Comments
Transcript
エレクトライド[Ca24Al28O64]4+(e-)4 の電子状態の解明 - SPring-8
BL29XU 2006A1575 ����� 課題番号 : 2006A1575 利用 BL : BL29XU �������[Ca24Al28O64]4+(e-)4 �������� ��������·������ ���� 3 �� ���� 1. �������� 1.1. ������� ���������������������������� 1 ����� ����������������������������������� ����1983 ������������� J. Dye ������������� �������(1, 2)���������������������- 40 �C �� ����������������������������������� ����������������������������� 1.2. 12CaO�7Al2O3 �������������������� 12CaO � 7Al2O3 � C12A7 � � Ca O2O CaO-Al2O3 ���������� ��������������� Al ���������������� �������� 2 ������� �Ca24Al28O66����� 0.4 nm � ������ 12 �������� ������� 3 ������� �����”[Ca24Al28O64]4+”��� ���������������� ������(O2-)2 ��� 1 ��� ��������������� ��(3)������������ 1.199 nm ���������������� ������e-��������� � 1 C12A7 ����� ���(4)������������ ��������� C12A7 �”[Ca24Al28O64]4+(e-)4”������������� �����������C12A7 ���������� C12A7:e-������� 400 �C �������������������������� C12A7:e-������������������������������ ������������������(4, 5)��������������� �����Valence Band; VB����������Valence Band; VB���� ������Framework Conduction Band; FCB�������������� 1 - - 144 BL29XU 2006A1575 ����� � � � � � � � � � � Cage Conduction Band ; CCB��� � � � � � � � � � � ~1021 cm-3 ����������� �EF���� CCB ����� ������������� �����������(6, 7)� CCB VB EF FCB S state (x10) P state Energy � 2 ���������� � 2 ����� C12A7 ������� C12A7:e-����������� ��� CCB �������������������UPS��������� �������� C12A7:e-���������������(8)������� �������������������� (A) ���� 3 �������������� ������������������� ����� VB ������������ ������������������� EF ���� � CCB �����������C12A7:e(B) ������������������ ������VB ������ C12A7:e������������������ ������CCB ���������� ������������� X ���� ���HAXPES�� SPring-8 � BL47XU �� BL29XU ������HAXPES �� (C) ����������������� CCB ���; CCB �������� s ������������������� UPS � HAXPES ���s ��� p ��� ������������HAXPES �� s ����������������� 15 10 5 0 VB ���; ������������ Binding energy (eV) ��UPS �������������� ������������������ � 3 C12A7:e-� UPS(h� = 40.8 eV) ������������������� ����� UPS ��������� 1 nm ���� 2 - 145 - BL29XU 2006A1575 ����� ����HAXPES � 20 nm ������������������������ 2. �� � ������� 1x1019 cm-3 ��� A�, <1x1021 cm-3 ��� B�, ~2x1021 cm-3 ��� C��������>2x1021 cm-3 �4 ��������������� ������������ D�� C12A7:e-�����7935.2 eV(BL47XU)�7936.0 eV(BL29XU)�� X ����� HAXPES (A) x10 ��� EF ���VB������� Ca2s, Al2s, O1s ������������ EF EF ����������� 4f ������� ����� 3. ������ 3.1. EF ��� HAXPES ����� (B) x10 � 4 ���(A)�(B)�(C)��(D)� VB ���EF ��� HAXPES ������� ������ EF �������� VB � ������������������ (C)��(D)���� CCB ������� ������������������� (C) x10 �� VB ���� 5.5 eV �������� �� EF ��������������� ������������������ �������������� C12A7:e���������������FCB � EF ��� 2 eV ������������ (D) ������������ VB � FCB � x10 ������������������ �������(D)�������� CCB ������ 1eV ���������� ������������������� �����������������(C) 15 10 5 0 ������� VB ���������� ������������������ Binding energy (eV) ����� � 4 C12A7:e-� HAXPES ����� (EF ��(x10)�� VB) 3 - 146 - BL29XU 2006A1575 ����� 3.2. VB � HAXPES ����� � 2 ���� C12A7:e-�������� s ������� 4 � HAXPES � ���������������s ������������������� HAXPES ���������������(C)�(D)�����������CCB ������������������������EF ����������� ���VB ���������������������������� 3 �� �� UPS ������������HAXPES ���������� 20 nm � �����UPS � 1 nm ��������������C12A7:e-��� 1 nm � ��������������������������� 2 � C12A7:e-�� ������ p ���������(A)�(B)�� VB ������������ ����������������������(A) > (B)���� 3.3 ����� HAXPES ����� � 5 � HAXPES �����(A)�(B)��(C)��������������� ����������������������������������� ����������������������������������� ����������������������������������� ����������������������������������� ����������������������������������� Ca 2s (A) 20 K (A) Al 2s (A) 300 K (B) (B) (B) (C) (C) (C) 450 445 O 1s 440 435 130 125 120 115 540 535 Binding energy (eV) � 5 C12A7:e-� HAXPES �����(���� Ca 2s, Al 2s, O 1s) ���� 20 K ~ 300 K 4 - 147 - 530 BL29XU 2006A1575 ����� ����������������������������������� ����� X ����������������������������� � X ��������������������������C12A7:e-��� �������������� 4. ��� ���������� C12A7:e-� HAXPES ��������������� � CCB ��������������CCB ������������� 1 eV ����������������������������������� �������������������������������� UPS � �����������HAXPES �������������������� �������������VB ���� UPS �������� C12A7:e-��� 1 nm ��������������������������������� ��������������� �����(C)� CCB ������������������������ ����������������������������������� ������������������������������� References (1) J. L. Dye, Inorg. Chem. 36, 3816 (1997) (2) J. L. Dye, Science 301, 607 (2003) (3) R.J. Mangabhai, F. Glasser (Eds.), Calcium Alminate Cements, Proceedings of a Conference Held at Heriot-Watt University, Scotland, Institute of Materials, London, July 16-19,2001 (4) S. Matsuisi, Y. Toda, M. Miyakawa, K. Hayashi, T. Kamiya, M. Hirano, I. Tanaka, H. Hosono, Science 301, 626 (2003) (5) S. W. Kim et al. Nanoletters, submitted. (6) P. V. Sushko, A. L. Shluger, K. Hayashi, M. Hirano, H. Hosono, Phys. Rev. Lett. 91, 126401 (2003) (7) P. V. Sushko, A. L. Shluger, K. Hayashi, M. Hirano, H. Hosono, J. Am. Chem. Soc. To be published. (8) Y. Toda, S. Matsuishi, K. Hayashi, K. Ueda, T. Kamiya, M. Hirano and H. Hosono, Adv. Mater. 16 685-689 (2004) 5 - 148 -