スピンコントラスト変調中性子反射率法の開発

Development of spin-contrast-variation neutron reflectometry

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

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

J-PARC MLF SHARAKU (BL17)を用いてスピンコントラスト変調中性子反射率実験に成功した。ポリスチレン単層膜において偏極中性子反射率曲線は振動やスロープも含めて水素核偏極度とともに理論予測どおりに変化した。本結果は表面およびシリコン基板との界面を含めて単層膜が均一に偏極していることを実証するものである。また、ラメラ積層構造を持つスチレン・イソプレンブロック共重合体の反射率曲線は核偏極によって複雑に変化した。無偏極および正負核偏極時の反射率曲線に対してグローバルフィッティングをかけることにより、多層膜表面にラメラ周期程度の深さのホールが多数存在することを見出した。本結果は顕微鏡観察のデータとも良い一致を示した。

We developed a technique of spin-contrast-variation neutron reflectometry (SCV-NR). Polarized-neutron reflectivity curves of a styrene homopolymer film vary as a function of their proton-polarization, P, coherently with what expected when the films are homogeneously polarized. This result ensures that the SCV-NR curves are not deformed by inhomogeneous P in the film, but determine the structures of surfaces and interfaces properly. Conventional unpolarized neutron reflectivity UNR and negatively-polarized SCV-NR curves of poly(styrene-block-isoprene) (PSPI) films are reproduced by the model that the film has a flat free surface, but positively-polarized SCV-NR curves are not. We found from the global fit that the holes with the depth corresponding to one period of periodic lamellae are produced on the free surface of the PSPI films, whose reflection is hidden by strong one from the PSPI-Si interface in the UNR and negatively-polarized SCV-NR curves.