第31回日本放射光学会年会
放射光科学合同シンポジウム(JSR2018)学生発表賞審査結果について
第31回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム（JSR2018）
組織委員長

矢代

航（東北大学

多元物質科学研究所）

日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム（年会合同シンポ）学生発表賞では，将来性独創性のある優れた発表を行った学生を顕彰し，賞状を贈呈してまいりました。年会合同シンポジウムの精神に則り「学生による全ての発表」を対象としています。第 31回年会合同シンポ（ JSR2018）では，組織委員長，副組織委員長，実行委員長，副実行委員長，プログラム委員長，副プログラム委員長の 6 名で学生発表賞選考委員会を組織し，99名の審査員によるのべ492件の審査結果に基づき選考が行われました。審査にご協力いただいた先生方には，この場をお借りして厚く御礼申し上げます。
第31回年会合同シンポ（JSR2018）では学生発表賞対象講演の申込数が126件ありましたが，3 件の発表キャンセルがあり，最終的な対象講演数は123件となりました。分野別の内訳は以下の通りです。
第 1 分野X 線領域の回折散乱分光など

口頭発表7 件，ポスター発表27件
第 2 分野VSX 領域の固体原子分子など

口頭発表23件，ポスター発表24件
第 3 分野加速器装置イメージングなど

口頭発表13件，ポスター発表29件
合計件数

JSR2018123件（JSR2017126件，JSR2016109件，JSR2015113件，JSR14124件，JSR13104件，
JSR12111件，JSR11124件，JSR1096件）

学生発表賞選考委員会では上記発表を対象に，審査員による採点の結果を評点および T スコアにより評価し，以下の9 名の方々に学生発表賞を授与することに決定しました。受賞者の皆様が，これを契機に今後も放射光分野において益々ご活躍されることを期待しております。
【JSR2018学生発表賞受賞者（各分野，五十音順）】
第 1 分野X 線領域の回折散乱分光など

発表番号9P066
氏名（所属）堤直紀（立命館大院生命）

演題シリカ担持コバルト触媒の粒子サイズに及ぼす前駆体効果に関する XAFS 解析
発表番号10P017
氏名（所属）萩谷透（京大院理）演題非弾性 X 線散乱実験を用いた液体 Na における電子密度応答の時空間マッピング
発表番号10P030
氏名（所属）森岡祐貴（阪大院工）
演題チャネルカット結晶 X 線モノクロメータのための大気圧プラズマによる狭ギャップ内壁面の無歪みエッチング法の開発
第 2 分野VSX 領域の固体原子分子など

発表番号10P071
氏名（所属）池田啓祐（東大院理）
演題角度依存 XMCD による L10 秩序型 FePt 薄膜の垂直磁気異方性の研究

放射光 March 2018 Vol.31 No.2 ● 139(C) 2018 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research発表番号3B005
氏名（所属）塚田智幸（東大院新領域）
演題軟 X 線発光分光によるトレハロース溶液中の水の電子状態評価
発表番号10P083
氏名（所属）中村拓人（阪大院理）
演題低対称 InAs(110)表面上 Bi 原子鎖の電子状態
第 3 分野加速器装置イメージングなど

発表番号5C002
氏名（所属）川合蕉吾（阪大院工）
演題大開口数多層膜集光ミラーを用いた sub10 nm 集光システムの開発
発表番号9P110
氏名（所属）高橋孝輔（群馬大院理工）
演題SWAX 法による脂質リポソームに対する糖の効果の検討
発表番号3A002
氏名（所属）広瀬真（阪大院工，理研放射光センター）

演題硬 X 線スペクトロタイコグラフィによる酸素吸蔵放出材料の三次元価数識別ナノイメージング
なお，次ページ以降に各受賞者の研究要旨が本人の紹介と受賞コメントと合わせて掲載されております。ぜひご覧ください。

140 ● 放射光 March 2018 Vol.31 No.2

放射光ニュース ■ 年会合同シンポ学生発表賞結果

JSR2018学生発表賞
受賞者堤題

第 1 分野直紀（発表番号9P066）

目シリカ担持コバルト触媒の粒子サイズに及ぼす前駆体効果に関する XAFS 解析

講演者堤直紀，山本悠策，山下翔平，片山真祥，
稲田康宏
所属立命館大院生命

1.

緒言

Co ( NO3 )2 で は 900 °Cまで昇温した後のスペクトルがCo3O4 と一致したが，Co(OAc)2 ではそれとは異なる形状を示した。得られたスペクトルについての EXAFS 解析から，担持されている Co 化学種は Co3O4 に同定された。
Co O 相互作用の配位数は， Co ( OAc )2 において 4.1 ± 0.4であり， Co ( NO3 )2 の 5.7 ± 1.0 や CoCl2 の 5.3 ± 1.1 と比べて小さいことが分かった。よって，Co(OAc)2 の焼成過程で観測された特異な XANES スペクトルは， Co3O4 の粒子サイズが小さいことに起因するものと考えられ，焼成後担持金属触媒の活性種粒子を微小化することにより，新に生成する Co3O4 粒子のサイズが前駆体によって異なる

たな反応に対する活性の発現や転換率の向上が報告されてことを明らかにした。また， Fig. 2 に示した粒子径分布かいる。担持コバルト触媒の粒子径制御は今後の触媒設計のら，Co(OAc)2，Co(acac)2，CoCl2 及び Co(NO3)2 を前駆重要な知見となることが期待され，その取り組みの一つと体に用いたときの粒子サイズはそれぞれ5.9 nm，6.6 nm，して前駆体の検討が挙げられる。本研究では，種々のコバ

13 nm 及び16 nm と前駆体によって違いが見られ，還元後ルト化合物を前駆体としたシリカ担持コバルト触媒を含浸においても粒子サイズの差異を維持していることが分かっ

法によって調製し，コバルト化学種の粒子サイズと化学状た。

態を in situ XAFS 法及び TEM 観察を用いて解析した。

含浸法での触媒合成時に前駆体塩が析出するモデルを担持コバルト化学種の化学状態と粒子サイズを解明した上Fig. 3 に示す。前駆体塩の溶解度を用いて計算される析出

で，乾燥時の前駆体塩の析出過程をモデル化することで，時の溶液層の厚さ L は，CoCl2 で43 Å，Co(NO3)2 で48 Å，

粒子サイズに及ぼす前駆体効果を解明した。

Co ( OAc )2 で 130 Å ， Co ( acac )2 で 5.4 × 103 Å となり，溶2.

ほ ど 薄 く な る の に 対 し ， 溶 解 度 が 低 い Co ( OAc )2 と解度が高い CoCl2 と Co(NO3)2 では溶液層を形成できない

実験

前 駆 体 と し て Co ( NO3 )2 ， CoCl2 ， Co ( OAc )2 及 びCo(acac)2 では十分な厚さの溶液層を保った状態で飽和にCo(acac)2 を用い，シリカを懸濁した水溶液を乾燥するこ

到達することが分かる。溶液層を維持する場合には，同一とで，前駆体塩をシリカに含浸した試料を得た。焼成処理

底面積上に存在する飽和溶液中に含まれる Co 原子数が同を模し た He 希釈 O2 気流下 において， 900 °C まで 10 °C/じであるため，ほぼ同一の Co 原子数を含む前駆体塩の粒

min で昇温する過程について，高エネルギー加速器研究機子が析出し，結果として，ほぼ同一の大きさの微小な Co

構フォトンファクトリーの BL9A 及び 9C において， Co

粒子を生成したと考えられる。一方，溶液層を生成できなの K 吸収端での in situ XAFS 測定を行い，コバルト化学

い場合には，液滴を形成することで溶液層の厚さが大きく

種の 状態変 化を 解析し た。 また， 還元処 理後 の試 料のなり，一粒子の形成に寄与する Co 原子数が増大するため

TEM 観察によってコバルト粒子の粒子径分布を求めた。

に大きな粒子を生成したと解釈できる。L は溶解度に依存することから，担持される Co 化学種の粒子サイズに前駆

3.

結果と考察

体の溶解度が寄与することを明らかにした。さらに，液滴

焼 成 過程 の XANES ス ペク ト ル 変化 を Fig. 1 に 示す 。

Fig. 1を形成する CoCl2 と Co(NO3)2 の場合について，一つの液焼成過程における XANES スペクトル変化。（A）が Co(NO3)2，（B）が Co(OAc)2 を示している。

放射光 March 2018 Vol.31 No.2 ● 141Fig. 2

Fig. 3

還元処理後の TEM 像と粒子径分布。（ A ）が Co ( OAc )2 ，（ B ）が Co ( acac )2 ，（ C ）が CoCl2 ，（ D ）がCo(NO3)2 を示す。

乾燥過程における前駆体塩の析出モデル。
（A）が液層を形成する場合，（B）が液滴を形成する場合を示している。

滴に一粒子が生成すると仮定すると，液滴によるシリカ表面の被覆率はそれぞれ 21 と 19 となり，溶解度が異なるにも関わらずほぼ同等であることから，シリカ担体表面の特徴的な部位に液滴が生成する可能性が示唆された。
前駆体塩が析出する際に溶液層を形成する場合，表面積がより大きい担体を用いると，飽和水溶液層の厚さ L が小さくなる。これにより一粒子に寄与する Co 原子数が小さくなり，最終的に形成される Co 化学種の粒子サイズがより小さく制御されると考えられる。これは，高活性な担持コバルト触媒の合成における前駆体や担体の検討のための基礎的知見を与える結果であり，触媒の合成過程に対する in situ XAFS 法の適用で初めて明らかにすることに成功した。

142 ● 放射光 March 2018 Vol.31 No.2

堤直紀

立命館大学大学院生命科学研究科生命科学専攻博士課程前期 2 年［略歴］
2016 年立命館大学生命科学部応用化学科卒業。
現在，同大学院生命科学研究科生命科学
専攻博士課程前期在学。
［受賞のコメント］
この度は JSR2018 学生発表賞という大変名誉ある賞に選出して頂きありがとうございます。日頃よりご指導頂いております稲田康宏教授，片山真祥講師，山下翔平助教，並びに本研究にご協力頂きました無機触媒化学研究室の皆様に厚く御礼申し上げます。この受賞を励みに，社会に貢献できる人材となれるよう日々精進したいと思います。

放射光ニュース ■ 年会合同シンポ学生発表賞結果

JSR2018学生発表賞
受賞者萩谷題

第 1 分野透（発表番号10P017）

目非弾性 X 線散乱実験を用いた液体 Na における電子密度応答の時空間マッピング

講演者萩谷透1，渡部真弓1 ，櫻澤智大1，横野直道1 ，

松田和博1，平岡望2，乾雅祝3，梶原行夫3，
木村耕治4
所属京大院理1，NSRRC/SPring82，
広大院総合科3，名工大4
単純金属中の電子励起は，電子正孔対励起（個別励起）と，伝導電子の集団励起であるプラズモンによって記述されることが，電子ガス理論により知られている1)。金属中の電子励起は非共鳴非弾性 X 線散乱（NIXS）によって調べることが可能で，散乱前後のエネルギー移行を v，運動量移行を q としたときの非弾性 X 線散乱スペクトル
I(q,v ）から，電子励起の情報を得ることが出来る。従来は I（q,v）をもとにして（q,v）空間で電子励起が議論されることが多かった。一方近年では，実験で得た I（q,v）
をフーリエ変換することによって電子密度応答関数 x(r,t）
を導出し，実空間実時間での電子密度応答が決められる

Fig. 1ようになっており，水の電子ダイナミクスが数十as(＝10－18 s）の時間スケールで議論されている2)。

( a )液体 Na の電子密度応答関数 x ( r,t ）。個別励起と集団励起の両方の寄与を含む。(b)窓関数を使用して集団励起の寄与を取り出した液体 Na の x(r,t）。

本研究では， Na に対して NIXS 実験を行い水に対して提案された手法を用いて，初めて単純金属の x ( r,t ）を実験から導出した。実験は SPring 8 の BL12XU で行い，した。その結果を Fig. 1(b)に示す。窓関数を使用して局所運動量移行 0.2 4.4 A－1，エネルギーシフト 0 350 eV的な信号を取り出すことによって，液体 Na 中のプラズマの範囲にわたり，固体（室温）と液体（ 150 °C ）の Na の振動が 500 as 程度の時間スケールで振動しながら遠方へ

I(q,v ）を測定した。電子線では測定困難な液体金属におと伝播する様子を可視化することができた。
任意の外場ポテンシャルによって誘起される密度ゆらぎ

ける電子励起スペクトルを測定できるのが，NIXS の利点の一つである。

dn(r,t）は，デルタ関数的な外場に対する応答を重ね合わ

Fig. 1(a)に解析によって得られた液体 Na の x(r,t）を示せることによって計算できる。よって，今回実験から得たす。 x( r,t）は時刻 t ＝0 において電子密度に加えられたデx ( r,t ）は単純金属における実空間実時間における密度ルタ関数的な外場によって誘起された密度ゆらぎが，（ r, t ）応答を構成する上で，有用な知見を与えることが期待されの点に伝播する確率を記述する。Fig. 1(a)から，原点に加る。今後は，融解による構造変化や，液体状態における構

えられたデルタ関数的な外場によって，r＝10 Å, t＝1000

造変化が x ( r,t ）に与える影響を調べることや，非単純液

as 程度のスケールで密度応答が起こる様子が分かる。た体金属の測定等を予定している。

だしこの x ( r,t ）は，集団励起と個別励起の両方の寄与を参考文献含むものであるので，それぞれの電子励起が（ r,t ）空間
においてどのような挙動を示すかは，Fig. 1(a)を見ただけ
では分からない。
そこで，個別励起と集団励起が起こる q 範囲の違いに着目し，q に関する窓関数を使用してそれぞれの電子励起の

1)

D. Pines: ``Elementary Excitations in Solids'', Benjamin(1963).
2) P. Abbamonte, K. D. Finkelstein, M. D. Collins and S. M.
Gruner: Phys. Rev. Lett. 92, 237401 (2004).

信号を選択的に取り出すことを考えた。まず，乱雑位相近似での電子ガス理論から計算した電子励起スペクトルに対して，窓関数を使用した解析を適用し，個別励起と集団励起の（ r,t ）空間における振舞い選択的に取り出せることを確認した。そして，その手法を実験のスペクトルに適用
し，液体 Na の集団励起の寄与を反映した x ( r,t ）を計算

放射光 March 2018 Vol.31 No.2 ● 143萩谷透

京都大学理学研究科物理学宇宙物理学
専攻
博士課程後期 2 年［略歴］
2014 年 3 月京都大学理学部物理学科卒
業。 2016 年 3 月京都大学理学研究科物理学宇宙物理学専攻博士課程前期修了。現在，同研究科博士課程後期に在籍。
［受賞のコメント］
JSR2018学生発表賞という栄誉ある賞を頂き，大変光栄に思います。日頃からご指導頂いていた松田和博準教授，永谷清信助
教授，故八尾誠教授，および研究を進める上での詳細なご相談に乗って頂いた平岡望博士，ならびに実験へのご協力やアドバイスをして下さった乾雅祝教授，梶原行夫助教授，木村耕治助
教授，研究室の院生の皆様に，この場を借りてお礼申し上げます。今回の受賞を励みにして，これまで以上に精進したいと思います。

JSR2018学生発表賞

第 1 分野Machining （ PCVM )1) を応用した内壁面の無歪み処理技術を開発し，スペックルフリーなチャネルカット結晶の作

受賞者森岡祐貴（発表番号10P030）
題目チャネルカット結晶 X 線モノクロメータのための大気圧プラズマによる狭ギャップ内壁面の無歪みエッチング法の開発

講演者森岡祐貴1，平野嵩1，佐野泰久1，松山智至1，
大坂泰斗2，片山哲夫3，矢橋牧名2，山内和人1
所

属1大阪大，2理研 SPring8 センター，3JASRI

製に成功した2)。しかしながら，本手法は12 mm 以下のチ
ャネル幅を有する結晶に対しては適用できず，対応可能な波長範囲（特に高エネルギー側）が制限されていた。
本研究では，よりチャネル幅の狭い CCM 内壁に適用可
能な 2 種類の電極（粗加工用，高精度加工用）を設計
製 作 す る こ と で ， 最 小 4 mm の チ ャ ネ ル 幅 （ 結 晶 長 60
mm において最大光子エネルギー約 20 keV ）へ対応可能

X 線自由電子レーザー（Xray Free Electron Laser:とした。CZSi ウエハを用いた基礎検討において加工条件

XFEL）や回折限界蓄積リング等の高輝度低エミッタンスを最適化し，いずれの電極においてもウエハ表面の幾何学

X 線光源が登場したことで，高感度で，高空間エネル

的特性を悪化させることなく，格子歪み含有層の除去に十ギー分解能を有する高度な X 線分析の実施が可能となっ分な約10 mm の加工量を取得することに成功し，狭チャネ

た。一方，ビームライン光学素子の振動によるビーム特性

ル幅を有する CCM に対しても結晶学的かつ幾何学的に優の悪化は低エミッタンス光源において特に顕著となり，それた内壁回折面の形成が可能であることを示した。本手法の抑制が喫緊の課題となっている。現在多くの放射光施設を用いて，日本の XFEL 施設 SACLA 用の Si(111)CCM

において利用されている 2 結晶分光器（ Double Crystal（チャネル幅 8 mm，光子エネルギー範囲 321 keV）の内

Monochromator:

DCM）は 2 つの単純平板結晶で構成されるため，高精度な回折面の創製が可能であり，対応可能な波長範囲も十分広いものの，各素子の相対的な振動による実効的な光源サイズの変動が避けられない。単一素子内に 2 つの回折面を有するチャネルカット結晶モノクロ
メータ（Channelcut Crystal Monochromator: CCM）は，
DCM に代わる次世代光源用ビームラインモノクロメータ

として期待される。CCM の波長範囲は主にチャネル幅で決定され，汎用ビームラインモノクロメータとして利用するためにはチャネル幅の微小化が求められる。しかし，狭チャネルの内壁回折面の無歪み加工は極めて困難であり，残留格子歪みによる X 線波面の乱れが避けられなかった。我々は先行研究において，大気圧プラズマを用いたエッ チ ン グ 技 術 で あ る Plasma

Chemical

144 ● 放射光 March 2018 Vol.31 No.2

Vaporization

Fig. 1

10.25 keV における Si(111）4 回反射トポグラフ(a)未処理領域，(b)処理領域

放射光ニュース ■ 年会合同シンポ学生発表賞結果

壁を処理し，SPring8 の BL29XUL において平面波 X 線

森岡祐貴

トポグラフィにより評価した。 Fig. 1 に処理領域未処理

大阪大学大学院工学研究科精密科学応
用物理学専攻博士前期課程 1 年［略歴］
2013 年 4 月大阪大学工学部応用自然科学科入学。 2017 年 3 月同学科精密科学コース卒業。 2017 年 4 月同大学大学院
工学研究科精密科学応用物理学専攻精密科学コース入学。

領域それぞれの Si (111） 4 回反射トポグラフを示す。 Fig.
1(a)では無数のスクラッチ状の結晶ダメージによる波面の乱れが観察されたのに対して，Fig. 1(b)では均一な反射強度分布が得られ， PCVM 処理により結晶ダメージの除去に成功したことが確認された。また，ダメージ除去に伴い，反射率も54.8から81.1（理論値84.9）に大幅に改善された。以上の結果から，本加工手法が次世代 X 線
光源用 CCM に対して極めて有用であると結論付けられた。

参考文献
1)
2)

Y. Mori et al.: Rev. Sci. Instrum. 71, 4627 (2000).
T. Hirano et al.: Rev. Sci. Instrum. 87, 063118 (2016).

JSR2018学生発表賞

第 2 分野

受賞者池田啓祐（発表番号10P071）
題目角度依存 XMCD による L10 秩序型 FePt 薄膜の垂直磁気異方性の研究

講演者池田啓祐1，関剛斎2，芝田悟朗1，坂本祥哉1，［受賞のコメント］
この度は，JSR2018学生発表賞という名誉ある賞に選出して頂
き大変光栄に思います。本研究を遂行するにあたって，日頃よりご指導頂いている山内和人教授，佐野泰久准教授，ならびに数多くのご助言を頂いている同研究グループの平野嵩氏に心より感謝申し上げます。また，本研究にご協力くださいました理
化学研究所の矢橋牧名グループディレクター，大坂泰斗博士，
JASRI の片山哲夫博士に深く御礼申し上げます。この受賞を励みに，今後も研究に邁進していきたいと思います。

結果，考察
Fig. 1 に有効スピン磁気モーメントの磁場角度依存性を示した。フィッティングの結果得られた磁気双極子 Qzz
は秩序度と共に減少しており，これは面直方向に広がった軌道がより占有されていることを表すと考えられる4)。

野中洋亮1，池震棟1，万宇軒1，鈴木雅弘1，
酒巻真粧子3，雨宮健太3，高梨弘毅2，藤森淳1
所

属1東大理，2東北大金研，3KEKPF

緒言
L10 型 FePt は非 常に 強い 垂直 磁 気異 方性 を持 って おり，磁気記録媒体の高密度化等，応用上の観点から注目されている。一方でその磁気異方性の起源は解明されておらず，基礎物理上からも関心を持たれている。結晶磁気異方性エネルギー（ MAE）は，摂動計算によるとスピンを保存する仮想励起（スピン保存項）とスピン反転を伴う仮想励起（スピン反転項）からの寄与の和として記述される1)。
最近行われた理論計算2) では，スピン反転項が FePt の強Fig. 1

有効スピン磁気モーメントの磁場角度依存性。

い垂直磁気異方性に大きく寄与していることが示唆されているが，実験的に調べられた例はなく更なる研究が望まれていた。そこで今回我々は， L10 型 FePt の磁場角度依存
XMCD 測定を行った。この手法では，有効スピン磁気モーメントの磁場角度依存性を測定することで，スピン反転項に関係する磁気双極子項を見積もることができる3)。

実験
PF BL 16A において， L10 秩序度 S の異なる 3 試料のFe L 吸収端磁場角度依存 XMCD を行った。 S ＝ 0.4, 0.3の試料は面直磁化容易軸を示し， S ＝ 0 の試料は形状磁気異方性由来の面内磁化容易軸を示す。

Fig. 2実験より見積もられた Fe 由来の MAE 。スピン保存項は
軌道磁気モーメントの異方性に比例し1,5)，Total は今回求めたスピン反転項と保存項の和である。

放射光 March 2018 Vol.31 No.2 ● 145

またスピン反転項とスピン保存項の寄与を比べたものがI. V. Solovyev et al.: Phys. Rev. B 52, 13419 (1995).

6)

Fig. 2 となる。Fe は MAE に対し，スピン反転項に由来する，面内磁化容易軸を向かせる寄与をすることがわかっ池田啓祐た。第一原理計算6) でも Fe が同様な寄与をすることが示されているが，今回これがスピン反転項に由来することが示唆された。またこの計算では， Pt が L10 FePt の垂直磁気異方性の元になっていると示しており， Pt のスピン保存項，反転項の寄与とその和がどうなるかも実験的に興味が持たれる。

参考文献
G. van der Laan: J. Phys.:Condens. Matter 10, 3239 (1998).
S. Ueda et al.: Appl. Phys. Lett. 109, 042404 (2016).
G. Shibata et al.: npj Quantum Mater. 3 (2018).
J. Stohr et al.: Phys. Rev. Lett. 75, 3748 (1995).
K. Ikeda et al.: Appl. Phys. Lett. 111, 142402 (2017).

1)
2)
3)
4)
5)

JSR2018学生発表賞

第 2 分野

受賞者塚田智幸（発表番号3B005）
題目軟 X 線発光分光によるトレハロース溶液中の水の電子状態評価

講演者塚田智幸1，澁谷孝2，日野克彦2，三宅章子2，
崔芸涛3，赤田圭史3，宮脇淳1,3，原田慈久1,3所

株 林原，3東大物性研
属1東大新領域，2

1.

諸言

東京大学理学系研究科物理学専攻博士課
程1年［略歴］
2015 年 3 月東京理科大学理学系研究科
応用物理学部卒業。 2017 年 3 月東京大学理学系研究科物理学専攻修士課程卒業。
2017年 4 月より同専攻博士課程に在籍。
［受賞のコメント］
この度は栄誉ある JSR2018 学生発表賞に選出していただき誠にありがとうございます。日頃よりご指導くださっている藤森先生，芝田先生，東北大学の高梨先生，関先生， KEK PF の
雨宮先生，酒巻先生，ならびに本研究にご協力してくださった
方々にこの場をお借りして厚く御礼申し上げます。

を明らかにするために，水の水素結合に寄与する電子状態を直接観測可能である軟 X 線発光分光を用いて，各種二糖溶液を測定した。

2.

実験

4 種類の二糖（トレハロース，マルトース，スクロース，ネオトレハロース）の 1 w/v溶液を試料として使用した。軟 X 線発光スペクトルは，軟 X 線を大気圧下の液体試料に直接照射することが可能である溶液フローセルを

トレハロースは二糖類の一種であり，タンパク質や細胞用いて， SPring 8 東京大学アウトステーションビームラ

において乾燥凍結などの物理的ストレスに対する保護作

イン BL07LSU の超高分解能軟 X 線発光分光装置4)を用い用を有することが知られている1)。耐乾燥凍結作用のメて取得した。励起エネルギーは非共鳴条件である 550 eV

カニズムは，トレハロースと水の相互作用の特異性に注目とし，測定は室温下で行った。

して，今まで様々な測定法（ラマン分光2)，テラヘルツ分
光3)など）で議論されてきたが，そのメカニズムはいまだに諸説ある。
本研究では，他の二糖類に対するトレハロースの特異性

Fig. 1

3.

結果と考察

水と 1 w/vトレハロース溶液の発光スペクトルを Fig.
1( a)に示す。図で示す A, B のピーク付近とスペクトルの(a)水と 1 w/vトレハロース溶液の O 1s 発光スペクトル，(b)水と 1 w/vトレハロース溶液の差分スペクトル。

146 ● 放射光 March 2018 Vol.31 No.2

放射光ニュース ■ 年会合同シンポ学生発表賞結果

参考文献

裾部分（528 eV 付近）で両スペクトルの差が確認できる。
両者の発光スペクトルの差分をとったスペクトルを Fig. 1(b)に示す。図において， A のピークは氷によく似た四配位型の水素結合構造を持つ成分，B のピークは水素結合が切れて構造が崩れた成分であると帰属される5)。水のスペ

1)
2)
3)
4)
5)

M. Sakurai et al.: Cryobio. Cryotech. 52, 17 (2006).
C. Branca et al.: JPC B 107, 1444 (2003).
K. Shiraga et al.: J. Chem. Phys. 146, 105102 (2017).
Y. Harada et al.: Rev. Sci. Instrum. 83, 013116 (2012).
T. Tokushima et al.: CPL 460, 387 (2008).

クトルと比較して， A, B ピーク成分が減少し，裾部分の成分が増加しているが，これはトレハロースが水中に加わったことによって，水水の水素結合が水トレハロースの水素結合（裾の部分）に置き換わったためだと理解できる。
他の二糖溶液についても同様に差分スペクトルをとった
ところ，主に四配位型の水素結合ネットワークが水―二糖の相互作用に変わっているということがわかった。また，
他の二糖類と比べてトレハロースが最も水との相互作用が強いことがわかった。このことより，トレハロースの優れた耐乾燥凍結作用の起源には，トレハロースと水が新たに構築するネットワークが関係していると考えられる。
今後は濃度依存性，温度依存性の測定や， HAXPES 等の他の手法で得られた測定結果から，このトレハロースに

塚田智幸
東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻修士課程 1 年［略歴］
2017年 3 月立教大学理学部化学科卒業，
2017 年 4 月東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻入学［受賞のコメント］
この度は，名誉ある JSR2018 学生発表
賞にご選出くださりありがとうございます。日頃よりご指導頂
いている原田慈久准教授，宮脇淳助教，試料をご提供いただい
株 林原様にこの場を借りて厚く御礼申し上げます。今回の受た
賞を励みに，より一層研究に邁進したいと存じます。

特有の機能とネットワークの関係について，より詳細に検討していく予定である。

JSR2018学生発表賞

第 2 分野

受賞者中村拓人（発表番号10P083）
題目低対称 InAs(110)表面上 Bi 原子鎖の電子状態

講演者中村拓人1，大坪嘉之2,1，山下雄紀1，
出田真一郎3，田中清尚3，矢治光一郎4，
原沢あゆみ4，小森文夫4，辛埴4，湯川龍5，
堀場弘司5，組頭広志5，木村真一2,1
所

属1阪大理，2阪大生命，3分子研 UVSOR，
4東大物性研，5KEK
PF

近年，固体表面における低次元特有の電子物性に関するることで Bi / InAs ( 110 )( 2 × 1 )表面を作製した。この表面構造は，低速電子線回折（ LEED）により先行研究5)と一致していることを確認した。ARPES およびスピン分解
ARPES 測 定 は ， UVSOR III BL5U 及 び KEK PF BL 
2A ( hn ＝ 50 85 eV ，測定温度 15 K ），東大物性研 laser 
SARPES(hn＝6.994 eV，測定温度40 K)6)において，エネ

ルギー分解能20 meV 程度で行った。
Fig. 1 ( a )に hn ＝ 6.994 eV において測定した結合エネル

ギー50 meV における等エネルギー面の結果を示す。鎖垂直方向（［001］）には等エネルギー面が開いている一方で
鎖平行方向（［1̃10］）では閉じており，擬一次元的な電子研究が盛んに行われている。例えば，非磁性表面上において空 間反転 対称 性の破 れと スピン 軌道相 互作 用に よる
Rashba 効果に起因したスピン軌道偏極状態の実現1,2)

や ， 一 次 元 金 属 に お け る 非 Fermi 液 体 の 観 測 な ど で ある3,4)。本研究では，Rashba 効果によるスピン偏極電子状
態に一次元性が与える影響を調べるため，擬一次元的な原子構造を持つことで知られる Bi / InAs ( 110 )( 2 × 1 )表面の電子状態を角度分解光電子分光（ ARPES）及びスピン
分解 ARPES により調べた。 Bi / InAs ( 110 )( 2 × 1 )表面
は，(2×1)周期で Bi 原子がジグザグに並んだ一次元鎖状構造を形成することが表面 X 線回折等により知られており5)，重元素 Bi による巨大 Rashba 効果と一次元的な原子構造を反映した特異な電子状態の共存が期待される。
InAs(110)表面は， InAs(001)基板の側面を超高真空中で劈開することにより得た。この清浄面に対して， Bi 原子を 5 原子層程度蒸着した後 550 560 K で 15 分間加熱す

Fig. 1

Bi/InAs(110)(2×1)表面の ARPES 観測結果。hn＝6.994
eV の円偏光により測定（測定温度 40 K ）。（ a )束縛エネル
ギー 50 meV における等エネルギー面。（ b ) k//[001] ＝ 0 Å－1
におけるバンド分散。

放射光 March 2018 Vol.31 No.2 ● 147

参考文献

構造を確認できる。 Fig. 1 ( b )には， k//[001] ＝ 0 Å－1 における鎖平行方向（［1̃10］）に APRES バンドマッピングの結果を示す。k//[110]＝0 Å－1 を中心として対象な分散形状を示す 2 つの半導体的なホール型バンドを観測した。等エネルギー面で観測された擬一次元的な構造はこのホール型
バンドにより形成されている。このバンドについて，励起光エネルギー依存性を測定した結果，面直方向（［110］）に分散がなく，表面電子状態のバンド構造であることがわ

A. Manchon et al.: Nat. Mat. 14, 871 (2015).
Y. A. Bychkov and E. I. Rashba: JETP Lett. 39, 78 (1984).
M. Grioni et al.: J. Phys.: Condens. Matter 21, 023201 (2009).
C. W. Nicholson et al.: Phys. Rev. Lett. 118, 206401 (2017).
M. G. Betti et al.: Phys. Rev. B 59, 15760 (1999).
K. Yaji et al.: Rev. Sci. Instrum. 87, 053111 (2016).
C. R. Ast et al.: Phys. Rev. Lett. 98, 186807 (2007).
K. Ishizaka et al.: Nat. Mat. 10, 521 (2011).
M. Nagano et al.: J. Phys. Condens. Matter 21, 064329(2009).

1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)

かった。すなわち，1 組のホール型のバンドが擬一次元的な電子構造を持つことを示している。また，その表面電子状態のスピン偏極構造を観測するために行ったスピン分解

中村拓人

ARPES 測定の結果， 2 つの分散は明確にスピン偏極しており，波数の正負の符号でスピンの向きが反転していることがわかった。これらの結果は，2 つのホール型バンドがRashba 効果によって分裂したことを示している2)。

ホール型バンドの分散形状から Rashba 分裂の大きさを表すパラメータ aR を見積ると， k//[001] ＝ 0 Å－1 において
5.5 eVÅ に達した。これは，これまで報告された典型的な巨大 Rashba 物質である BiAg 表面合金7)や BiTeI8)を超えるこれまで観測された最大の Rashba 分裂となる。このような異方的巨大 Rashba 分裂の起源は， 1 つの鏡面しか持たない低対称性（ C1h ) InAs ( 110 )基板上で，かつ面直方向に非対称な Bi 原子軌道を誘起するような大きくバッ

大阪大学大学院理学研究科物理学専攻木村研究室博士前期課程 1 年［略歴］
2015 年 3 月宇部工業高等専門学校電気工学科卒業。 2017 年 3 月宇部工業高等専門学校専攻科生産システム工学専攻卒
業。 2017 年 4 月より大阪大学大学院理学研究科物理学専攻所属。リーディング
大学院インタラクティブ物質科学カデットプログラム履修生［受賞のコメント］
この度は，このような名誉ある賞に選出いただき大変光栄に思っております。日ごろからご指導いただいております大坪嘉之助教，木村真一教授ならびに共同研究者の皆様に心から感謝申し上げます。本賞を励みに，より一層研究に精進いたします。

クリングした表面原子構造を持つ Bi/InAs(110)表面原子構造の特徴によるものであると考えられる9)。

JSR2018学生発表賞

第 3 分野

受賞者川合蕉吾（発表番号5C002）
目大開口数多層膜集光ミラーを用いた sub 10nm

題

集光システムの開発
講演者川合蕉吾1，松山智至1，井上陽登1，湯本博勝2，
犬伏雄一2 ，小山貴久2 ，大坂泰斗3 ，大橋治彦2 ，
矢橋牧名3，石川哲也3，山内和人1
属1大阪大学工学研究科，

所

2高輝度光科学研究センター，
3理化学研究所播磨研究所

1.

緒言

2.

sub10nm 集光達成の為の戦略

sub10nm 集光を実現するためには，非常に大きな開口数を持つ集光光学系が必要である。従来通りの全反射ミラーを利用した光学系では，臨界角の限界から sub10nm
集光を達成することは困難である。この問題を解決するた
めに，ブラッグ反射により集光を行う多層膜集光ミラーを採用した。多層膜を使用することで，大きな開口数かつ高い反射率で集光することが可能となる。しかし，大開口数の集光ミラーはその形状が非常に急峻であり，さらに，許容される形状誤差が 1 nm と非常に厳しい。高精度な形状修正法と形状計測法が必要となる。
以上の問題点を解決し，sub10nm 集光を達成するため

X 線自由電子レーザー SACLA は高輝度超短パルスに，我々は回折格子を用いたグレーチング干渉計で波面をほとんど完全な空間コヒーレンスというこれまでの X

計測し，ミラー形状を導出する方法を採用した。決定した線とは全く異なる性質を持つため，様々な科学分野で新境

形状誤差を基に，局所成膜技術（Deferential deposition法）

地を開拓しつつある。これらの優れた性能を持つ光源をよにより形状を修正，及び多層膜作製を行う戦略である。従り効率よく利用するためには，高度な集光技術が必要不可って，グレーチング干渉計の検出精度及びシステムエラー

欠である。現在 SACLA には全反射 X 線ミラーを用いたの有無と，局所成膜による形状修正の精度を把握しておく

1 mm 集光システム1)と50 nm 集光システム2)が導入されてことが重要なポイントである。

いる。我々は SACLA の性能をさらに向上させ，人類の発展へ貢献するため，集光径10 nm 以下が達成可能な集光光学系（以降 sub10nm 集光光学系）の開発を進めた。

148 ● 放射光 March 2018 Vol.31 No.23.

波面計測法及び局所成膜法の精度採用した波面計測法において，計測が正確に行えている

放射光ニュース ■ 年会合同シンポ学生発表賞結果

か，及び干渉計がシステムエラーを有しているかを検討し価した。その結果， 1 nm 以下の精度で成膜量を制御可能た。波面計測の正確性は，多層膜ミラーの入射角を変化さであるとの結論を得た。

せた際に発散波面波上に発生するコマ収差に注目し，実験
値と計算値を比較した。その結果，両者は非常に良い一致

4.

多層膜ミラー形状計測実験を示したことから，正確に波面を計測できることを確かめ

実際に SACLA の EH5 に設置された sub 10nm 集光光

た。次に，干渉計のシステムエラーの有無について検討を学系にて多層膜ミラーの波面評価（E＝9.1 keV）を行い，行った。本干渉計は回折格子及び干渉縞を検出するための形状修正の成否を確かめた。 Fig. 3 に，形状修正前後の垂X 線カメラのみによって構成されている。この 2 つのデ

直集光ミラーの波面を示した。
修正前は2.6 rad (rms）であったのに対し，形状修正後

バイスがシステムエラーを与えるか調査した。回折格子では，格子面内上で X 線照射させる位置を変化させることは0.37 radで測定波面の変化を調べた。その結果，波面は高い精度で形状修正の戦略が成功したことを意味する。

(rms）と大幅に改善が見られた。すなわち，一致し，システムエラーは発生しないと結論づけた。次に，得られた結果から，現状のミラーでどの程度の集光径がX 線カメラのシステムエラーについて調査を行った。2 つ達成可能であるかを，計算機シミュミレーションによっての異なるカメラを用いて波面検出を行い，得られた 2 つ確かめた（Fig. 4）。計算の結果，現在のミラー形状で5.99の波面を比較した。その結果，得られた波面に無視できな

nm(H)×4.56 nm(V)の集光が達成可能であると分かった

い差が見られた（Fig. 1）。この問題を解決するため，新し（E＝9.1 keV）。

い X 線カメラのキャリブレーション法を考案した。シス

今後は，シングルショットで計測可能なビームプロファ

テムエラーを補正したところ，大きな差が見られた 2 つイリング法と精密ミラーアライメント法の開発を進め，この波面が一致した（Fig. 2）。以上から，システムエラーのの集光光学系を完成させたい。

ない正確な波面計測に成功した。

参考文献

次に，局所成膜法の精度について調査した。多層膜集光
ミラーとは別のガラス基板上に，実際の修正と同じ量の成膜を行い，この結果を可視光干渉計にて計測し成膜量を評

Fig. 1

Fig. 2

2 つのカメラを用いて計測された波面カメラのシステムエラーを取り除いた後の波面

1)
2)

H.Yumoto et al.: Nat. photonics. 7, 43 (2013).
H. Mimura et al.: Nat. Commun. 5, 3539 (2014).

Fig. 3多層膜ミラーの形状修正前後の波面

Fig. 4

計算によって得られた集光径

放射光 March 2018 Vol.31 No.2 ● 149川合蕉吾
大阪大学大学院工学研究科精密科学応
用物理学専攻博士課程前期 2 年［略歴］
2016 年 3 月大阪大学工学部応用自然科学科卒業。同大学博士前期課程在籍［受賞のコメント］
この度は JSR2018 学生発表賞という栄誉ある賞を頂き，大変光栄に思っております。ご指導頂きました山内和人教授，松山智至助教ならびに多くのご助言を頂いた同研究室の井上陽登氏に，この場をお借りして厚く御礼申し上げます。

JSR2018学生発表賞

第 3 分野

受賞者高橋孝輔（発表番号9P110）
目 SWAX 法による脂質リポソームに対する糖の効題

果の検討
講演者高橋孝輔1，平井光博1所

属1群馬大

1.

緒言

2.

実験手法等

測定には，高エネルギー加速器研究機構 PF BL10C 分
光 器 な ら び に 高 輝 度 光 科 学 研 究 セ ン タ ー SPring 8BL40B2分光器を用い，小角高角 X 線散乱（SWAXS）

実験を行なった。観測 q 領域は， 0.003 Å－12.1 Å－1 であり，実空間で 2100 Å 3 Å に相当し，リポソームの形状
サイズ分布から，脂質二重膜構造，脂質分子鎖のパッキン
グ揺らぎまでの構造情報を全て観測した。脂質リポソー

生体膜は主にタンパク質と脂質分子から構成されていムの調製方法としては，リン脂質に DPPC ，中性脂質にる。脂質の主要成分はリン脂質であり，水に分散させるは Cholesterol を用い，脂質混合系 DPPC/Chol＝1/0, 0.1,と，親水性頭部と疎水性尾部 (炭化水素鎖）を持つ両親媒

0.2［M/M］の SUV (単一膜リポソーム）を作成した。特性分子であるため，疎水性尾部同士が対向するように自発に今回は， SUV の内水層にも外側（バルク）にも糖分子的に会合し，ミセル構造や脂質二重層膜構造など多様な凝が存在する SUV (A）の場合と，SUV の外側にのみ糖分集構造を形成する。この中で，単一膜小胞を形成したもの

子を添加させた SUV (B）の場合の比較実験を行なった。

を単一膜ベシクル（リポソーム）と呼ぶ。リポソームは古（A）については，真空乾燥させた脂質膜に糖溶液 (pH7.0）

くから生体膜の単純なモデルとして多くの研究がなされてを加え，1 日程度の水和膨潤の後，高出力超音波破砕によきた。近年，リポソーム膜内，および内水層にそれぞれ脂って， SUV を作成した。一方（ B ）については，乾燥さ溶性薬剤や水溶性薬剤が封入可能であること，生体適合性せた脂質膜に10 mM HEPES BuŠer (pH7.0）を加え，水が高いことなどの有用性から，薬剤担体（Drug Delivery

和膨潤および高出力超音波破砕を経て， SUV を作成した

System (DDS））としての生理学薬学的研究や応用が盛後， X 線散乱測定の直前に糖溶液を添加させた。（ A）おんに行なわれている。しかし， DDS としてのリポソーム

よび（ B ）については， Glucose および Sucrose 濃度は 0,の応用の基盤となる，ナノスケールレベルでの構造学的な2.5, 5, 10, 15, 20, 25（wt.）となるように調製した。

知見は乏しい。筆者の所属する研究室では，シンクロトロ
ン放射光小角高角 X 線散乱法 (SRSWAXS 法）を用い

3.

実験結果および考察

ると， DDS あるいは細胞モデルとしての脂質混合リポ

Fig. 1［A］および［B］に SUV の外側（バルク水）にのソームおよびタンパク質内包リポソームの構造特性や高分

み glucose および sucrose を添加した場合の散乱関数 I(q)子混雑下での構造転移が詳細に解析可能であることを既にの糖濃度変化（ wt. ）を示す。［ A ］および［ B ］より，

報告している1,2) 。そこで，本研究では，小分子混雑下の

Glucose ＝ 5 wt. ， Sucrose ＝ 10 wt. で q ＝ 0.18 （ Å－1 ）モデルとして，糖分子存在下でのリポソームの構造特性に近傍にピークが出現することが分かる。これは，糖の添加ついて SR SWAXS 法を用いて検討した。低温乾燥な前後で一枚膜の SUV から別の構造体に変化したことが考どの極限環境下において，生物では特定の糖類が多量に産え ら れ る 。 そ こ で ， 糖 添 加 前 の DPPC / Chol ＝ 1 / 0.1 の生されることが知られており，また，糖分子のタンパク質

SUV について，多分散性を考慮した多重殻モデル Fittingや脂質膜に対する凍結乾燥保護作用を利用して，二糖の散乱関数3)を用いて，膜構造およびサイズ分布，サイズ分

Sucrose が DDS リポソームの希釈溶媒として用いられる布を決定した。次に，得られた SUV の膜構造パラメー

ことから，それらとの関連の解明が本研究の目的である。

ターおよびサイズ分布を用いて，糖添加後の構造モデル散150 ● 放射光 March 2018 Vol.31 No.2

放射光ニュース ■ 年会合同シンポ学生発表賞結果

Fig. 1

Fig. 2

SUVの散乱関数の糖濃度変化。［ A］ SUV の外液に Glucose を添加，［ B］SUV の外液に Sucrose を添加。
Glucose では 5 wt.で Sucrose では10 wt.で q＝0.18 Å－1 近傍にピークが現れる。

理論散乱関数で想定した二枚膜ベシクル構造。 Model ASUV の内水層および外側に糖分子が存在しない場合，
Model B  SUV の内水層と外側，さらに膜間に糖分子が存在する場合， Model C  SUV の外側，膜間に糖分子が存在するが，内水層には存在しない場合。

Fig. 3Fig. 2 のモデルの理論散乱関数 I ( q )。 Model A, B, C 全てで二枚膜ベシクルに起因する q＝0.18 Å－1 近傍のピークが現れるが，小角領域を含め， Model C が実験散乱関数に最も類似。

乱関数を算出し，実験散乱関数 I ( q )との比較を行なっ移するときの糖濃度が上昇することが分かった。これらのた。モデルを構築するに当たっては， SUV の一枚膜構造

構造 転移 が比 較的低 濃度 の糖溶 液で起 きる ことか ら，が糖分子添加によって二枚膜ベシクル構造をとったと考え，

DDS の保存希釈液として糖溶液を用いる場合，膜内外

Shell 数を 12 として， Fig. 2 に示す異なる二枚膜ベシクルの浸透圧のバランスが重要であることを示唆している。現を構築し，理論散乱曲線 I(q)（Fig. 3）を算出した。Fig. 3

在，脂質組成，糖の種類，濃度，温度を変えたさらに詳細に示すように，二枚膜ベシクルの膜間距離の相関に起因すな測定を実施計画中である。

るピークが q＝0.18（Å－1）近傍に現れ，Fig. 1 に示した実参考文献

験散乱曲線 I ( q )が定性的に再現できる。以上から， SUVの外側にのみ糖分子を添加した系では， SUV の内水層と外側（バルク水）との間に浸透圧差が生じ，二枚膜ベシク
ルが生成されることが分かった。また， DPPC と混合させる Cholesterol 濃度の増加に伴い，二枚膜ベシクルへ転

M. Hirai et al.: J. Phys. Chem. B 119, 3398（2015).
T. Onai and M. Hirai: J. Phys.: Conf. Ser. 247, 012018（2010).
3) M. Hirai et al.: Biophys. J. 85, 1600（2003).

1)
2)

放射光 March 2018 Vol.31 No.2 ● 151橋孝輔
群馬大学理工学府物質生命理工学教育
プログラム修士課程 2 年［略歴］
2016 年群馬大学工学部応用化学生物化学科卒業， 2016 年群馬大学理工学府
物質生命理工学教育プログラム入学［受賞のコメント］
この度は，JSR2018学生発表賞という栄誉ある賞に選出して頂きまして，大変光栄に存じます。賞とは全く無縁の学生生活でしたが，この賞を励みに自信を持ち，4月からの新しい環境でも挑戦して行きたいと思います。また，本研究を遂行するにあたり，PF では清水伸隆准教授，五十嵐教之准教授，SPring8 では太田昇研究員に大変お世話になりました。この場を借りて感謝申し上げます。

JSR2018学生発表賞受賞者広瀬題

第 3 分野広視野で可視化する走査型のレンズレスイメージング法で真（発表番号3A002）

目硬 X 線スペクトロタイコグラフィによる酸素吸蔵放出材料の三次元価数識別ナノイメージング

講演者広瀬真1,2，石黒志2，下村啓1,2，松井公佑2,3，
唯美津木2,3，高橋幸生1,2
所

折パターンから，試料の複素透過関数を高空間分解能かつ属1大阪大学工学研究科，2理研放射光センター，
3名古屋大学理学研究科

ある2)。元素の吸収端を含む複数の入射 X 線エネルギーを使うと，試料像に加えて空間分解 XAFS (Xray Absorption Fine Structure）が得られるため，化学状態の二次元分布を可視化する X 線スペクトロタイコグラフィへと拡張することができる。我々はバルク粒子の化学状態分布を観察するために，KramersKronig Relation (KKR）を拘束条件に追加した反復的位相回復アルゴリズムを作成し，固体触媒材料の多くは，構造や大きさ，酸化状態，ドメ

硬 X 線領域の微弱な XAFS を正確に再構成することを可イン構造などが三次元的に不均一な微粒子の集合体であ能にした3) 。さらに， Pt ナノ粒子を酸素吸蔵放出材料

る。これらの不均一性が複雑に折り重なった固体触媒の反Ce2Zr2Ox（CZ, 7 x 8）に担持させた自動車排ガス浄化

応機構は捉えがたく，触媒性能の向上に必要な指針を得る

触媒 Pt / CZ 粒子の二次元酸化状態分布を 50 nm より優れことは容易ではない。触媒反応の詳細をよりよく知るためた空間分解能で可視化し，酸素吸蔵過程において 4 種類に放射光施設では，旧来の X 線吸収分光法による大量のの酸素拡散様式が存在することを示した4)。本研究の目的

粒子を対象としたマクロな分析を， X 線顕微鏡を搭載しは，次のステップとして，硬 X 線スペクトロタイコグラ

た顕微分光による個々の粒子を対象としたミクロな分析へ

フィComputed Tomography（CT）測定による Pt/CZ 粒と展開する潮流がある1)。しかし，硬 X 線用の大開口レン子の三次元酸化状態分布の高分解能可視化である。

ズの作製という技術課題は依然として解決には至っておら

Fig. 1 に SPring 8 BL29XUL において行った硬 X 線スず，バルク粒子内部の化学状態分布をナノスケール空間分

ペクトロタイコグラフィCT 測定の概念図を示す。酸化解能で三次元観察することは困難である。

中途状態の Pt / CZ を 2.5 度間隔で 150 度まで回転させ，角X 線タイコグラフィは，複数枚のコヒーレント X 線回Fig. 1

度毎に CeL3 吸収端を含む5.7075.770 keV の間の28エネ

硬 X 線スペクトロタイコグラフィCT 測定の概念図

152 ● 放射光 March 2018 Vol.31 No.2

放射光ニュース ■ 年会合同シンポ学生発表賞結果

ルギーを利用した。 Ce L3 吸収端を利用することで， Ce

待が持てる。それと同時に，このような測定を通じて得らの酸化状態分布を観察することができる。タイコグラフィれる膨大な多次元データ群から目的の情報を引き出すため測定では， KB ミラーによって二次元的に半値全幅 500には，データマイニングによる特徴量抽出等を行うことのnm に集光された X 線を入射プローブとして， 8 × 8 の走重要性が高まることも予想される。先進的な測定と解析を

査点を400 nm 間隔で二次元走査した。露光時間は0.5秒か両輪とした研究により，新規機能性材料の設計開発が促

ら 4 秒とし，5 日間で10万枚を超える回折パターンを測定

進されるであろう。

した。はじめに， KKR 拘束を導入した ePIE 位相回復ア

参考文献

ルゴリズム3)を利用して，すべてのエネルギー，角度毎に試料の投影像を再構成した。次に，エネルギー毎にFiltered Back Projection 法を利用して三次元吸収像および位相像を再構成し，三次元的に空間分解された XAFS
スペクトルを算出した。反応中間状態にある Pt / CZ 粒子の XAFS スペクトルは，完全に酸化または還元された Pt/CZ 粒子の XAFS スペクトルの線形結合で近似され5)， 4
ボクセル毎にスペクトルフィッティングを行うことで Pt/

1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)

M. Tada et al.: Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 14910 (2011).
J. M. Rodenburg et al.: Phys. Rev. Lett. 98, 034801 (2007).
M. Hirose et al.: Opt. Express 25, 8593 (2017).
M. Hirose et al.: Angew. Chem. Int. Ed. 57, 1474 (2018).
N. Ishiguro et al.: ChemPhysChem 15, 1563 (2014).
T. Sasaki et al.: J. Ceram. Soc. Japan 112, 440 (2004).
広瀬ら，第31回日本放射光学会年会放射光合同シンポジウ
ム，つくば国際会議場，2018年 1 月，9P088.

CZ 粒子の三次元価数像を導出した。ボクセルサイズは約14 nm である。

粒子表面は酸素を吸蔵した Ce4 価に覆われていたが，粒子内部ではドメイン毎の反応性の違いを反映した複雑な酸化状態分布を呈しており，粒子中心付近であっても酸化されている領域とそうではない領域とが共存する様子が確認された。次に，三次元価数像についてヒストグラム解析を行うと，ほとんどすべての粒子について Ce3.5 価近傍にピークが存在していた。CZ 粒子は酸化過程において準安 定 な Ce3.5 価 中 間 相 を 形 成 す る こ と が 報 告 さ れ て おり6)，その空間分布を可視化することにはじめて成功した。
現状では硬 X 線スペクトロタイコグラフィCT によって，バルク材料の化学状態分布を数10 nm の分解能で三次元観察するためには，5 日程度の測定時間が必要である。
将来的には高スループット三次元イメージング法の開発7)や次世代放射光源の実現によるコヒーレントフラックスの増大が相まって測定時間が大幅に短縮されれば，化学反応広瀬真

大阪大学大学院工学研究科精密科学応
用物理学専攻博士後期課程 1 年［略歴］
2015 年 3 月大阪大学工学部応用自然科学科卒業。 2017 年 3 月大阪大学大学院
工学研究科精密科学応用物理学専攻博士前期課程修了。現在，同博士後期課程に在籍。日本学術振興会特別研究員（DC1）。
［受賞のコメント］
名誉ある JSR2018 学生発表賞に選出して頂き，大変光栄に思っております。日頃より研究をご指導頂いている高橋幸生准教授，山内和人教授，遠藤勝義教授に心より感謝申し上げます。
また，共に研究に取り組んでいる下村啓氏，東野嵩也氏にも深く感謝申し上げます。共同研究者である石黒志博士，松井公佑
助教，唯美津木教授には，試料調製やデータの解釈について大変お世話になりました。この場を借りて厚く御礼申し上げます。今回の受賞を励みに，今後も研究に邁進して参ります。

の時間発展を高空間分解能で三次元可視化することにも期

放射光 March 2018 Vol.31 No.2 ● 153