日本分子科学研究所1983年投入运营的极紫外光研究设施（UVSOR），是现役同步辐射设施中第二陈旧的设施，此次，该设施内建成了世界上首个能够将两条光束线的同步辐射光合二为一，并应用在同一试样上的实验站。该实验站的开发由分子科学研究所的松井文彦教授、解良聪教授、萩原健太特任研究员（IMS研究员）、中村永研技术职员、牧田诚二技术职员以及大阪大学产业科学研究所的菅滋正招聘教授、田中慎一郎副教授共同完成。相关研究成果已发表在期刊《Journal of Synchrotron Radiation》上。
光电子动量显微镜的全貌（供图：自然科学研究机构分子科学研究所松井文彦教授等的研究团队，Restriction：CC-BY）
详细了解物质中电子的行为对于开发新材料以及改善现有材料性质至关重要。光电子能谱是实现这一目标的关键研究方法之一。
2020年分子科学研究所在UVSOR上引进了最先进的光电子能谱仪——光电子动量显微镜，它可以在微米级别的微小区域内观察电子的行为。
此次，研究团队在UVSOR内开发了全球首个可以在同一试样上应用两条光束线（真空紫外光和软X射线）同步辐射的光电子动量显微镜实验站。通过现有的真空紫外光光束线BL7U上新建了一个分支，使软X射线光束线BL6U的光斜入射到试样表面并将其利用于光电子动量显微镜实验站，这样BL7U的光能够从正面垂直照射（直入射）到试样表面。
结合使用这两条光束线，可实现斜入射软X射线的高灵敏度元素选择性测量和直入射真空紫外光的高对称测量，并能够在光电子能谱实验中灵活选择某一条或同时使用。通过充分利用这些光源的高自由度，使得电子行为的多角度分析成为可能。值得一提的是，UVSOR的这一装置是目前全球唯一能够实现直入射配置光电子能谱的设备，其技术开发一直受到关注。通过进行直入射配置下光的对称性和偏振依赖性进行跃迁矩阵元分析，可以直接获得价电子带电子的原子轨道信息。此外，由于光电子动量显微镜能够分析所有逸出的光电子，这使得更接近于实现对原子轨道的完全分析。在试验中，研究人员成功将跃迁矩阵元分析应用于Au（111）表面的价电子带色散。
此次开发的双光束线组合使用的光电子动量显微镜实验站是全球首创的设备，有望引领世界进行独自的研究，还将带来测量技术的进一步革新。
高精度的价电子带原子轨道分析与理论计算的比较也将变得容易。电子状态研究的进展不仅对推动物性物理学、分子科学、材料科学的发展有重要意义，还将为理解物质的基本性质和开发新功能提供重要的见解。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Journal of Synchrotron Radiation
论文：Development of dual-beamline photoelectron momentum microscopy for valence orbital analysis
DOI：doi.org/10.1107/S1600577524002406
