Ricercatori dell'Istituto di Scienze Molecolari (IMS), Centro di ricerca sull'innovazione per le celle a combustibile, Università di Elettrocomunicazioni, Centro di ricerca per la scienza dei materiali, Università di Nagoya, e JASRI (Istituto giapponese di ricerca sulle radiazioni di sincrotrone), hanno migliorato uno strumento di spettroscopia fotoelettronica a pressione ambiente utilizzando raggi X duri prodotti a SPring-8 e sono riusciti per la prima volta al mondo nella spettrometria fotoelettronica a pressione atmosferica reale. I loro risultati sono stati pubblicati online nel Fisica Applicata Express .

La spettroscopia fotoelettronica convenzionale può misurare solo campioni sotto vuoto spinto, mentre molte reazioni catalitiche avvengono sotto pressione atmosferica. La discrepanza tra i risultati ottenuti da esperimenti sotto vuoto spinto e l'effettivo meccanismo di reazione sotto pressione atmosferica, "gap di pressione, " è stato un problema. Negli ultimi anni, per colmare questa lacuna, è stato sviluppato un apparato chiamato "spettroscopia fotoelettronica a pressione ambiente" che consente la misurazione in atmosfera di gas. Però, il limite superiore della pressione di funzionamento in uno spettrometro fotoelettronico a pressione ambiente generale è di circa 5, 000 Pa. Anche l'apparecchio con le prestazioni più elevate al mondo attualmente riportate ha un limite di 15, 000 Pa (circa 0,15 atm), che è circa 1/7 della pressione atmosferica (circa 100, 000 Pa). Perciò, vari gruppi di ricerca nel mondo hanno lavorato allo sviluppo della spettroscopia fotoelettronica che opera a pressioni di gas più elevate.

Un problema durante la misurazione utilizzando lo spettrometro fotoelettronico a pressione ambiente è il "decadimento energetico" dei fotoelettroni emessi dal campione esposto alla luce, che è dovuto alla dispersione causata dal gas. Ciò limita la pressione superiore della misurazione. "Abbiamo fatto due miglioramenti, " spiega Yasumasa Takagi, un assistente professore di IMS. "Primo, abbiamo usato raggi X duri che hanno un'energia maggiore rispetto ai raggi X molli e un'energia cinetica potenziata dei fotoelettroni. Prossimo, abbiamo creato un'apertura estremamente piccola di 30 μm di diametro (figura a sinistra), che è una porta che accetta fotoelettroni nello spettrometro. Ciò ha consentito di accorciare la distanza tra il campione e l'apertura, cioè la distanza del fotoelettrone che viaggia attraverso il gas si è ridotta." Così, usando un film sottile d'oro come campione, il gruppo di ricerca è riuscito nella spettroscopia fotoelettronica a pressione atmosferica reale, per la prima volta al mondo (figura a destra).

Il professor Toshihiko Yokoyama (IMS) ha una visione delle possibilità per applicazioni future del nuovo spettrometro fotoelettronico. "Il nostro apparato ha ottenuto la spettroscopia fotoelettronica sotto pressione atmosferica reale, che ne ha notevolmente ampliato il campo di applicazione. Le reazioni tra solido e gas come reazioni catalitiche e reazioni elettrodiche nelle celle a combustibile possono essere esaminate direttamente a pressione atmosferica. Può essere applicato anche a campioni biologici fragili sotto vuoto spinto. Nel futuro, la spettroscopia fotoelettronica sarà utilizzata per l'analisi dello stato in varie aree di ricerca".