Visualization of nano structural information by X-ray spectro-ptychography

• Project Area: Exploration of nanostructure-property relationships for materials innovation
• Project/Area Number: 16H00889
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 高橋 幸生 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (00415217)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2017: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2016: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 放射光 / タイコグラフィ / 酸素吸蔵放出材料 / X線 / 量子ビーム / ナノ材料 / Ｘ線

Outline of Annual Research Achievements

自動車排ガス浄化触媒システムに用いられる酸素吸蔵・放出材料であるセリウムジルコニウム複合酸化物微粒子にスペクトロX線タイコグラフィを適用した。大型放射光施設SPring-8において、CeのL3吸収端近傍の複数のエネルギーでタイコグラフィ測定を行い、位相回復計算を実行した結果、各エネルギーで試料の電子密度分布像を反映した位相像、X線の吸収量を反映した振幅像をピクセル分解能１３ナノメートルで再構成することに成功した。さらに、振幅像のエネルギー依存性から得られるX線吸収スペクトルを解析することで、セリウム価数の二次元分布を可視化することに成功した。また、計算機断層撮影を組合せた三次元スペクトロX線タイコグラフィの測定も行い、セリウム価数の三次元分布をピクセル分解能１４ナノメートルで再構成することにも成功した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Visualization of Heterogeneous Oxygen Storage Behavior in Platinum-Supported Cerium-Zirconium Oxide Three-Way Catalyst particles by Hard X-ray Spectro-Ptychography (2018)
  • Author(s): Makoto Hirose, Nozomu Ishiguro, Kei Shimomura, Nicolas Burdet, Hirosuke Matsui, Mizuki Tada, Yukio Takahashi
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 130 Issue: 6 Pages: 1490-1495
  • DOI: 10.1002/ange.201710798
  • NAID: 120006473548
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Use of Kramers-Kronig relation in phase retrieval calculation in X-ray spectro-ptychography (2017)
  • Author(s): Makoto Hirose, Kei Shimomura,Nicolas Burdet, Yukio Takahashi
  • Journal Title: Optics Express Volume: 25 Issue: 8 Pages: 8593-8603
  • DOI: 10.1364/oe.25.008593
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dark-field X-ray ptychography: Towards high-resolution imaging of thick and unstained biological specimens (2016)
  • Author(s): Akihiro Suzuki, Kei Shimomura, Makoto Hirose, Nicolas Burdet, Yukio Takahashi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Issue: 1 Pages: 35060-35060
  • DOI: 10.1038/srep35060
  • NAID: 120005890051
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 硬X線スペクトロタイコグラフィによる酸素吸蔵・放出材料の三次元価数識別イメージング (2018)
  • Author(s): 広瀬真、石黒志、下村啓、松井公佑、唯美津木、高橋幸生
  • Organizer: 第31回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [Presentation] Ｘ線タイコグラフィによる３次元ナノ構造可視化の新展開 (2018)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: 埋もれた界面のＸ線・中性子解析２０１８ワークショップ
  • Invited
• [Presentation] X線タイコグラフィによるナノ構造可視化の最前線 (2018)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: 第６回放射光産業利用支援講座～マテリアルインフォマティクスのための放射光科学と計算科学の融合技術～
  • Invited
• [Presentation] Ｘ線タイコグラフィによる価数識別ナノイメージング (2017)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2017-03-17
  • Invited
• [Presentation] 硬X線タイコグラフィによる価数識別イメージング (2017)
  • Author(s): 広瀬真、下村啓、Nicolas Burdet、松井公佑、唯美津木、高橋幸生
  • Organizer: 第30回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸芸術センター
  • Year and Date: 2017-01-07
• [Presentation] X線タイコグラフィによるナノ構造・元素・化学状態の可視化 (2017)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: 第28回微量元素学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Ｘ線タイコグラフィ-ＸＡＦＳによるナノ構造・化学状態の可視化 (2017)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: 第20回XAFS討論会
  • Invited
• [Presentation] X線タイコグラフィによるナノ構造可視化の新展開 (2017)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: 第14回X線結像光学シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] High-resoluton hard X-ray spectro-ptychography (2017)
  • Author(s): Yukio Takahashi
  • Organizer: International Conference on X-ray Optics and Applications 2017
  • Invited
• [Presentation] High-Resolution Hard X-ray Ptychography at SPring-8: Recent Progress and Future Prospects (2017)
  • Author(s): Yukio Takahashi
  • Organizer: NSLS-II users' meeting
  • Invited
• [Presentation] High-Resolution and High-Sensitivity X-ray Ptychography at SPring-8: Recent Progress and Future Prospects (2017)
  • Author(s): Yukio Takahashi
  • Organizer: PETRA IV Coherence Workshop
  • Invited
• [Presentation] High-resolution chemical imaging using hard x-ray spectro-ptychography (2017)
  • Author(s): Makoto Hirose, Kei Shimomura, Nicolas Burdet, Yukio Takahashi
  • Organizer: SPIE2017
• [Presentation] Use of Kramers-Kronig Relation in Hard X-ray Spectro-ptychography (2017)
  • Author(s): Makoto Hirose, Kei Shimomura, Nicolas Burdet, Yukio Takahashi
  • Organizer: The 24th Congress of the International Commission for Optics
• [Presentation] Nanoscale Chemical Imaging of Oxygen Storage and Release Particles by Hard X-ray Spectro-Ptychography (2017)
  • Author(s): Makoto Hirose, Nozomu Ishiguro, Kei Shimomura, Nicolas Burdet, Hirosuke Matsui, Mizuki Tada, Yukio Takahashi
  • Organizer: International Symposium on Novel Energy Nanomaterials, Catalysts and Surfaces for Future Earth
• [Presentation] コヒーレントＸ線回折イメージングの今後の可能性 (2017)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: PF研究会「PF挿入光源ビームラインBL－19の戦略的利用に関する研究会」
  • Place of Presentation: KEKつくばキャンパス 小林ホール
  • Invited
• [Presentation] 硬X線スペクトロタイコグラフィ (2017)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: SPRUC顕微ナノ材料科学研究会・表面科学会放射光部会 合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京理科大学 葛飾キャンパス
  • Invited