2013 Fiscal Year Research-status Report
非接触式試料保持によるナノ粒子1粒の時間分解X線回折
| Project/Area Number |
25390012
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
|---|
Principal Investigator |
福山 祥光 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用研究促進部門, 研究員 (20332249)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | ナノ・マイクロ科学 / ナノ構造物性 |
|---|
| Research Abstract |
光トラップを用いた非接触式試料保持機構と放射光パルスを用いて、ナノ粒子1粒に対する時間分解X線回折法の開発を行っている。
光トラップを用いた非接触式試料保持機構の長所は、ナノ粒子1粒を保持できること、試料が強いトラップ用レーザーの照射を受けているために強く光励起された状態での物性測定が可能なことである。一方短所は、常にトラップ用レーザーの照射を受けているために光励起されていない状態の物性測定ができないことである。この短所を克服するために、平成25年度には、光強度変調型トラップの開発を行った。またこの光強度変調型トラップの開発は、放射光パルスと同期を取り時間分解X線回折測定を行うために必要不可欠な技術でもある。
光強度変調型トラップでは、トラップ用レーザーに音響光学変調器を用いて強度変調(ON/OFF変調)をかけた。トラップされているナノ粒子の安定性を保つためには、レーザー光のスイッチングスピードを十分早くすることが必要である。本研究では、音響光学変調器に入射するレーザー光のビーム径をビームエクスパンダで圧縮することにより、スイッチングスピードを約200nmとした。
トラップされたナノ粒子の位置の安定性を迅速に評価するシステムを構築した。2次元動画計測ソフトウェアを導入することにより、トラップされたナノ粒子の追跡を自動的に行い1/30秒ごとの粒子の重心位置情報からトラップ粒子の安定性を評価した。このシステムの開発により、トラップされたナノ粒子の位置安定性の評価に必要な時間を約1/10に短縮し、実験中のトラップ条件にフィードバックをかけることを可能にした。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
光トラップを用いた非接触式試料保持機構と放射光パルスを用いたナノ粒子1粒に対する時間分解X線回折法を開発し、ナノ粒子1粒に対する動的な構造研究を実践するためには、光強度変調型トラップの実現、時間分解測定システムの構築、試料温度測定手法の確立、が必要不可欠である。
このうち平成25年度には、光強度変調型トラップの開発を行うことが最重要課題であった。音響光学変調器を用いた光強度変調型トラップの開発は順調に進められており、現在は、変調周波数、デューティー比、レーザー光強度の最適条件の探索を行っている。また、2次元動画計測ソフトウェアを用いて、トラップされたナノ粒子の位置の安定性を迅速に評価するシステムの構築も完了している。以上の通り、平成25年度に予定していた研究はスケジュール通り進行していることが評価の理由である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度には、ナノ粒子1粒に対する動的な構造研究に必要不可欠な、時間分解測定システムの構築、試料温度測定手法の確立、を進める予定である。
放射光パルスに同期した1kHzの基準信号を作り、放射光パルスを切り出すためのチョッパーとトラップ用レーザーのON/OFFを制御する音響光学変調器を駆動させる。時間分解測定では、チョッパーに送る信号と音響光学変調器に送る信号の間に適当な遅延時間を設けるシステムを構築する。
光強度変調型トラップを用いて、レーザー光が試料に照射されていないタイミングでX線回折測定を行い、試料温度を測定するシステムを構築する。トラップ用レーザー光を約1kHzの変調周波数でON/OFFさせた場合、試料の電子状態は変調に追従できるが、マクロな試料温度はこの変調に追従できない。従って、トラップ用レーザー光がOFFのタイミングで測定した格子定数から試料温度を正確に決定することが可能となる。
|
Research Products
(3 results)
