Revealing mysteries of the Universe with atomically-thin graphene X-ray filters

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本研究の目的は、【紫外線】【X 線】【超薄膜グラフェン】【機械強度】というキーワードに着目した、汎用フィルターの設計・製作・評価という共通基盤技術の確立・実証までを世界に先駆け完遂し、宇宙・地上機器への搭載を通し、地球・宇宙物理学から医学・生物・化学・分析科学分野等を含めた様々な学術領域における研究課題への取り組みに貢献することである。本年度は、(1) 高感度素子の実現に向けた軽負荷製作工程の確立、(2) 実装に向け最も重要な原理実証の一つでもある紫外線・X 線帯域の透過率の詳細測定の実施、および (3) 宇宙環境耐性評価項目である高速原子状酸素照射実験を実施した。(1) については、特に転写時の負荷を軽減させる方法を見出し、まだポリマー残渣の程度の定量評価ができていないものの、単層で直径 300 um、2 層で直径 500 um を超えるグラフェン自立膜の製作に成功した。(2) については放射光施設内の二つのビームラインを駆使し、評価システムを構築することで、1・5 層グラフェンについて 30-500 eV 帯域の透過率を調べ、期待通りの高い透過率であることを確認した。また、4 ヶ月程度の保管期間を経て 100-500 eV 帯域の試験を実施し、系統誤差の範囲内で有意な劣化がないことも確認し、実装に向け有用な情報を得ることに成功した。(3) については、単層グラフェンに対し 1E15-1E19 atoms/cm2 の照射量を照射し、照射前後にてラマン特性を評価した。結果、1E17 atoms/cm2 までは大きな変化はない一方、1E18 atoms/cm2 以上の照射量についてはラマン特性に大きな変化が生じていた事が確認された。これにより、そのような宇宙環境にさらされる場合、軽金属薄膜の成膜等の耐性向上が必須になることが分かった。