X線ルミネッセンスホログラフィー法の確立による蛍光材料の発光機構の解明

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360329
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 松原 英一郎 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90173864)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西野 吉則 理化学研究所, 播磨研究所, 研究員 ; 岸本 俊二 高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教授 (00195231) ; 林 好一 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (20283632) ; 宍戸 統悦 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (50125580)
• Keywords: X線ホログラフィー / 光ルミネッセンス / 局所構造 / X線回折 / 単結晶

Research Abstract

原子分解能ホログラフィーの進展は目覚しく、近年、新しい手法としてもX線吸収ホログラフィやメスバウアー遷移を利用したγ線ホログラフィーなどが考案されている。我々は、X線照射による内核励起に続くカスケード的な脱励起過程で生じる発光を用いたX線ルミネッセンスホログラフィーの開発を新規に行った。X線ルミネッセンスはX線照射により多量の光子を放出するため、蛍光X線ホログラフィーでは困難な低強度の入射X線の実験や、通常、蛍光X線が検出しにくい元素に対してもX線ホログラフィーの測定を行える可能性がある。また、材料中の特定のサイトの元素が発光する場合には、サイト選択的なX線ホログラフィー技術となりえる。本研究では、発光の減衰時間が極めて短いYAP(Y_3Al_5O_<12>):Ceシンチレーターを試料として用いて、X線ルミネッセンスホログラフィーの実証実験を行った。市販のYAP:Ceシンチレーションカウンターに直接X線を入射し、検出器の方位を変えながら入射X線の強度を測定する実験を行った。1ホログラムの全ピクセル数は約10万で、1点につき1秒で計測し、全測定に約40時間を要した。入射X線源として回転対陰極型X線発生装置を用いた。ターゲットはCuであり、CuKα又はKβ線をグラファイトで単色化している。また、I_0モニターには5x10^<-3>mmのTiの蛍光X線をアバランシェフォトダイオードで検出した。測定されたX線強度の二次元パターンには、シャープなX線定在波線が観測された。このパターンに対して、Bartonの原子像再生アルゴリズムを適用したところ、第一近接のY原子が観測された。従って、測定されたパターンにはホログラム情報が含まれていると考えられる。なお、現在、本手法をさらに進展させるために、専用の可視・紫外分光器を製作している。

Research Products

• [Publications] Y.Takahashi, K.Hayashi, E.Matsubara: "Complex x-ray holography"Physical Review. B68. 052103-1-052103-4 (2003)
• [Publications] Y.Takahashi, K.Hayashi, E.Matsubara: "Development of a new holographic method with resonant X-ray scattering"Science and Technology of Advanced Materials. 4. 409-414 (2003)
• [Publications] 林 好一, 松原 英一郎: "原子分解能ホログラフィーによる三次元像再生技術の最近の進展"日本結晶学会誌. 第45巻第6号. 364-370 (2003)
• [Publications] 林 好一, 高橋幸生, 松原英一郎: "蛍光X線ホログラフイー"応用物理. 第72巻第7号. 865-871 (2003)
• [Publications] K.Hayashi et al.: "3D atomic imaging of SiGe system by X-ray fluorescence holography"Journal of Materials Science : Materials in Electronics. 14. 459-462 (2003)