東北大学の研究チームは、3GeV高輝度放射光施設「Nano Terasu」のビームラインBL10Uを活用し、テンダーX線から硬X線領域にわたる広帯域での高分解能X線タイコグラフィ装置の開発に成功した（ニュースリリース）。
ナノメートルスケールで物質の構造を高精度に可視化することは、エネルギー材料や生物学、環境分野における革新的な技術開発に不可欠。中でもX線タイコグラフィは、非破壊で高解像な観察が可能な手法として注目を集めている。
一方で、X線エネルギーを変化させながら高空間分解能で構造と化学状態を可視化する「X線スペクトロタイコグラフィ」は、従来の光学系では色収差や集光位置のズレにより、テンダーX線領域では困難とされてきた。また、テンダーX線に対応した高速で高ダイナミックレンジの画像検出器の不足も、観察精度の限界要因だった。
この研究では、先端的なX線集光ミラー、高速積分型X線画像検出器「CITIUS（シティウス）」を活用し、テンダーX線から硬X線までの広いエネルギー範囲に対応する高分解能X線タイコグラフィ装置を開発した。
X線集光ミラーは色収差・コマ収差のないAdvanced Kirkpatrick-Baezミラーであり、X線エネルギーを変更してもビームの集光位置が変化せず、測定中の再調整が不要となった。また、CITIUSは1ms以下の高速フレームレートと高感度・広ダイナミックレンジを兼ね備えており、従来の検出器では難しかったテンダーX線領域での微弱なX線信号の取得や、エネルギーをまたいだ連続測定にも威力を発揮した。
この装置をNano TerasuのビームラインBL10Uに設置し、テスト試料の測定を行ったところ、2.5keVで38.7nm、5.0keVで13.4nm、7.5keVで16.1nmの分解能が得られた。また、硫酸カルシウム試料のカルシウムおよび硫黄のK吸収端付近でのナノメートルスケールでの像再生および数十nmスケールのX線吸収スペクトルの取得に成功した。
今後は、電池材料、金属合金、触媒などの産業応用材料を対象に、さらに高分解能・高安定性を追求したX線スペクトロタイコグラフィの展開を目指し、マテリアルDXやグリーントランスフォーメーションに資する分析手法としての活用が期待される。
