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１．固体表面と気体分子

　　　表面における 分子散乱 適応係数 付着確率と凝縮係数　 理想表面と実用表面 吸着平衡 昇温脱離スペクトル. １．固体表面と気体分子. （ Lahaye, Thesis). 散乱のダイナミクス. flat panel. Hard cube model. hard sphere. Classical ball-spring model Quantum mechanical calc. combination. （ Lahaye, Thesis ）. 表面における分子散乱. マクロな量. 方向分布 エネルギー分布 付着確率. 温度 T.

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１．固体表面と気体分子

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  1. 　　　表面における分子散乱 適応係数 付着確率と凝縮係数　 理想表面と実用表面 吸着平衡 昇温脱離スペクトル １．固体表面と気体分子 （Lahaye, Thesis)

  2. 散乱のダイナミクス flat panel Hard cube model hard sphere Classical ball-spring model Quantum mechanical calc. combination （Lahaye,Thesis）

  3. 表面における分子散乱 マクロな量 方向分布 エネルギー分布 付着確率 温度T

  4. 分子散乱の方向分布測定 Ag(111)

  5. 先駆的な分子ｰ表面相互作用の理論Lenard-Jones、Proc.Roy.Soc.先駆的な分子ｰ表面相互作用の理論Lenard-Jones、Proc.Roy.Soc. • A150(1935)442. The activation of adsorbed atom to higher vibrational levels. • A150(1935)456. The evaporation of adsorbed atoms. • A156(1936)6, 29. The condensation and evaporation of atoms and molecules. • A156(1936)37. The diffraction and reflection of molecular rays. • A158(1937)242. The behavior of adsorbed He at low temperatures. • A158(1937)253. The diffraction of atoms by a surface • A158(1937)269. The exchange of energy between a gas and a solid.

  6. 表面分子散乱の方向分布 余弦則（拡散）反射

  7. 実用表面での室温の気体分子の散乱方向分布 鋼 研磨 アルミ 研磨 ガラス （Hurlbut, 1957)

  8. dS 表面に入射する分子束は 入射角　　の余弦に比例する、　 表面に全て吸着した場合の 脱離する分子の方向分布？ 吸着確率と脱離確率の方向分布？ Steinrueck:Surface Sci.154(1985)99.

  9. 吸着確率と脱離確率の方向分布が一致しない場合、何が起きるか？吸着確率と脱離確率の方向分布が一致しない場合、何が起きるか？ 反射分子による力積 ランダム入射→圧力の1/2 脱離分子が表面垂直方向に鋭い方向分布のある場合

  10. Pd(111）表面でのCOの散乱 清浄で平坦な表面では 鏡面散乱に近づく傾向がある。 下地の原子の熱運動との エネルギー交換が、葉形パター ンを決定する。 古典的モデルが有効。 軽い分子（H2,He,Ne)では、 量子効果が現れる。

  11. de Broglie　波長 モル分子質量

  12. Hard cube model 古典的散乱 定速 lobular pattern Ar/Pt T=1173K qi=40° Ts：表面温度 Tg：分子温度 Logan：J.Chem.Phys. 44,195(1966)

  13. Hard Cube Model 入射分子の表面垂直方向の速度分布 表面原子の表面垂直方向の速度分布 上方移動との衝突確率 下方移動との衝突確率

  14. m<1/3 Hard Cube Ar分子線による測定値

  15. Ar分子線による測定値との比較

  16. Slab modelとの比較（Lahaye) Ar/Pt(111)

  17. Lahaye atop without attractive interaction center bridge atop implantation trapping

  18. Potential Energy Surface(PES)を用いた分子動力学シミュレーション　（Lahaye） 表面と気体分子：PES 基盤原子間：調和近似 距離：Å エネルギー：eV

  19. Ar/Ag(111) qi=40° 実験＞計算

  20. Ar-Ag(111) multiple collision

  21. Ar/Ag(111) in-plane scattering

  22. 付着確率と凝縮係数 付着確率：sticking probability 表面の吸着位置（化学吸着）に 　　　捕捉される確率 凝縮係数：condensation coefficient 表面で物理吸着する確率 　　　多層膜に吸着する過程を含む

  23. 凝縮係数 （超高真空の物理）

  24. 付着確率

  25. Kisliukモデル n=1 n=2 Pre-cursor mediated adsorption 化学吸着サイト非占有に入射 化学吸着サイト占有に入射 真空 化学吸着 n=1:非解離 n=2:解離 物理吸着 Pa Pb Pc n=1について 物理吸着 １回目 物理吸着 物理吸着 無限回 θ：化学吸着サイト被覆率 The sticking probability of gases chemisorbed on the surfaces of solids 2, P.Kisliuk: J.Chem.Solids 5(1958)78.

  26. 2回目 付着確率：S 初期付着確率

  27. Kisliuk2 S/S0 q K=0.3 S0=0.84 S exp Kisliuk q: CO/Pt(111)

  28. 熱的適応係数：thermal accommodation coefficient 気体分子 散乱角 表面原子 ψ 古典的な二体間衝突では、 ms mg 静止 散乱角について積分 （Bauleの式） 表面の場合には、周りの原子の影響を考慮し、 G.Comsa & R.David: Dynamical parameters of desorbing molecules, Surface Science Reports 5(1985)145.

  29. 熱的適応係数（thermal accommodation coefficient)の格子理論 F.O.Goodman:Surface Science 3(1965)386. • 古典的バネー格子モデル(半無限格子） • 二体間Morseポテンシャル • 断熱近似（表面温度0K) 原子Ｍが、時刻0に単位速度で運動し始めたとき、τ時間後の原子Ｎの変位 1D 3D

  30. 補足 熱的適応係数の格子理論 F.O.Goodman: Progress in Surface Science 5, 261(1974). : J. Phys. Chem.Solids 23, 1269(1962). １．無限格子から、半無限格子をつくる -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 表面 t=0に原子Mが変位→ 時刻ｔの原子Nの変位 自由表面： 無限格子では、 ２つの格子原子の変位の和

  31. 自由表面！ 表面原子：M=0 表面原子変位の応答関数

  32. 表面への原子衝突 原子間相互作用：剛体球ポテンシャル ：衝突

  33. 熱的適応係数 トラップ状態　　　 Baule　の式 minimum 入射エネルギー 適応係数の経験式 Goodman &Wachman: J.Chem.Phys. 46(1967)2376.

  34. He/H/W 排気後 水素導入（ステップ状） 清浄化後 Wachman:PhD thesis (Univ.Missouri, 1957)

  35. 分子の2体間相互作用 r valence ２．分子と固体表面の相互作用 electrostatic dispeｒsion induced アルゴン原子間相互作用 水素原子間相互作用

  36. ｚ r +q ＋ d 双極子モーメント 分子の電気双極子・四極子モーメント ー -q D:デバイ d=0.1nm q=1.6 x 10-19 c (4.8x10-10 esu) 4.8D 四極子モーメントの例 N2分子 表面における理論Ⅱ（丸善、1995）、ｐ４．

  37. 分子の双極子・四極子モーメント Kr/Cu(111)

  38. 分散力木原太郎、分子間力（岩波全書） レナード・ジョーンズ ポテンシャル (Lennard-Jones) 斥力項 0 引力項

  39. Lenard-Jones Potential

  40. 分子と表面の相互作用 固体全体との二体間相互作用 表面１層のみとの二体間相互作用

  41. ２原子分子の解離エネルギー

  42. 物理吸着と化学吸着 物理吸着（Physical adsorption）: physisorption 化学吸着（Chemical adsorption）: chemisorption

  43. 物理吸着の吸着ポテンシャル He Zaremba-Kohn: Phys.Rev. B15, 1769(1977).

  44. 希ガス分子の吸着位置 ｆｃｃサイト オントップサイト Da Silva: Phys.Rev.B72(2005)075424.

  45. 切断 結合 解離エネルギー 化学吸着（酸素分子の解離吸着の模式図） 吸着の活性化エネルギー 吸着エネルギー（物理吸着） 物理吸着状態 吸着エネルギー（化学吸着） 化学吸着状態 脱離の活性化エネルギー Surfaces (Oxford Chemistry Primers, 1998)

  46. back donation

  47. フェルミレベル近傍の ｄ電子状態密度 化学吸着特性 back donation

  48. 表面物理学（村田好正）

  49. シリコン表面での酸素の解離（ＪＲＣＡＴ、寺倉清之）シリコン表面での酸素の解離（ＪＲＣＡＴ、寺倉清之）

  50. Temperature Pressure Adsorption Desorption Coverage Desorption Rate Impingement Rate: 吸着平衡のkinetics s:coverage t:mean sojourn time

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