| Project/Area Number |
20J21562
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
島村 勇徳 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | X線 / 集光ビーム / 高精度成膜 / 短い焦点距離 / 大きな開口数 / 軟X線 / 集光鏡 / 蛍光X線観察 / X線ミラー |
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| Outline of Research at the Start |
世界で最も微細なＸ線レーザー光を実現する．
病院でレントゲン写真に使うＸ線は，材料特性を非破壊評価する上で科学や産業に不可欠なツールである．このＸ線を微小なスポットに集光して試料に照射すると，細かく試料観察できるため，直近３０年でＸ線集光サイズは約１万倍縮小した．
本研究はＸ線の集光に用いる集光鏡に注目し，その超小型化と反射層の新設計で世界最小のＸ線集光サイズ１ｎｍを達成する．新開発の超小型集光鏡は既に優れた性能が実証され，作製精度を今後改善する．一方，集光サイズをさらに縮小するには，単層の反射層を積層する多層膜化が必要になる．独自の多層膜技術を開発し，原子サイズに匹敵する１ｎｍにＸ線を集光する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
【概要】本研究は世界で最も微細なX線ビームの実現を目標とし，2つの独自案を集光鏡設計に盛り込む．令和4年度は，1つ目の案「集光鏡の超小型化」の実証実験について，過去に例を見ない集光結果を確かめ，試料を多角的に評価可能な顕微手法を開発した．また，2つ目の案「反射膜を積層する多層膜構造の新設計」について，実現可能性がある方針を見出した．
【具体的内容】集光鏡を超小型化すると，X線を小さいスポットに集め，かつスポットを理想的な状態に保持しやすくなる．しかし，集光鏡の半径を従来の数十メートルから150 mmと100倍以上急峻にする必要があり，加工・計測手法が確立していなかった．新たに作製方法を確立し，兵庫県の大型放射光施設SPring-8にて集光鏡の集光性能を評価した．光子エネルギーに依らない一定位置での理想集光を，軟X線領域で初めて実現し，集光サイズは最小20.4 nmに到達した．この特性を利用し，二色の軟X線を混合した微小集光スポットを形成した．本スポットを使った蛍光X線観察と新たに導出したアルゴリズムを使用し，試料密度・厚み・軽元素・金属元素の分布を同時に定量評価できる唯一の手法を開発した．また，多層膜構造の新設計について，フランスにある欧州大型放射光施設（ESRF）の研究者と議論・実験し，本構造が可能と思われる材料のペアを見出した．
【意義】集光・顕微観察結果は共に世界随一である．提案する顕微観察法によって，従来観察された重元素分布に加え，軽元素と試料形状も同時に高分解能で定量評価できる．提案する多層膜構造は，各層が非常に薄いことが課題となっていた．検討中の材料であれば，その薄さを実現できると期待される．
【重要性】例えば，薬粒子の場所を細胞内で追跡するナノ薬理動態分野への応用が期待され，さらなる空間分解能向上が見込まれる．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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