日本分子科學研究所1983年投入營運的極紫外光研究設施（UVSOR），是現役同步輻射設施中第二陳舊的設施，此次，該設施内建成了世界上首個能夠將兩條光束線的同步輻射光合二爲一，並應用在同一試樣上的實驗站。該實驗站的開發由分子科學研究所的松井文彥教授、解良聰教授、萩原健太特任研究員（IMS研究員）、中村永研技術職員、牧田誠二技術職員以及大阪大學產業科學研究所的菅滋正招聘教授、田中慎一郎副教授共同完成。相關研究成果已發表在期刊《Journal of Synchrotron Radiation》上。
光電子動量顯微鏡的全貌（供圖：自然科學研究機構分子科學研究所松井文彥教授等的研究團隊，Restriction：CC-BY）
詳細瞭解物質中電子的行為對於開發新材料以及改善現有材料性質至關重要。光電子能譜是實施這一目標的關鍵研究方法之一。
2020年分子科學研究所在UVSOR上引進了最先進的光電子能譜儀——光電子動量顯微鏡，它可以在微米級別的微小區域内觀察電子的行為。
此次，研究團隊在UVSOR内開發了全球首個可以在同一試樣上應用兩條光束線（真空紫外光和軟X射線）同步輻射的光電子動量顯微鏡實驗站。透過現有的真空紫外光光束線BL7U上新建了一個分支，使軟X射線光束線BL6U的光斜入射到試樣表面並將其利用於光電子動量顯微鏡實驗站，這樣BL7U的發光能量夠從正面垂直度照射（直入射）到試樣表面。
結合使用這兩條光束線，可實施斜入射軟X射線的高靈敏度元素選擇性測量和直入射真空紫外光的高對稱測量，並能夠在光電子能譜實驗中靈活選擇某一條或同時使用。透過充分利用這些光源的高自由度，使得電子行為的多角度分析成爲可能。值得一提的是，UVSOR的這一裝置是目前全球唯一能夠實施直入射配置光電子能譜的設備，其技術開發一直受到關注。透過進行直入射配置下光的對稱和偏振依賴性進行躍遷矩陣元分析，可以直接獲得價電子帶電子的原子軌域資訊。此外，由於光電子動量顯微鏡能夠分析所有逸出的光電子，這使得更接近於實施對原子軌域的完總體分析。在試驗中，研究人員成功將躍遷矩陣元分析應用於Au（111）表面的價電子帶色散。
此次開發的雙光束線組合使用的光電子動量顯微鏡實驗站是全球首創的設備，有望引領世界進行獨自的研究，還將帶來測量技術的進一步革新。
高精度的價電子帶原子軌域分析與理論計算的比較也將變得容易。電子狀態研究的進展不僅對推動物性物理可用能學、分子科學、材料科學的隊形變換有重要意義，還將爲理解物質的基本性質和開發新功能提供重要的見解。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：Journal of Synchrotron Radiation
論文：Development of dual-beamline photoelectron momentum microscopy for valence orbital analysis
DOI：doi.org/10.1107/S1600577524002406
