Li化学状態の空間分布を可視化する極低エネルギー軟X線顕微鏡の開発
Project/Area Number |
20H02853
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology (2021-2023) High Energy Accelerator Research Organization (2020) |
Principal Investigator |
堀場 弘司 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 放射光科学研究センター, 上席研究員 (10415292)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北村 未歩 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光量子科学研究所 放射光科学研究センター, 併任 (00783581)
細野 英司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (80462852)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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Budget Amount *help |
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2020: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
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Keywords | 軟X線吸収分光 / Liイオン電池 / 転換可視蛍光収量 |
Outline of Research at the Start |
Liイオン電池等の蓄エネルギーシステムは、固体電極活物質内へのイオンの空間的移動を動作原理とするため、物質中におけるLiイオンの空間的挙動を解明することは非常に重要である。しかしLi元素における唯一のX線吸収端である50 eV付近の極低エネルギー軟X線は物質への透過力が非常に小さいため、通常の軟X線顕微分光の適用が困難であった。そこで本研究では、反射型集光素子や転換可視蛍光収量法などの新しい要素技術を適用して、極低エネルギー軟X線領域でも利用可能な走査型透過軟X線顕微鏡を開発し、Liイオン電池等におけるLiイオン化学状態のナノスケール空間分布の可視化を目指す。
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Outline of Annual Research Achievements |
Liは蓄エネルギーデバイスの根幹を担う元素として近年その重要性が益々高まっており、特にLiイオン電池等の蓄エネルギーシステムは、固体電極活物質内へのイオンの空間的移動を動作原理とするため、物質中におけるLiイオンの空間的挙動を解明することは非常に重要である。Liイオンを元素識別するためにはX線吸収端の利用が必要不可欠であるが、Li元素における唯一のX線吸収端である50 eV付近の極低エネルギー軟X線は物質への透過力が非常に小さいため、通常の透過型集光素子や試料透過X線測定を用いた軟X線顕微分光の適用が困難である。そこで本研究では、反射型集光素子や転換可視蛍光収量法などの新しい要素技術を適用して、極低エネルギー軟X線領域でも利用可能な走査型透過軟X線顕微鏡を開発し、Liイオン電池等におけるLiイオン化学状態のナノスケール空間分布の可視化を目指す。これまでに、50eVでの集光が可能な反射型集光素子であるK-Bミラーシステムの設計・作製を行い、10ミクロン級の集光に成功した。またこの集光システムをARPES装置に組み込み、空間分解能10ミクロンでの分光測定に成功した。 令和4年度は、この開発したマイクロ集光ARPESシステムを用いて様々な微小試料や不均一試料における顕微分光計測を行うとともに、別ビームラインにおいてLiイオンのX線吸収分光計測に取り組み、金属LiやLi化合物等の試料においてLiK吸収端の吸収分光計測に成功した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究申請における達成目標は、目的である「50 eVの極低エネルギー軟X線領域でも利用可能な走査型透過軟X線顕微鏡」を完成させることにある。完成までの工程としては、 ①転換可視蛍光収量法の改善に取り組み、50 eVの極低エネルギー軟X線において高効率・高性能で利用可能なシンチレーション基板の探索と検出システムの最適化を行う。 ②K-Bミラー集光システムを構築し、50 eVの極低エネルギー軟X線においてマイクロビームを達成する。 ③①と②の両者を融合し、また顕微分光用の高精度試料走査ステージと組み合わせてシステム化することで、50 eVの極低エネルギー軟X線領域でも利用可能な走査型透過軟X線顕微鏡を実現する。 の3段階に分けられる。 現在までに②のK-Bミラー集光システムによる50 eVの極低エネルギー軟X線のマイクロ集光を実現しており、空間分解能10μmでの分光計測に成功していることから、ほぼ目標を達成出来ている。また①についても検出システムの開発が進んでおり、計画通り順調に推移している。
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Strategy for Future Research Activity |
本研究申請における達成目標は、目的である「50 eVの極低エネルギー軟X線領域でも利用可能な走査型透過軟X線顕微鏡」を完成させることにある。完成までの工程としては、 ①転換可視蛍光収量法の改善に取り組み、50 eVの極低エネルギー軟X線において高効率・高性能で利用可能なシンチレーション基板の探索と検出システムの最適化を行う。 ②K-Bミラー集光システムを構築し、50 eVの極低エネルギー軟X線においてマイクロビームを達成する。 ③①と②の両者を融合し、また顕微分光用の高精度試料走査ステージと組み合わせてシステム化することで、50 eVの極低エネルギー軟X線領域でも利用可能な走査型透過軟X線顕微鏡を実現する。 の3段階に分けられる。 現在までに②のK-Bミラー集光システムによる50 eVの極低エネルギー軟X線のマイクロ集光および顕微分光実験を実現しており、今後は引き続き①の検出システム開発に重点的に取り組んでいく予定である。
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Report
(3 results)
Research Products
(50 results)
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[Journal Article] Direct Imaging of Band Structure for Powdered Rhombohedral Boron Monosulfide by Microfocused ARPES2023
Author(s)
Katsuaki Sugawara, Haruki Kusaka, Tappei Kawakami, Koki Yanagizawa, Asuka Honma, Seigo Souma, Kosuke Nakayama, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi, Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Takashi Takahashi, Shin-ichi Orimo, Masayuki Toyoda, Susumu Saito, Takahiro Kondo, and Takafumi Sato
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Journal Title
Nano Letters
Volume: 23
Issue: 5
Pages: 1673-1679
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Design of nano-ARPES beamline at 3-GeV next-generation synchrotron radiation facility, NanoTerasu2022
Author(s)
K. Horiba, T. Imazono, H. Iwasawa, K. Fujii, J. Miyawaki, Y. Ohtsubo, N. Inami, T. Nakatani, K. Inaba, A. Agui, H. Kimura, and M. Takahasi
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Journal Title
Journal of Physics: Conference Series
Volume: 2380
Issue: 1
Pages: 012034-012034
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Development of a versatile micro-focused ARPES system with Kirkpatrick-Baez mirror optics2022
Author(s)
M. Kitamura, S. Souma, A. Honma, D. Wakabayashi, H. Tanaka, A. Toyoshima, K. Amemiya, T. Kawakami, K. Sugawara, K. Nakayama, K. Yoshimatsu, H. Kumigashira, T. Sato, K. Horiba
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Journal Title
Review of Scientific Instruments
Volume: 93
Issue: 3
Pages: 033906-033906
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Crystal Structure and Electronic Property Modification of Ca2RuO4 thin Films via Fluorine Doping2022
Author(s)
S. Fukuma, A. Chikamatsu, T. Katayama, T. Maruyama, K. Yanagisawa , K. Kimoto, M. Kitamura, K. Horiba, H. Kumigashira, Y. Hirose, and T. Hasegawa
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Journal Title
Phys. Rev. Mater.
Volume: 6
Issue: 3
Pages: 035002-035002
DOI
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Peer Reviewed
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[Journal Article] Dirac Semimetal Phase and Topological Phase Transition in XMg2Bi2 (X = Ba and Sr)2021
Author(s)
Daichi Takane, Yuya Kubota, Kosuke Nakayama, Tappei Kawakami, Kunihiko Yamauchi, Seigo Souma, Takemi Kato, Katsuaki Sugawara, Shin-ichiro Ideta, Kiyohisa Tanaka, Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Tamio Oguchi, Takashi Takahashi, Kouji Segawa, and Takafumi Sato
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 11
Issue: 1
Pages: 21937-21937
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Crystalline boron monosulfide nanosheets with tunable bandgaps2021
Author(s)
Kusaka Haruki、Ishibiki Ryota、Toyoda Masayuki、Tokunaga Tomoharu、Yamamoto Akiyasu、Miyakawa Masashi、Matsushita Kyosuke、Miyazaki Keisuke、Li Linghui、Shinde Satish Laxman、S. L. Lima Mariana、Sakurai Takeaki、Nishibori Eiji、Masuda Takuya、Horiba Koji、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Hosono Hideo、Kondo Takahiro
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Journal Title
Journal of Materials Chemistry A
Volume: 9
Issue: 43
Pages: 24631-24640
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Electronic structure of 3°-twisted bilayer graphene on 4H-SiC(0001)2021
Author(s)
Takushi Iimori, Anton Visikovskiy, Hitoshi Imamura, Toshio Miyamachi, Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Kazuhiko Mase, Kan Nakatsuji, Satoru Tanaka, Fumio Komori
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Journal Title
Physical Review Materials
Volume: 5
Issue: 5
DOI
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Peer Reviewed
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[Journal Article] Total reflection hard x-ray photoelectron spectroscopy: Applications to strongly correlated electron systems2021
Author(s)
T. Mizutani, S. Tanaka, T. Saze, K. Fujii, H. Matsuoka, M. Nakano, H. Wadati, M. Kitamura, K. Horiba, Y. Iwasa, H. Kumigashira, M. Yoshiki, M. Taguchi
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 103
Issue: 20
Pages: 205113-205113
DOI
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Peer Reviewed
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[Journal Article] Tunable two-dimensional electron system at the (110) surface of SnO22020
Author(s)
J. Dai, E. Frantzeskakis, F. Fortuna, P. Lomker, R. Yukawa, M. Thees, S. Sengupta, P. Le Fevre, F. Bertran, J. E. Rault, K. Horiba, M. Muller, H. Kumigashira, and A. F. Santander-Syro
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 101
Issue: 8
Pages: 0851211-7
DOI
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Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Electronic structure of a (3×3)-ordered silicon layer on Al(111)2020
Author(s)
Sato Yusuke、Fukaya Yuki、Cameau Mathis、Kundu Asish K.、Shiga Daisuke、Yukawa Ryu、Horiba Koji、Chen Chin-Hsuan、Huang Angus、Jeng Horng-Tay、Ozaki Taisuke、Kumigashira Hiroshi、Niibe Masahito、Matsuda Iwao
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Journal Title
Physical Review Materials
Volume: 4
Issue: 6
Pages: 0640051-6
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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