ブックタイトル日本結晶学会誌Vol60No4

概要

日本結晶学会誌Vol60No4

円偏光を利用した共鳴X線回折によるキラリティー観察定義にのっとり右ねじ巻きを右水晶と定義する．これらの空間群は三方晶系に属し，鏡映面はないがc軸に垂直な方向に2回軸はある．三方晶なので実格子，逆格子ともにc軸に対して3回回転対称性があり，6回回転対称性はない．3回回転対称性といってもc軸は，31，32らせん軸（screw axis）なので，それぞれ結晶を120度あるいは240度回転しただけで，結晶は元の構造に一致するのではなく，その後c軸に沿ってc軸格子定数cの1/3だけ移動する操作によって，元の結晶構造に重ね合わせることができる．4．実験方法と結果4.1実験装置共鳴X線回折を水晶やベルリナイトに適用する場合，SiのK吸収端，AlのK吸収端を使う．これらのエネルギーは，2000 eVより低く軟X線の領域になる．このような軟X線を用いる回折実験では，空気による散乱を防ぐために超高真空チェンバーを使う必要がある．2007年，われわれは放射光施設SPring-8のビームライン17SU11に軟X線回折装置）を設置した．円偏光の極性はアンジュレータの電磁石で切り替えられる．12）回折装置の回転ステージθ，2θ軸は超高真空チャンバーの外に置かれているが，差動排気システムを導入しているため，回転によって内部の超高真空（真空度10－8 Pa）が破れることはない．4.2実験結果右（#152），左水晶（#154）は，（001）面で研磨されている市販のものを購入した．ベルリナイト結晶は，D.F. Croxall氏が作製したものである．まず水晶のキラリティーをあらかじめ決めるためにHe-Neレーザー光（λ＝633 nm）を用いて旋光性を確認した．レーザー光が右，左の水晶を透過するとき，その偏光面がそれぞれ（観測者と光源の間に結晶を置いて，観測者の視線を光源に向けると）反時計，時計方向に18°/mm回転することを確認した．ベルリナイト結晶を透過したときは反時計方向に14°/mm回転することを確認した．すなわち今回の実験で用いたベルリナイト結晶は，空間群#154，左ねじ巻きであることを示している．右ベルリナイト結晶は入手できなかった．さて，共鳴X線回折の消滅則は通常のX線回折の消滅則とは異なる．簡単のために酸素は無視した，右，左水晶の結晶構造因子は以下のようになる．単位胞内のSiは，3aサイト（x _，x _，0），（x，0，±1/3），（0，x，?1/3）の位置にあるので（複符号の上の符号が右水晶，下の符号が左水晶を表している，以下の記述においてもこの約束を用いる），反射指数00lに対する結晶構造因子Gは，f SiをSiの原子散乱長とすると，G{ }00 l 2πfi 0 2πi (±l / 3) 2πi ( ? l / 3)=Sie + e + e（8）と表せる．この場合lが3の倍数以外は位相が相殺するので反射強度はゼロである．しかし，共鳴X線回折の場合は狭いエネルギー領域で，式（5）の非対角成分が存在する．それがこの消滅則を破る．したがって，SiのK吸収端近傍でlが3の倍数以外の反射が許容される．図6に円偏光X線で測定した禁制反射001の円偏光ヘリシティ依存性，エネルギースペクトルを示す．13）-15）X線(a)Left quartz(ー)(＋)Right quartz(＋)(ー)(b)(?)(+)Intensity [arb. units]75.2 75.4 75.62θ[degree]0.70.60.50.40.30.20.1(c)75.2 75.4 75.62θ[degree]XASReflection 001 (Ψ= 20)Intensity [arb. units]1.00.80.60.40.2(d)θXASReflection 001 (Ψ図60.00.01840 1845 1850 1855 1860 1865 1560 1565 1570 1575 1580 1585Energy [eV]Energy[eV]左-，右-水晶，および左-ベルリナイトの禁制反射の反射強度．（Intensityofforbiddenreflectionsofleft-andrightquartzand left-Berlinite.）（a）Ψ＝30，E＝1848 eVにおける右水晶，左水晶の001禁制反射の2θ-θプロファイル．（b）Ψ＝0，E＝1567eVにおける左ベルリナイトの001禁制反射の2θ-θプロファイル．（＋），（－）はX線のヘリシティを表している．（c），（d）それぞれ左水晶，左ベルリナイトの禁制反射001の積分強度（赤丸）と蛍光X線収量で測定したX線吸収曲線（XAS，青丸）．左水晶と左ベルリナイトの積分強度反射001はそれぞれ方位角Ψ＝20°，0°で測定した．編集部注：カラーの図は電子版を参照下さい．日本結晶学会誌第60巻第4号（2018）181