タイコグラフィ位相回復法の高度化と回折限界軟Ｘ線集光の実現

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軟X線は，X線の中で比較的長い波長（0.5 nm～10 nm）を持つ電磁波である．軟X線は，その帯域に軽元素のK吸収端や金属元素のL吸収端が多く存在し，物質の結晶構造，化学組成，電子状態，磁気構造を解析するうえで欠かせない．軟X線解析を行う際には集光素子を用いてビームを集約することが一般的である．集光素子の性能，即ち集光サイズやピーク強度，色収差の有無は，解析における空間分解能，感度，波長可変性に直結する．軟X線の理想的な集光素子として，回転楕円ミラーが提案され，その作製プロセス及び集光システムの開発が進められてきた．軟X線ビームラインにおける回転楕円ミラーの集光性能の評価を続ける中で，3点の課題が明らかになった．第一に，ミラー中央部を通過する光のために利用効率が高くならないこと．第二に，ミラーの設置角度精度が0.1 μradと極端に厳しいこと．第三に，作製の過程で回転楕円ミラーの中心軸が弓状に撓むことである．これら課題に応えるために，リング集光ミラーと準ウォルターミラーからなる二段集光光学系（Motoyama, 2015）を設計した．リング集光ミラーの導入により第一の課題が解決し，回転楕円ミラーを準ウォルターミラーに変更することにより第二，第三の課題が解消された．本光学系を検証するために，SPrin-8の軟X線ビームラインBL25SUにおいて集光実験を実施した．300 eVにおいて，鉛直・水平ともに200 nmの集光サイズと45%の利用効率が達成され，これらはミラーを用いた軟X線集光において画期的な値である．また，タイコグラフィ法に基づく波面計測を実施することで，ミラーの形状誤差を定量的に評価した．構築した光学系の応用例として，タイコグラフィ法を用いたPt/Co薄膜試料の磁区観察を実施し，Line and Spaceで100 nmの分解能が確認された．