シンクロトロン放射による核共鳴ブラッグ散乱の研究とその結晶学への応用

• 研究課題/領域番号: 60460230
• 研究種目: 一般研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 結晶学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 菊田 惺志 東京大学, 工学部, 教授 (00010934)
• 研究分担者: 安藤 正海 高エネルギー物理学研究所, 放射光実験施設, 教授 (30013501) ; 高橋 敏男 東京大学, 物性研究所, 助教授 (20107395) ; 河津 璋 東京大学, 工学部, 助教授 (20010796)
• 研究期間 (年度): 1985 – 1986
• 研究課題ステータス: 完了 (1988年度)
• 配分額: 7,300千円 (直接経費: 7,300千円); 1986年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円); 1985年度: 5,500千円 (直接経費: 5,500千円)
• キーワード: 核共鳴散乱 / シンクロトロン放射 / 多層膜 / メスバウアーγ線

研究概要

シンクロトロン放射X線は大強度であるので、X線散乱・回折および吸収・二次放射などの現象を利用した各種の研究が、飛躍的に発展しつつある。しかし、そこで利用されているX線の単色性とコヒーレンシィは、従来とほとんど変っていない。これに対して、核共鳴ブラッグ散乱を起こさせれば、それらは桁違いに向上すると期待できる。このすぐれた線質の散乱線を利用することにより、新しい研究領域が開拓できる。
本研究では、この散乱を生じさせ、高指向性で、バンド幅が極端に狭いビームを得ることをめざした。まず、核共鳴ブラッグ散乱をS/N比よく観測するための散乱体として、57Fe同位体と自然鉄の層を交互に積んだ多層膜が適していることを見出した、共鳴条件を考慮した動力学的回折理論にもとづいて、多層膜を作成する際に必要な最適条件を求めた。その結果、8〓の厚さの57Fe層と12〓の厚さの自然鉄の層からなる100周期の多層膜を2枚平行に配置して、数eVのバンド幅の入射線を続けて反射させればよいことがわかった。この場合、散乱線の角分布はブラッグ角を中心に土0.2°ぐらいに広がり、スペクトル分布はブラッグ角の近傍で自然幅の15倍以上に広がる。
多層膜の作成は、分子線エピタキシー装置を用いて行なった。作成した多層膜の良否は、特別に製作した、57Co線源をもつメスバウアーγ線散乱装置を用いて調べた。設計値にしたがって作成した多層膜では、計算に一致するブラッグ角に回折ピークが観測された。一方、高エネルギー物理学研究所放射光実験施設の電子ストーレッジリングに設置されたウィグラー・ビームラインに本研究用のX線光学系を整備して、多層膜による核共鳴ブラッグ散乱の観測を試みた。その結果、予想される散乱角のところに、小さなピークを見出した。この研究をさらに発展させるには、多層膜の作成条件を改良して、膜質の向上を図ることが重要である。