理研,X線タイコグラフィで試料のXAFSを取得する手法を開発

理化学研究所(理研)の研究グループは,X線タイコグラフィを用いて試料のX線吸収微細構造(XAFS)を取得する「タイコグラフィ-XAFS法」を開発し,酸素吸蔵・放出材料の酸素拡散分布を可視化することに成功した(ニュースリリース)。

X線タイコグラフィはX線の可干渉性(コヒーレンス)を利用したイメージング技術であり,高い空間分解能を持つ。一方,XAFS法は,試料の電子状態や局所構造を解析する方法として,放射光の主要分析ツールとなっている。

近年,放射光X線ビームを集光して,試料の微視的なXAFSを取得する顕微XAFS法が盛んに研究されている。しかし,集光素子の性能によって実用的な空間分解能が制限されるため,空間分解能の向上が課題となっていた。

今回,共同グループは,X線タイコグラフィを用いてXAFSを取得する「タイコグラフィ-XAFS法」を新たに開発した。タイコグラフィ-XAFS法では,試料によるX線の位相シフト量を反映した「位相像」に加えて,X線の吸収量を反映した「振幅像」を再構成する必要がある。研究グループは,従来の位相回復アルゴリズムを改良することで,振幅像を定量的に再構成することを可能にした。

実際に大型放射光施設「SPring-8」で測定したところ,従来の顕微XAFS法を超える空間分解能で酸素吸蔵・放出材料のXAFSを取得することに成功した。XAFSを解析することで密度と価数の分布を2次元的にマッピングし,それらの相関を解析することで,酸素拡散の様子を可視化することにも成功した。

今後,タイコグラフィ-XAFS法はさまざまな先端機能性材料のナノ構造・化学状態分析への応用が期待できるという。現状では,一つの試料に数時間の測定時間を要しており,空間分解能も数十nmだが,SPring-8よりX線の輝度が10~100倍大きな次世代放射光施設では,数分の測定時間で,数nmの空間分解能が実現され,先端機能性材料の設計・開発に期待できるとしている。

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