微調整機構付きポリキャピラリーを用いた軟X線の集光とその高速化学状態分析への応用

Focusing of soft X-rays using poly-capillary with precise adjustment mechanism and its application to quick chemical-state analysis

平尾 法恵; 馬場 祐治  ; 関口 哲弘  ; 下山 巖   

Hirao, Norie; Baba, Yuji; Sekiguchi, Tetsuhiro; Shimoyama, Iwao

固体表面のナノメートル領域における化学結合状態(原子価状態)変化を高速でリアルタイム観察するための手法について述べた。本手法の概略は、固体試料に放射光軟X線を照射し、表面から放出される全光電子を静電レンズ系で拡大し画像化するものであり、空間分解能は40ナノメートルである。照射する放射光軟X線を、近年開発されたポリキャピラリーを用いて集光することにより、従来の放射光ビームに比べ3keVにおいて最大約60倍の輝度が得られた。この集光したX線を用いることにより、バルクの試料について10ミリ秒でも明瞭な画像観察を行うことが可能となった。また、局所部における化学結合状態を観察するための顕微X線吸収スペクトル(顕微XAFS)測定の高速化について検討した結果、シリコンと酸化シリコンから成る試料に関し、画像中のすべての点のXAFSスペクトルを数十秒で測定することができ、これにより原子価状態分布をナノメートルスケールでリアルタイム観察することが可能となった。

A method for quick and real-time observations of a solid surface at nanometer scale is described. The principle of the method is as follows. Soft X-rays from a synchrotron light source are irradiated on a solid surface and the total photoelectrons are expanded and focused on a screen using electrostatic lenses. When the energy of X-rays is scanned and the brightness is plotted, we can obtain micro X-ray absorption (micro-XAFS) spectra in all regions of the image. The spacial resolution of the method was 40 nm. In order to more quickly observe a microscopic image and measure micro-XAFS spectra, the soft X-rays from the bending magnet were focused using a newly developed poly-capillary. As a result, the photon flux of 3 keV X-rays was increased about 60 time higher than that before the focusing. Using focused X-rays, we succeeded in observing one image at 10 ms for a bulk sample. We have also tried to shorten the measuring time of the micro-XAFS spectrum. For a Si-SiO sample, it has been demonstrated that micro-XAFS spectra in all regions of an image can be obtained within 1 min. It is concluded that real-time observations of chemical-states at nanometer scale are possible by the present method.