Chercheurs à l'Institut des sciences moléculaires (IMS), Centre de Recherche Innovation Piles à Combustible, Université d'Electro-Communications, Centre de recherche en science des matériaux, Université de Nagoya, et JASRI (Institut japonais de recherche sur le rayonnement synchrotron), ont amélioré un instrument de spectroscopie photoélectronique à pression ambiante utilisant des rayons X durs produits au SPring-8 et ont réussi pour la première fois au monde la spectrométrie photoélectronique sous pression atmosphérique réelle. Leurs réalisations ont été publiées en ligne dans le Physique Appliquée Express .

La spectroscopie photoélectronique conventionnelle ne peut mesurer des échantillons que sous vide poussé, tandis que de nombreuses réactions catalytiques se produisent sous pression atmosphérique. L'écart entre les résultats obtenus par des expériences sous vide poussé et le mécanisme de réaction réel sous pression atmosphérique, "écart de pression, " a été un problème. Ces dernières années, afin de combler cette lacune, un appareil appelé "spectroscopie photoélectronique à pression ambiante" a été développé qui permet la mesure sous atmosphère gazeuse. Cependant, la limite supérieure de pression de fonctionnement dans un spectromètre photoélectronique à pression ambiante générale est d'environ 5, 000 Pa. Même l'appareil avec les performances les plus élevées au monde actuellement signalées a une limite de 15, 000 Pa (environ 0,15 atm), qui est d'environ 1/7 de la pression atmosphérique (environ 100, 000 Pa). Par conséquent, divers groupes de recherche dans le monde ont travaillé au développement de la spectroscopie photoélectronique fonctionnant sous une pression de gaz plus élevée.

Un problème lors de la mesure à l'aide d'un spectromètre photoélectronique à pression ambiante est la "décroissance énergétique" des photoélectrons émis par l'échantillon exposé à la lumière, qui est due à la diffusion causée par le gaz. Cela limite la pression supérieure de la mesure. "Nous avons fait deux améliorations, " explique Yasumasa Takagi, professeur assistant de l'IMS. "D'abord, nous avons utilisé des rayons X durs qui ont une énergie plus élevée que les rayons X mous et une énergie cinétique amplifiée des photoélectrons. Prochain, nous avons créé une ouverture extrêmement petite de 30 m de diamètre (figure de gauche), qui est un port qui accepte les photoélectrons dans le spectromètre. Cela a permis de raccourcir la distance entre l'échantillon et l'ouverture, c'est-à-dire que la distance du photoélectron voyageant à travers le gaz s'est raccourcie." Ainsi, en utilisant un film mince d'or comme échantillon, le groupe de recherche a réussi la spectroscopie photoélectronique sous pression atmosphérique réelle, pour la première fois au monde (figure de droite).

Le professeur Toshihiko Yokoyama (IMS) a une vision des possibilités d'applications futures du nouveau spectromètre photoélectronique. "Notre appareil a réalisé la spectroscopie photoélectronique sous pression atmosphérique réelle, ce qui a considérablement élargi son champ d'application. Les réactions entre le solide et le gaz telles que les réactions catalytiques et les réactions d'électrodes dans les piles à combustible peuvent être examinées directement sous pression atmosphérique. Elle peut également être appliquée à des échantillons biologiques fragiles sous vide poussé. À l'avenir, la spectroscopie photoélectronique sera utilisée pour l'analyse de l'état dans divers domaines de recherche."