Development of a novel time-resolved X-ray absorption and photoelectron spectroscopy system and application to photo-excited carrier dynamics

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K12627
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Yamamoto Susumu 東北大学, 国際放射光イノベーション・スマート研究センター, 准教授 (50554705)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: キャリアダイナミクス / 酸化物 / 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

Outline of Final Research Achievements

The aim of this study was to develop a novel picosecond time-resolved X-ray absorption and photoelectron spectroscopy system using a time-of-flight electron analyzer to track the time evolution of both occupied and unoccupied states, and to elucidate the full picture of photoexcited carrier dynamics in photo-energy conversion materials. We have succeeded in measuring Ti L-edge/O K-edge X-ray absorption spectra of titanium dioxide, which is an important photocatalytic material. Furthermore, picosecond time-resolved X-ray absorption and photoelectron spectra of titanium dioxide were successfully measured using the developed system.

Free Research Field

表面化学、触媒科学

Academic Significance and Societal Importance of the 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、光照射時に生成する光励起キャリア（電子・ホール）のダイナミクスを理解することが不可欠である。本研究で開発した新規ピコ秒時間分解X線吸収・光電子分光システムは、占有状態と非占有状態の間を移動する光励起キャリアをその両方で観測することを可能にする。その結果得られるキャリアダイナミクスの情報は、新規光エネルギー変換材料の設計指針を確立することに役立つと考えられる。