2020 Fiscal Year Annual Research Report

Development of wavelength-dispersive depth-resolved X-ray absorption spectroscopy and real-time observation of reactions in perpendicular direction of films

Research Project

Project/Area Number	19K22091
Research Institution	High Energy Accelerator Research Organization
Principal Investigator	雨宮健太大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (80313196)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2021-03-31
Keywords	軟X線吸収分光 / 深さ分解 / 波長分散型 / リアルタイム観察 / 化学反応
Outline of Annual Research Achievements	本研究は，数nmからμm程度の厚さの薄膜において，電界などによって引き起こされるイオンの移動を伴う化学反応が，時間とともに深さ方向に進行していく様子を，深さ分解軟X線吸収分光法を用いて非破壊かつリアルタイムで観察する，新たな手法を開発することを第一の目的としている。さらに，開発した手法を用いて，実際に深さ方向に進行する化学反応を繰り返しによらずにリアルタイム測定することが，最終的な目的である。 2020年度は，これまでに制作した蛍光X線結像システム(位置によって波長の異なる(波長分散した)軟X線を試料に照射し，試料上の異なる位置から放出される蛍光X線を弁別して取り込むもの)を用いて，実際に軟X線吸収スペクトルを連続測定することに成功し，その最初の応用例としてAl2O3上に蒸着したNi薄膜に対して，Ni L吸収端において軟X線吸収スペクトルを測定した。蒸着直後のNi薄膜と，それを酸化させて得られるNiO薄膜の吸収スペクトルを比較し，化学状態の識別ができることを確認するとともに，１スペクトルあたり１０秒の露光時間で連続測定が可能なことを示した。さらに，このシステムをCo薄膜の酸化過程のリアルタイム追跡に応用した。この際，蛍光X線の出射角度依存も併せて測定することによって，深さ分解分析を同時に実現した。その結果，Coの酸化が表面から内部へと進行していく様子を，nmを切る深さ分解能でリアルタイム追跡することに成功した。