Transcript LF dependence LF dependence・2

還元されたルチルTiO2のmSRおよび今後の展開
内容:
1, 還元されたrutile TiO2(110)のμSRの結果(2013.3-4)
2, 今後の展望(単結晶の観点から)
• 深いトラップについて
• 浅いトラップについて
北海道大学触媒化学研究センター
朝倉研 有賀寛子
@北大創成棟セミナー室B
TiO2 data on Apr. 2013
まとめ：
還元TiO2基板上では、浅いミュオニウムが見えた.
Powderでは、緩和が観測された.
還元TiO2 横磁場20G 15K
還元TiO2 横磁場20G 50K
還元TiO2 横磁場20G 100K
還元TiO2 横磁場20G 150K
還元TiO2 零磁場 4K
還元TiO2 横磁場20G 4K
還元TiO2 横磁場180G 4K
還元TiO2 横磁場180G 6K
還元TiO2 零磁場 6K
還元TiO2 零磁場 8K
還元TiO2 零磁場 3.5K
還元TiO2 零磁場 4.5K
還元TiO2 零磁場 5.5K
還元TiO2 零磁場 7K
還元TiO2 零磁場
0.080
0.075
Lambda / us
-1
0.070
0.065
0.060
0.055
0.050
0.045
3
4
5
6
Temperature / K
7
8
還元TiO2 横磁場2.2G 300K
TiO2 横磁場180G 4K
酸素欠陥が存在するTiO2単結晶のミュオン測定
理研RAL: 2013.3.17-20
JPARC: 2013.3.24-27
理研RAL
JPARC
2013.3.17-20
2013.3.24-27
 酸素欠陥TiO2+Al:265um
 酸素欠陥TiO2+Al:261um
 酸素欠陥TiO2
 TiO2
 Ni2P(0001)
TF 20GとZF
Reduced TiO2+Al: 261um
Reduced TiO2+Al: 265um
Reduced TiO2
Non-reduced TiO2
Reduced TiO2 part2
Reduced TiO2+Al: 261um part2
LF 2.2G
RAL: double pulse
J-PARC: single pulse(detectorがサチるため)
Muonium??
Non reduced TiO2
Reduced TiO2
変化なし??
LF dependence
LF dependence・2
TiO2
1000G
3000G
900G
800G
2000G
700G
600G
1000G
500G
500G
400G
300G
200G
100G
50G
20G
10G
200G
100G
50G
10G
LF dependence
36
34
Asymmetry / %
32
30
28
26
24
TiO2(JPARC)
22
Reduced TiO2(JPARC)
20
Reduced TiO2 (RAL)
0
500
1000 1500 2000 2500 3000
Magnetic Field / Gauss
Reduced TiO2
TiO2
1000G
900G
800G
700G
600G
500G
400G
300G
200G
100G
50G
10G
今後の展開
•
伝導帯
■ 浅いトラップ： 伝導帯の励起電
子がトラップされる/伝導帯とのエネル
ギー差が小さいため，トラップされた
電子は伝導帯にうつり，他のトラップ
に落ちる（ホッピング）．《表面だけか/
定量可能か?》
寿命:数10 ps
浅いトラップの構造解明
超低速ミュオン測定向き?
バンドギャップ励起
•
価電子帯
■ 深 い トラップ ： 浅い トラップ を
ホッピングしているうちにこのトラップ
に落ちると，ホッピングできなくなる
（固定される）．《三価のチタン種（Ti3+）
などで定量可能＝表面とバルク》
深いトラップと光触媒活性
RAL pump-probeミュオン測定向き?
寿命:~μs
前回までに、酸素欠陥をサイト特異的に
観測できるということがわかった?
深いトラップ… Ti3+
Ti3+が存在し得るサイト
 酸素欠陥
 格子間Ti
 CS plane由来
 domain boudary
 粒界
表面ならSTMで
酸素欠陥の直接観察可
bulkではTi3+を観測する
ことで酸素欠陥を間接
的に観測
Li et.al.
湊 et.al.
浅いトラップ… 光照射がないとTi4+ 光照射あるとTi3+
表面科学的手法を用いた研究から候補を探してみた…
(ただし、rutile TiO2)
候補1 表面水酸基
候補2 表面準位
候補1 表面水酸基
M.A. Henderson et.al., J. Am. Chem. Soc. 125 (2003)14974.
候補2 表面準位
40×40 nm2, 2.0 V, 50 pA
4配位Tiサイト