X線導波路現象を利用した有機薄膜高次構造のリアルタイム観測

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放射光実験施設Photon FactoryのBL3Cにおいて、白色X線を用いたX線導波路の実験を行った。ここでは、Si/PMMA/Siの多層膜を作製し、白色X線を薄膜試料に照射し、薄膜端面から放出されるX線をエネルギー分散型X線検出器によって観測した。PMMA層においてX線の共鳴現象を起こすため、薄膜端面からのX線は分光され、TE(transverse electric)0、TE1、TE2の3つの共鳴モードのピークを観測することができた。また、これらのピークのエネルギー値は、薄膜の高次構造に大きく影響されるため、エネルギー値を解析することによって、薄膜の膜厚、密度を精度よく決定することができる。さらに、本年度は、リアルタイムで、X線導波路現象によるX線スペクトルの変化を観測することによって、薄膜の高次構造の素早い時間変化を追うことを試みた。一つのスペクトルの測定時間は10秒である。上記試料に対し、強力な放射光白色X線を照射することにより、即座に試料の変性が開始され、約200秒後に短時間で、その変化が完了することがわかった。ここでは、特に、TE2のピークのシフト量がTEOのものより大きいことが特徴的であった。このことより、PMMA層の密度は大きく変化せず、膜厚のみが変性したことが示された。標準のX線反射率測定装置も用い、詳細に解析した結果、元々膜厚100nm程度であったものが、約10%程度小さくなり90nm程度になることが観測された。今回の実験から、白色X線を用いたX線導波路現象による分光X線の観測が、薄膜高次構造のリアルタイム観測に非常に有望であることが判明した。