回折格子を用いた蛍光選別EXAFSによる軽元素の局所構造解析

使用衍射光栅通过荧光选择 EXAFS 进行轻元素的局部结构分析

• 批准号: 22K19014
• 负责人: 雨宮 健太
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: High Energy Accelerator Research Organization
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19014/
• 关键词: 広域X線吸収微細構造; 蛍光X線選別; 軟X線; 軽元素; 蛍光選別EXAFS; 局所構造解析; 回折格子

吸収端が軟X線領域に含まれる軽元素(炭素，窒素，酸素など)に対する広域X線吸収微細構造(EXAFS)において，異なる元素の吸収端が互いに近接しているために広いエネルギー範囲にわたる吸収スペクトルを測定することができないという原理的な問題を解決するために，軟X線の吸収量に比例して放出される蛍光軟X線を，平面結像型回折格子によって軟X線CCDカメラ上に波長分散させる(異なる波長の蛍光軟X線を異なる位置に集光する)ことで，それぞれの元素からの蛍光軟X線を選別し，元素ごとの吸収スペクトルを取得するシステムを構築した。構築したシステムを高エネルギー加速器研究機構・物質構造科学研究所・放射光実験施設(PF)の軟X線ビームライン(BL-7A)に設置し，Cu上に成膜したCo3O4薄膜試料に対して，分光器で単色化した軟X線を照射し，500-1200 eVにわたる広いエネルギー範囲を掃引してEXAFS測定を行った。蛍光選別システムの軟X線CCDカメラ上において，酸素，コバルト，銅からの蛍光X線が別々の位置に結像されることが確認され，それぞれの蛍光X線の強度を入射軟X線の光子エネルギーに対してプロットすることによって，それぞれの元素に対するEXAFSスペクトルを得ることに成功した。特に，酸素のK吸収端EXAFSは，途中でコバルトや銅の強い吸収が重なることによって通常は測定が不可能だが，本手法を用いることで酸素からのシグナルだけを選別することができ，500-1200 eVという広いエネルギー範囲にわたってEXAFSスペクトルを得ることができた。

在吸收边位于软X射线区域的轻元素（碳、氮、氧等）的扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）中，由于不同元素的吸收边，会发生较宽能量范围的吸收。为了解决无法测量光谱的根本问题，我们将元素彼此靠近。荧光软X射线按照X射线吸收量的比例发射，通过平面成像衍射光栅将波长色散到软X射线CCD相机上（不同波长的荧光软X射线聚焦在），我们构建了一个系统，对每个元素的荧光软X射线进行分类并获得每个元素的吸收光谱。所构建的系统安装在高能加速器研究机构、材料结构科学研究所和同步辐射实验装置（PF）的软X射线束线（BL-7A）上，并应用于Co3O4薄膜样品EXAFS 测量是通过用光谱仪照射单色软 X 射线并扫描 500 至 1200 eV 的宽能量范围来进行的。在荧光分选系统的软X射线CCD相机上，确认来自氧、钴和铜的荧光X射线在不同位置成像，并根据光子计算每种荧光X射线的强度通过绘制能量图，我们成功获得了每种元素的 EXAFS 光谱。特别是，由于钴和铜的强吸收重叠，氧的 K 吸收端 EXAFS 通常无法测量，但通过使用此方法，可以仅选择来自氧的信号，并且 500-We 是能够获得 1200 eV 的宽能量范围内的 EXAFS 光谱。