表面科学技術者資格認定問題集

基礎編

1-0-a
量子力学では物質は粒子と波の 2 重の性質を持っていると考えられている。粒子性と波問１動性の関係はド・ブロイの関係としてよく知られており、波長λは運動量 p とプランク定数 hによって、λ＝（bp＝（a）であらわされる。粒子の場合、運動量 p は質量 m と速度 v によって、）であり、一方、光の運動量は p＝（c）である。ここで、νは光の振動数、cは光速である。
上の文中の(a)～(c)の括弧内の解答を、それぞれに対して以下の番号から正しいものを選びなさい。
1.

(a) h/p 、 (b) mv2 、 (c) hν2/c2

2.

(a) h2/p 、 (b) mv 、 (c) hν/c3.

(a) h/p 、 (b) mv 、 (c) hν/c4.

(a) h/p 、 (b) mv 、 (c) h2ν/c5.

(a) h/p 、 (b) mv2 、 (c) hν/c

1-0-a
問２

物質の運動量と波の波数は一対一の関係にあり、両者はベクトル表示が出来る。運動量ベ

クトル p と波数ベクトル k の関係は波数の大きさが 2π/λなので、運動量ベクトルと波数ベクトルの関係は p＝（a）となり、波の方向と運動の方向は等しいことがわかる。

電子回折や電子顕微鏡で使われる電子線の波長と電子のエネルギーとの関係は相対論を考慮しなければ、エネルギー

E を eV で表し、波長をÅであらわすと、λ＝（た光の波長とエネルギーの関係はλ＝（cb）である。ま）である。

上の文中の(a)～(c)の括弧内の解答を、それぞれに対して以下の番号から正しいものを選びな
さい。
(c) 1.24×104/E2

1.

(a) hk/2π、(b) 150.4/E 、

2.

(a) h2k/2π、(b) (150.4/E)1/2 、 (c) 1.24×104/E

3.

(a) hk/2π、(b) 150.4/E 、(c) 1.24×104/E

4.

(a) hk/2π、(b) (150.4/E)1/2 、(c) 1.24×104/E

5. (a) hk/2π、(b) (150.4/E)1/2 、(c) 1.24×104/E2

1-0-a
問３

2-3-a

X 線の波長（λnm）とエネルギー（E eV）の関係を表す式は下記のどれか。1〜5 の番号
1

で答えなさい。（プランク定数 h=6.6×10-34J・s、光速度 c=3.0×108m、素電荷 q=1.6×10-19C）
λ=1.24×103/E、2. λ=1.24/E､ 3.

1.

λ=1.24/E1/2、4. λ=1.24×10-2/E1/2、5.

λ=1.24×10-2/E

1-0-a

2-3-b

問４

ド・ブロイによれば電子の運動量と波長（λ）の間にはλ=h/p（ここに h はプランク定数、ｐは運動量）の関係がある。
電子のド・ブロイ波長（λnm）と電子のエネルギー(E eV)の関係を表す式はどれか。ただし相対論的な補正を考えないとする。1〜5 の番号で答えなさい。
（プランク定数 h=6.6×10-34J・s、
素電荷 q=1.6×10-19 C、電子質量 m=9.1×10-31 kg）
1.

λ=1.2×103/E、

1-0-a
問５

2. λ=1.2/E､ 3.

λ=1.2/E1/2、4. λ=1.2×10-2/E1/2、5.

λ=1.2×10-2/E

2-3-d

ド・ブロイによればすべての物質は波としての性質を持つ。He（ヘリウム）原子のド・ブ

ロイ波長(λnm)と He 原子のエネルギー(E eV)の関係を表す式はどれか。ただし、相対論的な補
正を考えないとする 1〜5 の番号で答えなさい。
（プランク定数 h=6.6×10-34 J・s、ヘリウム原子量
M=4、アボガドロ数 NA=6.0×1023 /mol）
1.

λ=1.4×103/E、

5.

λ=1.4×10-2/E

2. λ=1.4/E､ 3.

λ=1.4/E1/2、4. λ=1.4×10-2/E1/2、

1-0-a 3-1-c
問６電子の波長は相対論的補正を考慮しない場合、λ=(h2/2meV)1/2 で表される。ここで h はプ

ランク定数（6.6×10-34 J.s）、m は電子の質量（9.1×10-31 kg）、e は電子の電荷（1.6×10-19 C）、V は加速電圧である。透過電子顕微鏡でよく使用される 100 kV の加速電圧における電子線の波長に近いものは次のうちどれか。最も適切なものを 1〜5 の番号で答えなさい。
1.

0.038 nm、

2.

0.012 nm、

3.

0.0054 nm、

4.

0.0038 nm、

5.

0.0012 nm

1-0-a
問７

下記の文の(a)〜(c)の括弧内に入れる語句として正しい組み合わせを下の 1 から 5 の番号から選びなさい。
原子は原子核と(a)から構成されている。元素を同定するとは、原子核を構成する（ bの数を決めることである。電子は近似的には他の電子により遮蔽された原子核からの(よる中心力場で運動していると考えられる。
1.

(a) 陽子、 （ｂ）中性子、 （ｃ）クーロン力2.

(a)中性子、 (ｂ) 中間子、 （ｃ）重力
2

c

）
)に

3.

(a) 電子、

4.

(a) 電子、 （ｂ）陽子、

（ｃ）重力

5.

(a) 陽子、 （ｂ）陽子、（ｃ）クーロン力（ｂ）陽子、（ｃ）クーロン力

1-0-a
問８

下記の文の(a)〜(c)の括弧内に入れる語句として正しい組み合わせを下の 1 から 5 の番号から選びなさい。
原子は原子核と電子から構成されている。電子のエネルギー準位は(
気量子数、スピン量子数により決まる状態をとる。(ており、元素特有の(

b

a

a

)、方位量子数、磁)の等しい状態のエネルギーは接近し)を形成する。最外殻の電子は空間的に広がっているので、隣接した原子の距離が近づくと、近接した原子のポテンシャルの影響を受け相互に混ざり合い、原子間の化学結合あるいはエネルギーバンドの形成に寄与する。これに対して、(c)の準位は元素の化学的状態に大きく影響されることなく、元素固有の値をとる。
1.

(a) 回転量子数、 (b) 殻構造、

(c) 中間殻2.

(a) 主量子数、(b) 結合状態、(c) 内殻3.

(a) 主量子数、(b) 殻構造、

(c) 核

4.

(a) 主量子数、(b) 殻構造 、(c) 内殻5.

(a) 主量子数、(b) 結合状態、(c) 内殻1-0-a
問９

下記の文の(a)〜(c)の括弧内に入れる語句として正しい組み合わせを下の 1 から 5 の番号から選びなさい。
原子は原子核と電子から構成されている。原子核の周りの電子のエネルギー準位は n, l, m,s により指定される離散的な値を持つ。n は(a)、l は方位量子数、m は磁気量子数であり、量子数 n＞0、0=< l < n、|m|  l の条件を満たす整数のみが許容される。s は(b )と呼ばれ±1/2 の値をとる。エネルギー準位は l と s の組み合わせにより異なる値をとる。これを反映して j＝｜l＋s｜により準位を区別する。電子は深い殻の軌道から(c)に従って順次詰まってゆく。n が増加するに従い E の値は 0 に近づき、n=∞で 0 となる。
1.

(a) 軌道番号、 (ｂ) 回転量子数、(c)パウリの原理

2.

(a) 主量子数、 (ｂ) 回転量子数、(c)パウリの原理

3.

(a) 主量子数、 （ｂ）スピン量子数、

4.

(a) 主量子数、 (ｂ) スピン量子数、 (c)フント則
3(c)パウリの原理

5.

(a) 軌道番号、 (ｂ)回転量子数、(c)フント則1-0-a
問１０

原子は原子核と電子から構成されている。電子のエネルギー準位の原子番号依存性を示す。電子のエネルギー準位は主に主量子数により決まり、方位量子数、磁気量子数、スピン量子数の違いによるエネルギ－差はそれ程大きくない。下図の(a)〜(f)は主量子数 1 から 5 までの殻準位を表す。(a)〜(f)に入る記号として正しいのは下記のどれか。
1.

A,

B,

2.

L1, L2, L3, L4, L5, L6

3.

K,

4.

s, p, d, e, f, g

5.

S,

L,
P,

C,
M,
D,

D,

E,

N,

O,

E,

F,

F
P
G

1-0-a
問１１

下図で、原子番号 13 のAl（ｱﾙﾐﾆｳﾑ）原子の基底状態電子配置として正しいものはどれか。 1 から 5 の番号で答えなさ
い。

(1)

(2)

4

(3)

(4)

(5)

1-0-a
物質の状態について正しい記述の組み合わせを 1 から 5 の番号で答えなさい。

問１２(a)平衡状態において複数の状態が混在している系では化学ポテンシャルは状態によって異なる。
(b)平衡状態において複数の状態が混在している系では状態間の化学ポテンシャルは等しい。
(c) 平衡状態からずれると化学ポテンシャルの低い状態から高い状態に粒子が移動して平衡状態に近づく。
(d)平衡状態からずれると化学ポテンシャルの高い状態から低い状態に粒子が移動して平衡状態に近づく。
(e)気体と固体の界面において、平衡状態では固体中から気体中への粒子の移動が多い。
(f)平衡状態における気体と固体の界面において、固体から脱離する粒子の数と気体から固体に吸着する粒子の数は等しい。
1. (a) (f)、2. (b) (c) (f)、3.

(b) (d) (f)、 4.

(a) (e)、5.

(b) (e)1-0-a 1-2-c
問１３

以下の文章中の( a )～( f )にそれぞれ選択肢(i)～(iii)がある。適切な選択肢の組み合わせ

を 1~5 の番号で答えなさい。
異なる金属からなる平板 A，B の仕事関数はφA > φB の関係がある。この２枚の金属平板を導体の線でつなぐと A は（a），B は（b）。また，導線でつないだ状態のまま２枚の金属

平板間の距離を近づけていくと両者の間には（ c），1 nm 以下において（d）。さらに，Bに対して A に負の電圧をかけたまま２枚の金属平板間の距離を 1 nm 以下に近づけていくと，電圧をかけない場合と比較して，両者の間に（(a)(i) 正に帯電し(ii) 負に帯電し

e

）， （

f ）。

(iii) 中性のまま
5(b)(i) 正に帯電する (ii) 負に帯電する (iii) 中性のままである(c)(i) 引力が働き(ii) 斥力が働き(iii) 力は働かず(d) (i) A から B にトンネル電流が流れだす(ii) B から A にトンネル電流が流れだす(iii) トンネル電流は流れない(e)(i) より大きな引力が働き (ii) より大きな斥力が働き (iii) 働く力が相殺され(f)(i) A から B に電子がトンネルする(ii) B から A に電子がトンネルする(iii)電子のトンネル過程は起らない
(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

1.

(ii)

(i)

(i)

(iii)

(i)

(i)

2.

(i)

(ii)

(i)

(ii)

(iii)

(iii)

3.

(iii)

(iii)

(iii)

(iii)

(i)

(ii)

4.

(i)

(i)

(ii)

(ii)

(iii)

(i)

5.

(ii)

(i)

(i)

(i)

(ii)

(iii)

1-2-b 1-0-a 1-4-a
問１４

以下の文章中の( a )～( e )にそれぞれ選択肢(i)，(ii)がある。適切な選択肢の組み合わせ

を 1~5 の番号で答えなさい。
金属の表面に吸着した双極子をもつ分子の振動は赤外活性となり得るが，すべての振動モードが観測される訳ではない。金属上に置かれた電荷に対して金属内にみかけの鏡像電荷が生じるので，電気双極子に対しては金属内に鏡像電荷によるみかけの電気双極子が生じる。表面に吸着した分子の電気双極子と金属内のみかけの電気双極子の向きは，表面法線方向を向いた電気双極子
の場合は(

a

)であるのに対し，表面平行方向を向いた電気双極子の場合は（b）である。よって，分子に比べて波長の長い赤外光からみると前者の場合は実効的な双極子が(のに対し，後者では(
が(

d

c

)

)。よって，赤外光を入射させて観察可能な振動モードは電気双極子e)を向いたものである。

(a)(i) 同じ向き(ii) 反対向き(b)(i) 同じ向き(ii) 反対向き

(c)

(i)

２倍になる、 (ii) 相殺される、

(d)

(i)

２倍になる、 (ii) 相殺される、(e)(i) 表面法線方向、(ii) 表面平行方向
1.

(a) 反対向き、(b) 同じ向き、(c) ２倍になる、(d) 相殺される、(e) 表面法線方向

2.

(a) 同じ向き、(b) 反対向き、(c) ２倍になる、(d) 相殺される、(e) 表面法線方向

3.

(a) 反対向き、(b) 同じ向き、(c) 相殺される、(d) ２倍になる、(e) 表面法線方向
64.

(a) 同じ向き、(b) 反対向き、(c) 相殺される、(d) ２倍になる、(e) 表面平行方向

5.

(a) 反対向き、(b) 同じ向き、(c) ２倍になる、(d) 相殺される、(e) 表面平行方向

3-2-b 1-0-a
問１５（各論 51）右図に、あるポリマー分子の C1s 領域の光電子スペクトルを示す。分子中の番号を付した炭素はそれぞれ A～D のどのピークに帰属されるか、適切な組み合わせを 1~5の番号で答えなさい。

①
②

①

②

③

④

⑤

1.

B

A

C

A

D

2.

A

B

C

D

D

3.

C

D

D

B

A

4.

D

D

C

A

B

5.

D

B

A

C

D

③

④
⑤

C
A

D

B

Binding Energy (eV)

1-2-c 1-0-a問１６

以下の問( a )～( d )にそれぞれ選択肢(i)，(ii)がある。適切な選択肢の組み合わせを 1~5の番号で答えなさい。
(a) 仕事関数がそれぞれΦA, ΦB(ΦA＞ΦB)の２種類の金属板Ａ，Ｂに、同じ波長の光を照射して電子を放出させた。放出される電子の運動エネルギーの最大値が大きいのはどちらの金属板から放出されるものか。
(i)

A の金属板(ii) B の金属板(b) 電気的に中性な金属表面にも電気二重層が生じる。電気二重層のうち、外部から見て物質の外側にはどちらの電荷があるか。
(i) 正の電荷(ii) 負の電荷(c) ステップをもたない平坦な表面と、多数のステップをもつ微傾斜表面ではどちらが仕事関数が小さいか。
(i) 平坦面(ii) 微傾斜面(d) 電気陰性度の高い酸素原子が吸着すると、金属表面の仕事関数は大きくなるか、小さくな
るか。
(i)

大きくなる

(ii) 小さくなる

1.

(a) B の金属板、(b) 正の電荷、(c) 微傾斜面、(d) 大きくなる

2.

(a) A の金属板、(b) 負の電荷、(c) 平坦面、(d) 小さくなる
73.

(a) B の金属板、(b) 負の電荷、(c) 微傾斜面、(d) 大きくなる

4.

(a) B の金属板、(b) 正の電荷、(c) 平坦面、(d) 小さくなる

5.

(a) A の金属板、(b) 負の電荷、(c) 微傾斜面、(d) 大きくなる

1-0-a 1-1-c
問１７

表面エネルギー（単位面積当たりのエネルギーを意味する）について正しい記述の組み合わせは次のうちいずれか。
(a) 表面エネルギーと表面張力は同じものの異なる表現である。
(b) 表面エネルギーはエネルギーであり、表面張力は力なので、本質的に異なる量である。
(c) 面心立方構造の面の中で、表面エネルギーの一番小さい面は(111)面である。
(d) 面心立方構造の面の中で、表面エネルギーの一番大きい面は(100)面である。
(e) 体心立方構造の面の中で、表面エネルギーの一番小さい面は(110)面である。
(f) 体心立方構造の面の中で、表面エネルギーの一番大きい面は(100)面である。
1. (a) (c) (f)、1-0-b

2. (b) (c) (f)、3. (b) (c) (e)、 4. (a) (c) (e)、5. (b) (d) (f)1-1-b
次の文章中の(a)〜(e)に入れるのに最も適切な語句の組み合わせを以下の 1〜5 から選び

問１８
なさい。

結晶表面を原子レベルで観察すると、理想的な平坦面でなく、(る。また原子レベルで階段状になった(っておらず、
（

e

c

)や(

d

a

)が存在する。()や(cb)などが存在す)も完全な直線にはな）と呼ばれる原子の配位数のさらに低下した部分が存在し、そのような部分

で化学反応性、触媒活性など、表面の反応性が高まる場合がある。
1. (a) 格子欠陥、 (b) 非平坦点、 (c)

トップ、

(d)

プラス、 (e)シンク

2. (a) 格子欠陥、 (b) 吸着原子、 (c) ステップ、 (d) テラス、(e) キンク

3. (a) 凸点、(b) 拡散原子、 (c) 段階線、(e) 活性点

4. (a) 凹点、(b) 余剰原子、 (c) ステップ、 (d) ラテス

5. (a) 非平坦点、 (b) 吸着原子、 (c) ホップ、(d) テラス、(d) テラス、(e) 低配位点(e) キンク

1-0-b
問１９

以下の表面・界面についての記述のうち正しい記述の組み合わせはどれか。1 から 5 の番号で答えなさい。
(a) 表面・界面の構造と物性は、触媒、生体適合性、接着、摩耗、摩擦、濡れ、吸着、分子認識、導電性などの機能特性と関連している。
(b) ナノテクノロジーの中心的課題である極限微細化においては、表面・界面の占める割合が低8いものの、その効果は極めて重要である。
(c) 結晶性固体のいろいろな性質は物理的に説明できるが、表面や界面で起こる現象は非常に複雑である。
(d) Pauli は、「固体は神がつくりたもうたが、表面は天使がつくった」と言ったとされている。
(e) ナノテクノロジーの発展には、表面の構造と物性を自在に操ることが必要不可欠である。
1. (a) (b) (c)、
1-0-b
問２０

2. (b) (c) (d)、3. (c) (d) (e)、4. (a) (c) (e)、5. (b) (d) (e)1-3-a以下の金属表面の酸化についての記述のうち正しい記述の組み合わせはどれか。1 から5 の番号で答えなさい。
(a) 空気中には酸素が含まれているから、固体表面に酸化と呼ぶ化学反応を生じさせている。
(b) 酸化の顕著な例は金属表面において起こる。その結果、大気圧下にあるほとんどの金属表
面にはきわめて薄い酸化膜の膜ができる。
(c) 膜の成長速度は、時間に対して一定ではない。
(d) 膜が厚くなるに従って成長速度は遅くなり、水分を含まない大気圧下の純鉄の場合で 20nm
あたりが限界である。
(e) 自己保護膜と呼ばれる膜の厚みは原子の 100 倍程度で、金属光沢は失われている。
1. (a) (b) (c)、
1-0-b
問２１

2. (b) (c) (d)、3. (c) (d) (e)、4. (a) (b) (e)、5. (a) (d) (e)1-1-b
真空下における結晶表面について正しいのはどれか番号で答えなさい。

(a) 結晶表面にある原子と、結晶内部の原子の原子配列は同じである。
(b) 共有結合を有する結晶の場合には、結晶の切断により相手原子との結合が切れて不安定な結合手を抱えることになるので再構成構造ができる。
(c) 表面原子が異種原子と結合することをダングリングボンドと呼ぶ。
(d) ダングリングボンドの存在は、新たな表面準位の形成の原因となる。
(e) 最近では表面電子準位に起因する表面電気伝導現象がある。
1. (a) (b) (d)、2. (a) (c) (d)、3. (a) (c) (e)、4. (b) (c) (e)、5. (b) (d) (e)

1-1-a
問２２

金属結晶は多くの場合、面心立方構造、体心立方構造、六方最密充填構造のいずれかをとる。下図の格子模型で面心立方格子はどれか。1 から 5 の番号で答えなさい。
9

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

1-1-a
問２３

金属結晶は多くの場合、面心立方構造、体心立方構造、六方最密充填構造のいずれかをとる。下図の格子模型で体心立方格子はどれか。1 から 5 の番号で答えなさい。

(1)

(2)

(3)

10

(4)

(5)

1-1-a
問２４

下図の格子模型で最密充填構造であるものはどれか。
1. (a)と(b)、(a)2. (b)と(c)、3. (c)と(d)、1 から 5 の番号で答えなさい。

4. (d)と(e)、

(b)

(c)

(d)

(e)

11

5. (c)と(e)1-1-a問２５

原子を剛体球であるとする。空間に原子を最も密度高く詰め込んだ構造は下記のどれか。
1〜5 の番号で答えなさい。
1.

面心立方構造のみ、

2.

4.

面心立方構造と体心立方構造、

体心立方構造のみ、
5.

3.

六方最密充填構造のみ

面心立方構造と六方最密充填構造

1-1-a
問２６ 金単結晶は面心立方構造をとる。金の密度は 19.3 g/cm3、原子量は 197 である。
最近接原子間距離を表す式は下記のどれか。 A をアボガドロ数とする。1〜5 の番号で答えなさい。
1(1) ( 1  19.32  A )  3
14 1971(3)  2   ( 1  19.32  A )  3
(2) ( 1  19.32  A )  3
1

4 197

 2  14 197

1(4)  2   ( 1  19.32  A )  3



 2 

4 197

1
(5)  3   ( 1  19.32  A)  3



 2 

2 197

1-1-a
問２７ 剛体球が最密充填構造をとるときの充填率の式として正しいのは下記のどれか。1〜5 の番号で答えなさい。
(1) 4   4   1 
3

3

2

(2) 4   16   1 
3

 2

3

(3) 4   2   2 


3

 2 

3

(4) 4   4   2 


3

3

 4 

(5) 4   16   2 


3

3

 4 

1-1-a
問２８

面心立方構造をとる金属結晶の (111)面の原子配列は下記のうちどれか。1 から 5 の番

号で答えなさい。
最外層の原子、(1)

表面から二層目の原子、

(2)

12

表面から三層目の原子

(3)

（4）

（5）

1-1-a
問２９

面心立方構造をとる金属結晶の (110)面の原子配列は下記のうちどれか。1 から 5 の番

号で答えなさい。
最外層の原子、表面から二層目の原子、

(1)

(2)

（4）

（5）

表面から三層目の原子

(3)

1-1-a
問３０

原子を剛体球としたとき、面心立方構造の(111)面の表面充填率は下記の式のどれか。1〜5 の番号で答えなさい。
(1)


2 3


(2)
3

(3)



(4)

4 2

1-1-a
13


2 2

2

 3
 
(5) 
4

問３１

原子を剛体球としたとき、体心立方構造の(110)面の表面充填率は下記の式のどれか。1〜5 の番号で答えなさい。
(1)




(2)
3

2 3

(3)

3

(4)

8 2


2 2

2

 3
 
(5) 
4



1-1-a
問３２

下記の文の(a)〜(f)の括弧内に入れる術語として正しいものの組み合わせを下の 1 から 5の番号で答えなさい。
原子は原子核と電子から構成されている。原子核は原子番号に等しい数の（b

元素を同定するとは、原子核を構成する（他の電子により遮蔽された原子核からの(

c

a

）を持つ。

）の数を決めることである。電子は近似的には)による中心力場で運動していると考えられる。

このとき電子のエネルギー準位は n, l, m, s により指定される離散的な値を持つ。n は(d)、lは方位量子数、m は磁気量子数であり、量子数 n＞0、0  l<n、|m|  l の条件を満たす整数のみが許容される。s は(e )と呼ばれ±1/2 の値をとる。エネルギー準位は l と s の組み合わせにより異なる値をとる。これを反映して j＝｜l＋s｜により準位を区別する。電子は深い殻の軌道から(f )に従って順次詰まってゆく。n が増加するに従い E の値は 0 に近づき、n=∞で 0 となる。
1. (a) 陽子、 (b) 中性子、 (c) 湯川ポテンシャル、(d) 軌道番号、 (e) 回転量子数、(f) パウリの原理
2. (a)中性子、 (b) 中性子、 (c) クーロン力、(d) 主量子数、(e) スピン量子数、(f) パウリの原理
3. (a) 陽子、 (b) 陽子、 (c) クーロン力、(d) 主量子数、 (e) スピン量子数、(f) パウリの原理
4. (a) 陽子、 (b) 陽子、 (c) 重力、(d) 主量子数、(e) 固有値、(d) 主量子数、(e) 回転量子数、 (f)結合原理(f) スピン軌道相互作用
5. (a) 陽子、 (b) 陽子、 (c) 重力、
1-1-a
問３３

下記の文の(a)〜(e)の括弧内に入れる術語として正しいものの組み合わせを下の 1 から

5 の番号で答えなさい。
原子は(a)と電子から構成されている。電子は他の電子により遮蔽された原子核からの球対称の中心力場で運動していると近似的に考えられる。このとき、電子のエネルギー準位は(b)、方位量子数、磁気量子数、スピン量子数により決まる状態をとる。(
14c)の等しい状態のエネルギーは接近しており、元素特有の(d)を形成する。最外殻の電子は空間的に広がっているので、隣接した原子の距離が近づくと、近接した原子のポテンシャルの影響を受けて相互に混ざり合い、原子間の化学結合あるいエネルギーバンドの形成に寄与する。これに対して、(e)の準位は元素の化学的状態に大きく影響されることなく元素固有の値をとる。

1. (a) 中性子、 (b) 同位体数、(c) 主量子数、 (d) 殻構造、

(e) 中間殻2. (a) 中性子、 (b) 主量子数、(c) 主量子数、 (d) 結合状態、(e) 内殻

3. (a) 原子核、 (b) 主量子数、(c) 方位量子数、(d) 殻構造、(e) 核

4. (a) 原子核、 (b) 主量子数、(c) 主量子数、 (d) 殻構造、

(e) 内殻5. (a) 原子核、 (b) 主量子数、(c) 方位量子数、(d) 結合状態、 (e) 内殻

1-1-a
下記の文の(a)〜(d)の括弧内に入れる語句として正しい組み合わせを下の 1 から 5 の番

問３４号から選びなさい。
バルク結晶の格子位置に原子を止めたまま切り出した表面を(a)と呼ぶ。しかし(a)は失われた結晶からのポテンシャルがなくなり真空にむき出しとなるため、エネルギー的に安定ではない。そのため、実際の表面ではエネルギー的に安定化するように表面層の原子の位置が変わる。表面の原子位置が表面と平行な方向の対称性を(対称性に移るような変化を(

db)変わる変化を(c)と呼び、異なる

)と呼ぶ。

1.

(a) 理想表面、 (b)保ったまま、(c) 緩和、(d)再構成2.

(a) 理想表面、 (b)保ったまま、(c) 緩和、(d)偏析3.

(a) 理想表面、 (b) 一定角度回転させながら、 (c) ラフニング、(d)再構成

4.

(a) 現実表面、 (b) 保ったまま、

5.

(a) 現実表面、 (b) 一定角度回転させながら、 (c) ラフニング、 (d) 偏析

(c) ラフニング、 (d)偏析

1-1-c
問３５

結晶中の面間隔 d の格子面による波長λの波の回折はブラッグの関係式（a）であらわされる。但し、n は回折次数、θは散乱角の 1/2 である。この関係を波数 k と格子面間隔の逆数 d*＝2π/d を使って表すと（ b）になる。これを散乱ベクトル q と格子面に垂直で大きさが d*のベクトル d*を用いると（ c）となる。d*は逆格子ベクトルと呼ばれる。これは、逆格子ベクトルの（d）倍が散乱ベクトルと一致するときに回折が起きることを示している。

上の文中の(a)～(d)の括弧内に入る解答を、以下の番号から正しいものを選びなさい。
1.

(a)2dsinθ=nλ、(b)2ksinθ=nd* 、 (c)15

2q=nd* 、 (d) n/2

2.

(a)

2dsinθ=nλ、

3.

(a)

dsinθ=nλ 、 (b)ksinθ=nd* 、

4.

(a)

5.

(a)

1-1-c
問３６

(b)

2ksinθ=nd* 、 (c)q=nd* 、(d) n/2(c)q=nd* 、(d)

2dsinθ=nλ 、 (b)2ksinθ=nd* 、 (c)q=nd* 、(d) n

2dsinθ=nλ、

ksinθ=nd* 、

(b)

(c)

q=nd* 、 (d)nn1-4-abc
電磁波、電子あるいはイオンは波としての性質を持つので、エネルギーを適切に選べば回折が観察される。下記の記述のうち回折の記述として最も適切な組み合わせはどれか。1〜5の番号で答えなさい。
1. (a) (c) (d) (f) (g)、2. (b) (e) (h)、3.(a) (b) (e) (g)、4.(a) (c) (e) (f)、5.(b) (e) (f)(a) 気体分子は結晶ではないので、回折は観測されない。
(b) X 線は主に電子と相互作用して散乱される。
(c) 電子は主に電子と相互作用して散乱される。
(d) He イオンは主に電子と相互作用して散乱される。
(e)原子が規則的な格子を形成していると、各原子から散乱された波は重なりあい、散乱される方向により強くなったり弱くなったりする。
(f)回折線の解析には逆格子を考えるのが便利だが、逆格子は想像上の仮想的な格子なので、試料を回転しても、絶対的な空間に固定していて結晶とともに動くことはない。
(g) 回折スポットの大きさは物質固有のものであり、結晶の大きさにより変わることはな
い。
(h) 回折スポットの大きさは結晶の温度により変化することはない。

1-1-d
問３７

1-1-b
薄膜形成技術に関する次の文章の(a)～(e)に挿入するのに適当な語句の組み合わせを 1～5 の中から選びなさい。
エピタキシー（epitaxy）とはギリシャ語で「～の上に（epi）（
エピタキシャル成長とは、すなわち基板上に物質が特定の（

ba）（taxy）」という意味で、）関係をもって成長するということである。
エピタキシャル成長させた薄膜の評価法の一つに反射高速電子回折(RHEED)強度振動がある。一般に RHEED 振動は、二次元（ c平坦であるときは強度が（d）となり、二次元核密度が増加すると、干渉効果やステップエッジによる散乱のために強度が（
1. （a）不規則に、）による層状成長が行われているときに観察され、表面がe）すると考えられている。

b）元素相関、（c）膜成長、（d）極小、（e）増加

2. （a）規則正しく、（b）結晶方位、（c）核成長、（d）極大、（e）減少
3. （a）規則正しく、（b）元素相関、（c）膜成長、（d）極小、（e）減少16

4. （a）不規則に、 （b）結晶方位、（c）膜成長、（d）極大、（e）増加
5. （a）規則正しく、（b）結晶方位、（c）核成長、（d）極小、（e）増加
1-1-d
問３８

平衡系の結晶成長ではウルフの多面体が形成されることが多い。ウルフの多面体では、多面体の中心から 1 つの結晶面への垂線の長さ h とその面の単位面積当たりの表面エネルギーγとの間には以下の関係がある。正しいものを一つ選びなさい。
1. γ2/h=一定、 2.

γh=一定、

3.

γ+h=一定、

4.

γ/h=一定、 5.

γ/h2=一定1-2-a
下記の文の(a)〜(d)の括弧内に入れる語句として正しい組み合わせを下の 1 から 5 の番

問３９号から選びなさい。
原子が相互に十分離れて存在する場合には、原子間の相互作用は無視できるので、この原子集団の電子状態は孤立した原子が多数集まったものと変わらない。原子間の距離を格子間距離程度まで近づけると、原子は隣接した原子の(
ざり合い(

ｂ

a

)の影響を受け、浅いエネルギー準位は相互に混)を形成する。しかし、エネルギーの深い位置にある(c)はそれ程大きな変化を受けない。金属ではバンドの幅は広く、バンド内の電子は個々の原子の影響下に留まることなd

く、原子の隙間を自由にとびまわり、あたかも()のように振る舞う。

1.

(a) 核力、(b)リドベルグ状態、(c) 外殻準位、(d)自由電子2.

(a) 核力、(b) エネルギーバンド、(c) 外殻準位、(d)磁性電子3.

(a) ポテンシャル、 (b) リドベルグ状態、 (c) 内殻準位、(d)自由電子

4.

(a) ポテンシャル、 (b) エネルギーバンド、(c) 内殻準位、(d)自由電子5.

(a) ポテンシャル、 (b) エネルギーバンド、(c) 内殻準位、 (d) 磁性電子

1-2-a
問４０

下記の文の(a)〜(d)の括弧内に入れる語句として正しい組み合わせを下の 1 から 5 の番号から選びなさい。
金属ではフェルミ準位まで電子が詰まっている。フェルミ準位と真空準位のエネルギー差を(a)という。(

団運動である(ca)は物質によるが大体()をする。バルクの(c

る。また、原子の相対的位置の変動に伴う(b)である。金属の自由電子とみなせる電子は集)のエネルギーは物質によるが大体 10 eV 程度であd)が存在する。( d

である。
17

)のエネルギーは 1 eV 以下

1.

(a) 仕事関数、

2.

(a) バンドギャップ、 (b) 数 eV、(c) フリーデル振動、 (d) 格子振動

3.

(a) 仕事関数、(c) プラズマ振動、

4.

(a) バンドギャップ、 (b) 数 meV、(c) フリーデル振動、 (d) ヘリコン振動

5.

(a) 仕事関数、(c) プラズマ振動、

1-4-a(b) 数ｍeV、(c) プラズマ振動、(b) 数十 eV、(b) 数 eV、(d) ヘリコン振動(d) 格子振動(d) 格子振動

1-2-a
次の文章中の(a)〜(e)に入れるのに最も適切な語句の組み合わせを以下の 1〜5 から選び

問４１
なさい。

固体中の電子がある値以上のエネルギーを得て、固体表面から放出される現象を、
（

a ）とい

う。タングステンフィラメントなどを通電加熱する際、電子が熱的に励起され放出される場合を（b）と言い、金属に光を照射したときに電子が光により励起され放出される現象を（

という。
（

b

c

）

）はエジソンによって正電位を印加した対向電極に電流が流れることにより発見されたため、エジソン効果と呼ばれる。
1. (a) 電子放出、(b) 熱起電力、 (c) 光電子放出、
2. (a) 電子輻射、(b) 熱放出、

(c) 光放射、

3. (a) 電流放出、(b) 熱線放射、 (c) 光電子放出、
4. (a) 電子放出、(b) 熱電子放出、(c) 光電子放出、
5. (a) 電子発生、(b) 熱電子放出、(c) 光放射、
1-4-a

1-2-a
次の文章中の(a)〜(e)に入れるのに最も適切な語句の組み合わせを以下の 1〜5 から選び

問４２
なさい。

金属表面に光を照射して電子が放出される（a）はアイシュタインによる光量子仮説により、光が粒子性を持つことでそのメカニズムが解明された。また、対向電極に十分に高い正電圧を印加して、固体表面から電子を放出させる現象を（b）という。この時、固体表面から真空へと脱出する際のポテンシャル障壁は高電界により薄くなり、電子は（へと放出される。
1. (a) 光電子放出、(b)2. (a) 光放射、

高電圧放射、 (c) トンネル(b) 光電子放出、(c) トムソン

3. (a) 光電子放出、(b) 電界電子放出、(c) アインシュタイン
4. (a) 光電子放出、(b) 電界電子放出、(c) トンネル
18c

）効果により真空中5. (a) 光放射、

(b)

電解輻射

(c) トンネル

1-2-a
問４３

次の文章中の(a)〜(e)に入れるのに最も適切な語句を以下の 1〜5 から選びなさい。

固体表面では表面に局在した（ a ）が存在する。
（ a ）ができる原因は大きく二つある。
一つは、表面近傍で電子が感じるポテンシャルが結晶内部と異なることで表面に局在状態ができる。これを（ b ）と呼ぶ。これは、例えば Cu(100)面に見られる。もう一つの原因は、結晶内部でエネルギーバンドギャップを形成していた因子が表面で無くなることである。このような原因で生成された状態を（ c ）と呼ぶ。Si(111)面などの半導体表面で見られる（ d ）はこの状態に含まれる。以上の二つとはその起源が大きく異なるが、金属表面に弱く束縛された（ e ）も広い意味では（ a ）に含まれる。
1.

(a) 表面電子状態、 (b)タム状態、 (c)ショックレー状態、 (d) ダングリングボンド状態、(e) 鏡像力表面状態

2. (a) 表面電子状態、(b) タム状態、(c) ダングリングボンド状態、(d) 表面電子状態、(e) 鏡像力表面状態
3. (a)鏡像力表面状態、(b)ショックレー状態、(c) タム状態、(d)ダングリングボンド状態、(e) 表面電子状態
4. (a)ダングリングボンド状態、(b)タム状態、(c)ショックレー状態、(d) 表面電子状態、(e) 鏡像力表面状態
5. (a)ダングリングボンド状態、(b) 鏡像力表面状態、(c)ショックレー状態、(d)タム状態、(e) 表面電子状態
1-2-a

1-2-c

2-3-b

問４４

金属表面に垂直に 1 V/nm 程度の強い電界が印加されると、内部の電子は表面からトンネル効果で外部（真空）へ放出される。この現象を電界 (電場) 電子放出と呼ぶ。このとき
表面電子が感じるポテンシャルは以下の図のうちどれか。1 から 5 の番号で答えなさい。ただし、左側が金属、中央が表面、右側が真空、実線は表面電子が感じるポテンシャル、影付
き部分は電子が占有する領域とする。

19

(1)

(2)

(4)

(5)

1-2-a 1-2-c

(3)

2-3-b

問４５ （技術 34）金属表面に印加した電界強度 F [V/nm]とそれによって放出された電流値 I [A]の関係を、縦軸 ln(I/F2)、横軸 1 / F としたグラフは Fowler-Nordheim プロットと呼ばれ、電界
電子放射の電流-電界特性として知られている。Fowler-Nordheim プロットの概形として適切な図はどれか。1〜5 の番号で答えなさい。

(3)

(2)

(1)

1/F

1/F
(5)

(4)

1/F

1/F

1/F

1-2-c

3-2-b

問４６

（各論 50）下記の測定法で仕事関数の絶対値を測定できるものはどれか。下の 1〜5の番号で答えなさい。

1. (a) (b)のみ、2. (a) (b) (c) (d) (e) (f)、 3. (b)のみ、 4. (e)のみ、 5. (e) (f)のみ(a) X 線光電子分光法(XPS)、(b) 真空紫外光電子分光法(UPS)、(c) オージェ電子分光法
20

（AES）、(d) 電子エネルギー損失分光法(EELS)、(e) 走査トンネル顕微鏡(STM)、(f) 原子間力顕微鏡（AFM）
1-2-c 仕事関数
問４７

仕事関数の異なる２種類の金属平板を平行に向き合わせ、導線で結合してある。以下の解答の組み合わせのうち正しいものを 1 から 5 の番号で答えなさい。金属平板は近似的に無限大とする。

(a) ２枚の金属平板の間の距離を周期的に変化させると導線に交流が流れる。
(b) ２枚の金属平板の間の距離を周期的に変化させても、導線に電流は流れない。
(c) ２枚の金属平板の間には電場が存在する。
(d) ２枚の金属平板の間には電場が存在しない。
(e) 金属平板の間隔を２倍にすると電場の大きさは２倍になる。
(f) 金属平板の間隔を２倍にすると電場の大きさは半分になる。
(g) 金属平板の間隔を２倍にしても、電場の大きさは変わらない。
1. (a) (d) (g)、2. (a) (c) (e)、3. (a) (c) (f)、4. (b) (d) (g)、5. (b) (c) (f)

1-2-c
問４８

次の文章中の(a)〜(f)に入れるのに最も適切な語句の組み合わせを以下の 1〜5 から選びなさい。
金属の仕事関数は（ a ）で定義される物理量で、その起源はバルクの電子エネルギー成分と表面での電気二重層ポテンシャルエネルギーの合計である。その値はおよそ（ b ）eV 程
度で、固体中の電子密度、構成原子種、表面方位に依存している。電子密度が （ c ）、原子の（ d ）が大きいとき、仕事関数の値は大きい。原子の面密度が（ e ）ほど仕事関数は大きいので、面心立方格子（fcc）の場合、（ f ）の順で大きくなる。

1.(a)真空準位とフェルミ準位のエネルギー差、(b) ) 2～5、 (c)大きく、 (d)電気陰性度、(e) 大きい、(f) (110), (100), (111)2.(a)真空準位とフェルミ準位のエネルギー差、(b) 0.5～1 (c) 大きく、(d) 電子数、(e) 小さい、 (f) (110), (111), (100)3.(a)フェルミ準位と価電子帯最高準位のエネルギー差、 (b) 2～5 (c) 小さく、(d)電気陰性度、 (e)小さい、(f) (100), (110), (111)
4. (a)フェルミ準位と価電子帯最高準位のエネルギー差、 (b) 0.5～1、 (c) 大きく、
(d) 電気陰性度、 (e) 大きい、(f) (100), (111), (110)5. (a)電子親和力、 (b) 0.5～1、 (c) 小さく、(d)電子数、 (e) 大きい、(f) (111), (100), (110)21

1-2-c
問４９

次の文章中の(a)〜(d)に入れるのに最も適切な語句の組み合わせを以下の 1〜5 から選

びなさい。
金属の仕事関数は真空準位とフェルミ準位のエネルギー差で定義される物理量である。金属の仕事関数の測定方法の代表例は、（ a ）である。半導体には（ b ）が無いので、仕事関数は（ c ）で定義される。半導体の仕事関数は、Kelvin 法とよばれる実験によって（ d ）を決定することで測定される。

1.(a) 光電子放出と電界電子放出、(b) フェルミ準位、(c) 真空準位と化学ポテンシャル、(d) 接触電位差2. (a) 光電子放出と電界電子放出、(b) 真空準位、(c) フェルミ準位と価電子帯最高準位のエネルギー差、(d) 静電容量、3. (a) 接触電位差法と電界電子放出、(b) フェルミ準位、(c) フェルミ準位と価電子帯最高準位のエネルギー差、(d) 接触電位差4. (a) 接触電位差法と電界電子放出、(b) 不純物準位、(c) 真空準位と化学ポテンシャル、(d) 静電容量
5.(a) 光電子放出と電界蒸発、(b)真空準位、(c) 真空準位と化学ポテンシャル、(d) 接触電位差
1-3-a
問５０

吸着平衡にある場合、吸着の進行で吸着系の自由エネルギーは変化しない。また、一般的な吸着では気体の 3 次元状態から吸着の 2 次元状態に変化すると考える。自由エネルギーの変化分はF＝H－TS で表される。ここでH はエンタルピーの変化分、S はエントロピーの変化分である。またエンタルピーH は、内部エネルギーU、圧力 P、系の体積 V によって H＝U+PVで表される。このとき正しい記述の組み合わせを 1 から 5 の番号で答えなさい。

(a) 吸着によるエンタルピーの変化はエントロピーの変化に比例する。
(b) 吸着によるエンタルピーの変化はエントロピーには依らない。
(c) 吸着によるエンタルピーの変化は温度に比例する。
(d) 吸着によるエンタルピーの変化は温度に依らない。
(e) 吸着によるエンタルピーの変化は近似的に内部エネルギーの変化に等しい。
(f) 吸着によるエンタルピーの変化は内部エネルギーには依らない。
1. (a) (d) (f)、 2. (a) (c) (e)、 3. (b) (c) (e)、 4. (b) (d) (f)、 5. (a) (d) (e)22

1-3-a問５１

吸着平衡にある場合、吸着の進行で吸着系の自由エネルギーは変化しない。また、一般的な吸着では気体の 3 次元状態から吸着の 2 次元状態に変化すると考える。自由エネルギーの変化分はF＝H－TS で表される。ここでH はエンタルピーの変化分、S はエントロピーの変化分である。またエンタルピーH は、内部エネルギーU、圧力 P、系の体積 V によって H＝U+PVで表される。このとき正しい記述の組み合わせを 1 から 5 の番号で答えなさい。

(a)

吸着においてエントロピーが減少するのでエンタルピーも減少する。

(b)

吸着においてエントロピーが減少するのでエンタルピーは増大する。

(c)

吸着においてエンタルピーが減少するので吸着は発熱反応である。

(d)

吸着においてエンタルピーが増大するので吸着は発熱反応である。

(e)

吸着においてエンタルピーが増大するので吸着は吸熱反応である。

(f)

吸着において内部エネルギーが増大するので発熱反応である。

(g)

吸着において内部エネルギーが減少するので発熱反応である。

1. (a) (c) (f)、 2. (a) (c) (g)、 3. (b) (d) (f)、 4. (b) (d) (g)、 5. (b) (e)1-4-a,b.
問５２

表面分析に関する次の説明文の(a)～(e)に挿入するのに適切な語句の組み合わせを 1～5の中から選びなさい。
表面分析は、固体表面から必要な情報を得るため、電磁波（光、X 線など）、電子、（ a）、中性粒子（原子、分子など）、熱などをプローブとして表面に当てて、表面層との相互作用の結果、放出された各種の量子や粒子を検出することによって行われる。
表面に電子を入射させた場合、その一部は（b ）し、格子による回折などが生じる。

他は吸着分子や格子の振動励起、さらに価電子や内殻電子の励起などの（二次電子、オージェ電子、（d ）などを発生する。電子線は（ ec）の結果、光、）まで絞ることも可能で、局所分析や二次元像を得るのに適している。

1. （a）超音波、（b）非弾性散乱、（c）弾性散乱、 （d）X 線、（e）数μm
2. （a）超音波、（b）非弾性散乱、（c）弾性散乱、 （d）超音波、（e）数 nm
3. （a）超音波、（b）弾性散乱、 （c）非弾性散乱、（d）X 線、 （e）数μm
4. （a）イオン、（b）弾性散乱、 （c）非弾性散乱、（d）超音波、（e）数μm
5. （a）イオン、（b）弾性散乱、 （c）非弾性散乱、（d）X 線、 （e）数 nm
1-4-a
問５３

固体表面における電磁波の振る舞いに関する次の文章の(a)～(e)に挿入するのに適切な語句の組み合わせを 1～5 の中から選びなさい。
入射電磁波は、波長によって異なるものの概して（

23a）侵入する。振動励起、電子励起などの相互作用によって光、
（

b ）、
（ c

発生した光やＸ線は脱出深さが（（ ea）、X 線などを放出する。これらのうち、固体内部で）、（d）の評価になる。電磁波は相互作用が小さく）が可能である。

1. （a）深く、（b）光電子、（c）オージェ電子、（d）バルク、（e）非破壊分析
2. （a）浅く、（b）陽電子、（c）オージェ電子、（d）表面、 （e）非破壊分析
3. （a）深く、（b）陽電子、（c）散乱電子、 （d）バルク、（e）非破壊分析
4. （a）浅く、（b）光電子、（c）散乱電子、 （d）表面、 （e）破壊分析
5. （a）深く、（b）光電子、（c）オージェ電子、（d）表面、 （e）破壊分析
1-4-a
問５４

銅 Kα線が物質に照射されたときに生じる現象の記述の組み合わせは次のどれか。1〜5の番号で答えなさい。

(a)X 線は表面で屈折する。その屈折率は 1 よりわずかに大きい。
(b)物質中の電子と相互作用して吸収され、X 線光電子と蛍光 X 線などを発生する。
(c)物質が結晶の場合、結晶構造に依存する回折を生じる(d)入射角が 1°以下のとき X 線は表面で全反射することがある。
1. (a) (b) (c)のみ、 2. (a) (c) (d)のみ、 3. (a) (b) (d)のみ、 4. (b) (c) (d)のみ、
5. (a) (b) (c) (d)1-4-b 1-4-c
問５５

表面分析に関する次の説明文の(a)～(e)に挿入するのに適当な語句の組み合わせを 1～5の中から選びなさい。
固体表面の微小領域の分析において、空間分解能は特に重要で、横方向については入射ビームの太さと、ビームの（ a）に依存する。電子ビームは細く絞ることができるが、イオンビー

ムは比較的困難なため、オージェ電子分光法では（b ）程度まで横方向分解能が得られるに対し、通常の二次イオン質量分析法ではサブμm 程度となる。深さ方向分解能は入射ビームがどの程度深く侵入できるか、またそこで発生したエネルギー種が表面まで達成できるかのいずれ
かによって決まる。電子やイオンの（c）は短く、（ d）程度の深さ分解能が得られ、表面層の分析には好都合である。一方、Ｘ線では平均自由行程が長く、通常の方法では深さ方向分
解能は（ e）程度となる。

1. （a）散乱断面積、 （b）100 nm、（c）平均自由行程、（d）μm、（e）μm
2. （a）試料内部拡散、（b）100 nm、（c）阻止能、（d）nm、 （e）μm

3. （a）散乱断面積、 （b）10 nm、（c）阻止能、（d）μm、（e）数 nm

4. （a）試料内部拡散、（b）10 nm、（c）平均自由行程、（d）nm、 （e）μm
5. （a）試料内部拡散、（b）10 nm、（c）平均自由行程、（d）μm、 （e）数 m24

1-4-c問５６

固体表面におけるイオンの振る舞いに関する次の文章の(a)～(e)に挿入するのに適当な語句の組み合わせを 1～5 の中から選びなさい。
数 keV ないし数十 keV のイオンを入射させた場合には、表面で強く（ a）されたり、中性（化されながら、一部は真空中へ跳ね飛ばされるが、残りは表面原子を（ b ）、

c

）しなが

ら内部に侵入する。その過程でイオン、クラスター、光、X 線、電子などを放出する。したがって、一般的には試料破壊は免れないが、（d）を検出すれば最表面層近傍、特に（e）を用いれば表面第一層のみを観察することもできる。

1. （a）回折、（b）チャネリング、（b）スパッタ、 （d）二価イオン、（e）低速イオン
2. （a）散乱、（b）チャネリング、（b）トンネリング、（d）二次イオン、（e）低速イオン
3. （a）散乱、（b）ノックオン、 （b）スパッタ、 （d）二次イオン、（e）低速イオン
4. （a）回折、（b）ノックオン、 （b）トンネリング、（d）二価イオン、（e）高速イオン
5. （a）散乱、（b）ノックオン、 （b）スパッタ、 （d）二価イオン、（e）高速イオン
1-4-c
問５７

3-3-a
表面分析に関する次の説明文の(a)～(e)に挿入するのに適当な語句の組み合わせを 1～5の中から選びなさい。
二次イオン質量分析法は、試料表面にイオンを照射した時、試料表面からスパッタリングにより放出される粒子のうち（a ）している粒子を（ b ）することにより試料の構成元素を定性的および定量的に分析する表面分析の代表的手法である。スパッタしながら分析すれば元素の深さ方向分布、一次イオンビームを走査すれば面内分布が測定できる。電気陰性度の（c ）元素（Be,B,Mg,・・・）に対しては酸素イオン、逆傾向の元素（H,C,O,・・・）に対しては（d ）を用いるとそれぞれ高い二次イオン検出効率が得られる。特に、微小領域の分析にはビーム径の細い電界放出による（ e）イオンビームが用いられる。

1. （a）中性化、 （b）発光分析、（c）大きい、（d）セシウム、（e）ガリウム
2. （a）中性化、 （b）発光分析、（c）大きい、（d）ヘリウム、（e）セシウム
3. （a）イオン化、（b）質量分析、（c）大きい、（d）ヘリウム、（e）セシウム
4. （a）イオン化、（b）質量分析、（c）小さい、（d）ヘリウム、（e）セシウム
5. （a）イオン化、（b）質量分析、（c）小さい、（d）セシウム、（e）ガリウム
1-4-c
問５８

（3-3-b3-3-c）

イオン散乱における散乱断面積に関する正しい記述の組み合わせは次のうちいずれか。

以下の 1〜5 の番号で答えなさい。

(a) 散乱断面積は標的原子の原子番号の 2 乗に比例するが、入射イオンの原子番号にはよらない。

(b) 散乱断面積は入射イオンと標的原子のいずれに対しても原子番号の２乗に比例する。
25

(c) 散乱断面積は散乱角に依存しない。
(d) 散乱断面積は散乱角が小さいほど大きい。
(e) 散乱断面積は入射イオンのエネルギーの２乗に反比例する。
(f) 散乱断面積は入射イオンのエネルギーの２乗に比例する。
1. (a) (c) (e)、 2. (a) (d) (e)、 3. (b) (c) (e)、4. (b) (d) (e)、5. (b) (d)(f)1-4-c
次の文章中の(a)〜(e)に入れるのに最も適切な語句の組み合わせを以下の 1〜5 から選び

問５９
なさい。

イオン散乱分析の基本概念には、散乱前後のイオンの運動エネルギーの比（ a）、単位立体角に散乱されるイオンの割合（b）、イオンが固体中を移動する間に失うエネルギー（ c ）、エネルギー損失の統計変動（d）、結晶軸に平行に入射したイオンが微小角散乱を繰り返す（e）などがある。

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

1. ｶｲﾈﾏﾃｨｯｸ因子、微分散乱断面積、阻止能、 ｴﾈﾙｷﾞｰｽﾄﾗｸﾞﾘﾝｸﾞ、 チャネリング
2. 強度因子、

散乱強度、

散乱能、

散乱確率、

トンネリング

3. ｶｲﾈﾏﾃｨｯｸ因子、散乱強度、散乱能、

ｴﾈﾙｷﾞｰｽﾄﾗｸﾞﾘﾝｸﾞ、

チャネリング

散乱確率、

トンネリングｴﾈﾙｷﾞｰｽﾄﾗｸﾞﾘﾝｸﾞ、

チャネリング

4. 強度因子、

微分散乱断面積、阻止能、

5. ｶｲﾈﾏﾃｨｯｸ因子、散乱強度、
1-5-a

阻止能、

3-4-a
下記の手法のうち、主に X 線の回折現象を用いた分析手法はどれか。1〜5 の番号で

問６０

答えなさい。

1. (a)のみ,

2. (b)、 3. (c)、4. (d)、 5. (a)と(e)(a) Ｘ線回折法、 (b) 蛍光 X 線法、 (c) 電子線マイクロアナライザー、(d) X 線光電子分光法、
1-5-a
問６１

(e) Ｘ線吸収分光法

3-4-bc 3-1-c
下記の手法のうち、電子の回折現象を用いる分析手法はどれか。1〜5 の番号で答えなさい。

1. (a) (b) (c) (d), 2. (b) (c) (d)のみ, 3. (c) (d) (f) (g)、4. (c) (d) (e)のみ、5. (c) (d) (e),(f)(a) 電子線マイクロアナライザー、(b) 電子エネルギー損失分光法、(c) 低速電子回折法（LEED）、(d) 反射高速電子回折法（RHEED）、(e) 透過電子顕微鏡（TEM）、(f) 走査電子顕微鏡（SEM）、(g) He 原子線回折26

1-5-a3-4-d
下記の手法のうち、主に He 原子線の回折現象を用いた分析手法は下記のどれか。1〜

問６２

5 の番号で答えなさい。
1. (a) (d)のみ、 2. (a) (b) (d)、 3. (a) (c) (d)、 4. (c) (d)のみ、 5. (d)のみ(a) イオン散乱分光法（ISS）、(b) 二次イオン質量分析法(SIMS)、 (c) 三次元アトムプローブ（３DAP）、 (d) He 原子線回折

2-1-a

1-5-a

3-5-a

3-1-e

下記の測定法でかならずしも真空を必要としないものはどれか。下の 1〜5 の番号で答

問６３

えなさい。

1. (a) (b) (c)、 2. (a) (e) (f)、 3. (a) (f)のみ、

4. (c) (e) (f)、 5. (e) (f) (d)(a)赤外分光法(IR)(c)電子エネルギー損失分光法(EELS)(b)X 線光電子分光法(XPS),(d)低速電子回折法（LEED）、 (e)イオン散乱分光法（ISS）、 (f)走査トンネル顕微鏡(STM)
1-5-a
問６４

下記の測定法で構成元素の質量を測定することにより試料の元素分析を行うものはどれか。下の 1〜5 の番号で答えなさい。

1. (a)、

2. (b) (c)、3. (d) (e) (f)、4. (g) (h)のみ、

5. (g) (h) (i)(a) Ｘ線吸収分光法、 (b) 蛍光 X 線法、(c) 電子線マイクロアナライザー、(d) X 線光電子分光法(XPS)(e) オージェ電子分光法（AES）(f) 電子エネルギー損失分光法(EELS)、(g) イオン散乱分光法（ISS）(h) 二次イオン質量分析法(SIMS) (i) 三次元アトムプローブ（３DAP）

1-5-a
問６５

下記の測定法で構成元素の内殻電子軌道のエネルギーを測定することにより試料の元素分析を行うものはどれか。下の 1〜5 の番号で答えなさい。

1.

(a) (b) (c) (d) (e) (f)、 2.

(a) (b) (c) (d)のみ、 3.

4.

(e) (g) (h) (g) (h) (i)、 5.

(g) (h) (i)のみ(c) (d) (e) (f)のみ、(a) Ｘ線吸収分光法、 (b) 蛍光 X 線法、(c) 電子線マイクロアナライザー、(d) X 線光電
子分光法(XPS)(e) オージェ電子分光法（AES） (f) 電子エネルギー損失分光法(EELS)、(g) イオン散乱分光法（ISS）、(h) 二次イオン質量分析法(SIMS)、(i) 三次元アトムプロー
27

ブ（3DAP）

1-5-a
下記の測定法で表面から深さ数 nm 程度までの元素分析を行えるものはどれか。下の

問６６

1〜5 の番号で答えなさい。
1. (a) (b) (c) (d) (e)、2. (b) (c) (d) (f) (h)、3. (d) (f) (h)のみ、4. (d) (e) (f) (g) (j)、5. (d) (f) (i)(a) 赤外分光法，(b) Ｘ線吸収分光法、(c) 蛍光 X 線法、 (d) X 線光電子分光法(XPS)、(e)真空紫外光電子分光法(UPS)、(f) オージェ電子分光法（AES）、(g) 低速電子回折法（LEED）、(h) イオン散乱分光法（ISS）、(i) 走査トンネル顕微鏡(STM)、(j) 走査電子顕微鏡(SEM)

1-5-a
問６７

下記の測定法で分子の化学結合に関する情報を得ることのできる手法はどれか。下の1〜5 の番号で答えなさい。
1. (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i)、 2. (d) (e) (g) (h)のみ、 3. (c) (f) (h) (i)のみ、
4. (a) (b) (d) (e) (g)のみ、

5. (a) (b) (g) (d) (g)のみ(a) 赤外分光法，(b) ラマン分光法、(c) Ｘ線回折法、 (d) X 線光電子分光法(XPS)、(e) 真空紫外光電子分光法(UPS)、(f) 低速電子回折法（LEED）、 (g) 二次イオン質量分析法(SIMS)、 (h) 原子間力顕微鏡（AFM）、 (i) He 原子線回折法

1-5-a
問６８

機器分析はプローブによる刺激を試料に与え、これ対する応答を検出・解析することにより試料についての情報を得る手法である。下記の表は表面分析で用いられる各種分析法を刺激と応答の観点からまとめたものである。
応答

(

刺激

a

)

赤外分光

(

c

)

(

b )

光電子分光

ラマン分光

X 線回折
蛍光 X 線28

イオン電子線ﾏｲｸﾛｱﾅﾗｲ オージェ電子分光

(

d )

ｻﾞｰ

電子顕微鏡
電子回折
電子ｴﾈﾙｷﾞｰ損失分光
イオン散乱分光法（ e）

二次イオン質量分析

上の表の(a)から(e)の欄に何を入れるたらよいか。最も適切な語句の組み合わせを 1 から 5 の番
号で答えなさい。
、(b)電子、1．(a) 電磁波（光）2．(a) 電子、(c)電磁波（光）、(d) イオン、(b)電磁波（光）、(c)電磁波（光）、(d) イオン、 (e) 電磁波（光）、(b)電子、3．(a) 電磁波（光）4.

(e) 電磁波（光）(c)電磁波（光）、(d) 電子、、(b)電子、(a) 電磁波（光）5．(a) 電子 、(c)イオン、(e) イオン(d) 電磁波（光）、(e)(b)電磁波（光）、(c)電磁波（光）、(d) 電子、

電子(e) イオン

1-5-a
問６９

機器分析はプローブによる刺激を試料に与え、これ対する応答を検出・解析することにより試料についての情報を得る手法である。下記の表は表面分析で用いられる各種分析法を刺激と応答の観点からまとめたものである。
応答

電磁波（光）

刺激

赤外分光
電磁波（光）

電子

電子

(

イオン

b )

ラマン分光

(

a

)

(

c

)

オージェ電子分光

(

d )
(

イオン

e

)

下記の分析手法のどれを上の表のどの空欄に何を入れるたらよいか。最も適切な語句の組み合わ
せを 1 から 5 の番号で答えなさい。

1. (a) 電子線ﾏｲｸﾛｱﾅﾗｲｻﾞｰ (b) 光電子分光 (c) X 線回折 (d)電子顕微鏡 (e) イオン散乱分光
2. (a) X 線回折 (b) 光電子分光 (c)電子線ﾏｲｸﾛｱﾅﾗｲｻﾞｰ (d)電子顕微鏡 (e)イオン散乱分光29

3. (a) 電子線ﾏｲｸﾛｱﾅﾗｲｻﾞｰ (b)電子顕微鏡 (c) 光電子分光 (d) X 線回折 (e)イオン散乱分光
4. (a)X 線回折（b）電子顕微鏡 (c)光電子分光 (d)イオン散乱分光 (e)電子線ﾏｲｸﾛｱﾅﾗｲｻﾞｰ
5. (a) X 線回折（b）光電子分光 (c) 電子顕微鏡 (d) 電子線ﾏｲｸﾛｱﾅﾗｲｻﾞｰ (e) イオン散乱分光
1-5-b
X 線、電子、イオンなどの強度を測定する場合、しばしば検出器への X 線光子あるい

問７０は粒子の入射によって検出器に発生する電流パルスを数えることが行われる。X 線光子または粒子の入射がランダムであれば時間Δt 当りの入射粒子数はポワソン分布で表される。ポワソン分
布について適切な記述の組み合わせは次のどれか。1〜5 の番号で答えなさい。

(a) 時間Δt 当りの入射粒子数を多数回測定したとき、それらの測定値の平均は最も確からしい入射粒子数の推定になっている。

(b) 時間Δt 当りの入射粒子数が多くなるとポワソン分布はガウス分布で近似できる。
(c) ポワソン分布に従う計数値が 1 回測定された場合、その標準偏差の最も確からしい
推定値は計数値の 1/2 乗である。

(d) 計数値を n 回測定して得られた平均値μの信頼区間はμ±√μである。
1. (a) (b) (c)、 2. (a) (b) (d)、3. (a) (c) (d)、4. (b) (c) (d)、5.(a) (b)のみ

1-5-b 3-0-？
X 線、電子、イオンなどの強度を測定する場合、しばしば検出器への X 線光子あるい問７１は粒子の入射によって発生する電流パルスを数えることが行われる。X 線光子または粒子の入射がランダムであれば時間Δt 当りの入射粒子数（計数値）はポワソン分布で表される。信号とバックグラウンドを含めた測定値が 75 count、バックグラウンドだけの測定値が 50 count であるとき次のうち正しい記述の組み合わせはどれか。1〜5 の番号で答えなさい。

(a) 信号とその信頼区間は 25±7 である。
(b) 信号とその信頼区間は 25±9 である。
(c) 信号とその信頼区間は 25±11 である。
(d) 信号は 95％の確率で存在するとしてよい。
(e) 信号は 99％以上の確率で存在するとしてよい。
1. (a) (d) (e)、 2. (b) (d) (e)、 3. (a) (d)のみ、 4. (c) (d)、 5. (b) (d) (e)1-5-b
X と Y をランダムに変化する物理量とし、それらの標準偏差をそれぞれΔX、ΔY であ問７２るとする。物理量 Z が X と Y の和（Z=X+Y）で表されるとき物理量 Z の標準偏差ΔZ として適
切な式はどれか。1〜5 の番号で答えなさい。

1.ΔZ=ΔX+ΔY、 2.ΔZ=ΔX−ΔY、 3.ΔZ=ΔX2+ΔY2、 4.ΔZ=(ΔX2+ΔY2)1/2、5.ΔZ=(ΔX+ΔY)1/2
30

1-5-b
X と Y をランダムに変化する物理量とし、それらの標準偏差をそれぞれΔX、ΔY であ問７３るとする。物理量 Z が X と Y の和（Z=X−Y）で表されるとき物理量 Z の標準偏差ΔZ として適
切な式はどれか。1〜5 の番号で答えなさい。

1.ΔZ=ΔX+ΔY、 2.ΔZ=ΔX−ΔY、 3.ΔZ=ΔX2+ΔY2、 4.ΔZ=(ΔX2+ΔY2)1/2、5.ΔZ=(ΔX+ΔY)1/2
1-5-b
図のように各点1 secの測定時間のデータが40点ある。ピークの高さを測定するために

問７４

A,B,C点で各10secの測定時間で測定を行い，以下の計数値を得た。
A

490

B 1000C510○ 標準偏差と推定されたピーク値との比は何％となるか。最も適切な比を1〜5の番号で答えな
さい。

1.約3％、

2. 約5％、

3. 約7％、

4.約9％、

5.約11％

120

np=100Count n

100
80

B

60

nb=50

40

C

ピーク

20

バックグランドA

0

Data Sequence

1-5-b 3-0-？
問７５

図のように各点1 secの測定時間のデータが40点ある。ピークの高さを測定するために

A,B,C点で各10secの測定時間で測定を行い，以下の計数値を得た。
A

490

B 1000C510

標準偏差が 1％程度となるようにするには、A,B,C 各点での測定時間をどの程度にすればよいか。
最も適切な時間を 1〜5 の番号で答えなさい。

1. 90 秒、

2. 250 秒、

3. 500 秒、
31

4.800 秒、

5.1200 秒

120

np=100Count n

100
80

B

60

nb=50

40
20

C

ピーク

バックグランドA

0

Data Sequence

1-0-a
次の文章中の(a)〜(e)に入れるのに最も適切な語句の組み合わせを以下の 1〜5 から選び

問７６
なさい。

電子回折は電子の（a）を利用し、主として結晶表面の（ b ）情報を取得するものである。

電子の波長はド・ブロイの関係式λ＝（c）から求めることができ、電位差 V で加速される電子の波長はλ≒（ d ）Åで計算される。ただし、電子の加速電圧 V が数十 kV 以上になると、厳密には特殊相対論補正が必要となり、上式で得られる波長よりも（

e

）くなる。

1．（a）粒子性、 （b）組成、 （c）p /h、 （d） 150.4 / V 、 （e）短2．（a）波動性、 （b）構造、 （c）p /h、 （d） V / 150.4 、 （e）長3．（a）粒子性、 （b）構造、 （c）h /p、 （d） V / 150.4 、 （e）長4．（a）波動性、 （b）構造、 （c）h /p、 （d） 150.4 / V 、 （e）短5．（a）波動性、 （b）組成、 （c）h /p、 （d） 150.4 / V 、 （e）短1-0-a
次の文章中の(a)〜(e)に入れるのに最も適切な語句の組み合わせを以下の 1〜5 から選び

問７７
なさい。

a

電子線を用いた場合、物質の屈折率は１より（）ので、電子線は真空中よりも（ b ）角度で試料内部に入射する。電子が物質内部に入射すると、僅かではあるが物質内の平均内部ポテ
ンシャル分だけ電子の運動エネルギーは（なる。特に(ec）し、その結果、電子波の波長は僅かに（)い入射視射角の RHEED は屈折効果が顕著に現れる。

1．（a）大きい、 （b）深い、 （c）増加、 （d）長く、 （e）低32d ）2．（a）小さい、 （b）浅い、 （c）減少、 （d）短く、 （e）高3．（a）大きい、 （b）浅い、 （c）増加、 （d）長く、 （e）低4．（a）小さい、 （b）浅い、 （c）減少、 （d）長く、 （e）高5．（a）大きい、 （b）深い、 （c）増加、 （d）短く、 （e）低1-1-a空間格子として面心立方格子を有する結晶について、以下の表面はどの 2 次元ブラベー問７８格子に属すかを答えなさい。ただし表面再構成はないものとする。

(100)表面は(a)に属し、(

有す。(111)表面は(b)対称性を有す。(110)表面は(c) に属し、(

d)対称性をe )に属す。

1．（a）正方格子、 （b）4 回、 （c）長方格子、 （d）2 回、 （e）六方格子
2．（a）正方格子、 （b）4 回、 （c）長方格子、 （d）2 回、 （e）斜方格子
3．（a）長方格子、 （b）2 回、 （c）正方格子、 （d）4 回、 （e）斜方格子
4．（a）正方格子、 （b）2 回、 （c）長方格子、 （d）4 回、 （e）六方格子
5．（a）長方格子、 （b）2 回、 （c）正方格子、 （d）4 回、 （e）六方格子
1-1-a

1-1-b 1-1-c
次の文章中の(a)〜(e)に入れるのに最も適切な語句の組み合わせを以下の 1〜5 から選び

問７９
なさい。

格子定数 a の面心立方格子(001)表面上の、2 次元単位格子（プリミティブセル）を表す基本並進ベクトルの大きさは(a)で、向きは(b)となる。清浄な Si(001)表面は室温で 2 重分域の2×1 構造が現れるが、この表面の反射電子回折パターンの特徴は(

c)スポット及びこれに等価なスポットが現れないことであり、2×2 構造のパターンとは異なる。この 2×1 構造において、

Si 表面原子は不安定なダングリングボンドの数を減らすべく隣接 Si 原子同士が結合して(を形成し、(ed ))に列をなす。

1．（a） a / 2 、 （b） 110 、 （c）1/2 1/2、 （d）ダイマー、 （e） 100
2．（a） a / 2 、 （b） 110 、 （c）1/2 1/2 、 （d）ダイマー、 （e） 110
3．（a） a / 3 、 （b） 110 、 （c）1/2 0、（d）ダイマー、

4．（a） a / 3 、 （b） 100 、 （c）0 1/2、（d）トライマー、（e） 110

5．（a） a / 2 、、（d）ダイマー、（b） 100 、（c）1/2 0（e） 100（e） 100

3-4-b 1-1-c
問８０

次の文章中の(a)〜(e)に入れるのに最も適切な語句の組み合わせを以下の 1〜5 から選び

なさい。

33

右図のような 2Åの格子点間隔を有す 2 次元正方格子の結晶表面に加速電圧 15kV の電子線を矢印の方位に視射角 6°で入射させたときの RHEED パターンを考える。この入射電子の波長は約(a)Åである。RHEED パターンの 0 次ラウエ帯上に存在する回折スポットの数は(b )個である。ただし、sin 6°＝0.105 とする。この結晶表面が 2×2 超構造に変化した場合、0 次ラウエ
帯上の回折スポットの数は(c)個となる。一方、図と同じ結晶表面に加速電圧 150 V の電子

線を垂直入射したときの LEED パターンについて考える。この入射電子の波長は約(あり、(1 0)ロッドへの回折スポットの表面垂直方向から測った開き角は(

e

d )Åで

)である。

1．（a）1.0 （b）3 （c）5 （d）0.1 （e）60°
2．（a）0.2 （b）3 （c）7 （d）0.5 （e）60°
3．（a）0.2 （b）5 （c）7 （d）0.5 （e）45°
4．（a）0.1 （b）5 （c）9 （d）1.0 （e）45°2Å

5．（a）0.1 （b）5 （c）9 （d）1.0 （e）30°

2010,4,30
1-4-a

3-5-a

3-5-b

次の文章中の（a）〜（e）に入る語句の最も適切な組み合わせを以下の 1〜5 から選び

問８１
なさい。

a

物質の振動モードを検出する手法としては（）や（b ）が良く用いられる。
（ a）が起きるためには、系の双極子モーメントがそのモードの振動によって変化を受ける必要があり、（b ）では（ c ）が変化を受ける必要がある。
（ d ）対称性がある場合には、これらの手法で観測される振動モードは相補的となり、それぞれで観測されるモードが異なるようになる。
より一般的には（（a）e）を用いてどの対称性のモードが観測できるかが議論される。
（b）

（c）

（d）

（e）

1. ラマン散乱、赤外吸収、 四重極モーメント、反転、 群論
2. 赤外吸収、 ラマン散乱、四重極モーメント、並進、 電磁気学
3. ラマン散乱、赤外吸収、 透磁率、

反転、

群論

4. 赤外吸収、 ラマン散乱、分極率、

回転、

相対論

5. 赤外吸収、 ラマン散乱、分極率、

反転、

群論

1-2-b 2-3-a
問８２

3-5-a 3-5-b

次の文章中の(a)〜(e)に入れるのに最も適切な語句の組み合わせを以下の 1〜5 から選びなさい。
一般に低速電子線は表面敏感なので、表面の振動分光として（ a34）がよく用いられるが、

赤外吸収やラマン散乱を用いても配置の工夫をすれば表面敏感な測定が可能となる。例えば、金属ナノ微粒子や薄膜の（b）共鳴や、（c）検出器などの高感度イメージ検出器を利用することによって、最表面や、単分子レベルのラマン散乱の検出が可能となることが知られている。
通常の配置における測定では（ b ）共鳴が光学的に励起できないことから、誘電体の（を用いた手法や、金属表面の（
（a）

（b）

e

）を使うことによって（
（c）

（d）

1. HREELS、プラズモン、CCD、 全反射、
2. XPS、バンド、

3. UPS、エキシトン、APD、

d ）b ）を励起することが行われる。
（e）
荒れ

APD、 ブリュスター角、平坦性
全反射、

荒れ

4. HREELS、エキシトン、CCD、 ブリュスター角、平坦性
5. UPS、

プラズモン、CCD、

屈折、

荒れ

1-2-b 3-5-a
下の図(a)〜(f)は二酸化炭素、および水における振動モードを表したものである。この

問８３

うち赤外活性モードを全て挙げた組み合わせとして正しいものを 1〜5 より選びなさい。

1. （a）（f）、 2. （c）（d）（f）、 3.
5.

（a）（d）（f）、

4.

（b）（c）（d）（e）（f）、（a）（b）（c）（d）（e）（f）

2010.5.14
1-4-a
問８４

3-4-a
次の文章中の(a)〜(e)に入れるのに最も適切な語句の組み合わせを以下の 1〜5 から選び

35

なさい。
一般に X 線の波長領域では物質の屈折率は 1 よりわずかに小さいため、大気中から物質表面へ低い視斜角度で入射された X 線は全反射を起こし物質中に僅かな距離しか侵入せず、表面を伝播する。この全反射を起こす最大の角度を(
臨界角度は普通，(
され密度が(ba)と呼ぶ。入射 X 線に CuKα線を用いた場合、)程度で，Ｘ線の波長が(c)ほど大きく，また、物質が重元素で構成d )ほど，すなわち物質の平均電子密度が(
(a)

(b)

e

(c)

)なるほど大きくなる。
(d)

(e)

1. 全反射臨界角度0.2°~0.5° 長い

高い

高く

2. 全反射臨界角度0.2°~0.5° 長い

低い

高く

3. 全反射臨界角度5°~10°

短い

低い

高く

4. 全反射臨界角度5°~10°

長い

高い

低く

5. ブラッグ角度

0.2°~0.5° 長い

高い

低く

1-1-c
問８５

3-4-a
次の文章中の(a)〜(e)に入れるのに最も適切な語句の組み合わせを以下の 1〜5 から選びなさい。
結晶中では、原子または原子の集まりが周期的に配列して空間格子を作っており、特定方向への X 線の散乱が干渉して互いに強め合う。この現象は( a )と呼ばれる。その干渉が強めあう
条件は、 2d sin    （d：格子面間隔、：入射 X
線の波長）で与えられ、この条件を(呼ぶ。この式を変形すると sin  
波長＝1.54Åとすると、d＝(

c


2d

b



)条件と

 1 となり、)より短い周期d2d sinを観測できないことがわかる。
この回折信号は干渉によるものであるので、干渉に寄与する散乱体の周期配列が広い範囲（この大きさを結晶子サイズとよぶ）に亘っていれば散乱強度は強くなり、また回折ピークの幅は狭くなる。この関係を利用し、多結晶体のＸ線回折
ピークの幅から結晶の大きさを経験則に基づき近似的に求める式が D Kで与えられ、これ cos を Scherrer の式という。（D：結晶子サイズ、K：定数、λ：X 線波長、：結晶子サイズに拠る
回折ピークの広がり[ラジアン単位]、θ：ブラッグ角）このとき、個々の結晶は、結晶粒界や転位などの結晶欠陥により区切られていると考え、結晶中で(d)だけの散乱を起こすとして考える、運動学的回折理論が適用される。
一方、完全性の高い単結晶からの回折を考える場合、結晶中で多重散乱を考慮する必要があり、その多重散乱を考慮して回折現象を考える理論を動力学的回折理論と呼ぶ。この理論においては、

36どんなに大きな結晶であっても、その回折幅は(e)値を持つことが導かれ、その理論幅と実測の回折幅を比較することで結晶の完全性からの乱れを評価することができる。

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

1. 回折

ブラッグ

0.77Å

0回

線型的な

2. 回折

ブラッグ

0.77Å

1回

有限な

3. 屈折

ラウエ

7.7Å

1回

不規則な

4. 回折

境界

0.77Å

1回

有限な

5. 屈折

ラウエ

0.77Å

10 回

有限な

37