2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of a novel time-resolved X-ray absorption and photoelectron spectroscopy system and application to photo-excited carrier dynamics
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19K12627
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
山本 達 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (50554705)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | キャリアダイナミクス / X線吸収分光 / X線光電子分光 / 時間分解 / 飛行時間型電子分析器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光触媒や太陽電池などの光エネルギー変換材料の高効率化には、光励起キャリアのダイナミクスの理解が不可欠である。光照射により生成する光励起キャリア（電子・ホール）は占有状態と非占有状態の間を移動する。従って、光励起キャリアダイナミクスを包括的に理解するためには、占有・非占有状態の両者を観測することが不可欠であるが、これまでそのような実験的取り組みは存在しない。
そこで本研究は飛行時間(TOF)型電子分析器を使用したピコ秒時間分解X線吸収・光電子分光(XPS/XAS)システムを開発し、占有・非占有状態両方の時間変化を追跡し、光エネルギー変換材料における光励起キャリアダイナミクスの全貌を解明することを目的とする。また、TOF型電子分析器では全運動エネルギーの電子が検出器に到達し、かつそのエネルギー分解が可能という特長がある。この特長を活かし異なる検出深さのXASスペクトルを一度に測定することを目指した。
研究初年度の令和元年度は、TOF型電子分析器を用いたXAS測定システムの開発を行った。実験はSPring-8 BL07LSUの時間分解X線光電子分光ステーションのTOF型電子分析器(VG Scienta, ARTOF 10k)を用いて行った。TOF型電子分析器をビームラインの軟X線アンジュレータ及び分光器と連動して計測させるプログラムを新たに開発し、XASスペクトルの測定を行った。光触媒材料として重要なrutile型TiO2(110)表面を測定し、Ti L-edge/O K-edge XASスペクトルの測定に成功した。
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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
研究初年度に計画していたTOF型電子分析器を用いたXAS測定システムの開発に成功したため。大型放射光施設SPring-8高輝度軟X線ビームラインBL07LSUの時間分解X線光電子分光ステーションのTOF型電子分析器(VG Scienta, ARTOF 10k) をビームラインの軟X線アンジュレータ及び分光器と連動して計測させるプログラムを新たに開発し、XASスペクトルの測定を行った。光触媒材料として重要なrutile型TiO2(110)表面を測定し、Ti L-edge/O K-edge XASスペクトルの測定に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、深さ方向に化学状態の分布がある試料（例えば、TiO2表面に吸着した氷H2O薄膜）を計測し、異なる検出深さを持つ収量法が一度に測定可能なTOF型電子分析器を用いたXAS測定システムの特長を実証する予定である。また、超短パルスレーザーを用いたポンプ・プローブ法によるピコ秒時間分解XAS計測の開発を始める。
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| Causes of Carryover |
計画していた装置開発が想定してよりも順調に進行したため。来年度以降に本研究課題遂行のために必要な実験試料及びレーザー光学部品購入のため使用予定である。
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