2018 Fiscal Year Annual Research Report
Ｘ線散乱法による物質表面および埋もれた界面の階層構造の可視化
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18H03479
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| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
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Principal Investigator |
田尻 寛男 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 研究員 (70360831)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
豊川 秀訓 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 情報処理推進室, 主幹研究員 (60344397)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 放射光 / 表面・界面 / X線散乱 / 階層構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、高輝度放射光による回折・散乱手法をつかって、結晶表面および埋もれた界面のナノ・ミクロンスケール構造、すなわちメゾスコピックレベル構造から原子レベル構造までの表面階層構造を可視化する手法開発を目的としている。この目的を遂行するために、表面階層構造を有する薄膜試料の作製、および放射光X線の光量を増大させる光学系、動力学的回折理論に基づく表面構造解析コード、二次元検出器を用いるデータ収集系の開発を行った。
表面回折・散乱において、そのシグナルX線の強度は非常に微小であるため高輝度放射光光源が必須であるが、本研究の目的である表面の階層構造の可視化を実現するにはさらなる光量の増大が求められる。そこで、我々は放射光X線分光器に使用されるシリコン分光結晶に、動力学的回折理論に基づく非対称反射を用いる方式を新しく提案した。非対称分光結晶では放射光X線ビームの角度発散に何ら変更を加えることなく、分光結晶を通過するビームのエネルギー幅を増大させることができる。さらに、非対称角と呼ばれる回折面と結晶表面のなす角を選択することでエネルギー幅を自由に設計できる利点を有している。この非対称分光結晶を導入することで、実際に大型放射光施設SPring-8のビームラインにおける光量を最大2.5倍まで増大させることに成功した。この成果は放射光科学に関する学術雑誌Journal of Synchrotron Radiationに受理され近く論文掲載される予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
シリコン清浄表面に積層させた表面階層構造を有するビスマス薄膜を作製し、高輝度放射光による評価実験を実施した。X線分光器にシリコン非対称結晶を採用することで光学系の高フラックス化を実現し、高い信号対雑音比の散乱データを取得した。表面構造解析コードにX線動力学的回折理論を取り入れる開発を行った。冷却実験に必要な冷凍機を用いた試料冷却マニピュレータを整備した。データ収集系に必要な計算機・ドライエア装置を整備するとともに、その基本的なソフトウエア開発を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
1) 表面階層構造の実空間像再生を行う。
2) 結晶表面界面の原子レベル構造解析コードにGUI(graphical user interface)を備えるなどして完成度を高める。
3) 我々が構築したデータ収集系を、実際の放射光表面回折実験に実用する。
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