放射光第巻第号

()流の理論に比べ，物理的な猫像が単純で直観的にも分かり

新博士紹介

近傍という条件下でも特別な取やすく，ブラッグ角が90 °今井康彦（JASRISPring-8）

.

氏名

.

論文提出大学.

学位種類

博士（工学）

あり，回折波が全て同一平面内にある coplaner な 3 波の

.

取得年月日

2001年 3月

多波回折を扱うことができるように拡張された理論も示さ

.

題目

.

扱を必要としない。更に，結晶表面と平行でない格子面による回折（非対称反射）や，回折に関わる格子面が 2 つ

東京大学における X 線動力学的回折の研
ブラッグ角90°

れている3)。本研究における理論計算には，数値計算との究とその応用相性のよい Darwin 流の理論を用いている。

使用施設

KEKPF BL15C, PFAR NE3 SPring-8［実験方法］の回折波を精度よく測定するには，さまブラッグ角 90 °

BL09XU.

要旨

ざまな条件と高度な実験技術が必要となる。第 1 に，ブと決まっているため，格子面間隔もしくはラッグ角が90 °［序］
第 3 世代の放射光 X 線を用いることにより，硬 X 線領波長のいずれか一方を決めると，他方が一意に決まってし域での Fabry-Perot 型干渉計（ FP 干渉計）の実現が期待における回折の透過波を観まう。第 2 に，ブラッグ角 90°されている。硬 X 線領域における FP 干渉計が利用でき測するためには，高分解能の前置モノクロメータが必要とるようになると，高分解能の分光や高精度の格子定数測の回折に関わる X 線のエなる。何故なら，ブラッグ角90°定，各種の干渉実験などが可能となる。 X 線領域においネルギー幅 DEて FP 干渉計を構成するには，可視光の場合に用いられる

X 線を用いなければ，回折に関わらない透過 X 線がバッは非常に狭いため，これ以上に分光したの回折ミラーの代わりに，結晶などによるブラッグ角 90 °クグラウンドとなり，信号がバックグラウンドに埋もれてとなる回折は，回を用いる必要がある。ブラッグ角が90 °しまうためである。第 3 に，対称性のよい結晶によるブ折における特異点にもあたり，完全に近い結晶による動力の回折では，低次の格子面による回折を除け
ラッグ角 90°

学的回折では，次の特徴が知られている。

ば，複数の格子面が回折条件を満たしてしまい，同時反射

回折の角度幅が数 100 arcsec と通常の回折の 1000 倍が避けられない。同時反射面が多くなると，ブラッグ角の回折の強度が小さくなり，また解析も複雑になるた
90 °程度に広くなる。
回折に関わる X 線のエネルギーバンド幅が数 meV と非常に狭くなる。

め，なるべく同時反射面が少ない格子面を選択することが望ましい。以上のことから，現在もっとも広く用いられてこの特徴的な現象は 1972 年に Kohra, Matsushita らによいる 57Fe からの核共鳴散乱線（l＝0.86 Å）用の高分解能

り初めて理論的な説明がなされ1)，その後，主に理論の面モノクロメータを利用し，回折格子面には，FZ シリコンから研究がなされてきた。しかし高輝度放射光が利用でき単結晶の( 991 )および，水晶( 0 6 6̃ 10 )を用いることにしるようになり，実験の面からも研究の対象として注目されの回折は，同時反射面がた。Si(991)によるブラッグ角90°つつある。

4 つと同時反射面の数が少ない格子面の 1 つである。水晶

硬 X 線領域での FP 干渉計は 1979 年に A. Steyerl らに(0 6 6̃ 10) は，結晶の温度を80°C程度に上げることにより，よって提案されている2）が，未だ実現には至っていない。

57Fe からの核共鳴散乱線を用いてブラッグ角 90 °の回折を干渉計の開発が困難で，干渉が観測できていない原因はいおこすことができる。

くつか考えられている。本研究ではこれらを明らかすると［実験と考察］ともに，硬 X 線領域における FP 干渉計実現のための第 1はじめに，薄いシリコン結晶の平板 Si(991)を用い，ブ歩として，ブラッグ角90°における X 線動力学的回折の特における回折の反射率と透過率のエネルギー
ラッグ角 90°

徴を理論および実験の両面から詳しく調べ，応用の可能性依存性，角度依存性を調べる実験を行った。これまでは，を探ることを目的としている。

厚い結晶からの反射波を使った実験のみで，透過波を使っ［理論］た実験は報告されていない。FP 干渉計への応用には，透完全性の高い結晶による X 線の回折は，多重散乱を考過方向の回折波の特性についても調べる必要であると考え慮した動力学的回折理論を用いて説明される。動力学的回た。実験は KEK PF BL15C にて行った。 226 mm の厚さ

折理論には幾つかの流儀があり， Laue 流と Darwin 流のの試料について測定した結果を Fig. 1 に示す。回折の角理論の 2 つに大別される。Darwin 流の理論では，まず結度幅と，反射率，透過率の絶対値とも理論とよく一致する晶を周期的な原子層の堆積とみなし， 1 原子層による Xことが確認された4)。反射率の測定結果の中心に見られる線電場の振幅透過率と振幅反射率を基に，原子層間におけ急なディップは同時反射の影響であると考えられる。
次に， X 線干渉計による位相変化に敏感な測定システ

る電場振幅の関係を漸化式として求める。次に，この漸化式をある境界条件の下で解くことにより，透過波と回折波における透過方向の回折波のムを用いて，ブラッグ角90°を導き出すという方法をとる。 Darwin 流の理論は Laue位相変化を測定した。この測定システムでは， LLL 型 X――(C) 2002 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research

放射光Figure 1. Transmissivity and re‰ectivity curves from a silicon crys. Observedtal plate for the 991 re‰ection at a Bragg angle near 90°
curves and calculated curves are showed by marks and solid lines,respectively. A rotation angle is represented as the deviation angle.
from 90°第巻第号()

Figure 3. The phase shift of forward diŠraction from a silicon.
crystal plate for the 991 re‰ection at a Bragg angle near 90°

からのずれが～50 arcsec 以下の3 に示す。ブラッグ角 90°
領域では同時反射の影響のため理論から外れているが，それ以外の領域では理論とほぼ一致するという結果が得られた。ブラッグ角が90°～50 arcsec の領域での位相変化を厳密に説明するには，同時反射と偏光を考慮した多波での取り扱いが必要である。
［まとめと将来の展望］の回折
本研究は，これらの実験を通してブラッグ角90 °Figure 2. Experimental arrangement for observing the phase shiftof forward diŠraction from a silicon crystal plate for the 991 re‰ection at a Bragg angle near 90°using a LLL type X-ray interferometer.

に関する実験技術を構築し，実験結果へ理論的考察を加え，将来の FP 干渉計実現へ向けた下地を築いたといえる。将来の展望としては，結晶表面への積層技術を用いたサンドイッチ構造の一体型 FP 干渉計や，可干渉距離の長い核共鳴散乱線を用いた一体型の Michelson 干渉計など線干渉計の片方のパスに回折を起こす試料を配置することが考えられる。更に，超高精度の角度制御技術を用いた，により，回折透過波の位相変化を直接測定することができ分離型の FP 干渉計も考えられる。

る。光学系を Fig. 2 に示す。FP 干渉計への応用を考えた参考文献

場合，干渉に大きく関わるのは位相であるため，回折波の1)2)3)4)位相変化特性を調べることには大きな意味がある。実験はSi ( 991 )単平板を試料として， KEK PF AR NE3 およびK. Kohra and T. Matsushita: Z. Naturf. 27a, 484 (1972).
A. Steyerl and K.-A. Steinhauser: Z. Physik B34, 221 (1979).
T. Takahashi and S. Nakatani: Surf. Sci. 326, 347 (1995).
S. Kikuta et al.: J. Synchrotron Rad. 5, 670 (1998).

SPring8 BL09XU において行った。透過波の位相変化について，測定結果と 2 波近似による理論計算結果を Fig.

――(受付番号）