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Development of adaptive reflective lenses for X-ray microscope

Research Project

Project/Area Number 20K21146
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

Matsuyama Satoshi  名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10423196)

Project Period (FY) 2020-07-30 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
KeywordsX線 / X線顕微鏡 / 形状可変ミラー / X線結像 / X線ミラー / X線波面計測 / アダプティブオプティクス
Outline of Research at the Start

X線顕微鏡は透過力が高いため,厚い試料の内部や水中・ガス中などの実環境下での観察に威力を発揮する.また,X線は波長が短いため原理的に高分解能を実現できる.さらに,その高いエネルギーを活かして分析も可能である.一方で,X線は短波長であるため,光学素子作製が難しい.また,分解能向上のためには開口数を大きく設計する必要があるが,開口数に比例して素子作製は難しくなる.本研究では,アダプティブ反射レンズを開発することで,この問題を解決する.本反射レンズは圧電素子が取り付けられており,形状を自由かつ高精度に変えられる.超高分解能X線顕微鏡を実現することを目指し,アダプティブ反射レンズを試作する.

Outline of Final Research Achievements

High-performance X-ray microscopes are capable of providing breakthroughs in scientific fields such as materials science and biology because of the high penetrating power and short wavelength. However, there is still much room for development of X-ray lenses, which determine the performance of such microscopes, and research and development is being conducted in many countries around the world. In this study, we focused on reflective X-ray lenses to improve its microscope performance. We designed, simulated and fabricated deformable mirrors, and evaluated the performance. The developed deformable mirror was able to deform its shape with an accuracy of less than 1 nm, which was evaluated with an optical interferometer. The performance of the mirror was also evaluated by incorporating it into an X-ray focusing optical system, and it succeeded in correcting the wavefront aberration with an accuracy of λ/4.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では,X線顕微鏡の性能を大幅に向上可能な形状可変ミラーを開発した.本ミラーをX線顕微鏡の反射レンズに組み込むことで,空間分解能をさらに小さくすることができる.これまで見ることができなかった様々な試料・現象を高精細に観察することができるようになり,例えば,触媒や電池,半導体デバイスの内部観察に力を発揮できる.これらの観察を足掛かりに高性能な触媒・電池半導体デバイスなどを開発することが可能となる.

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 3 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] X-ray adaptive zoom condenser utilizing an intermediate virtual focus2021

    • Author(s)
      Matsuyama Satoshi、Yamaguchi Hiroyuki、Inoue Takato、Nishioka Yuka、Yamada Jumpei、Sano Yasuhisa、Kohmura Yoshiki、Yabashi Makina、Ishikawa Tetsuya、Yamauchi Kazuto
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 29 Issue: 10 Pages: 15604-15604

    • DOI

      10.1364/oe.422723

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Optimal deformation procedure for hybrid adaptive x-ray mirror based on mechanical and piezo-driven bending system2021

    • Author(s)
      Inoue Takato、Nishioka Yuka、Matsuyama Satoshi、Sonoyama Junki、Akiyama Kazuteru、Nakamori Hiroki、Ichii Yoshio、Sano Yasuhisa、Shi Xianbo、Shu Deming、Wyman Max D.、Harder Ross、Kohmura Yoshiki、Yabashi Makina、Assoufid Lahsen、Ishikawa Tetsuya、Yamauchi Kazuto
    • Journal Title

      Review of Scientific Instruments

      Volume: 92 Issue: 12 Pages: 123706-123706

    • DOI

      10.1063/5.0070465

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] X-Ray Single-Grating Interferometry for Wavefront Measurement and Correction of Hard X-Ray Nanofocusing Mirrors2020

    • Author(s)
      Yamada Jumpei、Inoue Takato、Nakamura Nami、Kameshima Takashi、Yamauchi Kazuto、Matsuyama Satoshi、Yabashi Makina
    • Journal Title

      Sensors

      Volume: 20 Issue: 24 Pages: 7356-7356

    • DOI

      10.3390/s20247356

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  • [Presentation] 形状可変ミラーを用いたX線sub-5 nm集光システムの開発2022

    • Author(s)
      井上陽登,松山智至,田中優人,伊藤篤輝,一井愛雄,山田純平,佐野泰久,香村芳樹,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • Organizer
      第35回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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    • Author(s)
      田中優人,松山智至,井上陽登,山田純平,木村隆志,志村まり,香村芳樹,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
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      第35回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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      田中優人,松山智至,井上陽登,山田純平,香村芳樹,矢橋牧名,表和彦,石川哲也,山内和人
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      第35回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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      上松航太、中林荘太、松山智至
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      第35回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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  • [Presentation] 単結晶圧電素子を用いた形状可変ミラーの開発2022

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      上松航太、中林荘太、井上陽登、松山智至
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  • [Presentation] 単結晶圧電素子を用いたX線用形状可変ミラーの開発2022

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      中林荘太,上松航太,松山智至
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      2022精密工学会春季大会学術講演会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of hard X-ray sub-5-nm focusing system with an adaptive multilayer focusing mirror2022

    • Author(s)
      T. Inoue, S. Matsuyama, Y. Tanaka, Y. Ichii, J. Yamada, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
    • Organizer
      14th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI2021)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of image-based wavefront measurement for adaptive full-field X-ray microscopy2022

    • Author(s)
      Y. Tanaka, S. Matsuyama, T. Inoue, N. Nakamura, J. Yamada, Y. Kohmura, M. Yabashi, K. Omote, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
    • Organizer
      14th International Conference on Synchrotron Radiation Instrumentation (SRI2021)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ミラー光学系を用いた結像型X線顕微鏡の開発2021

    • Author(s)
      松山智至
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan 2021
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ミラーベースのX線結像光学システム2021

    • Author(s)
      松山智至
    • Organizer
      SAGA-LSセミナー
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Development of sub-5 nm focusing system based on precise deformable mirrors2021

    • Author(s)
      T. Inoue, S. Matsuyama, Y. Tanaka, K. Futamura, Y. Ichii, J. Yamada, Y. Sano, Y. Kohmura, M. Yabashi, T. Ishikawa, and K. Yamauchi
    • Organizer
      6th International Conference on X-ray Optics and Applications 2021 (XOPT2021)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Image-based wavefront measurement for full-field X-ray microscopy2021

    • Author(s)
      Y. Tanaka, S. Matsuyama, T. Inoue, N. Nakamura, J. Yamada, Y. Kohmura, M. Yabashi, K. Omote, T. Ishikawa, K. Yamauchi
    • Organizer
      SPIE Optics+Photonics2021
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 結像型 X 線顕微鏡における in-situ 波面計測手法の開発2021

    • Author(s)
      田中優人,松山智至,井上陽登,中村南美,山田純平,香村芳樹,矢橋牧名,表和彦,石川哲也,山内和人
    • Organizer
      第34回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Wolter III 型 advanced KBミラーによる XFEL sub-10 nm 集光光学系の開発2021

    • Author(s)
      山田純平,松山智至,井上陽登,中村南美,田中優人,大坂泰斗,井上伊知郎,犬伏雄一,湯本博勝,小山貴久,大橋治彦,山内和人,矢橋牧名
    • Organizer
      第34回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] X線ミラーを用いたsub-5nm集光システムの開発2021

    • Author(s)
      井上陽登,松山智至,一井愛雄,山田純平,佐野泰久,山内和人
    • Organizer
      第34回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 圧電素子駆動型形状可変ミラーを用いたX線sub-5nm集光システムの開発2021

    • Author(s)
      井上陽登,松山智至,田中優人,二村浩平,一井愛雄,山田純平,佐野泰久,香村芳樹,矢橋牧名,石川哲也,山内和人
    • Organizer
      2021年度精密工学会春季大会学術講演会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 結像型X線顕微鏡における波面計測手法の開発2021

    • Author(s)
      田中優人,松山智至,井上陽登,中村南美,山田純平,香村芳樹,矢橋牧名,表和彦,石川哲也,山内和人
    • Organizer
      2021年度精密工学会春季大会学術講演会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Book] 先端の分析法 第2版2022

    • Author(s)
      澤田 嗣郎、小澤 岳昌、北森 武彦、中村 洋(東京理科大学名誉教授)、藤浪 眞紀、宮村 一夫、石丸 洋一郎、浦野 泰照、加地 範匡、坂 真智子、鈴木 茂、瀬藤 光利、宗林 由樹、馬場 嘉信、船津 公人、本田 暁紀、末永 智一、宮野 博、本山 晃
    • Total Pages
      1072
    • Publisher
      エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      9784860437374
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] 名古屋大学松山研究室

    • URL

      https://x-ray.mp.pse.nagoya-u.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] 名古屋大学松山研究室

    • URL

      https://x-ray.mp.pse.nagoya-u.ac.jp/

    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-08-03   Modified: 2023-01-30  

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