酸素分子（O2）はスピンを持つ直線分子のため、表面へのO2吸着確率は、表面に対するO2分子軸の向き、磁性体表面では磁化に対する分子スピンの向きに依存する。我々は、O2分子の磁気モーメントが電子スピンと回転角運動量に依存する点に着目し、磁場選別法を用いることにより、分子配向とスピンを指定できるO2分子ビームを初めて開発し、これまで主に平坦表面へのO2吸着、触媒酸化反応解析に応用してきた。
最近の研究例として、白金ステップ表面へのO2吸着への応用例を左図に示す。白金表面へのO2吸着は燃料電池や排ガス浄化触媒反応の素過程として応用上重要である。実触媒として使用される白金ナノ粒子表面にはステップ等の非平坦構造が存在し、反応活性点として働く。しかし、非平坦構造の反応特性の研究例は少なく、特にO2分子配向とステップでの吸着特性の相関は不明であった。配向制御O2分子ビームと白金高指数面を用い、O2分子軸方位がステップ列に平行な場合に反応が起こりやすいこと、配向依存吸着特性がステップ原子配列に依存することを示した。最近、状態選別O2ビームを微細化し、ステップ密度や組成等に面内分布がある試料上でビームをを走査させる方式を導入し、効率的に反応計測を行えるようになった。今後、ステップ面や合金触媒への展開を予定している。