X線レーザーを照射された原子は遅れて動き始める~放射線損傷のない精密X線構造解析の可能性を証明~

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2022-06-07 理化学研究所,筑波大学,高輝度光科学研究センター

理化学研究所(理研)放射光科学研究センターSACLAビームライン基盤グループビームライン開発チームの井上伊知郎研究員、矢橋牧名グループディレクター、筑波大学数理物質系エネルギー物質科学研究センターの西堀英治教授、高輝度光科学研究センターXFEL利用研究推進室先端光源利用研究グループ実験技術開発チームの犬伏雄一主幹研究員らの国際共同研究グループは、X線自由電子レーザー(XFEL)[1]施設「SACLA[2]」を用いて、X線を照射された原子はしばらくの間ほぼ停止していることを明らかにしました。

本研究成果は、放射線損傷[3]の影響がない精密X線構造解析を実現するための第一歩となるものです。

現在、「SPring-8[4]」をはじめとした放射光施設では、物質の構造を1ピコメートル(pm、1pmは1兆分の1メートル)程度の空間分解能で決定する「精密X線構造解析」が盛んに行われています。しかし、XFELを用いた精密構造解析は実現例がありませんでした。

今回、国際共同研究グループは、精密構造解析の標準試料である酸化アルミニウム(Al2O3)について、高強度X線を照射した際に起こる構造変化をフェムト秒(fs、1fsは1000兆分の1秒)オーダーの高い時間分解能で計測しました。実験の結果、X線の照射から約20fsの間、原子は1pm程度以下しか動かない、ほぼ停止した状態にあることが分かりました。この結果から、X線の時間幅(パルス幅)を20fs以下にすれば、試料を放射線損傷で壊すことなく精密X線構造解析ができることが明らかになりました。

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