X線異常分散を利用した元素価数選択性X線ホログラフィー法の研究

• Project/Area Number: 15686025
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Physical properties of metals
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 林 好一 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (20283632)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥30,160,000 (Direct Cost: ¥23,200,000、Indirect Cost: ¥6,960,000); Fiscal Year 2005: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2004: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2003: ¥19,760,000 (Direct Cost: ¥15,200,000、Indirect Cost: ¥4,560,000)
• Keywords: X線ホログラフィー / X線異常分散 / 蛍光X線 / X線回折 / 局所構造 / 原子像 / ホログラフィー / X線散乱 / 単結晶 / 吸収端 / X線異常散

Research Abstract

蛍光X線ホログラフィーは、測定されたホログラムをフーリエ変換的な手法により一義的に原子配列を求める構造解析法であるが、従来のアルゴリズムでは多くの虚像が出現することが問題点であった。従って、本年度は新しい原子像再生アルゴリズムの開発を重点的に行った。一つは、昨年度提案した逆フーリエ変換解析法を応用し、抽出したホログラムの振動パターンを基に、ホログラムデータをフィッティングし最終的には原子像を求める方法である。まずは、12.0、12.5、13.0keVのX線による金単結晶の蛍光X線ホログラムを計算し、本手法の実行可能性を評価した。フーリエ変換法では、エネルギーが低いことやホログラムの数が少ないことから、殆ど原子像は再生されなかったが、本手法を適用することにより、ほぼ完全に本来の原子配置を再現した。また、同じエネルギーのX線によって測定した金単結晶の実験ホログラムに適用し同様の結果を得た。このため、実験データに対しても十分適用可能であることが分かった。他にも、GeやZnTe単結晶の蛍光X線ホログラムに対して本手法を用い解析してみたところ、ホログラム振動の減衰率は試料や元素によって大きく変わり、温度因子が大きく関っていることが判明した。
次は、従来、光電子ホログラフィーで成果を挙げてきた最大エントロピー法を用いたフィッティングアルゴリズムを蛍光X線ホログラフィーに適用した。従来のアルゴリズムは単一エネルギーホログラムにしか適用できなかったため、それを多重エネルギー用に改良した。ここでも、12:0、12.5、13.0keVの金単結晶ホログラムのデータを用いて、アルゴリズムの評価を行い、良好な原子像を得ることに成功した。処理に莫大な時間を要するため、東北大学の大型計算機センターで動作できるようプログラムを作成している。

Research Products

• [Journal Article] Elemental identification of a three dimensional environment by complex x-ray holography (2005)
  • Author(s): Y.Takahashi et al.
  • Journal Title: Physical Review B 171
• [Journal Article] Atomic imaging in EBCO superconductor films by an X-ray holography system using a toroidally bent graphite analyzer (2005)
  • Author(s): T.Sekioka et al.
  • Journal Title: Journal of Synchrotron Radiation 12 Pages: 530-533
• [Journal Article] Inverse Fourier analysis in X-ray fluorescence holography (2005)
  • Author(s): K.Hayashi
  • Journal Title: Physical Review B 71
• [Journal Article] X-ray fluorescence holography of 0.078 wt% copper in silicon steel (2005)
  • Author(s): K.Hayashi et al.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 238 Pages: 192-195
• [Journal Article] X線分光ホログラフィーで磁区構造を見る (2005)
  • Author(s): 林 好一
  • Journal Title: 現代化学 410 Pages: 12-13
• [Journal Article] Development and application of laboratory X-ray fluorescence holography equipment (2004)
  • Author(s): Y.Takahashi et al.
  • Journal Title: Powder Diffraction 19 Pages: 77-80
• [Journal Article] X-ray fluorescence holography study on Si_<1-x>Ge_x single crystal (2004)
  • Author(s): K.Hayashi et al.
  • Journal Title: Materials Transactions 45 Pages: 1994-1997
  • NAID: 10013336221
• [Journal Article] Three-dimensional atomic image around Mn atoms in dilute magnetic semiconductor Zn_<0.4>Mn_<0.6>Te obtained by X-ray fluorescence holography (2004)
  • Author(s): S.Hosokawa et al.
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 44 Pages: 1011-1012
• [Patent(Industrial Property Rights)] 逆X線光電子ホログラフィー装置及びその測定方法 (2005)
  • Inventor(s): 林 好一, 松原英一郎
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学
  • Industrial Property Number: 2005-118762
  • Filing Date: 2005-04-15
• [Publications] Y.Takahashi, K.Hayashi, E.Matsubara: "Complex X-ray holography"Physical Review. B68. 052103 (2003)
• [Publications] Y.Takahashi, K.Hayashi, E.Matsubara: "Development of a new holographic method with resonant X-ray scattering"Science and Technology of Advanced Materials. 4. 409-414 (2003)
• [Publications] 林 好一, 松原 英一郎: "原子分解能ホログラフィーによる三次元像再生技術の最近の進展"日本結晶学会誌. 第45巻第6号. 364-370 (2003)
• [Publications] T.Sekioka et al.: "Structure analysis of lattice defects in high Tc super conducting material bombarded by swift heavy ions using X-ray fluorescence holography"Proceedings of the 8^<th> Japan-Russia International Symposium on_Interaction_of_Fast_Charged Particles with_Solids. 127-131 (2003)
• [Publications] K.Hayashi et al.: "3D atomic imaging of SiGe system by X-ray fluorescence holography"Journal of Materials Science : Materials in Electronics. 14. 459-462 (2003)
• [Publications] 林 好一, 高橋幸生, 松原英一郎: "蛍光X線ホログラフィー"応用物理. 第72巻第7号. 865-871 (2003)