SAGA-LS BL10 の現状
吉村 大介
九州シンクロトロン光研究センター

ビームライングループ

九 州 シ ン ク ロ ト ロ ン 光 研 究 セ ン タ ー (SAGA-LS)の 軟 X 線 ビ ー ム ラ イ ン BL10 で は 、アンジュレータを光源とし、可変偏角型不等刻線間隔平面回折格子分光器を用いて、
光 電 子 顕 微 鏡 (PEEM)、 角 度 分 解 光 電 子 分 光 (ARPES)、 全 電 子 収 量 法 に よ る 軟 X 線
XAFS 等 の 実 験 を 行 う こ と が で き る 。
本 発 表 で は 、2018 年 度 に 行 っ た ビ ー ム ラ イ ン に 関 す る 整 備 課 題 へ の 取 り 組 み に つ いて報告する。具体的には、吸収分光を行う際の測定時間短縮や、より高分解能な分光器分解能の利用を目指した固定偏角モードでの分光器制御についてや、エネルギース
キ ャ ン を し な が ら PEEM 像 の 取 得 を 自 動 的 に 行 う た め の プ ロ グ ラ ム の 開 発 な ど に ついて報告する。
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成果報告会2019吉村大介

九州シンクロトロン光研究センター（SAGA Light Source）

概要
九州シンクロトロン光研究センター(SAGA-LS)の軟X線ビームラインBL10では、アンジュレータを光源とし、可変偏角型不等刻線間隔平面回折格子分光器を用いて、光電子顕微鏡(PEEM)、角度分解光電子分光(ARPES)の実験を行うことができる。また、全電子収量法による軟X線XAFS等の実験にも対応可能である。
本発表では、2018年度に行ったビームラインに関する整備課題への取り組みについて報告する。具体的には、吸収分光を行う際の測定時間短縮や、より高分解能な分光器分解能の利用を目指した固定偏角モードでの分光器制御、エネルギースキャンをしながらPEEM像の取得を自動的に行うためのプログラムの開発、吸収測定の際に問題となる光強度の安定性調査について報告する。

BL10の分光器及びアンジュレータ制御の概要
分光器のエネルギー校正
BL10/BL12の分光器について
BL10：アンジュレータ光源、 ”可変”偏角型不等刻線間隔平面回折格子(300, 1200lines/mm)分光器
BL12：ベンディングマグネット光源、”定”偏角型不等刻線間隔平面回折格子(600lines/mm)分光器、偏角は3段階切替式
BL10でのエネルギースキャンでは、各点ごとにアンジュレータギャップ/回折格子角/偏角ミラー角の3つを制御する必要があるのに対し、BL12では回折格子角のみ制御すれば良い。
但し、制御が複雑な代わりにBL10の方が高輝度/高分解能なビームラインとなる。

偏角：小偏角：大回折格子(G)自体は実験的に決めた偏角の関数として記述できる(下図)。
しかし、あるエネルギーに対して補正値を適用すると、それによって偏角が変わってしまうため、理論値からのずれが生じる。この問題については再帰計算によって真値に近付ける処理を行っている。

2K2KSR

エネルギー校正に関しては、BL12ではエネルギーと回折格子角度が一対一対応するため単純である。
BL10の場合はより複雑で、回折格子と偏角ミラーは同期して動作し、常に理論最適偏角での分光条件を達成する(可変偏角モード)が、実際には微妙な光学アライメントのずれ等に起因する偏角/回折格子角の誤差が発生し、エネルギーの誤差や分解能の低下につながっている。これを補正する時、エネルギー補正値

181414

アンジュレータギャップとエネルギーの対応

1410

10886G16G2464422000-2-2-2100

300

500

700

900

1100

1300

168

Energy calibration curve for G2variable included angle mode

12108

ギャップ対エネルギーの関係は、ギャップごとの磁場実測値から計算されたものをベースにしており、実際にはギャップ値の補正が必要となる。例えば300eVを出す場合、300eVの1次光/100eVの3次光/60eVの5次光/43eVの7次光という複数のパターンが存在し、それぞれの場合について補正値も微妙に異なる。なお、現状では電流モニタを見ながら50μm単位で手動補正を行っている。

16Energy calibration curve for G1
variable included angle mode1212

可変偏角の機構

18

16

Energy calibration value
variable included angle mode

16平面鏡(M2)

2

169

170

Photon Energy / eV

171

172

173

174

175

176

177

168

169

170

Included Angle / deg.

171

172

173

174

175

176

177

Included Angle / deg.

BL10分光器(可変偏角モード)におけるエネルギー校正曲線

アンジュレータ：可変偏角：固定
測定時間：約20分260280300320340

Photon Energy / eViii) 可変ギャップ/固定偏角モード

固定偏角モードにおいては、これまでとは分光器の条件が全く異なるため、改めてエネルギー校正を行う必要がある。
12

分解能の大きな低下を避けるため、1～2°間隔の偏角に対して、対応するエネルギー範囲を割り当てた(下表)。

固定偏角モード

101200lines/mm

8175°

6174°

420-2172°

エネルギー校正はAu 4fの光電子ピーク位置から決定し、その結果は左図に示す様になった。また、既存のエネルギースキャンプログラムを改修して、固定偏角モードの測定に対応できるようにした。

170°

200400600

800

10001200

Photon Energy / eV

BL10固定偏角モードにおけるエネルギー校正

PEEM測定のエネルギースキャン対応
PEEM像から抽出した局所NEXAFSスペクトル

PEEM像取得用エネルギースキャンプログラムの作成

TEYC

これまでPEEM像のエネルギースキャンを行う際には、像調整や画像取得をCCDカメラ付属のBソフト(CamWare)で行い、エネルギー移動は各点ごとに手動でエネルギー設定プログラムを操作するという方法で行っていた。

A

この方法では、取得した像とエネルギーの対応付けに手間が掛かる上に、数十～数百点になる測定点を手動操作するため、非常に効率が悪かった。そこで、2つのプログラムを統合して測定操作の自動化を行うことにした。

Si L-edge
100110120130

Photon Energy / eV

右図に作成したプログラムの操作画面を示す。操作画面右半分は、SR光の照射エリア全体でのNEXAFS測定に対応しており、局所スペクトルを抽出した際のリファレンスとして使用する。
画面左下のエリアには取得したPEEM像が随時更新表示され、自動的にtif形式の画像ファイルとして保存される。
PEEM像エネルギースキャンプログラム操作画面

PEEM像(Si上のAuパターン)

光強度モニタと光源ビームサイズの観測

0次光をI0モニタまで通して終日電流値をモニタした結果と、光源のビームサイズ(水平及び垂直方向)のデータを示す。観測日は2019/3/11である。

4.0e-7

蓄積電流値の減少に伴って、ビームサイズはばらつきを増しながら減少していく。
この日は11:00頃～16:30頃までの間で、水平方向のビームサイズが通常よりも明らかにばらつく現象が発生し、この影響でI0の電流値は激しく揺らいでいる。
特に対応関係が分かりやすい箇所(16:30頃)を黄丸で示す。

3.5e-7

この後、水平方向のビームサイズは落ち着き、電流モニタの値も通常に戻る。
垂直方向のビームサイズは、水平方向と相関せず、20時過ぎからおかしな挙動を示すも、モニタ電流への影響はあまりなかった。

3.0e-7
13:00

13:30

Time

14:00