Volume 25（2020）
1. 最近の研究から／FROM LATEST RESEARCH
[1]名古屋大学 大学院理学研究科 Graduate School of Science, Nagoya University、[2]富山大学 教養教育院 Institute of Liberal Arts and Sciences, University of Toyama、[3]名古屋大学 物質科学国際研究センター Research Center for Materials Science, Nagoya University
- Abstract
- 極紫外域における超高速非線形原子過程の基礎的理解を目指し、磁気ボトル型光電子分光器を用いた多電子−イオンコインシデンス計測の導入を行った。理研SACLAの軟X線ビームライン（BL1）から得られる極紫外レーザー（91 eV、30 fs、1.6 × 1012 W/cm2）を用いてXe原子の非線形多重イオン化過程を調べたところ、Xe4+イオンと同時計測された電子スペクトルには、Xe 4d内殻二重空孔状態への2光子吸収とこれに引き続くオージェ電子ピークが見出された。Xe4+イオンの生成にはXe2+イオンの4d内殻イオン化を経由する経路が知られていたものの、多電子−イオンコインシデンス計測を用いることによって初めて、4d空孔状態の寿命と競合して生成する4d二重空孔状態がXeの非線形光学応答に大きく寄与していることが明らかとなった。
（国）理化学研究所 放射光科学研究センター XFEL研究開発部門 XFEL Research and Development Division, RIKEN SPring-8 Center
- Abstract
- 超高ピーク輝度、ほぼ完全な空間コヒーレンス、約10 fsの超短パルス幅という、これまでのX線光源にはない特性をもつX線自由電子レーザー（XFEL）の登場により、X線計測技術は飛躍的な進歩を遂げている。本研究では、新たなXFEL計測技術の開拓を目的とし、X線ビームスプリッタやダメージフリーなチャネルカット結晶、ギャップ幅が約100 μmのマイクロチャネルカット結晶といった新奇結晶光学素子を開発し、分割遅延光学系によるピコ秒間隔のダブルパルスXFELや反射型セルフシード法による高強度狭帯域XFELの発生を実現した。両技術を複合的に活用することで、高強度なダブルパルスXFELが発生でき、原子スケールの自発的な揺らぎの緩和時間や、XFEL照射によって生じる電子状態や結晶構造等の変化を、数フェムト秒から最大数百ピコ秒に渡って計測できると期待される。
Institute for Planetary Materials, Okayama University / Bayerisches Geoinstitut, University of Bayreuth
- Abstract
- High-pressure and high-temperature experiments are indispensable to understand the Earth's interior. Large volume press (LVP) can generate pressures in a much larger volume than that of the diamond anvil cell, and has been widely used in various X-ray measurements revealing physical and chemical properties of minerals under the Earth's mantle conditions. Development of X-ray transparent cell in LVP is, thus, essential. In this study, I developed a boron-doped diamond (BDD) heating element, which is both refractory and X-ray transparent; and a boron-MgO composite pressure medium, which is highly X-ray transparent without sacrificing the pressure generation efficiency. With BDD heater, I succeeded in generating temperature as high as 4000 K at ~15 GPa. Then, I tried to apply the BDD heating element to in-situ falling sphere viscometry, which is the best method to directly measure viscosity under high-pressure conditions. Thanks to the ideal characteristics of BDD heater, I succeeded in measuring viscosity of forsterite, enstatite and diopside liquids up to 30 GPa by in-situ falling sphere viscometry. The new viscosity data set infers that a bridgmanite-enriched layer should form at the top lower-mantle during the cooling of magma ocean.
[1]京都大学 触媒・電池元素戦略研究拠点 Elements Strategy Initiative for Catalysts & Batteries (ESICB), Kyoto University、[2]龍谷大学 先端理工学部 Department of Materials Chemistry, Ryukoku University、[3]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 分光・イメージング推進室 Spectroscopy and Imaging Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI、[4]京都大学 大学院工学研究科 Graduate School of Engineering, Kyoto University
- Abstract
- 自動車触媒の必要構成要素である酸素貯蔵材料の開発を行っており、最近、Sr3Fe2O7-δが優れた酸素貯蔵能を示すことを見出した。酸素貯蔵速度の評価は、系内に水素もしくは酸素ガスを瞬時に導入した際の酸素放出・貯蔵挙動をin-situ DXAFS法により測定することで行った。その結果、Sr3Fe2O7-δにPdを担持することで、反応律速であった表面での水素乖離が促進し、劇的に酸素放出速度が向上することを精度よく分析することに成功した。また、異種元素置換型Sr3Fe2O7-δにおいて、Feサイトを一部Mnに置き換えた材料が、高い酸素放出速度を示すことも見出した。Mn置換材料の結果から、酸素放出には水素乖離などの表面反応だけでなく、酸素放出前後の微小な構造変化も大きな影響を与えることを明らかにした。
[1]岡山大学 異分野基礎科学研究所 Research Institute for Interdisciplinary Science, Okayama University、[2]京都大学 複合原子力科学研究所 Institute for Integrated Radiation and Nuclear Science, Kyoto University、[3]（国）理化学研究所 放射光科学研究センター RIKEN SPring-8 Center、[4]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 回折・散乱推進室 Diffraction and Scattering Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
- Abstract
- トリウムの同位体の1つである229Thの原子核はおよそ8 eVという、特異的に低いエネルギーの第一励起状態（229mTh）をもつ。229mThは真空紫外領域のレーザー光で励起が可能であるため、229Th原子核を用いた超高精度な“原子核時計”などの様々な応用の可能性があり、多くの研究者の興味を惹いている。しかしながら、229mThへの励起や、229mThの脱励起光の観測に成功した例はない。一方、我々のグループはSPring-8の高品質X線ビームを用いた独自の手法で229mThを生成し、世界初の脱励起光観測に向けて研究を進めている。本記事では、2018年の実験で成功した229mTh生成実験について主に紹介する。
Application of Synchrotron Radiation in Materials Crystallography
[1]Department of Chemistry, University of Aarhus、[2]Graduate School of Science, Hiroshima University、[3]Faculty of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba
[1]広島大学 大学院理学研究科 Graduate School of Science, Hiroshima University、[2]大阪府立大学 大学院理学系研究科 Graduate School of Science, Osaka Prefecture University、[3]筑波大学 数理物質系／エネルギー物質科学研究センター Faculty of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba / Tsukuba Research Center for Energy Materials Science
愛媛大学 地球深部ダイナミクス研究センター Geodynamics Research Center, Ehime University
[1]（国）産業技術総合研究所 太陽光発電研究センター Research Center for Photovoltaics, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology、[2]埼玉大学 大学院理工学研究科 Graduate School of Science and Engineering, Saitama University、[3]東北大学 大学院工学研究科 School of Engineering, Tohoku University、[4]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 産業利用推進室 Industrial Application Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
- Abstract
- 長期利用課題（課題番号：2017A0136～2018B0136）において金属ハライドペロブスカイトや有機半導体の成膜過程のリアルタイムX線回折測定や、有機薄膜のコンビナトリアルライブラリのX線回折測定に取り組んだ。本稿では金属ハライドペロブスカイトのレーザー蒸着過程のリアルタイムX線回折について報告する。近年注目を集めているペロブスカイト太陽電池において、成膜過程の解析は重要な研究課題であると言える。SPring-8のBL46XUに設置し、X線回折リアルタイム測定が可能な小型レーザー蒸着装置を構築した。当該装置を用いて金属ハライドペロブスカイトの共蒸着過程および交互積層過程のリアルタイムX線回折測定を実施し、薄膜形成過程のダイナミクスを解析することに成功した。特に交互積層過程においては平坦なPbI2結晶がLayer-by-layerで形成されていくことを示すラウエ振動やペロブスカイトに変換されていく過程での格子定数変化など特異なダイナミクスを見出すことに成功した。結晶成長ダイナミクス解析に関する当該測定システムの利点を示すことができたため、今後のペロブスカイト太陽電池の研究開発における重要な研究ツールになるものと考えられる。
[1]山梨大学 燃料電池ナノ材料研究センター Fuel Cell Nanomaterials Center, University of Yamanashi、[2]（株）日産アーク 解析プラットフォーム開発部 Analysis PF Department, Nissan ARC, Ltd.、[3]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 産業利用推進室 Industrial Application Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI、[4]山梨大学 クリーンエネルギー研究センター Clean Energy Research Center, University of Yamanashi
- Abstract
- 電気化学反応速度と硬X線光電子分光スペクトルの同時測定が可能なoperando装置を開発した。電極触媒などの測定サンプルに対して反応物を含んだ溶液を温度・流速制御のもと層流で供給し続けるため、電気化学反応を厳密に測定あるいは任意に制御することができる。一方、溶液と超高真空の異なった環境を15 nm程度の厚さのSi3N4ウィンドウで「つなげる」ことにより、operando硬X線光電子分光スペクトルを行うことも可能となった。本装置の機構および本装置を用いて得られた結果について報告する。
[1]大阪大学 大学院医学系研究科 神経内科学 Department of Neurology, Graduate School of Medicine, Osaka University、[2]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター タンパク質結晶解析推進室 Protein Crystal Analysis Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
- Abstract
- パーキンソン病はアルツハイマー病に次いで2番目に多い神経変性疾患であり、その発症機序はいまだ不明であり、進行を抑制する根本的治療も存在しない。古くからパーキンソン病患者の脳内にはレビー小体という特徴的な異常凝集体が見られることがわかっており、病態解明の重要な手がかりであると考えられてきた。近年、この凝集体がプリオンのように脳内を伝播するという報告が次々となされた。しかしながら、それらの報告は人工的に作成したアミロイド線維の断片を細胞や動物に接種した実験であり、患者の脳内でそのような現象が実際に起こっているという十分な証拠はない。そこで、我々は顕微赤外分光やX線マイクロビームを用いて、パーキンソン病患者剖検脳内のレビー小体に対する微細構造解析を行い、患者の脳内でも異常凝集体が伝播していることを支持する重要な証拠を得るとともにパーキンソン病の新たな疾患概念を提唱するに至った。
[1]新学術領域研究「3D活性サイト科学」領域代表／（公財）豊田理化学研究所 Toyota Physical and Chemical Research Institute、[2]名古屋工業大学 大学院工学研究科 Department of Physical Science and Engineering, Nagoya Institute of Technology、[3]奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学領域 Division of Materials Science, Nara Institute of Science and Technology (NAIST)
- Abstract
- 科研費新学術領域「3D活性サイト科学」は、孤立原子周辺の立体原子配列をホログラフィーの手法で解明して局所物性科学の創出と応用を目指したプロジェクトである。平成26年度（2014年度）に開始され、5年後の2019年3月に多くの成果を得て無事に終了した。SPring-8、PF、J-PARCという大型施設を利用するという特徴的な新学術領域であった。5年間の領域メンバーの努力により、無機物質から触媒、有機物質、タンパク質まで、300近い試料の活性サイトの測定を行い、当初の目的は達成された。予想できないような構造も実験的に得られ、その表記法も確立し、新しい機能を生み出す活性サイトも提案されるなど、領域の目指す新しい学理「局所機能構造科学」が生まれつつある。領域終了後も領域内で培われた共同研究が続いており、本領域の分野は今後も益々発展していくと思われる。
[1]（国）量子科学技術研究開発機構 量子ビーム科学研究部門 Quantum Beam Science Research Directorate, National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology、[2]（国）理化学研究所 東原子分子物理研究室 Atomic, Molecular and Optical Physics Laboratory, RIKEN、[3]自然科学研究機構 分子科学研究所 極端紫外光研究施設 UVSOR Synchrotron Facility, Institute for Molecular Science, National Institutes of Natural Sciences
- Abstract
- SACLAの軟X線ビームラインBL1を用いて、世界で初めて極端紫外領域（EUV, extreme ultra-violet）における「超蛍光」の観測に成功した[1][1] J. R. Harries et al.: Phys. Rev. Lett. 121 (2018) 263201.。励起状態にある複数の原子（又は分子等）が協調し発光をする現象「超蛍光」は、基礎的な量子光学現象として注目を浴びる一方、コヒーレンス性の高い光源としての利用や、感度の高い検出法として期待されている。可視光領域では多くの実用例はあるが、今回初めて短波長領域への展開に成功した。ここでは今回の観測の詳細について紹介し、今後の期待を簡単に述べる。
2. 研究会等報告／WORKSHOP AND COMMITTEE REPORT
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 産業利用推進室 Industrial Application Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
[1]SPring-8ユーザー協同体（SPRUC）行事幹事／筑波大学 数理物質系 Faculty of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba、[2]岡山大学 異分野基礎科学研究所 Research Institute for Interdisciplinary Science, Okayama University
SPring-8夏の学校実行委員会 委員長 SPring-8 Summer School Executive Committee, Chair
[1]（国）理化学研究所 放射光科学研究センター RIKEN SPring-8 Center、[2]（公財）高輝度光科学研究センター 光源基盤部門 Light Source Division, JASRI、[3]高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 Institute of Materials Structure Science, High Energy Accelerator Research Organization (KEK)
- Abstract
- 吸引力相殺型アンジュレータとは、周期磁場を発生する上下磁石列の間に働く吸引力を相殺する機構を備えた、新たな概念に基づくアンジュレータである。同機構により、上下磁石列を保持し、またそれらのギャップを高精度に制御する駆動架台に加わる機械負荷が磁石列の自重程度にまで軽減される。このため駆動架台を構成する様々な部品への要求仕様が緩和され、その構造を大幅に簡素化することが可能になる。駆動架台の構造簡素化はアンジュレータの製造コストの削減や製造期間の短縮に極めて有効であるため、その実用化に向けた研究開発が著者らのグループによって行われてきた。原理検証や各種試験を経て最初の実用機が2018年3月に完成し、1年間のビーム試験を経てSPring-8のBL10XU用光源として導入された。
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 産業利用推進室 Industrial Application Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
- Abstract
- 放射光を用いたX線CT測定の冷凍食品分野への応用を目的とした技術開発事例を紹介する。冷凍食品中の凍結組織を構成する氷と食材の密度差は小さく、管球光源の白色X線を用いた実験室系のX線CT装置ではその組織を識別することは困難である。この問題の解決手段として、放射光から得られる高輝度単色X線を活用することで凍結組織のX線CT断層像のコントラストを向上し、冷凍食品内部組織の非破壊観察を実現可能か、産業利用ビームラインBL19B2において技術検討した。まず、X線CT装置上で冷凍試料を凍結保持するための液体窒素吹付試料冷却装置を開発した。この装置を用いて冷凍マグロ試料のX線CT測定を行った。その結果、凍結組織中のマグロの筋肉成分の凝集組織と氷を明確に識別できるだけでなく、得られたX線線吸収係数の分布の定量的なデータから冷凍による組織の密度変化の評価にまで応用可能になることが示された。
[1]（公財）高輝度光科学研究センター XFEL利用研究推進室 XFEL Utilization Division, JASRI、[2]（国）理化学研究所 放射光科学研究センター RIKEN SPring-8 Center
- Abstract
- X線自由電子レーザー（x-ray free electron laser; XFEL）の特性を利用した代表的な研究手法の一つに、短パルス光学レーザーをポンプとしたポンプ・プローブ計測がある。本報告で紹介する大出力レーザーも短パルスレーザーの一種であるが、その出力は数百TW（～1014 W）級と非常に大きい。このような大出力レーザーのパルスを微小な空間領域に集光して試料に照射することで、非常に高いエネルギー密度状態を作り出すことができる。高エネルギー密度状態下での物質状態や物理現象をXFELにより超高速に診断することを主な利用目的として、SACLAに大出力レーザー（最大出力500 TW）を備えた実験基盤（BL2 EH6）が整備され、そのユーザー供用が2018年度に開始された。本報告では、この実験基盤の整備・開発状況と今後の展望について紹介する。
3. SPring-8/SACLA通信／SPring-8/SACLA COMMUNICATIONS
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 産業利用推進室 Industrial Application Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
（公財）高輝度光科学研究センター XFEL利用研究推進室 XFEL Utilization Division, JASRI
[1]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI、[2]（国）理化学研究所 放射光科学研究センター RIKEN SPring-8 Center
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 分光・イメージング推進室 Spectroscopy and Imaging Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 分光・イメージング推進室 Spectroscopy and Imaging Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC）行事幹事／岡山大学 異分野基礎科学研究所 Research Institute for Interdisciplinary Science, Okayama University
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 回折・散乱推進室 Diffraction and Scattering Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 分光・イメージング推進室 Spectroscopy and Imaging Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
[1]（公財）高輝度光科学研究センター 利用推進部／放射光利用研究基盤センター 分光・イメージング推進室 User Administration Division / Spectroscopy and Imaging Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI、[2]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI、[3]（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 産業利用推進室 Industrial Application Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
4. 談話室・ユーザー便り／USER LOUNGE・LETTERS FROM USERS
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC）会長／広島大学 大学院先進理工系科学研究科 Graduate School of Advanced Science and Engineering, Hiroshima University
[1]SPring-8利用推進協議会事務局／（公財）高輝度光科学研究センター 常務理事 Executive Managing Director of JASRI、[2]（公財）高輝度光科学研究センター 利用推進部 User Administration Division, JASRI
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC）会長／広島大学 大学院先進理工系科学研究科 Graduate School of Advanced Science and Engineering, Hiroshima University
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 分光・イメージング推進室 Spectroscopy and Imaging Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 分光・イメージング推進室 Spectroscopy and Imaging Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
5. 告知板／ANNOUNCEMENTS
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC）会長／広島大学 大学院先進理工系科学研究科 Graduate School of Advanced Science and Engineering, Hiroshima University
（公財）高輝度光科学研究センター 放射光利用研究基盤センター 分光・イメージング推進室 Spectroscopy and Imaging Division, Center for Synchrotron Radiation Research, JASRI
SPring-8ユーザー協同体（SPRUC）会長／関西学院大学 研究創発センター Center of Research Initiative, Kwansei Gakuin University
