Development of the technique for operando electronic state analysis by using tender x-ray spectroscopy

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05281
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: National Institutes for Quantum Science and Technology
• Principal Investigator: Imazono Takashi 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 次世代放射光施設整備開発センター, 上席研究員 (50370359)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: Ｘ線発光分光 / 電子状態分析 / テンダーＸ線 / 非周期多層膜 / 多層膜回折格子 / 回折格子分光器

Outline of Final Research Achievements

To understand the functionality and deterioration mechanisms in thin-film devices, it is effective to analyze the electronic states of the material responsible for the functionality with keeping the thin-film device structures, that is, under actual operating conditions (operando measurement). In this study, we aimed to develop operando electronic states analysis techniques by X-ray emission spectroscopy with “tender X-rays” having large probing depths of several micrometers. Specifically, we designed a Monk-Gillieson spectrometer equipped with a well-optimized aperiodic Ni/C multilayer-coated pre-focusing mirror and varied-line-spacing plane grating so as to enable simultaneous measurement of 1 to 4 keV X-ray emissions at high resolution without wavelength sweep.

Free Research Field

軟Ｘ線光学計測

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では分光器の心臓部である不等刻線間隔平面回折格子の製作までは実施できず、最終目標の達成には至らなかったものの、テンダーＸ線分光器に必要な要素技術である非周期多層膜の有用性に加え、高分解能化と広帯域化の両立を図る光学設計手法を明らかにできた。これらは、薄膜デバイスをはじめとする次世代デバイス開発だけでなく、例えば、シングルイベントやレーザーアブレーション、プラズマ物理等の高速で時間発展する系の計測機器への適用が期待される。また、現在建設中の次世代放射光施設（愛称：ナノテラス）は高輝度なテンダーＸ線を供給できることから、テンダーＸ線光学分野への進展に寄与できる。