九州シンクロトロン光研究センター課 題 番 号 ： 071279C（別紙様式２）

実 施 課 題 名 X 線異常散乱効果を用いたソフトマターのミクロ構造解析
English Micro structure analyses of soft matters by using X -ray anomalous dispersion effect
著者氏名 副島

English雄児

Yuji Soejima

著者所属 九州大学

EnglishKyushu Universit y１．概要
物 質 中 に ド ー プ し た 分 子 の 位 置 決 定 は 興 味 あ る 問 題 で あ る 。ド ー パ ン ト が 金 属 原 子 を
含 む 場 合 に は 、そ の 金 属 原 子 の 吸 収 端 付 近 で 入 射 X 線 の エ ネ ル ギ ー を 変 え な が ら 異 常 散乱測 定をするこ とによりドーパントとホスト原 子 を区別する ことが できる。本 研究では 、層 構 造 を 持 つ ス メ ク チ ッ ク 液 晶 に 亜 鉛 分 子 を ド ー プ し た 試 料 に お け る ド ー パ ン ト 分子の位置決定を試みた。
（ English ）It may be an inte resting problem to determine the position of molecules doped
into substance s. We can distinguish the d op ant and host molecules by making ananomalous X-ray measu re ment around the absorption edge of the dopant withchanging the energy of the incid ent be am. We have made an attempt to determine
the position of Zn molecules doped into a smectic liquid crystal wi th layeredstructure.

２．背景と研究目的：

ントのホスト液晶に対する相対的分布を決定すること

申請者らは液晶等のソフトマターの構造解析にを目的とする。

異常散乱が使えるのではないかとのアイデアを持ち、２００５年からシンクロトロン光を用いた回

３．実験内容：折強度にみられる異常分散効果を定量的に検出す試料としては、スメクチック液晶4‑n‑octyl‑る実験を行っている。現在までに、スメクチック

4'cyanobiphenyl（8CB）にzinc(II) 4‑heptyl

液晶中に存在する銅錯体からの異常散乱を捉える

cyclohexylcarboxylate (ZnHCC)を重量比で1%ことに成功し、銅錯体がスメクチック液晶の層間および5%ドープしたものを用いた。8CB の層間に存在することを明らかにしている。しかし、モ隔は室温において71 Åである。測定はすべて室ノクロメータを通過した後のＸ線強度の変動およ温において行なった。具体的な測定内容は次のびディテクターの経時変化等の装置上の問題を抱とおりである。

えて定量的な測定に至っていない。これらの問題に(1) 光学系調整(ビーム位置確認・ゴニオメータ位加えて、ビーム照射による液晶の体積の変化が考えられる。
本研究では、SAGA-LS BL15の高質ビームを利用置調整)(2) Zn薄膜のK吸収端（9.66keV）付近での吸収測定。

して、照射体積が変化した場合の影響を受けにくい(3) 液晶セルを装着し、ビームのエネルギーを変Laue配置でのX線異常分散効果の測定を行ない、吸えながら（9.65〜9.70keVの間の１１点）、収端付近における散乱強度を精密に求め、そのエネ

q - 2q スキャンを行った。

ルギー依存性を我々のモデルにより解析し、ドーパ

４．結果、および、考察：

クが広角側にシフトするとともに強度が減少しまず、Zn の吸収端を調べるために、Zn 薄膜の透ているのがわかる。積分強度のエネルギー依存過率を測定した（Fig.1）。Zn 原子の吸収端は本来性を Fig. 3 に示す。積分強度は低エネルギー側

E=9.66keV あ た り で あ る が 、 こ れ を み る とで急激に増大している。この増大はモノクロメ

E=9.67keV であり、若干のずれがみられる。

ーターのバックラッシュであると思われる。この機械的な変化とは別に吸収端付近で強度の僅4かな増大が観測された。
Intensity [a.u.]3

周期的な層構造に亜鉛錯体をドープしたときの散乱強度は以下のように与えられる。

22I k = r k 2 + 2 f ' r k nk + f (n0 + nk2 )1(1)ただし、 r k と nk はそれぞれ液晶の電子密度と9.60

9.659.70

Zn 原子の平均数密度であり、 f は Zn 原子の9.75Energy [keV]

原子形状因子である。亜鉛錯体の量が少ない場

Fig. 1 Absorption of a Zn thin film.

合には式(1)の右辺第３項は無視でき、第２項を考えればよい。 f の実数部分 f ' は吸収端付近でIntensity [a.u.]

800x10減少するので、実験結果と式(1)から、r k と nk は-6異符号、つまり位相が１８０度ずれているこた

0.650 keV
0.655 keV
0.660 keV
0.665 keV
0.670 keV
0.675 keV
0.680 keV
0.685 keV
0.690 keV
0.695 keV
0.700 keV

600400がわかる。このことは、スメクチック液晶中で亜鉛錯体が層間にあることを意味する。

2000.00

0.05

0.10

0.15

0.200.250.30

q [ 1/Å ]Fig. 2 X-ray profiles at various energies.

６．論文発表状況・特許状況
上記の問題が解決し、再現性がチェックできれば直ちに論文を投稿する予定である。

-3

10x10Intensity [a.u.]

５．今後の課題：
今回の実験では、モノクロメーターのバックラッシュの問題に加えて、試料セルの安定性の問題も明らかになった。今後、実験方法の改善および試料セルの改良を行って、本手法を確立したい。

9７．参考文献

8･7Soejima

Y.

&FischerK.F.,(1988)

Z.Krystallogr. 184. 71‑85.
・Soejima Y.,(1988) Z.Krystallogr. 184. 87‑101.
9.65

9.66

9.67

9.68

9.69

9.70

Energy [keV]

Fig. 3 Energy dependence of integrated
intensity.

Soejima Y., Yamasaki K. & Fischer K.F.,(1997)

Acta Cryst. B53, 415‑419.
・Yamasaki K., Soejima Y. & Fischer K.F.,(1998)

Fig. 2 に異なるエネルギーにおけるＸ線プロファイルを示す。スメクチック液晶では層構造が形成されているので、ブラック反射の指数は、00l のみである。Fig. 2 には 001 反射を示してある。入射 X 線のエネルギーが高くなると、ピーActa Cryst. B54, 524‑530.
・Toda T., Nogami T., Yamasaki K. & SoejimaY.,(1998) J. Appl. Cryst. 31, 423‑429.
・Soejima Y. & Kuwajima S.,(1999) Proceedings

of Jpn. MRS Symposium, 24, 687‑690.
・Sugiyama M., Kuwajima S., Soejima Y., NakamuraA., Hiramatsu N., Kikukawa T., Suzuki A. & HaraK.,(1999) Jpn. J. Appl. Phys. 38. L1360‑1362.
・Kuwajima S., Soejima Y., Sugiyama M., Hara K.,
Nakamura A., Hiromatsu N., Annaka M., Kikukawa
T. & Suzuki A.,(2000) Proceedings of Jpn. MRS

Symposium, 25, 747‑750.
・Soejima Y., Kuwajima S., Sugiyama M., Annaka
M., Nakamura A., Hiramatsu N. & Hara K., (2003)

J. Phys. Soc. Jpn. 72, 2110‑2113.
・Sugiyama M., Soejima Y., Hara K., Takei F.,
Itoh K., Mori K. and Fukunaga T., (2005) Trans.
Mat. Res. Soc. Jpn. 30, 855‑858.
・副島雄児, Ｘ線異常分散効果を用いた超格子・不整合構造解析 (1999) 固体物理（アグネ技術センタ−）Vol.34, 540‑548.
・副島雄児、X 線異常分散法を用いた超格子構造・長周期構造解析（2006）日本結晶学会誌 48 48−53.

８．キーワード・X 線異常分散効果
物質をＸ線で照射したときに、物質を構成する特定の原子の内殻軌道の電子の強制振動および励起放出によって、誘導放出による X 線の分散(等方的なバックグランドの上昇)と X 線吸収の増加がみられる現象のこと。
・X 線共鳴散乱
物質をＸ線で照射したときに、物質を構成する特定の原子の内殻軌道の電子の強制振動および励起放出によって、結晶構造因子テンソルの非対角成分が有限の値をもち、本来消滅している回折点に回折強度が出現する現象。共鳴散乱強度によって注目する元素の結晶場ポテンシャルの異法方性を検討することが可能となる。