2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of spin-contrast-variation neutron reflectometry to measure multi-layered system
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18K11926
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
熊田 高之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, リーダー (00343939)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
阿久津 和宏 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 技師 (60637297)
鳥飼 直也 三重大学, 工学研究科, 教授 (70300671)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 中性子反射率法 / 核偏極 / 積層構造 / 動的核スピン偏極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
中性子反射率法は，ナノメートルスケールにおける物質の表面・界面及び薄膜構造を非破壊で測定する手法であり、特に中性子の高い物質透過能を生かした多層膜試料内部に埋もれた界面の構造決定が得意とされている。しかしながら、一つの反射率曲線から面ごとの反射成分を識別してその構造を決定することは容易でない。そこで、一部のソフトマテリアル多層膜試料においては，層ごとに水素原子（軽水素）を中性子散乱能の異なる重水素に置換した試料を複数用意し、それらの反射率曲線を比較することで面ごとの反射成分を識別してきた。しかし、この解析法では複数の試料間で面構造や膜厚に小さな差異があると解析は破綻してしまうという欠点があった。
そこで、我々は、スピンコントラスト変調中性子反射率測定法を開発し、多層膜試料における表面・界面における反射を面ごとに識別してそれぞれの構造を決定できることを示した。スピンコントラスト変調中性子反射率法では、水素核偏極度によって異なる複数の反射率曲線をグローバルフィットすることで、フィッティングの任意性を大きく抑制した、より精度の高い構造決定を可能にすることができる。我々は、ポリスチレン単層膜試料を用いて、スピン拡散機構にもとづいて偏極の空間分布（偏極ムラ）による反射率曲線のひずみが生じないことを実証した後、スチレン・イソプレンブロックポリマーが作る多層膜構造の解析を行いスピンコントラスト変調中性子反射率法の有用性を示した。
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