各施設紹介

物性研軌道放射物性研究施設
TheP
resentStatusoftheSynchrotron RadiationLaboratoryo
ftheInstituteforSolidStatePhysics
石井武比古、宮原義一、菅滋正、柿崎明人
TakehikoIshii , YoshikazuMiyahara, ShigemasaSuga andAkitoKakizaki
東京大学物i性研究所

TheInstituteforSolidStatePhysics

10 SOR‑RING の現状0

さらに 12.5 ほど偏向させ，電子シンクロト口ン

SOR-RING は当初 300 MeV で定常運転するより取出す。速い蹴り出し磁石の磁界の立上り時ように設計されたが現在は 308 MeV で電子を入間は 60 ナノ秒，磁界の頂上平坦部の持続時間 100射し入射後 380 MeV まで加速して使用されてナノ秒ほどである。 SOR ‑RING~c.到達した電いる。図 1 は電子入射器としての電子シンク口トはパノレス偏向電磁石で 14 ほど偏向されてリンンから SOR-RING まで電子を運搬するビームグ中に打込まれ，電子の平衡軌道の外側から進行トランスポート系とワング本体の配置を定性的にしてくる O そしてリングの打ち込み点と反対側にしたものである。電子シンクロトロンから取出ある速い蹴り出し電磁石で軌道を修正し入射点0された電子は途中二つの偏向電磁石で 47 と 6800に戻ったとき軌道が少し内側にズレるようにしての合計 115 ほど偏向されて SOR ‑RING~ζ 到達

パノレス偏向篭磁石に当たらないようにする。蹴りする。その全長は約 20m である。この間電子ピー

出し電磁石に使われているパルス電源は従来スパ

ムは 3 組の四極電磁石で集束される。電子シンクークギャップによる放電を利用していたが，必ずネノレギーが 308 MeVにな

しも動作が安定でなく故障も多いので，最近サイった瞬間に蹴り出し篭磁石を作動させて電子ビーラトロンを用いる方式のものに交換された。パノレ

ムを 12.3 mrad ほど偏向させ「平衡軌道より 50ス偏向者磁石の磁場は幅 1 ms

附ほど外側にずらしそこでパルス偏向電磁石でものである。

0口ト口ンの

図 1
放射光第 1 巻第 1 号の半波正弦波状の

1. 3GeV 電子シンクロトロンと SOR-RING の配置
年5 月
23(C) 1988 The Japanese Society for Synchrotron1988
Radiation
Research

TP RF CAVITγTP86

S7ELECTRONS1m

国 2

SOR- 畏 ING の主要部

国 2 は SOR-RING の構造を示すものである。

向電磁石の磁場を利用して排気するいわゆる分布8 個の偏向電磁石と 4 組の四極電磁石がある。四排気の方法が採用されている。 SOR-RING の重?にまとめた。図 3 ~ζ1) ングの単位極電磁石の各組は 2 個の集束用電磁石(横収束)が 1 偲の発散用電磁石(縦収束)をはさむ形に配されている。値線部の長さは 1. 3m である。

りの戸関数が与えてある。図中の B ， QF'
QD はそれぞれ偏向電磁石，水平方向の集束電磁線部の一つに高周波加速空洞が置かれているが，他の部分には排気ポンプが置かれている。この排ポンプの置かれている部分には，その他に入射わす。の立上げに必要なドーナツの焼出しは，ドーナツにして行われる。このた部のパルス偏向篭磁石，その対向部に速い蹴りめドーナツはカプトって絶縁しである。

し電磁石，そして残りのもう一つの部分にスキュ

高周波加速空洞は，ステンレス製で内部に銅板がー四極電磁石と高調波空洞が置かれている。直線りつけてあるほか，共鳴周波数の微調整のため部に置かれた排気ポンプの他の可動フラッパーが取りつけてある。高周波が電分 lζ スパッタイオンポンプの排気素子を置き，偏波、の方に反射してくるのを防ぐために，導波管の241988 年 5 月

放執光第 1 巻第 1

表 1

SOR‑RING の重要なパラメタ

途中に反射波吸収回路が入れてある。

は 308

MeV でリングに打ち込まれた後に 380 MeVまで

蓄積電子エネノレギー

380MeV

蓄積最大電流500rnA

震流寿命

120rnin(200mA)

場強度を単偏向磁石曲率半径1.10rn磁場強度の上昇は 3 種の電磁石電源を同時に行う

偏向磁石磁場強度111.5KGために計算機制御で行われる。加速中 lζ 電流が失

偏向磁石指数( n )0.45

われるのを少なくするためには，

全軌道長

n
17.4r

直線部長

1.31r
n

偏向部長

O.864rn

旋回按動数17.26MHz

高周波加速振動数

120.83MHzに依存した物性計測を行うためには，高周波霞圧

15‑‑20KV

ンチモードでの運転が必要となる。 SOR ‑RING

ベータトロン振動数

ν x :1.28
νν:

加速して蓄積される。

この加速は偏向電磁石の磁させることによって行われる。

ギーで入射する方がよし

より

いエ不ノレ

現在入射エネノレギくする努力がなされている。
子のエネノレギーくすることも検討されている。

においては単パンチは RF ノットアウト法によっ1.22て作られている。通常の 7 パンチで入射してから，パンチ数

7エミッタンス

ez:3ﾗ10‑7pm・ radRF ノックアウトによりビームを共鳴振動させ，

ey:3ﾗ10‑8Z@mefad

パンチを 1 個ず、つ消していくというやり方である。

排気速度5600.
l/s

このための高周波電極と電源が常設されている。

平均正力

3xlQ‑loTorr

スキュー四極電磁石は水平方向と篭子の全エネノレギー損失

1.68KeV/回転特性波長 (À c)112A

特性放射エネノレギー (εc )111eV

ビームの振動を結合させて，ビーム断面を横長から丸型 lζ 変え電子密度を下げるもので，これにより電子同志の衝突によるビームロスを少くできる。
これは特に単パンチ運転の場合に有効で，ビーム寿命が約 4 倍に伸びる。高調波空洞

ビーム

3ni
ﾟz(g〉cozoc
コ恥l・t

2:
ﾟx= Sj 2i

BM
O. 圏 64

0.6SS(m)

O~

AF
j~

20.2.
.‑回
̲‑Go!
~j.
1~
0.1 0.
13.0.
.
.
Lj
J , .L 'nelectronPathofa
図 3放射光

第 1 巻第 1SOR-RING の 3 関数
1988 年 5 月

25の縦方向不安定性を抑制するためのもので初期的にしている。

な研究の段階ではある程度ビームの不安定性を抑ニューマチックパノレブが置かれ，えるのに成功した。電子ビームの断面は水平垂直一定値( 5x10‑9 Torr)を超えるとバルブが関両方向でビーム需流とともに増大し，じて SOR ‑RING の真空を保護している O

ビーム中心の放射光の輝度は 100mA 以上で飽和し一定にな

5 つのビームラインのうち，る O 水平方向の増大は主として上記の不安定性によるもので，垂直方向の増大は電子ピームに束縛妓ラインを持ち，トとして用いられ，系の圧力がある

BL1 は 2 つの分l つは紫外照射用のフリーポー
リソグラフィの実験等が行わビれている。他は，集光鏡 l 枚を介してリング室かこれをおさえ

ら 2 階実験室の瀬谷波悶型分光器にシンクロト口されたイオンとの相互作用によるものである。
ーム断面の増大は好ましくないが，乙の差圧排気系と分光器の間には，ン放射を導びき，るとビーム寿命が短かくなる。

図 4 ~乙 SOR-RING の放射スペクトノレを示すOて，反射，

4‑‑30eV の真空紫外光を使っ吸収スペクトノレの測定が行われている O縦軸は輝度である。図中には UV ‑SOR とフォトBL1ンファクトリーのスペクトノレも比較のため示した。

ムが備えられており，液体窒素温度での測定も可にはこれらの実験のための専用計測システ能である O 分光器の概略図は図 5 (a) に性能は20表 2 ~と示されている通りである。

ビームライン

共 l 乙東北大科研波問先生の御厚意によるものに若SOR‑RINGには 5 本のビームラインがあり，BL2 …と呼ばれている。

それぞれ BL 1,さ約70crttの差圧排気系があって，子加筆したものである。)

SOR‑RING と分光器を含む実験計測系の間には，

長

SOR‑RING10Torr)と分光器の高圧力 (10-の低圧力(1 0(図 5 ，表 2 はBL2 は他の BL 3 , 4 ,5 と共に SOR .
.RINGと同一フロアにあり，変形口ーランド型斜入射分8Torr) の間を隔壁なしで圧力差を維持できるよう光器を備えた光電子分光実験専用ビームラインである。

ζ の分光器(図 5 (b) )は一種の定偏角

問問也同時旬0000〈〉〉凶次\円 ω匂CLE\走〉ωωωZト工O 一広∞〈g\ 。。m\PF
E=2.
.5GeV

SOR‑RING
監部 0.38 GeV

10.
10.

10"

10'10怠

10'

10.

11110

PHOTON を NERGY(eV)
図ヰSOR-RING から放射されるシンク口トロン放射のスペクトル。比較のために関崎の UV-SOR および筑波の PF リングからの放射スペクトんも示しである。

261988 年 5 月

放射光

第 1 巻第 1 号

「寸了一一一一一一寸I!
y1!ふI~

isd

し時、SR~→(b )(a )SRAb 忠弘4 ♂5間di? に?7

減給等ノ祈W'l76. 1

l.6=i‑J

M寵(d )(c )図 5

分光器で，入射スリット S 1 と出射スリット S2

測定中の圧力は分析室で 5 x10‑11Torr,が等距離を保ち，回折格子の回転と同期して口ー準備室で 1 x10-

ランド円上を移動するように考案されたもので，コンビュータ制御によって行われ，分光器の透過2 枚の前置鏡も入射スリットと同時に移動する O

特性， SOR-RING の蓄積電流値の変動などを分光された光は集光用トロイタツレ鏡で、分光器後方考慮したデータ解析，に点状 K 集光される。この分光器のエネノレギ一分定等のユーティリティプログラムも用意されてい解幅は 100eV で 30 rneV 程度である。 BL 2 の分る。

光器の後方には，分光器に接続して使用する光電1o

試料Torr 以下である。計測はコ

CIS , CFS スペクトノレの測BL3 は現在整備中で，変形ワ…ズワース型分(d) )を設置して 4 ‑‑30eV 領域の子分光実験装置一式が付属している。光電子のエ光器(図 5

ネノレギ一分析には市販の 2 段円筒鏡型の分析器が真空紫外光を使った実験に供される予定である。

用いられ，部分的な角度分解型光電子分光マベク

BL4~とは，. BL3~乙設置されていた平田回折トノレの測定も可能である。試料はマニピュレータ

格子斜入射分光器(図 5 (c) )とそれに付属しによって田転と若干の平行移動ができ，さらに試ている角度分解型光電子分光実験装富一式が移動

料ホーノレ夕、、ーどと試料準備室に移動できる。試料中である。これに伴ない，分光器の分解能の向上

は，破断，やすりがけ，蒸着の 3 つの方法で準備すム実験装置の高性能化を目指した改良が行われることができる。また，単結品表面を扱う際に必ている 0

要な LEED 観察用の諸設備もこの装置には備えられており，オージェ電子分光実験も可能である。
放射光第 1 巻第 1 号

BL5 は変形ワーズワース型分光器(図 5 (d))
を備え，主 iζ 生物試料 iζ 対する照射実験が行われ1988 年 5 月

27

'"

表 20030‑1501200

λ/ ムλ'" 850(50μm-50μm)

8‑402400λ/ tJ.d""1500

8‑20.1
5.
7x1

B&L

M2

3x1.1replica600
600

120
83.7

ム入"" 10.
2nm(30μm)

101トetched

holographic(original)

1200
2400

M1 '"Ms/FM} , FM2ムλ"" 0.045nm(M}/日~d(Mt/FM2)(M2/FM})
ム入...... 0.
3nm(M3/FM2)

神同母持 路一一瞬踏?串B&L
replica(AI)(Au)

50‑260(6mm)

ム入'" 0.34nm

2.2mmodified
Wadsworth3x1.1(10μm-10gm)

ム入"" 0.08nm

8 し5

ふ口、け，入/ム入 =4000

‘、P
laneg
ratingmonochromator

2400

30‑300Acceptanceangle(mrad).
horiz.xv
ert(10μm由 10μm)

(AI)
(Au)
Bし4(10μm-10μm)，tt

2.2mmodified
Wadsworth

B&Lreplica(Au)λ/ ムλ 二 2000

53.5nm041
6'50.8nm0ea

B し32mmodified
Rowlandmounting
0155 dev
iationangle

21
5'

ふzιγs

BL ・ 21200'AC

B&Lreplica(Au)

活問

1m Seya‑Namioka

wmv

BL ・ 1BlazeResolution(slitwidth)ri

Grating(coating)

匂SA

Typeofmonochromator'なお

芯∞∞輸出油Beamline

Fore‑mirror/focusingmir
ror/deflector

Groovedensity(史/mm}

2.5‑8(Mt/FMd
6‑40(Mt/FM2)
12‑40(M2/FM})
8‑40(M2/FM2)
20‑120(M 3/FM 1 ,M3/FM2)

3x1.1

M2
600
600

120
83.7

2.
5x1.1ムλ""10.2nm(6mm)50‑260ている。このビームラインは差庄排気系から分光分より得られる Ce 4f のニ重構造は Gunnarsson ，器，実験計測システムに到るまで全てユーザーにSchönhammev の用いたアン夕、、ーソンモデノレで説よって整備されたもので，数多くの生物関 i系の研明される。に利用されている。

Yb 化合物では Ce の 4f 電子と Yb 4f 正子しの役

各ビームラインの分光器の性能等については表2 にまとめた。ただしを，BL 3 については予定値

BL4 については改良前の値を載せた。

りが入れ替っている。典型的な価数揺動物質として YbAと Yb x Inl-X CU 2 が取り上げられた。ともにおいては Yb は二価となっており，パノレクの Yb 2 +4f からの光電子放3.学術的成果

出より少し深い(束縛エネルギ- EB の大きい)

SOR RING を用いての研究は大まかに以下

所に表面の Yb 2 + 4f からの光電子放出構造が観のカテゴリーに分頻される。

測される。従ってこの表面効果を差号|し、た解析が1)光電子分光法による国体の電子状態の研究必要となる '02)光反応，吸収9の Yb 2 十 4f 構造が観測され，平均価数は Yb 2 . 78 十発光による電子状態の研究

YbAL3 では EF 直下に鋭いバルク

3)生物への真空柴外光照射効果である。 X 線 BIS スペクトノレでは EF 誌上と EF

4)より上 1 ‑‑2 e
V ~ζ 二重構造が見られた。先の Gりング中でのビームダイナミクスの研究

この他，高工ネノレギー研放射光実験施設と協力して PF~ζ ピームラインと 3 基の実験ステーション

S モデノレによる解析が出来，EF 近くの構造はいわゆる近藤ピークと解釈できた。

を建設中である。また VUV 逆光

室温以下 10 K までの測定が出来る光電子分光用についても開発を進めている。

クライオスタットを作製した。アナライザ一室のに研究の概要を紹介したい。詳しくは

1SSp , Activity Report of SynchromRadi ‑0

クライオスタット先端への試料室からのサンプノレとアナライザ一室で in situ の filingも可能

ation Laboratory , 1987 (63年 3 月発行)を参である。 YbO.35 I
no.65 CU2 では UPS と XPS の照されたい。まず光電子分光法については次のよ

結果より室温より 80 0 K 迄の間に価数が Yb2 .63 十うな系について研究が進められた。 Ce Cu2S 2,から Yb2. 38 十に転移している。これらの価数はCeInCu2, Ce2Sb , Ce2Zn17 , YbAL3 , Ybx

真のバルク値より小さいだけでなく，パクノレでの'Ko・ 3 M 0 03 ,Inl‑X CU2 , Ba2YCU3 07 0

転移温度 ('--40 K )より遥かに高く，表面近くで0CdCr2Se4 , CuInSe2 , CulnS2 , CulnTe2 ,CuGaS2 , M gC .lQ,

i いた後でもなおノわレクとはっている。このほか一次元物質と

M gBr2, Cu… Si(lll)

2x 1 等々である。

してぬ .3 Mo03 のパイエルス転移も観測された。

これらに対して内殻励起共鳴光電子放出の手法により詳細な電子状態や終状態相互作用が議論さとして注目されている Ba2 YCU307‑0 について(}<1.0 の種々の試料についてれた。 Ce については 4d → 4 f , Cr についてはクライオスタットを用いて測定を行なっ

3d , Mg では 2p 内殻励起に伴なう共鳴た。価電子帯スペクトノレは S と共にかなり変化す3p •現象が観測された。 Ce 化合物についてはフェノレる。 EF での光電子放出強度は非常に弱くミ面 (EF) 近くで見られる Ce 4f 光電チ放出のー関が大きいそット e ノ\ノぐードモデルで、考える必要中心に研究が進められた。 Ce CU2S 2がある。

では hν-- 35eV のスベクトノレは EF 付近を除きとしてはカノレコパイライトについバンド計箆で出られる DOS で説明される。共鳴DOSについて研究されたほか CdCr2Se4 スピ

極大の hν と極小の hν の二つのスペクト
口可放射光第 1ネノレについてはその強磁性と関連し1988 年 5 月

29

放出の手法により Cr 3dの部分状態密度についの吸収測定に利用できるようになった。他 iζ も EHPLCてスピン状態も含めて詳しい研究が行なわれた。

SR 法によるスピントラップの研究，

また絶縁体としては Mg ハライド蒸着薄膜につい(high performance liquid chromatography)て Mg 2p 内殻励起子の緩和に伴なう共鳴過程が法による dinucleoside ‑monophosphate の光生調べられた。

成物の研究， algal phototaxis のvideomicr ‑半導体-金属界面については Cu/Si (111) 2oscopy 等々が挙げられる。

x 1について測定された。 1 ML 程度で Cu ‑Si

最後に電子ストーリジリングのビームダイナミの化学結合に伴なう準位がはっきりと観測され低クスについては in house staff による研究が行温(室温)合金化反応については Au -Si の場合なわれている。クリアリンク、、電極にパノレス電圧をと同じモデルで=取扱える事が分った。

かけイオンをトラップし，周囲電子による y 線強次に光反射，吸収，発光については高温超伝導度とその decay time を電極からの軌道距離の関体 (La 1‑x Mx)2 Cu04 , YBa2CU307-0 ,数として測定した。また電子ビームにトラップさetc.，低次元物質として K モリブデンブ口ンズやれたイオンの longituolinal

層状有機結晶 (Cn 託 2n 十1 NH3)2 MC14 但し M

解析的研究が進んでいる。

motion についても:Cd , M n etc . の反射スペクトノレが 30eV まで測定された。そのほか BN 単結晶，

LPCVD で4 闘運転形態作った NiN 膜，ハイブリッドプラズマ CVD 法でSOR-RING は入射電子源として東大原子核作った SiC 膜の反射測定が行なわれた。変調分研究所の1. 3GeV 電子シンクロト口ンを使用して光法の例としては Gd3- x BixFe5012 についている。電子シンク口ト口ンで 308 MeV まで加速低い飽和磁場を持つフェリ磁性体としての特徴をされた電子は，キッカー電磁石とパルス偏向電磁利用して 2500e の回転磁場により磁気変調分光石を使って毎秒 l 回電子ビーム輪送系に取り出さ測定が行なわれ 27 ，29eV 領域に Bi 5d •6p~ζれる。ビーム輸送系を通った電子は取り出し用対応する顕著な構造が見出された。また低エネノレ磁石と同期した入射用キッカー電磁石とパルス偏ギー域 lζFe の 3d → 4p 構造も見られる。

向電磁石によって SOR-RING ~ζ 入射される。

磁気変調分光法は分子性結品アントラセンや p入射した電子がある蓄積電流値(通常 200-300‑terphenyl 結品の発光についても別の手法で行mA) に達したら，入射を中止し，なわれた。特に励起子の fissionのエネノレギーを通常運転モードである 380 MeV(分製)過寝

SOR‑RING(一つの s inglet 励起子が二つの triplet 励起子まで上げてシンク口トロン放射をユーザーに提供に〉について詳しく調べられた。

している。入射に要する時間は 15--30分で，

実空紫外光照射効果についてはりソグラフィの乙れまでに達成した最大蓄積電流値は 504mA である。

研究も行なわれてはいるが，生物への照射効果がしかし蓄積電流値が大きくなると共に，当施設では主である。具体例を列挙すると dry

イズが大きくなり，ライフタイムも短かくなるた

bacteriophage T1 の killing 効果， Oligonu

め，通常は 200--300 mA の入射蓄積電流で運転

clotides の degradation ， ρBR 322DNA のしている。ライフタイムは 200mA 蓄積時で約 4base release , DNA における thymine dimer時間である。入射は電流値が約 100 m Aにまで減

formation などが研究された。また lipid

少した後，繰り返され，

bilayersof Sendai Virus の吸収など測定されれている。

ビームサ

1 日約 3 回の入射が行わた υζ れと平行して測定手法の開発も行なわれてSOR RING の運転は入射器の電子シンクロ

おり Photoacoustic Spectroscopy が有機自体ト口ンの運転に大きく依存しており，靖子シンク

30

1988 年 5 月

放射光第 1 巻第 1 号

時間
運較時間

2000

1500

1000500

198384858687 年度

図 6口トロンの運転時(火曜巨午後から月曜日朝 9 時まで)のみ入射可能である。このため SOR-RI

NG のメインテナンスの時間等もあるため，ユーザーがシンクロトロン放射を利用できるのは，通常水曜日から土曜日までで，1 日約 8 時間である。

シンク口ト口ンが通常の運転モードでない場合でも， SOR-RING への入射は 1 日 3 回，1

週 4 日可能で，ユーザーへのシンクロトロン放射の提供が確保されている。たとえば SOR-RING専用モードの場合には火曜日昼から金曜日夜までとなる。図 6 は， SOR-RING の最近の年間運転時聞を示したもので，年間約 1300 時間である。

放射光第 1 巻第 1

1988 年 5 月31