成功地可视化所选元素周围的结构，无论它们是结晶还是非晶〜开发了荧光X射线全息/X射线异常散射组合测量装置〜

高亮度光科学研究中心
V体育

摘要

　研究小组包括高亮度光子科学研究中心首席研究员Hiroo Tajiri、客座研究员Shinji Ohara（国立材料科学研究所课题组组长）、V体育Koichi Hayashi教授（高亮度光子科学研究中心客座研究员），是一个大型同步辐射设施Spring-8^※1BL47XU，我成功了：
1) 晶体和非晶态（玻璃）^※2可以分析看似矛盾的材料相的局部结构的荧光X线全息^※3・X线反常散射^※4我们开发了一种复杂的测量设备。
2) 由于将两种测量方法组合到一台设备中的协同效应而产生荧光X通过线全息术，我们成功地可视化了沸石的局部结构，这在以前很难测量。
３）X线反常散射使用高亮度波荡器光和三重测量系统以元素选择性和高通量（高精度和3您现在的提取速度可以提高两倍以上。
4) 由于关注同步加速器辐射的波长选择性并开发了一种独立于材料相的装置，10μm这使得局部结构测量（例如微型样品的测量）实现了重大飞跃，并极大地扩展了使用这两种方法可以分析的目标物质的范围。预计未来将用于多种晶态和非晶态（玻璃）功能材料的分析和研发。
　该研究成果发表在英国国际科学杂志``''12月24

研究背景

纳米技术的最新进展使得在原子水平上创建材料成为可能，并且已经创建了许多功能材料。与此同时，为了使功能材料更加复杂和高性能，对“在原子水平上可视化材料的哪些部分参与所获得的功能”的需求不断增加。有几种已知的同步加速器辐射实验方法可以实现这一目标。例如，为了可视化晶体内形成的局部结构（例如，添加杂质周围的局部结构，这在半导体中很常见），荧光X如何使用线全息术分析玻璃等特定非晶元素周围的局部结构X利用线反常散射。另一方面，使用这两种测量方法进行分析需要使用单独的实验设备和光束线进行实验，效率不高。最重要的是，从材料开发的角度来看，需要极大地扩大使用这两种方法可以观察的目标物质的范围。

研究内容和结果

　研究小组能够分析两种看似矛盾的材料相的局部结构：晶体内形成的局部结构和非晶态（玻璃）内的规则结构X线全息·X我们开发了一种异常线散射复合测量装置（图1）。对于实验来说，整个设备系统可以在开放的舱口空间中轻松地进出BL47XU
荧光X在线全息实验中，我们成功地可视化了沸石（分数点）中钙周围的局部结构，这是很难测量的（图2）。沸石通常不会形成清晰的全息图并且具有荧光X这是一种难以在线全息复制的材料。在该装置中，来自沸石晶体的布拉格反思^※5X10μm即使是小样品也能发出荧光X使用线全息术进行结构测量的道路已经打开。
　在X射线反常散射实验中，除了高强度波荡器光外，我们还配备了三个以氟化锂为光谱晶体的能量分辨测量系统，以元素选择性和高通量（高精度和3现在提取速度可以提高两倍以上（图3）。X线异常散射方法用于检测感兴趣的元素X线吸收边缘附近的两种能量X各自使用一条线X通过测量线散射图案并获取差异，仅提取与感兴趣元素相关的信息。该设备使用光谱晶体进行散射X由于它使用线的能量分辨测量，因此可以执行仅提取弹性散射的高精度测量，从而消除了过去存在问题的康普顿散射和共振拉曼散射等不必要的成分。在这项研究中，Spring-8，银(银) 定位元素X我们进行了反常线散射实验。当然X还可以通过将其与聚焦元件结合来测量线异常散射中的小区域。

未来发展

荧光X线全息术和X所有反常线散射方法的一个共同特征是，它们通过有效利用同步加速器辐射的波长选择性来实现元素选择性结构分析。研究小组着眼于这一点，开发了一种不限于晶体或非晶（玻璃）材料相的装置。结果，它带来了局部结构测量的重大飞跃，使得传统实验设备无法进行的测量成为可能，并大大扩展了两种方法可以分析的目标物质的范围。预计该方法未来将用于多种晶态和非晶态（玻璃）功能材料的分析和研发。此外，它有望发挥探针的作用，探索如何全面理解功能材料中局部结构与功能之间的关系，无论材料相如何。

致谢

　这项研究得到了日本学术振兴会科学研究/学术转化领域研究补助金的支持(A)“超有序结构创造的凝聚态科学”(20H05878、20H05880、20H05881)的一部分完成的

论文信息

标题：结合使用 X 射线荧光全息术和反常 X 射线散射对局部结构进行元素特异性分析的衍射仪
日语翻译：荧光X线全息术和X通过结合反常线散射对局部结构进行元素选择性分析的衍射仪
作者：Hiroo Tajiri、Shinji Kohara、Sekhar Halubai、Haruto Morimoto、Naohisa Happo、Jens R Stellhorn、Yohei Onodera、Xvsheng Qiao、Daisuke Urushihara、Peidong Hu、Toru Wakihara、Toyohiko Kinoshita 和 Koich Hayashi
期刊名称：同步辐射杂志
DOI：

参考信息

术语表

※１．大型同步辐射设施Spring-8
位于兵库县播磨科学园区、由 RIKEN 拥有的大型同步辐射设施，可产生世界上最高性能的同步辐射，为用户提供支持JASRISpring-8的名字是S上P霍顿环8GeVSpring-8，正在利用同步加速器辐射进行广泛的研究，包括纳米技术、生物技术和工业应用。

※２．晶体和非晶态（玻璃）
玻璃是通过在高温下加热原材料、快速冷却所得熔体并使其固化而不结晶而获得的。与原子规则排列的“晶体”相反的周期性重复结构(长程结构)的固体被称为“非晶态”，其中一些被归类为玻璃。

※３．荧光X线全息
全息术是一种使物体三维可视化的光学技术，可用于日常事务，例如防止伪造纸币和信用卡。被物体散射的光(物体波)以及穿过而没有散射的光(参考波)被称为全息图，通过将光照射到生成的全息图上，可以重建三维图像，看起来就像原始物体在那里一样。荧光X线全息术是该技术在原子尺度上的应用。

※４．X异常线散射
辐照X该谱线具有样品中所含元素的独特能量(X线吸收边缘)时样本的XLyray散射能力对于元素有选择性地变化很大(称为反常色散效应)。X线异常散射是一种实验方法，利用这种异常散射效应选择性地提取所选元素周围的结构信息。

※５．布拉格反思
在原子规则排列的材料中，例如晶体X当光线入射时，它被原子散射X衍射是一种光线相互干扰并在特定方向上相互增强或减弱的现象。这是X这是由于线条的波浪性质造成的。其中，当彼此加强时发生的反射布拉格这称为反射。

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