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目的から探す~試料別~

お手持ちの試料について、どんなことが調べられるか、代表的な試料の測定事例と手法を紹介します。

固体試料全般 電子材料 磁性材料 電池材料 触媒 ソフトマター 生物試料 環境試料・考古学試料 その他

固体試料全般

固体(バルク)の原子構造を知りたい

X線の回折効果を利用し、散乱パターンの解析を通して固体の電子、原子構造を決定します。 X線回折(XRD)


電子材料

原子価数を知りたい

内殻状態に関わる遷移のエネルギーに着目し、その内殻状態の所属する原子の価数を決定できます。

X線内殻光電子分光(XPS)
占有状態を知りたい

価電子状態の様子を、10 eV程度のスケールでおおまかに、あるいはフェルミエネルギー付近に限定して微細に調べられます。 光電子分光(PES)

フェルミ面を知りたい
xps.png

金属状態にある物質の伝導性の詳しい解析に必須の電子フェルミ面の1~3次元的な情報を得られます。

角度分解光電子分光(ARPES)
非占有状態を知りたい

内殻状態から非占有状態、特に伝導帯への遷移を使って,非占有状態の主成分の電子軌道の特定やエネルギー、バンド幅などを調べられます。 X線吸収(XAS)

励起状態を知りたい

X線を吸収した後に放出されるX線のエネルギーを調べて、物質中の数eVから数100 eV程度までの励起状態の性質を調べます。

X線発光、(X線非弾性散乱)
超伝導磁場侵入長を知りたい
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超伝導体に磁場をかけると、超伝導凝集量で決まる磁場侵入長程度しか磁場が侵入せず、特に第2種超伝導体では磁束構造が出来ます。ミュオンスピン緩和を使って磁束構造から生じる磁場分布を測定することによって、第2種超伝導体の磁場侵入長を測定出来ます。

ミュオンスピン緩和(μSR)

磁性材料

強磁性体のスピンモーメント、軌道モーメントの大きさを知りたい

右/左回りの異なった円偏光に対するX線吸収の差から、強磁性体のスピン角運動量、軌道角運動量を決定します。

X線磁気円二色性測定(XMCD)
界面/表面における磁気分布を深さ分解で知りたい

斜入射させたX線の伝搬経路の角度依存性を利用して、深さ分解でXMCDを求め、ひいては、界面、表面におけるスピン、軌道角運動量の深さ依存性を求めます。

深さ分解XMCD

磁気構造を原子レベルで知りたい

波としての中性子と性質を利用して、磁気回折パターンから物質の磁気モーメントの配置構造を調べられます。

中性子回折(SuperHRPD)
磁気励起を知りたい

1 eV以下の低エネルギーの主として磁気励起のエネルギー、運動量依存性を決定できます。

中性子非弾性散乱(HRC)
内部磁場の大きさや揺らぎを実時間で見たい

1ナノ秒から数十ミリ秒の時間領域のスピン揺らぎ、空間的に乱れた磁気的状態を観測できます。

μSR

電池材料

正極材料、固体電解質内部の結晶構造やリチウムの分布を調べたい
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充放電に伴う電極材料の結晶構造変化および、金属イオンの価数変化を捉えられます。

X線粉末回折 中性子粉末回折(SuperHRPD) XAFS
化学的環境(二体相関等)と物性との関係を調べたい

物質(材料)中の結晶および非晶質相の二体相関(動径分布)関数が得られ、局所的な構造の違いを捉えられます。

X線粉末回折 中性子粉末回折(SuperHRPD) 中性子全散乱(NOVA)
物質(材料)内を動くリチウムイオンのダイナミクス、イオン拡散係数を知りたい

物質(材料)中のバルク、界面でのリチウムの運動を捉えられます。

μSR
電極と電解液(質)の固液界面、固固界面を調べたい

重元素中の軽元素についての定量的な測定、原子番号の近い元素を区別して見たい。

中性子反射率測定(SOFIA)
負極材料のアモルファス構造・ナノ構造を調べたい

物質(材料)中の局所構造を捉えられます。

中性子全散乱(NOVA)

触媒

特定の元素の周りの局所構造を知りたい
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材料中の原子の化学形や近傍の原子との結合に関する情報(局所構造)が得られます。同じ元素で異なる化学種が混在していても区別して解析できます。

XAFS

ソフトマター

ナノ~サブマイクロメートルの構造を見たい
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高分子の結晶化や両親媒性分子の自己組織化構造等を、秒オーダーでの経時変化、局所構造を観察できます。また放射光の斜入射により、薄膜の3次元構造をナノ~サブマイクロメートルスケールで観察できます。

X線(斜入射)小角散乱
薄膜試料の表面・界面のナノ構造を見たい
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薄膜を溶媒に浸した際の構造変化をその場観察や、重水素化によるコントラストの調節が可能です。

中性子反射率(SOFIA)

生物試料

タンパク質の立体構造を知りたい
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結晶化した生体高分子のX線回折像から、結晶中の電子密度分布情報を取得、原子レベルの構造情報が得られます。

タンパク質結晶構造解析
タンパク質の溶液構造を知りたい

溶液中のタンパク質の静的構造解析や階層性を調べられます。

X線小角散乱
生体中の微量元素の分布や化学形を知りたい
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毛髪断面の元素マッピング

マイクロビーム・セミマイクロビームを用いて、生体中の微量元素のマッピングを非破壊で行なうことができます。

放射光蛍光X線分析
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シダ中のヒ素のXAFSによる化学形分析

生体中の特定の元素の周りの局所構造・化学形に関する情報を、非破壊で得ることができます。

XAFS
病理標本・組織等のイメージングを行ないたい
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ラット小脳スライスの位相像と吸収像

X線の位相を利用したイメージングにより、これまでに描出できなかった軟組織のイメージングが可能。また、高エネルギーの単色X線を利用し、血管系などを従来法より鮮明に描出できます。

X線イメージング
細胞中の特定の部位や特定の分子を狙ってX線を照射したい
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マイクロビーム(枠内)で照射した細胞のDNA損傷部位

ビームサイズ可変のマイクロビーム(最小5 μm)を、細胞の特定の部位に照射できます。またエネルギー可変のX線により、生体内の特定の元素を狙った照射ができます。

生物に対する放射線照射効果

環境試料・考古学試料

非破壊で元素分析したい
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微量元素分析、指紋法的な化学状態分析など、高感度で分析できます。

放射光蛍光X線分析
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試料内部、深さ毎の元素組成を調べられます。

ミュオンX線非破壊元素分析

その他

高圧力下の構造変化を見たい
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DAC・大型プレスを用い、格子定数、状態方程式の精密決定、相転移のその場観察及び時間分割測定等が可能です。

高圧実験装置
ピコ秒オーダーで変化する構造や電子状態を見たい

X線結晶回折、X線溶液散乱、X線吸収微細構造測定など様々な放射光X線測定法に対して、ピコ秒時間分解測定が可能です。 またレーザー光との組み合わせによる光誘起励起など、外部刺激による構造や電子状態の変化を時々刻々と捉えることが可能です。

ピコ秒時間分解X線測定 時分割XAFS
固体表面の構造を知りたい
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低速陽電子の回折実験、特に固体最表面の原子構造を決定できます。 全反射高速陽電子回折(TRHEPD)

固体中の水素の状態を知りたい
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固体中に不純物として含まれる水素の位置や、その電子状態を調べられます。 ミュオンスピン緩和(μSR)