放射光第 9 巻第 2 号

167(19弱年)<l海外矯報か一一一…一一ALS 滞在記
大阪大学基礎工学部大門はじめに寛からノーベル賞受賞者が 9 人も出たのもうなずけ

1994 年 8 月から 1995 年 5 月末までの 10 カ月間，る。日本にもこのような研究所が欲しいと，思った。

米国パークレイの Fadley 教授のもとに滞在し，第 3 世代の放射光施設 Advanced L
ightSource

生活環境の日米格差(ALS) を利用する機会に恵まれたので，現地の通勤には自転車を用いたが，自転車道が高架鉄様子などを報告する。このリングはエネルギー道 (BART) の下に整備されていて，公園の中を1. 5GeV で，エミッタンス 3.6nmrad の高輝度リ

走るような感じで街路樹や街並みを見ながら快適ングである。リングの諸元やビームラインの構成に走れる。日本では，狭い歩道を電柱や人に気をなどについては，大垣氏の解説(本紙第 8 巻第 4

使いながら走るので，快適に走れるところが無い。

号 (1995 年) 415 頁)があるのでそちらを参照し街並みも，電線や電柱が無く，本当に快適な住環て頂くとして，境である。私は，子供の学校の関係で少し離れた

ここではユーザーの立場から見た

ALS の様子などを記したい。

ところに住んだが，教授達は， LBNL の近くの丘の上の景色の良いところ(米国では山の上が高級パークレイの風土住宅街である)に住んでおり，通勤時聞は 5 分位滞在したローレンス・パークレー研究所(昨年である。離れたところに住んでいる人でも， Freeから国立研究所となったので，略称が LBL から

Way のおかげで通勤時間は 30 分以内である。渡LBNL に変わった)は，サンフランシスコ湾の東米する前， 30 代の大半を片道 2 時間前後かけて側のパークレー市にある。 LBNL は湾に向かう丘官舎から大学に通っていたことを思うとうらやまの中腹に有るので，サンフランシスコ，ゴールデしい環境である。

ンゲートブリッジ，ベイブリッジの全てが一望できる素晴らしく景色の良いところである。

高速道路が無料というのは，単に安く行けるというだけでなく，交通の効率を大きく高める。つ

この辺の気候は非常に特殊で，気温は海流で決まり，料金所がいらないので時聞が節約されるだ

められているため，一年中 17 度位でほとんど変けでなく，出入口をたくさん作ることができる。

わらない。特に奇異に感じたのは，周りの牧草でlkm くらい先の店に行くにも家のそばの入口か覆われている山肌である。夏は全て枯れていて茶ら入って店の近くの出口で出られる。ガソリン代色であるが，冬になると緑で覆われてくる。これも日本の 4 分の l であり，自動車交通の環境は雲は，夏が乾期で冬が雨期であることによるのであ泥の差である。日本でも，高速料金を無科にして，るが，北半球でも日本と逆の季節変化があるのを出入口をたくさん作ることによって便利にし，ガ初めて知り，不思議な気がした。このあたりは暑ソリン税も安くして，郊外から自動車で短時間に過ぎず寒過ぎず頭を使う仕事には格好の土地であ通えるようにすれば住宅問題も大きく緩和するのり，風光明娼でリラックスできる雰囲気の LBNLではないだろうか。

‑77‑(C) 1996 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research

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全ての人が家族とアフター 5 を大事にしているCMaterialScienceDivision) の建物の 1 階にあっのが日本との大きな違いである。夏時間の時にはた。そのフロアに小さいながら 1 部屋いただいて夜の 9 時すぎまで明るいので，色々な事ができる。

仕事をした。学生でも 2 人または 1 人で電話のあ無料のテニスコートは豊富にあって空いているし，る部屋をあてがわれていた。助教授でも個室が無劇を見に行っても千円もしない。日本では，仕事いような日本の環境とは大違いである。と家庭は一日のうちでは両立できないのが普通で日本の大学との研究環境の大きな違いは，予算あるが，米国では通勤環境が良いために可能であ

規模(これは文部省に頑張っていただくとして別る。にして)と，サポート態勢と安全管理だったよう

確かに GNP はあまり変わらなくなってきたし，に思う。機械工作とセラミック(ガラス)工作な

給与水準もあまり違わないと言えるだろうが，食ど，研究をサポートする人達との連携が密であり料や住宅等の生活必需品の価格が安いのと，社会助言も多く得られ，新しいアイデアを実現するス

資本が充実しているために，あちらの生活は豊かピードが早く的確にできる。また，専任の秘書もである。多くの施設が蓄積されており，それらがいる。日本では定員削減でそのような方の定員が機能本位でなく人間本位に出来ている。例えば，減っているが，研究環境の差をさらに広げる事に数年前に出来た鳴門大橋は，鳴門の渦が見える絶なっており憂慮すべきである。

好の場所に有るにも係わらず，歩道も展望台もな

安全管理は徹底していて，電気の配線など自分く，幅が広くて交通量が少ないにも係わらず停車ではできなかったりして研究のブレーキになるよ

して下を見てはいけないことに決められている。

うな面もあるが，仕方ないところであろう。逆に，ゴールデンゲートブリッジは，歩道も付いていて放射線管理は外国は一般に日本よりあまく，日本展望台が両側にある。このような橋が戦前にできの窓の無い放射光施設ばかり見ていた私にとって，ていたことは，パワーの差を認識させられる。日大きなガラス壁から外が見え，夕日が装置を照ら本でも夏時間が採用されるらしいが，物価が高く，している光景は実に開放的であった。ビームライ

生活のための社会資本が貧困で，家に帰るのに 1ンの近くには飲食の出来るコーナーもあり，この時間半はかかる日本では，夏時間を採用しでも果ようなリラックスできる環境は日本の施設にも欲たしてどれくらい人生を豊かにできるかは疑問でしいところである。

ある。生活中心の社会資本を充実してもらいたいものである。

カリフォルニアは，アジア系，アフリカ系，メキシコ系，ヨーロッパ系など多くの人種が集まっている所である。アメリカも理科系離れが進んでLBNL での研究環境の格差いることもあって，私のいた研究室の 10 人の学

LBNL は，カリフォルニア大学ノてークレー校の生のうち 8 人は中国などからきたアジア人であっ上隣にある研究所である。 UCB とは密接な関係た。学生も妻帯者が多いこともあって 6 時頃にはにあり，両方に籍を置いている先生もいて，学生帰宅してしまうところは日本と異なっていた。しの交流やセミナーの相互参加も活発である。両者かし，土日にも出てきていたので，実働時間はあとも世界的に著名な研究教育機関であるので，有まり変わらないだろう。

名な人が多く訪れる。従って，居ながらにして世界のトップの講演が次々に聞けることは東洋の島国に居る我々にはうらやましい限りである。

ALS
LBNL の中心的存在なのが ALS である。 ALS滞在先の研究室は ALS の隣の物質化学は，世界初の第 3 世代の放射光蓄積リングであり‑78‑放射光第 9 巻第 2 号

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1994 年から 400mA で運転が始まっている。日本

純ではなかった。今回は，一回散乱が主になるよ

では来年 SPring-8 ができて初めて第 3 世代のリ

うな W (110) 面上に酸素 0 が吸着した表面吸着ングを持つことになるので，ずいぶん遅れてしまっ系を用い，回転角を正確に測定することを目的とている。第 3 世代のリングは，周知の通り，輝度した。吸着酸素のすぐ下にある W 原子の内殻と，がこれまでのリングより 2 桁程高い。従って，

こそのさらに下の W の内殻を分解能良く分離してれまでと同じような測定をしていても時間が早く測定する (Surface Core‑LevelShift と言う)こ済む。しかしながら高輝度の利点は何と言ってもとにより，一回散乱が主になるような実験が可能

光を簡単にミクロンサイズまで収束できることにである。

ある。この利点は顕微鏡的な使い方をするときに最も強力になるため， X 線顕微鏡やマイクロビー
ムアナリシスのビームラインが半数以上を占めて回転する分析槽
Fadley 教授の分析槽には高分解能の電子エネ
ルギー分析器 (Scienta SES200) が付いている。

いる。

この分析器は，最近日本にも数台導入されたが，ビームライン円偏光が利用できるビームラインに設置されていFadley 教授のビームライン 9.3.2 は偏向電磁石るのは世界でもここだけである。さらに，今回のからの放射光をドラゴン型の分光器で単色化して実験に於いては，放射光を表面の法線方向から入いる。分解能は 8000 程度で，世界最高クラスで射して，電子エネルギー分析器は特定の(前方散ある o 3 個の回折格子が水平移動で交換で、き，使乱の)方向に置いて測定する必要がある。すると，用できる光のエネルギー範囲は数十から 1keV 程電子エネルギ一分析器を回転する必要が出てくる。

度である。上下の成分を取ることにより円偏光をSES200 のようなエネルギー分解能の高い分析器使用できる Oは大きさが 1m 位あり，通常は真空槽に付けるだ分光器の出口には，半径 2m ほどの半円型のターけで精一杯であり，回転させることは思いもよらンテーブルがあり，その上に 2 台の測定装置が乗っないことである。回転させようとすると直径ている。ターンテーブルを回転することにより，40cm 位のベローズに何トンという力が不均一に真空を破らずに交互に光を使用することができる。

かかり，正確に制御することはもとより，真空を交換に要する時間は，回転だけなら 5 分位，調整維持するだけでも困難である。 60 度も回転させも入れて 30 分程度である。このような大胆なアることができたのは，イデアもアメリカ的である。

十分なサポート態勢であった。回転を実現していFadley 教授の強い意志とるのは世界でもここだけであり，今回の実験はこ円偏光光電子回折こでしかできないものであった。

今回の滞在研究の目的は，我々が高エネルギー研究所の AR-NE1B で発見した「円偏光光電子回実験経過とトラブル折」の現象を，高度ではあるが単純な系で実験し，測定装置は，私が行ったときにはまだ隣の建物理論的に確立する事であった。日本での実験では，で整備中であった。 He 放電管を用いて希ガス試

光電子の前方散乱(最近接原子の方向に光電子が料の光電子分光を行い，数 meV の分解能を得て強く放出される現象)のピークが，円偏光の電場いた。 10 月には装置を ALS に運んで取り付けてベクトルの回転の向きに回転することを初めて観予備実験を開始したが，分析器の回転の機構はま測したが，多重散乱の影響が大きく，理論的に単だ何も無く，固定されたままでデータを取り，ま‑79‑170

放射光第 9 巻第 2 号(19鉛年)た解体した。次に回転機構を取り付けて組み立て4 おきに測定し，カーブフィッティングを行い，たのが翌年 2 月，真空や回転のトラブルを解消す

これらのピークごとの 2 次元放出角度分布を作っるのに時間がかかり，円偏光度を測定する装置をたのが図 2 である。これらの図は，対称操作によ取り付けたのが 4 月だった。その後，大垣氏の解る平均を行い，補間したものである。

0説にあったリングのトラブルが発生して一月半、ンャッ

図 2 左は，バルクからの光電子回折パターンなトダウンし，データが取れるようになったのは帰ので，菊池パターンのようにバルクの構造を反映

国寸前の 5 月下旬であった。従って，円偏光を用したパターンが見える。図 2 右は第 1 層目の W

いた実験は最後の週にやっと取ることができた。

からの光電子回折パターンなので，酸素原子を見それまでは，ビームラインを立ち上げつつ，試料る方向に前方散乱のピークが見える。これらのピーホルダーを設計製作したり，実験室での装置を使っク位置から酸素原子の吸着位置が簡単な三角法でた実，験を行って ALS の実験に備えた。

求められる。

高輝度リング特有のトラブルとして特筆すべき

この測定によって一回散乱のピーク位置が判っなのは，光の強度変動の問題である。 20 秒程度たので，これらが円偏光励起でどのように回転す周期の数%の変動と， 10 分程度周期の 20% 程度るかを ALS で測定した。図 1 のようなスペクトの変動と，ルを，図 2 右の前方散乱の方向を含む領域(視射もっと長い周期の変動に悩まされた。

高輝度であるから，10m 位離れた分光器の入口

角 16.5 から 29 ) で測定し，フィッティングを行スリットに 30 ミクロン程度に集光するのは簡単

い，第 1 層からのみの光電子の放出角度分布を 2である。しかしその強度を安定に保つには，ビー次元的にフ。ロットしたのが図 3 である。左回りのム位置の精密な安定性はもちろん，集光するミラー円偏光のときには左に，右回りの円偏光のときに(チャンパー)の安定性が重要になってくる。 10は右に回転しているのカ哨る。理論的にはこのピー分程度周期の変動の原因は冷却水の on-off によクの回転角 D. ø は次の式で求められる。

0る影響であるのは判ったが，ミラーの傾きが変わっ一一ミラー

AVムたのかどうかははっきりしなかった。また，チャンパーを置いてある床が，温度変化で、マイクロラジアン程度変動しているのも一つの原因であっ

ここで， m は光電子の角運動量の量子数， k は波た。とにかく，数， R は最近接原子までの距離，ミラーの傾きにフィードパックを()は極角である。

かけて強度を安定させるのが現実的な対処法であっ実験結果は予想通りの回転角になっており，単純た。今後の日本の施設においても，分光器の入口な系でもこの式が成立することが判り，所期の目スリットの上下の電流を測れるようにしておき，的を達成することができた。この研究は，集光鏡にフィードパックをかけられるようにして1.6おくべきであろう。
図1 に W

1.4W4fS/2(110) 1x1‑0 からの W4f の光電

1. 2 宮子スペクトルを示す。スピン軌道分裂したバルクの 2 本組のピーク (4fs/2 ， 4f7/2) の他に，はっきり分かれた第 1 層酸化 W からの W4f の 2 本組の室の XPS 装置で，極角 θ=0 から 81 まで 3守宅
0.8 る

一一 Fitted0.6 言••• Bg.

0.
4〉、

s:。

0.
20.
036。おきに，方位角ゅは [OOlJ 方位から 180 の範囲を0ロ

1. 0• Obs.

ピークが見える。このようなスペクトルを，実験
0

このビ35343332313029BindingEnergy(eV)
図 1‑80‑W (110) 1X1-0 からの W4f 光電子スペクトル放射光第 9 巻第 2 号

W4f パ Jレクピーク(左)と酸化物ピーク(右)の 2 次元放出角度分布パターン

一議離一一聯一喝一

1:晶l一l一一饗

図2171(19弱年)

図 3 第 1 層の W 原子からの光電子の 2 次元放出角度分布パターン o 励起光はそれぞれ(左)左回り円偏光， (中)直線偏光， (右)右回り円偏光。

ームラインとしては初めての本格的な成果であり，

上記のような研究環境，生活環境の違いが著しいビームラインの能力を最大限に発揮した結果としので，互して競争していこうとすると，まだまだて ALS ニュースなどにも載り，先方にも喜んで、我々は生活を犠牲にして努力する必要が有るようもらえた。に思われた。

おわりに最後になりましたが，滞在費の一部を出して下振り返って彼我の状況を考えてみると，なかなさった山田財団に感謝いたします。また，留守のか難しいものがある。日本の研究者と米国の研究間に地震があったりして迷惑をおかけした菅先生

者を比べても資質はあまり変わらないと思うが，を初め研究室の皆さんに感謝いたします。また滞

日本の研究者は大きなノ、ンディを持っていると思在中は， Fadley 研の皆さん， LBNL の西村さん，う。そもそも，物理学者なのに英語も勉強しなけ

小池さん，途中から来られた篭島さんをはじめ多ればならないので，言語体系の全く異なる我々はくの現地の人に大変お世話になりました。

研究以外の所で相当な努力をしている。その上に，‑81‑