Development of high-polarization Fe/Ge neutron polarizing supermirror; Possibility of fine-tuning of scattering length density in ion beam sputtering

高偏極率Fe/Ge中性子偏極スーパーミラーの開発; イオンビームスパッタ法における散乱長密度微調整技術の可能性

丸山 龍治   ; 山崎 大  ; 阿久津 和宏*; 花島 隆泰*; 宮田 登*; 青木 裕之  ; 武田 全康  ; 曽山 和彦  

Maruyama, Ryuji; Yamazaki, Dai; Akutsu, Kazuhiro*; Hanashima, Takayasu*; Miyata, Noboru*; Aoki, Hiroyuki; Takeda, Masayasu; Soyama, Kazuhiko

イオンビームスパッタ法で成膜されたFe/Si及びFe/Ge多層膜に対して、X線及び偏極中性子反射率、走査型透過電子顕微鏡と組み合わされたエネルギー分散型X線分光分析等のプローブによって層構造や局所元素分析を行った。その結果、Fe/Ge多層膜のGe層に含まれたスパッタリングガスであるArが含まれることにより、Ge層の散乱長密度が減少し、(-)スピンの中性子に対するFeとGeの散乱長密度のコントラストがほぼ消失し偏極中性子反射において高偏極率となることがわかった。Ge層に含まれるArは、成膜時においてAeがGeターゲットで後方散乱することに起因することが知られており、偏極スーパーミラーの高偏極率化に必要な(-)スピン中性子に対する散乱長密度コントラストを微調整する新たな手法となる可能性を示すものである。この結果を基に、Niの5倍の全反射臨界角をもつFe/Ge偏極スーパーミラーを成膜し偏極反射率測定を行った結果、(+)スピン中性子の反射率が0.70以上、偏極率はビームラインの偏極性能が正しく補正されている領域においては0.985以上という高い偏極率を達成した。

The multilayer structure of Fe/Si and Fe/Ge systems fabricated by ion beam sputtering (IBS) was investigated using X-ray and polarized neutron reflectivity measurements and scanning transmission electron microscopy with energy-dispersive X-ray analysis. The obtained result revealed that the incorporation of sputtering gas particles (Ar) in the Ge layer gives rise to a marked reduction in the neutron scattering length density (SLD) and contributes to the SLD contrast between the Fe and Ge layers almost vanishing for spin-down neutrons. This leads to a possibility of fine-tuning of the SLD for the IBS, which is required to realize a high polarization efficiency of a neutron polarizing supermirror. Fe/Ge polarizing supermirror with fabricated showed a spin-up reflectivity of 0.70 at the critical momentum transfer. The polarization was higher than 0.985 for the range where the correction for the polarization inefficiencies of the beamline works properly.