ブックタイトル日本結晶学会誌Vol62No1

概要

日本結晶学会誌Vol62No1

松下智裕する．励起した光電子は波としての性質をもつ．この波の一部が周囲の原子で散乱される．このままで，自然に散乱波と直接波が干渉する条件となり干渉縞を生じる．この干渉縞は内殻光電子の放出角度分布として現れるため，この放出分布を広い立体角で測定する．この干渉縞はホログラムとしての性質をもち，電子の平均自由行程の関係でドーパントを中心に半径約10 A以内の原子配列が記録される．ホログラムであるため，事前情報（位相や初期原子配列など）は必要ではなく，ホログラムのデータのみで立体原子配列を得ることが可能である．ところで，結晶中には多くのドーパントが存在し，励起光のスポットの範囲内の複数のドーパントから光電子が放出される．したがって，実際に観測されるのは複数のドーパントのホログラムの総和である．これは，自動的に結晶中のドーパント構造の統計を取ることに等しく，結晶中の安定・準安定なドーパント構造が測定されることになる．3．測定装置について(a)soft x-raySample(b)soft x-rayElectron analyzer2軸走査SampleScreen (±60°)測定原理は非常に単純である．しかし，広い立体角にわたって光電子の放出角度分布を測定できる電子アナライザが市販されていないため，工夫が必要である．筆者をはじめとする研究グループはSPring-8 BL25SUにて，いくつかの装置を整備してきた．1つは市販の電子アナライザ（シエンタオミクロン社のDA30アナライザ）を用いた方法である（図2a）．測定できる立体角が限られるため，サンプルを回しながら光電子の角度分布を測定する．高いエネルギー分解能と高い角度分解能が得られる反面，サンプルを回すことによる強度変動をデータから取り除く作業が必要になる．一方，光電子の角度分布を投影するタイプの電子アナライザも存在する．図2bに示したDIANAと呼ばれる実験装置は大門寛教授が発明し，±60°の立体角で光電子の分布を投影できる．25）筆者も1997年から開発に参加し多くの論文を輩出した．しかしながら，エネルギー分解能が低いため，内殻のケミカルシフトの分離は難しかった．近年，筆者とJASRIの室隆桂之研究員により，広い立体角（±50°）と高い分解能を両立した阻止電位型電子アナライザ（RFA）を発明した．26）内殻のケミカルシフトを分離できる性能をもつ．上記のすべての装置はSPring-8にて共同利用可能である．光電子ホログラフィーで利用する光電子の運動エネルギーが300 eV～10 keV当たりが良い．これよりも運動エネルギーが低いと内部ポテンシャルによる表面の電子の屈折効果が無視できなくなり，さらに多重散乱効果も大きくなるため，ホログラフィー的な解析が難しくなる．運動エネルギーが高い場合は，ホログラムのパターンが細かくなるため高角度分解能が必須となり，測定が難しくなる．electron orbitCamera(c)Screen(±50°)electron orbitSamplesoftx-ray図2光電子ホログラフィー測定装置．（Apparatuses ofphotoelectron holography.）（a）市販の電子アナライザを利用する方法．サンプルを回して光電子の放出分布を測定する．（b）SPring-8に設置されてたDIsplayANAlyzer（DIANA）．特殊な電子軌道により，一度に±60°の電子が投影される．（c）SPring-8にて開発された高分解能な阻止電位型電子エネルギー分析器（RFA）．±50°の電子が投影され，エネルギー分解能も良い（E/ΔE＝1,100）．4．光電子ホログラムから原子像へ変換する理論以下にホログラムから原子像に変換する理論を示す．27-36）観測される光電子の強度は下記で与えられる．2I kLkLh Lk ah( ) =∑φ( ) +∑ψ( , )（1）ここで，φL（k）は内殻電子から，励起された光電子の球面波動関数を表し，kは光電子の波数である．ここで，18日本結晶学会誌第62巻第1号（2020）