ヒメダイヤの新たな応用-蛍光X線ホログラフィーの高圧下での測定に成功~特定元素周りの原子位置の3次元的可視化~

2025-07-22 愛媛大学

愛媛大学などの研究チームは、蛍光X線ホログラフィーによる高圧下測定を世界で初めて実現しました。従来は信号が極めて微弱なため高圧下での測定が困難でしたが、SPring-8の高輝度X線とナノ多結晶ダイヤモンド(ヒメダイヤ)製のダイヤモンドアンビルを組み合わせることで、13.3GPa(約13万気圧)までの圧力下で明瞭なホログラフィー像の取得に成功しました。SrTiO₃単結晶のSr周囲の原子配置や圧縮過程を3次元で可視化し、今後は圧力誘起の構造相転移や機能性材料研究への応用が期待されます。

ヒメダイヤの新たな応用-蛍光X線ホログラフィーの高圧下での測定に成功~特定元素周りの原子位置の3次元的可視化~
今回の実験成功の鍵となるヒメダイヤ製のダイヤモンドアンビル。このアンビルを2つ対向させ、平らにした先端の間に実験試料を挟み、10万気圧以上の高圧を発生させる。

<関連情報>

高圧環境下での蛍光X線ホログラフィー
X-ray fluorescence holography under high-pressure conditions

Xinhui Zhan, Naoki Ishimatsu, Koji Kimura, Naohisa Happo, Halubai Sekhar, Tomoko Sato, Nobuo Nakajima, Naomi Kawamura, Kotaro Higashi, Oki Sekizawa, Hirokazu Kadobayashi,gRitsuko Eguchi, Yoshihiro Kubozono, Hiroo Tajiri, Shinya Hosokawa, Tomohiro Matsushita, Toru Shinmei, Tetsuo Irifune and Koichi Hayashi
Journal of Synchrotron Radiation  Published:18 July 2025
DOI:https://doi.org/10.1107/S1600577525005284

This study reports the first application of X-ray fluorescence holography (XFH) under high-pressure conditions. We integrated XFH with a diamond anvil cell to investigate the local structure around Sr atoms in single-crystal SrTiO3 under high pressure. By utilizing nano-polycrystalline diamond anvils and a yttrium filter, we effectively eliminated significant background noise from both the anvils and the gasket. This optimized experimental configuration enabled the measurement of Sr Kα holograms of the SrTiO3 sample at pressures up to 13.3 GPa. The variation of lattice constants with pressure was calculated by the shifts of Kossel lines, and real-space images of the atomic structures were reconstructed from the Sr Kα holograms at different pressures. This work successfully demonstrates the feasibility of employing XFH under high-pressure conditions as a novel method for visualizing pressure-induced changes in the three-dimensional local structure around the specified element.

0501セラミックス及び無機化学製品
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