擁有世界最高性能的軟X射線同步輻射設施——NanoTerasu（全稱NanoTerasu Synchrotron Light Source）已從2025年3月起向公衆開放共用使用。NanoTerasu將提供軟X射線超高解析度共振非彈性散射、軟X射線奈米光電子能譜和軟X射線奈米吸收光譜三條共用光束線（BL）供研究人員使用。該設備配備有7條聯合研究光束線。日本量子科學技術研究開發機構（QST）NanoTerasu中心主任高橋正光自信地表示：「BL專案將由在SPring-8營運中積累了豐富經驗的日本高輝度光科學研究中心（JASRI）負責研究課題的徵集、篩選以及客戶支援，聯合研究成員使用設施則由日本光科學創新中心負責。透過推動基於好奇心和解決方案的共用課題、聯合研究課題兩方面，我們將力爭促進高水平科學技術的隊形變換。」
軟X射線同步輻射設施「NanoTerasu」外觀
QST Nano Terasu中心主任高橋正光
同步輻射（Synchrotron Radiation）是指被加速到接近光速的電子被彎曲時，沿運動軌道切線方向放射出的光。利用同步輻射，可以觀察到奈米級以下物質的功能和形態，可以加速生物學、行星和地球科學、能源、材料、器件、食品等各個領域的研究開發。全球各地目前已經建成了大約50座同步輻射設施，其中日本作爲同步輻射技術的佼佼者，一直處於世界領先地位。
同步輻射設施根據能量和波長的不同，可分爲處理硬X射線和軟X射線的設施，前者可以在原子水平上揭示物質的結構，後者則可以揭示物質的電子狀態。日本於1990年代建造的大型同步輻射設施「SPring-8」是世界最高標準的設施，但它所處理的同步輻射是硬X射線。而在軟X射線方面，當外國的設施在2000年代相繼完工時，日本卻被甩在了後面。
爲此，繼承了SPring-8和自由電子雷射設施「SACLA」積累的技術，在軟X射線方面具有世界最高性能的NanoTerasu在政府和民間的合作下建設完成。該設施融合了能夠將電子封存在小截面軌道上並使其環繞的存儲環、產生高輝度同步輻射的波蕩器（插入光源）、C波段加速器管和透明柵極熱陰極電子源等最尖端技術。
在軟X射線超高解析度共振非彈性散射BL方面，NanoTerasu透過最長的光束線光學系實施了可以檢測到10萬分之1能量變化的世界最高的能量解析度，從而能夠闡明物質中產生的各種電子狀態變化。相關應用例如，透過觀察各種電池的電極反應和伴隨化學反應的電子狀態變化，有望推動延長電池壽命的研究。
在軟X射線奈米光電子能譜BL方面，利用NanoTerasu的高輝度性能和日本國產的高效X射線鏡，該設施可實施明亮奈米聚光軟X射線光束的光電子能譜測量。依託奈米級的空間解析度，可以確定包括自旋在内的物質的電子狀態。相關應用例如，透過觀測微單晶和電子相分離狀態，有望推動新一代電子器件材料和高溫超導體的開發。
在軟X射線奈米吸收光譜BL方面，該設施透過世界首創的分裂波蕩器，實施了在廣泛能量範圍内多種偏振狀態的產生及其快速切換。在同一樣品上，可以觀察到右轉偏光和左轉偏光的吸收比差異。相關應用例如，進行利用圓偏光的光學活性材料分析以及觀測斯格明子等物質的新奇磁結構。
這3條共用光束線將從明年開始向公衆開放使用。據悉，在每年約6000小時的機器工作時間中，第一年將開放共用3000小時，目標最終將提升至5000小時。
此外，作爲聯合研究成員（約150個機構參與）的大學和研究機構、民間企業的研究人員可以利用軟X射線電子狀態分析、軟X射線運算元光譜、軟X射線成像、X射線結構和電子狀態母體分析等7條聯盟BL。高橋主任表示：「利用多個BL，可以開展以問題解決爲指向的研究開發。」
除了NanoTerasu，日本可用於分析物質結構和性質的大型研究設施還包括SPring-8和使用中介子的J-PARC。QST理事長小安重夫表示：「未來，有必要建立一個能夠一站式利用多個大型研究設施的機制。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
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