Reflection high-energy positron diffraction study of surface super-structures

反射高速陽電子回折による最表面超構造の研究

河裾 厚男; 深谷 有喜*; 林 和彦; 橋本 美絵; 一宮 彪彦

Kawasuso, Atsuo; Fukaya, Yuki*; Hayashi, Kazuhiko; Hashimoto, Mie; Ichimiya, Ayahiko

よく収束された高平行な陽電子ビームを物質表面に小角入射させると全反射が起こる。そのため、反射高速陽電子回折(RHEPD)は最表面構造をバルクの影響なく決定するのに適した方法である。電磁レンズを用いることで、われわれは以前よりもコヒーレントな陽電子ビームを形成した。われわれは、Si-77表面からの陽電子回折図形が電子回折図形と強度分布において大きく異なっていることを見いだした。その違いは、表面における陽電子の熱散漫散乱を考慮することで合理的に説明できることがわかった。さらなる応用として、われわれはSi-Ag超薄膜の相転移を研究し、表面敏感な陽電子回折強度が特徴的な温度依存性を示すことを見いだした。動力学回折理論に基づき、その温度依存性は秩序・無秩序相転移によって説明できることが解明された。この結果は、表面分野において長い間論争となっていた問題に決着をつけた。さらに最近になり、われわれは陽電子と表面の相互作用が、特に非弾性散乱過程に関して、電子の場合とは異なることを見いだした。

Well-focused and highly parallel positron beam is totally reflected at the first surface layer when grazing incidence at a small enough angles. Therefore, the reflection high-energy positron diffraction (RHEPD) is suited to determine the surface structures without any disturbance from the bulk. Using the electro-magnetic lenses we developed a positron beam which has more coherence than before. We found that the RHEPD pattern from the Si-77 surface is considerably different from that of electron diffraction. The difference is reasonably explained as a strong thermal diffuse scattering of positrons. As a further application, we studied the phase transition of Si-Ag ultra-thin film. We found that the surface-sensitive diffraction spots exhibit significant temperature dependences. Based on the dynamical diffraction theory, the temperature dependences are reproduced considering the order-disorder phase transition. This will terminate the long debates in the surface science community. Furthermore, we recently found that the positron-surface interaction is different from the electron-surface interaction, especially in the elastic processes. We present the above recent advances of surface studies using RHEPD.