水素核偏極技術を用いた偏極中性子反射率測定

Polarized neutron reflectometry using proton-polarization technique

熊田 高之   ; 阿久津 和宏*; 大石 一城*; 森川 利明*; 河村 幸彦*; 佐原 雅恵*; 鈴木 淳市*; 鳥飼 直也*

Kumada, Takayuki; Akutsu, Kazuhiro*; Oishi, Kazuki*; Morikawa, Toshiaki*; Kawamura, Yukihiko*; Sahara, Masae*; Suzuki, Junichi*; Torikai, Naoya*

付加価値の高い機能性材料開発の現場では、物理・化学的性質が異なる複数の成分をナノレベルで混ぜ合わせることにより互いの短所を補い長所を引き出した複合材料の開発が行われている。その複合材料の開発においてカギとなるのが材料中における成分間の界面における構造的な結びつきである。中性子反射率法は、中性子反射率の波数依存性(反射率曲線)から物質の表面・界面の構造をサブナノメートルの精度で調べる手法である。今回我々は、偏極中性子と水素核偏極試料を用いるスピンコントラスト中性子反射率法を開発した。スピンコントラスト法は、中性子の水素核に対する散乱能が互いのスピン状態に強く依存する性質を利用して、試料中の水素核偏極度を段階的に制御して得られる複数の偏極中性子散乱データから複合材料における構造を成分毎に決定する手法である。本手法は1989年にStuhrmannらによって実証されて以来、小角散乱法と組み合わせて複合材料のナノ構造解析に用いられてきた。我々はそのスピンコントラスト法を反射率法に展開することにより、複合材料が作る複雑な界面構造の解析技術の確立を目指す。

Scattering power of neutron against proton remarkably depends on relative direction of these spins. Spin contrast variation (SCV) is a technique to determine structure of composite materials from their polarized neutron scattering profiles that vary as a function of proton polarization. Very recently, we succeeded in the first SCV neutron reflectometry measurement. We determined roughness of two surfaces of a thin-film polymer from the SCV neutron reflection curves. We will use this technique to study structures of multilayered films such as coupling agents (glues) between organic and inorganic materials.