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物質分子科学研究領域横山グループ

横山グループ_メインイメージ
場所:明大寺キャンパス 研究棟3F
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表面薄膜磁性、分子磁性、磁気顕微鏡、表面分光

物質分子科学のための新しい分光法の開発

現代の物質科学は高性能だけでなく安全安心などさまざまな観点から調和のとれた物質材料の創製を求められており、物質材料・素子の特性を詳細に評価・解析し、よりよい物質材料設計を行う必要があります。そのため、物質材料を解析する手法の空間分解能や時間分解能がますます求められています。我々は、主に大型加速器から放射されるX線(シンクロトロン放射光)を用いた分光学的手法に基づいた新しい測定手法の開発とその応用に取り組んでいます。 

我々は、2017年に大気圧下でのX線光電子分光測定に世界で初めて成功しました。光電子分光法は、通常高真空下での測定が必須ですが、エネルギーの大きい硬X線を用いることなどで、1気圧までの測定が可能な光電子分光装置が開発できました。これを用いて、燃料電池の動作下での状態解析により性能の失活機構や被毒の原因究明を行っています。 

また、高速時間分解X線吸収分光測定を手掛けており、100ピコ秒以下の時間分解能で短寿命光励起状態の構造解析を行っています。水から水素を作る光触媒の高性能化を目標に、光触媒酸化タングステン(VI)の反応機構の鍵となる光励起状態定量的構造解析に成功しています。

2018_yokoyama.png

Ambient pressure hard x-ray photoelectron spectroscopic system.
(a) Apparatus installed at SPring-8 Beamline 36XU.
(b) Front corn with a 30-μm aperture of the electron energy analyzer, made by Equipment Development Center, IMS.
(c) Au 4f HAXPES of Au(111) at a real ambient pressure of 105 Pa.
(d) Hydrogen pressure dependent Pd 3d5/2 HAXPES of Pd black. An abrupt change is found at ~3 kPa due to the transformation between metallic Pd and Pd hydride states.

参考文献

  1. “Operando Observation of Sulfur Species Poisoning Polymer Electrolyte Fuel Cell Studied by Near Ambient Pressure Hard X‑ray Photoelectron Spectroscopy” L. Yu, Y. Takagi, T. Nakamura, T. Sakata, T. Uruga, M.Tada, Y. Iwasawa, S. Masaoka, and T. Yokoyama, J. Phys. Chem. C 123 , 603 (2019).
  2. “X-ray photoelectron spectroscopy under real ambient pressure conditions” Y. Takagi, T. Nakamura, L. Yu, S. Chaveanghong, O. Sekizawa, T. Sakata, T. Uruga, M. Tada, Y. Iwasawa and T. Yokoyama, Appl. Phys. Exp10, 076603 (2017).
  3. “Dynamics of Photoelectrons and Structural Changes of Tungsten Trioxide Observed by Femtosecond Transient XAFS” Y. Uemura, D. Kido, Y. Wakisaka, H. Uehara, T. Ohba, Y. Niwa, S. Nozawa, T. Sato, K. Ichiyanagi, R. Fukaya, S. Adachi, T. Katayama, T. Togashi, S. Owada, K. Ogawa, M. Yabashi, K. Hatada, S. Takakusagi, T. Yokoyama, B. Ohtani, and K. Asakura, Angew. Chem. Int. Ed55, 1364 (2016).
  4. “Anharmonicity and Quantum Effects in Thermal Expansion of an Invar Alloy” T. Yokoyama and K. Eguchi, Phys. Rev. Lett. 107, 065901 (2011).
  5. “Magnetic circular dichroism near the Fermi level” T. Nakagawa and T. Yokoyama, Phys. Rev. Lett96, 237402 (2006).