イオン注入を利用した二次イオン質量分析法の高感度化への挑戦

使用离子注入提高二次离子质谱分析灵敏度的挑战

• 批准号: 20K20934
• 负责人: 藤谷 渉
• 金额: $ 4.08万
• 依托单位: Ibaraki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-07-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K20934/
• 关键词: イオン注入; 二次イオン質量分析; カンラン石; セシウム; 相対感度係数; 二次イオン質量分析計; 標準試料

2022年度は、イオン注入による試料の前処理（不純物のドープ）を行うことで、二次イオン質量分析（SIMS）における二次イオンの感度を向上させる試みを行った。具体的には、化学組成が定量されているサンカルロス産オリビンの研磨薄片にセシウムイオンを注入し、オリビンに含まれる微量元素：リチウム・カルシウム・マンガン・クロムなどをSIMSで分析することを計画した。セシウムイオンは金属単体としてはもっとも仕事関数が小さい元素である。注入したセシウムイオンの存在量は、試料中で深さ方向に山なりの分布となる。セシウムイオンの加速電圧と注入量は、SRIMという計算コードを用いたシミュレーションにより、以下の条件を満足するように決定した。すなわち、セシウムイオンのピーク濃度が20 wt%程度、かつ、ピークの表面からの深さが100 nm程度である。イオン注入を行うカンラン石の試料は、2-3 mm程度の大きさのものを選び、樹脂に包埋してからダイヤモンドペーストで0.25マイクロメートルの平滑度まで研磨した。その後、イオン注入時あるいはSIMS分析時の試料表面での帯電を防ぐため、厚さ5 nmのオスミウムコーティングを行った。実際のイオン注入実験は群馬県高崎市・量子応用研究所のイオン注入装置TIARAにて行った。二日間のマシンタイムで、セシウムイオンビームの加速電圧350 kV、電流量500 nA、照射範囲1.5 x 1.5 cm^2、計5時間の照射を行い、ドーズ量はおおよそ2 x 10^16 atoms/cm^2である。残念ながら、マシンタイムの都合により、SIMS分析はまだ行われておらず、二次イオンの感度の評価は行われていない。

In 2022, the sample pretreatment (impurity selection) of the injection and secondary quality analysis (SIMS) were carried out. The specific chemical composition is quantitatively determined by SIMS analysis. The number of elements in the metal complex is increasing. The amount of the injected sample is distributed along the depth of the sample. The amount of acceleration voltage injected into the system is determined by the following conditions: The concentration of the pigment is about 20 wt%, and the surface of the pigment is about 100 nm. The sample size of 2-3 mm for injection and the smoothness of 0.25 mm for resin embedding were selected and ground. After the injection, the sample surface is charged with a thickness of 5 nm. The injection equipment TIARA of the Institute of Quantum Physics, Takasaki City 2. During the day, the acceleration voltage is 350 kV, the current is 500 nA, the irradiation range is 1.5 x 1.5 cm^2, the irradiation time is 5 minutes, and the acceleration voltage is 2 x 10^16 atoms/cm^2. The SIMS analysis is based on the analysis of residual and secondary sensitivity.

项目成果

火星衛星探査計画（MMX）における回収試料の分析プロトコル

火星月球探索任务 (MMX) 期间回收的样品的分析协议

• 发表时间: 2021
• 作者: サミュエル カン;岸 拓未;内山 遼平;渡邊 剛;小宮剛 難波恒太 澤木佑介 平田岳史 牛久保孝行 清水健二;藤谷渉，古川善博，菅原春菜，小池みずほ，馬上謙一，Nancy L. Chabot，三浦弥生，Frederic Moynier，Sara S. Russell，橘省吾，高野淑識，臼井寛裕，Michael E. Zolensky
• 通讯作者: 藤谷渉，古川善博，菅原春菜，小池みずほ，馬上謙一，Nancy L. Chabot，三浦弥生，Frederic Moynier，Sara S. Russell，橘省吾，高野淑識，臼井寛裕，Michael E. Zolensky

Material transport in the Solar System: Insights from MMX sample analysis

太阳系中的物质传输：MMX 样本分析的见解

• 发表时间: 2021
• 作者: 藤田 寛之;渡邊 剛;駒越 太郎;山崎 敦子;Fujiya W.
• 通讯作者: Fujiya W.

微惑星初期進化

早期星子演化

• 发表时间: 2022
• 作者: Nagao;R.;Yoshida;S.;Sawaki;Y.;Ohno;T.;Ueno;Y.;Komiya;T.;F Miyake;堀場弘司;藤谷渉
• 通讯作者: 藤谷渉

Scientific importance of the sample analyses of Phobos regolith and the analytical protocols of returned samples by the MMX mission

火卫一风化层样本分析的科学重要性以及 MMX 任务返回样本的分析方案

• 发表时间: 2021
• 作者: Fujiya W.;Furukawa Y.;Sugahara H.;Koike M.;Bajo K.;Chabot N. L.;Miura Y. N.;Moynier F.;Russell S. S.;Tachibana S.;Takano Y.;Usui T. and Zolensky M. E.
• 通讯作者: Usui T. and Zolensky M. E.

Small body exploration for understanding of Earth’s building blocks

小天体探索以了解地球的组成部分

• 发表时间: 2021
• 作者: 松本洋介;三好由純;Fujiya W.
• 通讯作者: Fujiya W.