トピックス
波長分散型 X 線 CTR 散乱法による界面現象のその場
追跡
白澤徹郎
産業技術総合研究所〒3058565 茨城県つくば市東 111

Wolfgang Voegeli
東京学芸大学〒1848501 東京都小金井市貫井北町 411

荒川悦雄
東京学芸大学〒1848501 東京都小金井市貫井北町 411

高橋敏男
東京学芸大学〒1848501 東京都小金井市貫井北町 411

増田卓也
物質材料研究機構〒3050044 茨城県つくば市並木 11

魚崎浩平
物質材料研究機構

要 旨〒3050044 茨城県つくば市並木 11

X 線 CTR (crystal truncation rod）散乱は表面界面の原子配列を非破壊解析できる強力な方法として用いられてきたが，構造解析に必要なデータセットの取得に時間がかかるため，その利用の多くは静的な構造の解析に留まっていた。我々は，界面構造の原子スケール非破壊その場追跡への展開を目指して，多波長同時分散光学系を用いた
X 線 CTR 散乱プロファイルの迅速測定法を開発してきた。本稿では，その特徴を示すとともに，固気，固液，

固固界面のその場追跡の結果を紹介する。

1. はじめに電池や触媒などにおいて実動条件下での材料分析が求められるなか，埋もれた界面の分析において放射光を用いた分析が重要な役割を果たしていることは論を俟たな
い15)。中でも，X 線 CTR（crystal truncation rod）散乱
法は，界面の原子配列を 10－1 ～ 10－2 Å の精度で非破壊解析できる方法であり68) ，最も信頼性の高い構造解析法として用いられてきた。しかし，原子配列の定量解析に必要なデータセットの取得に長時間を要するため，その利用のほとんどは静的な構造の解析に留まっていた。 CTR 散乱
は，その名前のとおり，結晶の電子密度が表面で打ち切られることで生じる，表面に垂直な方向に伸びるロッド状のX 線散乱である（ Fig. 1 ( a )）。従来の測定法では，単色平行化した放射光 X 線を試料に入射して，試料や検出器を回転させながら CTR に沿った散乱強度分布を 1 点ずつ測定するため， 1 本の CTR を測定するのに数時間以上を要していた。 2 次元検出器を用いることで， CTR の 1 点における積分強度を一度に取得できる（ポイント検出器を用いた測定ではロッキングカーブ測定が必要）ため測定を迅速化できるが9) ，それでも 1 本の CTR の測定に約 10分以Fig. 1(Color online) DiŠraction condition for the specular CTR
scattering with (a) monochromatic X-rays and (b)wavelength-dispersive convergent X-rays. (c) A schematic illustration of the wavelength-dispersive CTR measurement.

292 ● 放射光 Nov. 2019 Vol.32 No.6
(C) 2019 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research

トピックス ■ 波長分散型 X 線 CTR 散乱法による界面現象のその場追跡上を要していた。

元検出器を用いて固液界面からの複数の CTR の断面の 2

我々は，波長分散型 CTR 散乱法の開発により， CTR

次元分布を同時測定した18) 。これらの方法では，約 1 秒

散乱プロファイルを 1 秒以下で測定することに成功しで表面に平行な面内の構造情報を得ることができ，前者のた10)。この方法は，Fig. 1(c)に示すように，湾曲結晶ポリ

方法は，ガス触媒反応における触媒表面の酸化物層の形

クロメーターを用いて，白色放射光源から波長毎に進行方

成15) やナノ粒子触媒の形体変化の観察19) に用いられてお向が異なる波長分散集束 X 線を作り出し，CTR プロファり，後者の方法は，電気化学反応における表面超構造の生イルを 2 次元検出器で同時測定する方法である。Fig. 1(b)成/消滅の観察に用いられている18)。これらの方法に対すに示すように，視射角が同じでも波長毎に散乱ベクトルがる我々の方法の特徴は，深さ方向の原子位置を約 1 秒の異なるため， CTR プロファイルを広範囲に同時測定でき

時間分解能で定量解析できることである。本稿では，このる。方法論の詳細については，本誌の過去の記事を参照し特徴を利用した 3 つの解析例を紹介する。

ていただきたい11) 。このような湾曲結晶を用いた波長分
散 X 線は当初は X 線吸収微細構造（ XAFS ）測定12) に用いられ，その後， X 線反射率の迅速測定にも利用されている13)。

2. TiO2 表面の光誘起超親水化現象
1997 年に報告されたこの現象20) は，紫外光照射により疎 水 性 の TiO2 表 面 が 超 親 水 性 に 変 化 す る 現 象 で あ り

実 験 装 置 を Fig. 2 に 示 す 。 実 験 は KEK PF AR の（Fig. 3(a)），防曇，冷却，セルフクリーニング機能など，

NW2A で行い， Tapered undulator による高強度で滑ら酸化チタンコーティングの応用範囲を大きく広げた重要なかなスペクトルの白色放射光源を利用した14) 。ビームラ発見である2123) 。実用化が広がる一方で，超親水化のメインに備えられた 2 枚の Rh コート平板ミラーで高調波をカニズムについては未だに議論されており，大別すると 2

カットし， 1 枚の Rh コート湾曲平板ミラーで鉛直方向につのモデルが提案されている。1 つは，疎水性の表面吸着集光した。湾曲結晶には厚さ 0.1 mm の Si ( 110 )ウェハー

物が光触媒反応により分解され，親水性の表面が現れるとを透過配置で用い，波長分散 X 線のエネルギー範囲は約いう考えである2429) 。他方，発見者の橋本らは，光分解

1623 keV であった。試料位置でのビームサイズは縦横とのモデルでは説明できない実験結果を踏まえて， TiO2 表

もに半値全幅約 0.15 mm であった。ゴニオメーターは回面構造そのものが変化して超親水化するモデルを提案して転テーブル上に置かれており，波長分散 X 線の進行方向

いる22,3035)。メカニズム解明のためには，湿潤環境下でのに対して位置調整できる。測定した CTR 強度プロファイ

表面プロセスを原子スケールで明らかにする必要がある。

ルを入射光スペクトルで規格化することで，解析用データ

このため，超高真空下での表面分析による検証は困難であを取得できる。

る。さらに，超親水性表面は準安定状態であり真空中では迅速測定法の開発は海外でも進められている。 Gustaf-

直ちに元の疎水性表面に戻ることが知られている36) 。我son らは高エネルギー単色 X 線（約 80 keV ）と受光面積々は，X 線 CTR 散乱法により，湿潤環境における紫外光の大きなフラットパネル検出器を用いて，微小視射角配置

照 射 中 の ル チ ル 型 TiO2 ( 110 ) 表 面 の 構 造 変 化 を 調 べにより複数の CTR の断面を同時測定した15)。Magnussen

た37)。ルチル型 TiO2(110)表面は TiO2 結晶多系の中で最らは，高橋らが開発した透過型 CTR 散乱測定法16,17)を応用して，高エネルギー単色 X 線（約 40 ～ 70 keV ）と 2 次

Fig. 3Fig. 2(Color online) A photograph of the wavelength-dispersive
CTR diŠractometer.

(Color online) (a) The hydrophobic and photoinduced superhydrophilic state of the rutile-TiO2(110) surface. (b)(01L) CTR proˆles during the UV illumination (365 nm, 87
mW/cm2). (c) Time evolutions of the CTR intensity during
the UV illumination37).

放射光 Nov. 2019 Vol.32 No.6 ● 293

も低い表面エネルギーを持つ重要な表面である38)。
Fig. 3 ( b )に，波長分散法により同時測定した CTR 散乱

び最表面 TiO 層において大きな原子位置のゆらぎ（参考
文献37の Fig. 4(b)を参照）が観察され，その上にあった

プロファイル（（ 01L ）ロッド）を示す。表面感度向上の秩序配列した吸着水分子 AW は観察されなかった。すなの微小視射角配置で測定した。な
ために，X 線視射角0.5°

わち，構造乱れの大きな OT および OB の上では，吸着水お，（ 01L ）ロッドは“ oxygen rod ”と呼ばれ，結晶内部

分子はもはや秩序配列していないことを示している。また，の Ti 原子からの寄与を含まないため39)，表面構造の変化

TiOT 結合長は紫外光照射により約0.1 Å 減少しており，に敏感である。紫外光（波長 365 nm, 87 mW / cm2 ）照射

H2O から OH への変化を示している。

により CTR プロファイルが変化し， Fig. 3 ( c )に示すようこの構造変化をもとに，以下の超親水化メカニズムを提に， L ＝ 1.34においては強度が増加する一方で L ＝ 1.85 で案した37) 。まず，光生成した正孔が表面に到達し40) ， OT

は強度が減少し，L＝1.65においてはほとんど変化しなか

サイトの H2O と反応して OH になり，同時に水素原子がった。このような CTR の非一様な変化は，原子レベルの放出される（Fig. 4(b)）。この水素原子は OB サイトの酸素

表面構造変化を示している。また，鏡面反射ロッドにおい原子と反応して OH を形成し，最終的に OT サイトと OBては，表面 TiO2 層の構造不均一化を示す， anti-Bragg 点

サイトの両方に OH が形成する。このような OT サイトか（2 つの Bragg peak の中間点）付近における強度減少が見

ら OB サイトへの水素移動は，走査型トンネル顕微鏡の観られた37)。観察された構造変化の時間スケール～100秒は

察により報告されている41) 。結果として，準大気圧下で水の接触角変化の時間スケールと同等である30) 。構造変の光電子分光実験により観察されたように42) ，表面 OH化が観察された試料においては，水の接触角測定によって基の密度が増加して水分子吸着の活性サイトとなり，超親超親水性（接触角～0°）が確認された。また，超親水化の水性が生じると考えられる。 OT サイトと OB サイトに形

紫外光パワー閾値である20 mW/cm2 以下30)では構造変化成した OH は，格子位置から変位して隣り合う OH と水は観察されなかった。これらの事実は，超親水性と表面構素結合することが知られている43) 。構造解析で示された造変化との密接な関係を示している。

大きな構造揺らぎは，この水素結合により生じたと考えら

詳細な表面構造変化は，紫外光照射前後において測定しえる。超親水性表面はドメイン構造を持つことが知られてた複数の CTR プロファイルの解析により明らかになっおり20) ，これは水素結合による格子歪みの緩和と関連した37) 。 Fig. 4 ( a )に示すように，疎水性の表面は， Ti 原子ていると考えられる。

の直上位置にある酸素原子（ OT ）と橋かけ位置にある酸素原子（OB）により終端されており，TiO 結合長より，
OT は水分子中の酸素原子であり（TiO 距離 2.09 Å），OB

3. メタノール電気分解における Pt(111)
電極表面構造の変化

は水素化していない酸素原子（ TiO 距離 1.84 Å ）である

電気化学反応は，反応分子の表面吸着，表面拡散，中間ことが示唆された。また，その上には酸素原子（AW）が体の生成/分解，反応生成物の脱離など，様々な素過程をOT と OB の橋かけ位置に存在しており， O O 結合距離含む複雑な現象であるため，これら素過程を分子原子ス（ 2.9 Å ） か ら AW は 水 分 子 で あ る こ と が 示 唆 さ れ た 。

ケールで観察することが反応の本質の理解に役立つ。このAW のサイト占有率は 0.3 程度であり，まばらな存在を示

ような観点から，面方位と表面構造が定義された単結晶電している。他方，超親水性表面においては OT と OB およ

極を用いた電気化学界面のその場観察が行われており，反応過程に関する重要な知見が得られてきた3,4,44) 。その中でも，表面 X 線回折法は界面構造の決定に中心的な役割を果たしており4547) ，静的な構造の解析だけではなく，電極表面における表面超構造の生成/消滅18,48,49) ，表面酸化過程50) やエッチング過程51) などのその場追跡が行われてきた。これら従来の時分割測定では， CTR や表面超構
造ロッドにおける特定の 1 点の変化が観察されていたが，原子配列変化を定量的に解析するには，広範囲なロッドプロファイルの時分割測定が必要である。

Fig. 4(Color online) A possible mechanism of the photoinduced
wettability transition of the rutile-TiO2(110) surface37). (a)The hydrophobic surface is covered with O atom (OT) located atop the ˆve-coordinate Ti atom, bridging O atom (OB),and ordered adsorbed water molecule (AW). (b) UV-light
induces a proton transfer from the OT site to the OB site. (c)The resulting OH groups at the OT and OB sites can be active
sites for the water adsorption due to an increased number ofhydrogen bonds (dashed lines).

294 ● 放射光 Nov. 2019 Vol.32 No.6

我々は，波長分散法を用いてメタノール電気分解における Pt(111)単結晶電極表面の構造変化を定量解析した52)。
メタノール電気分解は直接メタノール燃料電池に利用される重要な反応である。全体の反応式は CH3OH ＋ H2O →CO2＋6H＋＋6e－ であるが，実際には複数の反応中間体を含む複雑な反応であることが知られている53) 。中でも最も重要な反応中間体は CO 被毒層である。メタノール分子

トピックス ■ 波長分散型 X 線 CTR 散乱法による界面現象のその場追跡は Pt 表面に吸着すると直ちに吸着 CO 分子に分解するこになると COads が酸素種との酸化反応により脱離するため，とが知られている CH3OH → COads ＋ 4H＋ ＋ 4e－ ，ここDz の値が急激に小さくなるとともに酸化電流が急増す

で，下付の“ads”は表面吸着を示す。COads は Pt 表面のる。負方向の電位走査においては，COads の再吸着により大部分を覆うためメタノール分解活性が著しく低下する。

Dz の値は再び大きくなる。この時分割測定によって得ら

COads は表面に吸着した OH などの酸素種と反応して CO2れた重要な結果は， 0.5 0.7 V の領域において Dz の変化に な っ て 表 面 か ら 脱 離 し （ COads ＋ OHads → CO2 ＋ H＋ ＋にヒステリシスが見られ，酸化電流のヒステリシスと同期e－），これと同時にメタノール分解の活性が増加するとさしている点である。電位掃引速度を50 mV/s に上げると，れている。我々は， COads 被毒層の生成/脱離の kinetics

Fig. 5 ( c )および( d )に示すように，ヒステリシスは大きくに注目して反応中その場追跡実験を行った。

なる。この結果は COads の脱離が律速過程であることを明Fig. 5 に Pt ( 111 )電極表面の構造変化と酸化電流の関係を示す。Fig. 5(a)および 5(c)は Pt(111)最表面原子層のバルク位置からの変位（ Dz ）を示しており，Pt(111)電極の瞭に示している。静的な測定では定常状態を観察するため
このようなヒステリシスは観測されない。
COads の脱離過程を電位ステップの実験により調べた結電位を掃引しながら 00L CTR プロファイルを 1 秒間隔で果を Fig. 6 に 示す 。 Fig. 6 ( a )お よび ( b )は ，電 位を 0.0 V

測定し，各データを定量解析して得られたものである。

( COads 被毒状態）から 0.8 V （ COads 脱離状態）にステッFig. 5 ( b )および 5 ( d )は同時に測定した Cyclic voltammo-

プ状に増加させた後の Dz および電流の変化である。電位

gram (CV）である。CO, H, OH などの表面吸着種からのステップ後は COads の脱離により Dz が徐々に小さくなっX 線散乱強度は Pt に比べて極めて小さいため，先行報告ているが，興味深いことに，最初の約 5 秒間においてはの静的な CTR 散乱実験54)と同様に，その位置を特定でき

Dz は減少せず，むしろわずかに増大している。このようなかったが，以下に示すように Dz の値は吸着種とその密な Dz の変化は， Fig. 5 に示す電位走査の実験でも観察さ度により変化するため，同時測定した CV との突き合わせれている。すなわち，Fig. 5(a)において正方向の電位走査により反応過程を理解できる。Fig. 5(b)において，0.00.4で酸化電流が流れ始める電位領域 0.4 0.6 V において Dz

V (vs. reversible hydrogen electrode, RHE）においては，がわずかに増加している。この変化は，COads 脱離とともPt 表面は COads に被毒されており酸化電流はほとんど流に COads 被毒面積が単調に減少するという単純なモデルでれない55) 。このとき Dz の値は約 0.11 Å であり， Pt 表面は説明できない。なぜなら， Dz は表面の平均情報である層は COads との強い相互作用56)により浮き上がった状態にため，COads 被毒層の面積とともに減少するはずだからである。この値は，COads が周期配列した Pt(111)(2×2)

ある。第一原理計算によると，COCO 分子間には斥力相

3CO 構造における値と同等である54)。電位が約0.6 V 以上

互作用が働き， COads の密度が小さくなると COads Pt 相
互作用は大きくなる57) 。すなわち， Dz の増加は COads 密Fig. 5(Color online) Vertical displacement of the surface atomic
layer of the Pt(111) electrode during the potential scan in
the methanol solution (0.5 M CH3OH/0.1 M HClO4) andthe simultaneously measured CV52). (a) and (b) The potential scan rate was 5 mV/s. (c) and (d) The potential scanrate was 50 mV/s.

Fig. 6(Color online) Time evolutions of the vertical displacementof the surface atomic layer of the Pt(111) electrode (upper
panel) and anodic current (lower panel) after a potential
step from 0.0 V to 0.8 V in the methanol solution52).

放射光 Nov. 2019 Vol.32 No.6 ● 295

度の小さな被毒層の形成を示唆している。先行報告による

layer-by-layer 成長を示す膜厚フリンジの変化が観察されと，表面ステップ端などの OH 吸着の活性サイトにおいた。 Fig. 7 ( b )に CTR 散乱強度プロファイルを示す。 Bi2て， COads の酸化反応が優先的に起こる58) 。また， COads

Te3 の Bragg peak の位置は破線で示すように膜厚 13QL

は 室 温 で も Pt 表 面 上 を 拡 散 す る こ と が 報 告 さ れ て いの間で急激に変化し，その後は膜厚増加とともにバルク位

る59)。これらを勘案すると，Fig. 6(a)の挿入図に示すよう

置に漸近した。この構造変化はトポロジカル物性の変化とに，COads 酸化脱離が表面ステップ端などの反応活性サイ

相関していると考えられる。 Bi2Te3 を極薄化すると， 2 トで始まり，これにより生じた COads 被毒層の密度勾配を

3QL でトポロジカル表面状態が消え始め，厚さ 1QL では

無 く す よ う に 表 面 テ ラ ス の COads が 拡 散 す る こ と で ，完全に消失することが報告されている65) 。その原因としCOads 密度が小さく，かつ Pt 表面に強く吸着した被毒層て，真空側と界面側の表面状態の相互作用による 3 次元

が平均場的に形成する，というモデルが考えられる。同様

トポロジカル絶縁体から 2 次元トポロジカル相へのクロのモデルは電気化学測定60) や赤外分光測定61) により示唆

スオーバーや，従来絶縁体への量子相転移が示唆されていされていたが，本研究により，強く吸着した COads 被毒層

る66,67) 。時分割測定したデータをフィッティング（ Fig. 7の形成が明確に示された。

(b)の実線）して，薄膜の内部構造（原子層間隔）を解析

4. トポロジカル絶縁体 Bi2Te3 薄膜の成長過程

すると，膜厚 13QL までは表面側と裏面側とで非対称な構造になっており， 4QL 以上では膜厚増加とともに非対固相界面の例として薄膜成長過程のその場追跡について称性が緩和することが分かった。従来の電子状態計算では紹介する。代表的なトポロジカル絶縁体である Bi2Te3 を表面と裏面とで対称な構造モデルが用いられてきたが，今Si ( 111 )基板上に成長させながら，波長分散法によって回得られた構造モデルを用いることで，極薄化による電子

00L CTR 散乱プロファイルを 1 秒 間隔で時分割測定し状態変化についての新たな知見が期待される。

た。この実験では，同時測定可能な qz 範囲を広げるために傾けることで波に，試料のあおり角を水平面から約45°

5. おわりに長分散 X 線の角度分散（集束角～ 4 °）をも利用した62) 。

波長分散型 CTR 散乱法を用いた界面現象のその場追跡範囲が 2.0 2.9 Å－1 から例を紹介した。本方法論の特徴である，広範囲な CTR プ

2.0 4.0 Å－1 に拡大した。 Fig. 7 ( a )に薄膜成長中に観察さロファイルの同時測定により，界面の不可逆的な原子位置

これにより，同時測定可能な qz

れた検出器画像を示す。成長開始後すぐに界面の濡れ層

変化を 1 秒程度で追跡可能であることを示した。今後，（ Wetting layer )63,64) が形成し，その後， Bi2Te3 層の QL

全固体電池界面や触媒表面における動的現象の観察などへ(quintuple layer）を単位（Fig. 7(b)挿入図を参照）としたの適用を予定している。他方， CTR 散乱法には，原子スケールで平滑な結晶性試料しか解析できないという原理的な制約がある。このため，本稿で紹介したようなモデル試料を用いた構造と物性機能相関の研究には有効である
が，実材料を対象とした観察は一般に難しい。今後の産業利用への展開を狙って，同様の光学系を用いた小角 X 線
散乱（SAXS）法の開発を検討している。この方法では，従来は個別に行われている SAXS と XAFS の同時迅速測定が可能であり， SAXS で得られるナノ構造体のサイ
ズや形体情報と， XAFS で得られる X 線吸収元素の化学状態および原子スケール局所構造情報を同時取得できるため，反応中の触媒粒子の形状および活性原子の化学状態および構造変化の同時観察など，実動条件下でのマルチスケール時分割解析が可能になることが期待される。
謝辞
波長分散型 CTR 散乱法の開発は，故松下正先生を中心に行われました。心より感謝の意と尊敬の念を表します 。 専 用 回 折 計 の 開 発 は ， JST さ き が け 研 究（JPMJPR13C5）の支援のもとで行われました。放射光利

Fig. 7(Color online) Specular CTR proˆles during the growth of
Bi2Te3 ˆlm on Si(111). (a) Detector images. (b) The experimental (symbols) and calculated (solid lines) CTR proˆles. Inset shows the atomic structure of Bi2Te3.

296 ● 放射光 Nov. 2019 Vol.32 No.6

用実験は， KEK 放射光共同利用実験課題 2013S2 001 ，2014G152，2015S2009のもとで行われました。

トピックス ■ 波長分散型 X 線 CTR 散乱法による界面現象のその場追跡

参考文献
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放射光 Nov. 2019 Vol.32 No.6 ● 297

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著者紹介
白澤徹郎

高橋敏男

産業技術総合研究所 物質計測標準研究部
門 主任研究員
E-mail: t.shirasawa＠aist.go.jp
専門表面科学，表面回折［略歴］
2006 年 3 月九州大学大学院総合理工学研
究院博士後期課程修了。博士(理学)。
2006 年 4 月日本学術振興会特別研究員。
2007 年 2 月 東 京 大 学 物 性 研 究 所 助 教 。
2016年 4 月より現職。

東京学芸大学 研究員
E-mail: ttaka15＠u-gakugei.ac.jp
専門回折物理，表面物理［略歴］
1976 年 3 月東京大学工学系研究科物理工学専攻博士課程中退。 1976 年 4 月東京大学助手。工学博士(東京大学)。 1986 年 4月東京大学物性研究所助教授， 2004 年 3月同教授， 2015 年 3 月同定年退職(東京大学名誉教授)。 2015 年 4 月東京学芸大学
研究員(現職)。

Wolfgang Voegeli

増田卓也

東京学芸大学 教育学部 准教授
E-mail: wvoegeli＠u-gakugei.ac.jp
専門表面科学，X 線光学［略歴］
2007 年 3 月名古屋大学大学院工学研究科
博士後期課程修了。博士(工学)。2007年 4月日本学術振興会外国人特別研究員(東京大学物性研究所)。 2009 年 4 月東京大学物性研究所特任研究員。 2011 年 4 月高エネ
ルギー加速器研究機構物質構造科学研究所特任助手。 2013 年 4 月東京学芸大学教育
学部 助教。2019年 4 月より現職

物質材料研究機構 先端材料解析研究拠
点 極限計測分野 表面化学分析グループ
グループリーダー
E-mail: MASUDA.Takuya＠nims.go.jp
専門電気化学，表面科学［略歴］
2006 年 3 月北海道大学大学院理学研究科
博士課程修了。博士(理学)。アリゾナ州立大学博士研究員，北海道大学特任助教などを経て， 2010 年 4 月物質材料研究機構に赴任。2018年 4 月より現職。

荒川悦雄

魚崎浩平

東京学芸大学 教育学部 准教授
E-mail: arakawae＠u-gakugei.ac.jp
専門放射光科学，放射線教育［略歴］
1994 年 4 月日本原子力研究所 東海研究所
大型放射光施設開発室 利用系開発グルー
プ 特別研究生。 1995 年 3 月総合研究大学
院大学数物科学研究科博士後期課程修了，博士(学術)。 1995 年 4 月東京学芸大学教育学部 助手( 2007年 4 月から助教)。2007
年10月より現職。

物質材料研究機構 フェロー，理事長特別参与北海道大学名誉教授
E-mail: UOSAKI.Kohei＠nims.go.jp
専門電気化学，表面科学［略歴］
1971 年大阪大学大学院工学研究科修士課
程(応用化学)修了，三菱油化株式会社入社。
1974 ～ 76 年豪フリンダース大学留学( Ph.
D. )。 1978 年三菱油化退社，オックスフ
ォード大学研究員。 1980 年北海道大学理学部講師， 1981 年助教授を経て， 1990 年教授。 2010 年独立行政法人物質材料研究機構国際ナノアーキテクトニクス拠点主任研究者。 2013 年 2 月よりフェロー，ナノ材料科学環境拠点長(～ 2019 年 3 月)。
2017年 4 月より理事長特別参与。

298 ● 放射光 Nov. 2019 Vol.32 No.6

トピックス ■ 波長分散型 X 線 CTR 散乱法による界面現象のその場追跡

Live observation of interface phenomena by
wavelength-dispersive X-ray CTR scattering
Tetsuroh SHIRASAWA

National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST),111 Higashi,Tsukuba, Ibaraki, 3058565, JAPANWolfgang VOEGELITokyo Gakugei University, 411 Nukuikita-machi, Koganei-shi, Tokyo1848501 Japan

Etsuo ARAKAWA

Tokyo Gakugei University, 411 Nukuikita-machi, Koganei-shi, Tokyo1848501 Japan

Toshio TAKAHASHITokyo Gakugei University, 411 Nukuikita-machi, Koganei-shi, Tokyo1848501 Japan

Takuya MASUDA

National Institute for Materials Science (NIMS), 11 Namiki, Tsukuba,
Ibaraki, 3050044, Japan

Kohei UOSAKI

National Institute for Materials Science (NIMS), 11 Namiki, Tsukuba,
Ibaraki, 3050044, Japan

Abstract

X-ray crystal truncation rod (CTR) scattering is a powerful tool for studying the atomic structureof buried interfaces nondestructively. The analysis was often limited to the static structures, since
the acquisition of CTR proˆle dataset is lengthy. We have developed a high-speed method whichuses a wavelength-dispersive convergent X-rays, aiming for the in operando study of interface
phenomena. We demonstrate the capability of the method by showing three examples of live observation of irreversible interface phenomena: photo-induced wettability transition of TiO2 surface, electrochemical reaction on a Pt(111) electrode surface, and growth process of Bi2Te3
topological insulator thin ˆlm.

放射光 Nov. 2019 Vol.32 No.6 ● 299