共同研究報告書


研究区分 一般研究

研究課題

 低エネルギー電子が引き起こす極低温氷での化学物理過程の研究：陽子空孔移動を中心に
新規・継続の別 新規
研究代表者／所属 理研仁科加速器科学研究センター
研究代表者／職名 上級研究員
研究代表者／氏名 中井陽一

研究分担者／氏名／所属／職名
　
氏　　名
所　　属
職　　名

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 渡部直樹 北大低温研

研究目的 星間分子雲内の氷星間塵上での中性化学種の反応が分子進化に決定的な役割を果たす。一方で、共存する低エネルギー電子と氷星間塵表面が引き起こす化学物理過程はあまり解明されていない。近年、極低温氷に低エネルギー電子と紫外光を同時に照射したときに、生じたOH-イオンがトリガとなり連続的にOH-を氷内で受け渡す過程によって氷内の負電荷伝導が起きると考えられる現象（陽子空孔移動）を我々は見出した。OH-がトリガとなる以外にもO2-やO-がトリガとなりうることが理論計算から示唆されている。このような陽子空孔移動を中心に低エネルギー電子と氷による化学物理過程について実験から明らかにすることが目的である。
　　
研究内容・成果 O2-やO-がトリガとなる陽子空孔移動を実験的に確かめることを目標にして、紫外光を使用せずに負電荷伝導とそれに伴う現象を観測する試験を行った。まず、他の実験と共用している電子銃の改良を行った。それまで使用していた電子銃はビーム方向を修正するための偏向電極を有しておらず、電子ビームの強度中心とアモルファス氷を蒸着する基板中心が一致しているかわからなかった。その点を是正するために電子銃に偏向電極を取り付けた。また、同時に基板中央部にサファイア板で絶縁された小さな円形電極を取り付け、偏向電場によるビーム方向変化のモニターを行えるようにした。これらの改良によるビーム方向の是正によって、紫外光同時照射による負電流増加はそれ以前よりも明確に観測できるようになった。次に当該装置内で、高周波プラズマ原子源で生成した酸素原子を低温アモルファス氷表面へ吸着させ、さらにそれらに低エネルギー電子を捕獲させて陽子空孔移動を検出しようとした。しかし、陽子空孔移動による負電流増加を捉えることができなかった。理由としてはいくつか考えられ、例えば、原子源からの酸素原子ビームのスポットが円形電極から少しそれていることで現象をうまくとらえられなかったのではないかということ、また、他の実験装置を用いた以前の研究に比べて電子による氷表面のチャージアップの影響が小さくなっているようで、比較的大きなバックグラウンド電流が検出されており、そのため陽子空孔移動による電流変化が見えにくくなっているのではないかということ、があげられる。現段階では、基板構造のために予期せぬ電子電流の回り込みを消すことができず、バックグラウンド電流が大きくなっているのではないかと推測しており、その点が今後の第一の改善点であると思われる。
　　
成果となる論文・学会発表等 [1]（共著）K. Kitajima. Y. Nakai， M. Tsuge， H. Hidaka， W.M.C. Sameera， N. Watanabe， “Negative charge delivery by proton-hole transfer in ice at 10 K: the role of surface radicals”， 34th International Conference on Photonic， Electronic and Atomic Collisions， Sapporo， 2025.07.29-08.05.