「アンモニウム側鎖を有するポリシランの分子相互作用に関する研究」, 東京大学工学部卒業論文, 1998年3月.
3. 志賀 誠, 「シアニン色素組織集合体の構造制御」, 東京大学工学部卒業論文, 1998年3月.
4. 藤井 宏行, 「半導体超微粒子の調製と工学非線形性に関する研究」, 東京大学工学部卒業論文, 1998年3月.

1. S. Seki, K. Kanzaki, Y. Yoshida, S. Tagawa, H. Shibata, K. Asai & K. Ishigure, "Positive-Negative Inversion of Silicon Based Resist Materials: Poly(di-n-hexylsilane) for Ion Beam Irradiation", Jpn. J. Appl. Phys. Part 1, 36 (1997) 5361-5364.
2. T. Yamaki, K. Asai & K. Ishigure, "Changes in the Surface Electronic States of Semiconductor Fine Particles Induced by High Energy Ion Irradiation", Radiat. Phys. Chem., 50 (1997) 199-205.
3. T. Yamaki, Y. Nakashiba, K. Asai, K. Ishigure, S. Seki, S. Tagawa & H. Shibata, "Exciplex Emission from Amphiphilic Polysilane Bearing Ammonium Moieties", J. Nucl. Mater., 248 (1997) 369-373.
4. T. Yamaki, K. Asai, & K. Ishigure, "RBS Analysis of Langmuir-Blodgett Films Bearing Q-sized CdS Particles", Chem. Phys. Lett., 273 (1997) 376-380.
5. T. Yamaki, T. Yamada, K. Asai, K. Ishigure and H. Shibata, "Ion Irradiation Effect on Diluted Magnetic Semiconductor Fine Particles Incorporated into L.B. Films", Abstracts of the Eighth International Conference on Organized Molecular Films, August 24-29, 1997, Asilomar, California U.S.A., (1997) 7-P-33.
6. T. Yamaki, T. Yamada, K. Asai and K. Ishigure, "Diluted Magnetic Semiconductor Nanoparticles Fabricated by L.B. Technique", Abstracts of the Eighth International Conference on Organized Molecular Films, August 24-29, 1997, Asilomar, California U.S.A., (1997) 7-P-34.
7. T. Yamaki, Y. Nakashiba, K. Asai, K. Ishigure, S. Seki, S. Tagawa and H. Shibata "Exciplex Emission from Ammonium-type Amphiphilic Polysilanes", Pacific Polymer Conference Preprints Vol. 5, October 26-30, 1997, Kyogju, Korea, (1997) 240.

1. 山崎和彦、八巻徹也、浅井圭介、石榑顕吉、柴田裕実, 「高エネルギーイオンビームによる CdS 超微粒子の形成」, 日本化学会第73秋期年会講演予稿集、1997年9月26日〜29日、岩手大学キャンパス（盛岡市）、(1997) 200.
2. 堀内祥平、藤井宏行、八巻徹也、山田健郎、浅井圭介、石榑顕吉, 「LB法を用いた希薄磁性半導体超微粒子の作製とその磁気特性評価」, 第50回コロイドおよび界面化学討論会講演要旨集、1997年10月8日〜10日、佐賀大学全学教育センター、(1997) 74.３９）
3. 八巻徹也、浅井圭介、石榑顕吉, 「半導体超微粒子を担持したLB膜のラザフォード後方散乱分析」, 第50回コロイドおよび界面化学討論会講演要旨集、1997年10月8日〜10日、佐賀大学全学教育センター、(1997) 75.
4. 中柴行雄、八巻徹也、浅井圭介、石榑顕吉、柴田裕実、関修平、田川精一, 「アンモニウム側鎖型の両親媒性ポリシランにおける分子内相互作用」, 第50回コロイドおよび界面化学討論会講演要旨集、1997年10月8日〜10日、佐賀大学全学教育センター、(1997) 219.
5. 山崎和彦、八巻徹也、浅井圭介、石榑顕吉、柴田裕実, 「チオールへの放射線照射効果を用いた CdS 超微粒子の新規作製法」, 第50回コロイドおよび界面化学討論会講演要旨集、1997年10月8日〜10日、佐賀大学全学教育センター、(1997) 252.
6. 中柴行雄、八巻徹也、浅井圭介、石榑顕吉、柴田裕実、関修平、田川精一, 「イオンビーム照射によるポリシラン励起状態の緩和過程の研究」, 日本原子力学会1997年秋の大会予稿集第I分冊、1997年10月14日〜17日、沖縄コンベンションセンター・沖縄ハイツ、(1997) 252.
7. 山崎和彦、八巻徹也、浅井圭介、石榑顕吉、柴田裕実, 「チオールへの放射線照射による CdS 超微粒子の作製」, 日本原子力学会1997年秋の大会予稿集第I分冊、1997年10月14日〜17日、沖縄コンベンションセンター・沖縄ハイツ、(1997) 253.
8. 八巻徹也、浅井圭介、石榑顕吉, 「半導体超微粒子を担持した有機超薄膜の構造解析におけるラザフォード後方散乱の適用」, 日本原子力学会1997年秋の大会予稿集第I分冊、1997年10月14日〜17日、沖縄コンベンションセンター・沖縄ハイツ、(1997) 254.
9. 中柴行雄、八巻徹也、浅井圭介、石榑顕吉、柴田裕実、関修平、田川精一, 「アンモニウム側鎖型両親媒性ポリシランにおけるエキサイプレックス発光」, 第2回ケイ素化学協会シンポジウム、1997年11月20日〜21日、ホテル琵琶湖プラザ.
10. 渡邊崇、浅井圭介、石榑顕吉, 「PIXE を用いたシアニン色素 Langmuir-Blodgett 膜の組成分析」, 第6回東京大学原子力研究総合センターシンポジウム、1997年12月3日、東京大学山上会館、UTNST-SMP-6 (1997) 160-165.
11. 堀内祥平、八巻徹也、浅井 圭介、石榑 顕吉、柴田 裕実, 「LB 法により作製した希薄磁性半導体超微粒子へのイオン照射効果」, 第6回東京大学原子力研究総合センターシンポジウム、1997年12月3日、東京大学山上会館、UTNST-SMP-6 (1997) 246-249.
12. 森田隆二、村上英利、堂前修一、渡辺崇、浅井圭介、石榑顕吉, 「シアニン色素 LB 膜の電場変調吸収測定」, 文部省科学研究費・重点領域研究「有機非線形光学材料による光波マニピュレーション」研究会講演資料 Vol. 3, No. 2, 平成９年度第2回研究会全体会議、1998年1月28日〜29日、湘南国際村センター、(1998) 41-42.
13. 堀内祥平、八巻徹也、浅井圭介、石榑顕吉、柴田裕実, 「LB 法により作製した希薄磁性半導体超微粒子へのイオン照射効果廖」, 日本化学会第74春期年会講演予稿集、1998年3月27日〜30日、同志社大学田辺キャンパス（京田辺市）、(1998) 285.
14. 志賀誠、渡辺崇、浅井圭介、石榑顕吉, 「シアニン色素薄膜のドメイン構造」, 日本化学会第74春期年会講演予稿集、1998年3月27日〜30日、同志社大学田辺キャンパス（京田辺市）、(1998)597.