放射光コヒーレント回折によるバルクナノメタルのナノスケール電子密度・歪分布解析

• Project Area: Bulk Nanostructured Metals -New Metallurgy of Novel Structural Materials
• Project/Area Number: 23102504
• 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(系)研究科(研究院), 准教授 (00415217)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000); Fiscal Year 2012: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2011: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
• Keywords: コヒーレントＸ線光学 / Ｘ線顕微鏡 / Ｘ線構造解析 / 金属ナノ組織解析 / コヒーレントX線光学 / X線顕微鏡 / X線構造解析

Outline of Annual Research Achievements

走査型コヒーレントＸ線回折イメージング(走査型CXDM)とブラッグ回折コヒーレントＸ線回折イメージング(ブラッグ回折CXDM)を組み合わせた走査型ブラッグCXDMを構築し、転位歪み場のナノスケールイメージングの実証実験を行った。まず、走査型CXDMの測定感度を向上させるために、高光子密度のコヒーレントX線の形成ならびにそれを用いた走査型CXDM用の照明光学系の開発を行った。開口数の大きなX線集光鏡を用いることで、スポットサイズ100nmのX線ビームを形成することに成功した。また、タンタル箔にFIB加工を施すことによって作製した矩形開口アパチャーを空間フィルターとして用いることで、集光鏡に由来するバックグラウンドノイズを除去することに成功した。この照明光学系を用いて、走査型CXDMの測定感度および空間分可能の評価を行った。NTT-AT製のテストチャートの走査型CXDM測定を行った結果、空間分解能17nm、位相感度λ/320を達成した。そして、昨年度開発したブラッグ回折CXDM用の回折計に走査型CXDM装置を組み込み走査型ブラッグ回折CXDMを構築し、Si単結晶薄膜の測定を行った。1um厚さのSi単結晶薄膜に集光したX線を照射し、Si(220)面からのコヒーレントブラッグ回折パターンを測定した。そして、位相回復計算を実行し、Si薄膜のひずみ分布を反映した実空間像を観察領域10um×10um、空間分解能35nmで得ることに成功した。位相分布から二つの転位ループの存在が確認され、その周りでは格子が大きく歪んでいる様子を可視化することに成功した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] High-resolution and high-sensitivity phase-contrast imaging by focused hard x-ray ptychography with a spatial filter (2013)
  • Author(s): Yukio Takahashi
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 102 Issue: 9 Pages: 094102-094102
  • DOI: 10.1063/1.4794063
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bragg x-ray ptychography of a silicon crystal : Visualization of the dislocation strain field and the production of a vortex beam (2013)
  • Author(s): Y. Takahashi, A. Suzuki, S. Furutaku, K. Yamauchi, Y. Kohmura, T. Ishikawa
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 87 Issue: 12
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.121201
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coherent diffraction microscopy at SPring-8 : instrumentation, data acquisition and data analysis (2011)
  • Author(s): R.Xu, S.Salha, K.Raines, H.Jiang, C-.C.Chen, Y.Takahashi, Y.Kohmura, Y.Nishino, C.Song, T.Ishikawa, J.Miao
  • Journal Title: Journal of Synchrotron Radiation Volume: 18 Issue: 2 Pages: 293-298
  • DOI: 10.1107/s0909049510051733
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Element-specific High-resolution Diffraction Microscopy using Focused Hard X-ray Beam (2011)
  • Author(s): Y.Takahashi, Y.Nishino, R.Tsutsumi, H.Kubo, N.Zettsu, K.Yamauchi, T.Ishikawa, E.Matsubara
  • Journal Title: Diamond Light Source Proceedings(SRMS-7 2011) Volume: 1 Issue: SRMS-7
  • DOI: 10.1017/s2044820111000013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of Coherent X-ray Diffraction Apparatus with Kirkpatrick-Baez Mirror Optics (2011)
  • Author(s): Y.Takahashi, R.Tsutsumi, H.Kubo, Y.Nishino, H.Mimura, S.Matsuyama, T.Ishikawa, K.Yamauchi
  • Journal Title: AIP Conference Proceedings (The 10th International Conference on x-ray microscopy) Volume: 1635 Pages: 231-234
  • DOI: 10.1063/1.3625346
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Towards High-Resolution Ptychographic X-ray Diffraction Microscopy (2011)
  • Author(s): Y.Takahashi, A.Suzuki, N.Zettsu, Y.Kohmura, Y.Senba, H.Ohashi, K.Yamauchi, T.Ishikawa
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 83 Issue: 21 Pages: 214109-214109
  • DOI: 10.1103/physrevb.83.214109
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiscale element mapping of buried structures by ptychographic x-ray diffraction microscopy using anomalous scattering (2011)
  • Author(s): Y.Takahashi, A.Suzuki, N.Zettsu, Y.Kohmura, K.Yamauchi, T.Ishikawa
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 99 Issue: 13 Pages: 131905-131905
  • DOI: 10.1063/1.3644396
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ブラッグ回折を利用したX 線タイコグラフィーによるSi 薄膜の歪み分布の観察 (2013)
  • Author(s): 古宅伸、鈴木明大、山内和人、香村芳樹、石川哲也、高橋幸生
  • Organizer: 第26回日本放射光学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2013-01-12
• [Presentation] フォーカスビームとデフォーカスビームを相補利用するマルチモードX 線タイコグラフィー (2013)
  • Author(s): 鈴木明大、古宅伸、山内和人、香村芳樹、石川哲也、高橋幸生
  • Organizer: 第26回日本放射光学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2013-01-12
• [Presentation] 高分解能X線タイコグラフィーの現況と将来展望 (2013)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: 日本表面科学会、 第76回表面科学研究会、顕微分光の最近の話題と展望 ～イメージングから局所電子/化学状態解析まで～
  • Place of Presentation: 東京理科大学、森戸記念館
  • Invited
• [Presentation] Coherent Diffractive Imaging at SPring-8 and SACLA (2012)
  • Author(s): Yukio Takahashi
  • Organizer: AsCA 12/CRYSTAL 28
  • Place of Presentation: Adelaide, Australia
  • Year and Date: 2012-12-02
  • Invited
• [Presentation] Development of high-resolution coherent X-ray diffraction imaging: Towards imaging of single biomolecules (2012)
  • Author(s): Yukio Takahashi
  • Organizer: MicroRNAs SMB Europe -2012 Meeting
  • Place of Presentation: the Univ. of Cambridge, UK
  • Year and Date: 2012-11-01
  • Invited
• [Presentation] High-resolution ptychography using focused hard X-ray beam (2012)
  • Author(s): Yukio Takahashi
  • Organizer: The 5th International Workshop on FEL Science
  • Place of Presentation: Gyeongju, South Korea
  • Year and Date: 2012-10-28
  • Invited
• [Presentation] Coherent X-ray Diffractive Imaging at SPring-8: Recent Progress and Outlook (2012)
  • Author(s): Yukio Takahashi
  • Organizer: International Global COE Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology 2012
  • Place of Presentation: Osaka University Nakanoshima Center
  • Year and Date: 2012-10-22
• [Presentation] High-resolution ptychography using focused hard X-ray beam (2012)
  • Author(s): Yukio Takahashi
  • Organizer: 11th International Conference on X-ray Microscopy
  • Place of Presentation: Shanghai, China
  • Year and Date: 2012-08-05
• [Presentation] High-resolution X-ray ptychography using focused hard X-ray beam (2012)
  • Author(s): Yukio Takahashi
  • Organizer: International Workshop on Phase Retrieval and Coherent Scattering
  • Place of Presentation: Hilton Fukuoka Sea Hawk
  • Year and Date: 2012-06-18
  • Invited
• [Presentation] コヒーレントX線回折による構造可視化の新手法 (2012)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: 多元物質科学研究所若手交流研究会
  • Place of Presentation: 東北大学多元物質科学研究所(仙台市)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-02-24
• [Presentation] 高分解能X線タイコグラフィーの開発と元素識別イメージング (2012)
  • Author(s): 鈴木明大、高橋幸生、是津信行、香村芳樹、仙波泰得、大橋治彦、山内和人、石川哲也
  • Organizer: 第25回日本放射光学会年会
  • Place of Presentation: 鳥栖中央公民館(鳥栖市)
  • Year and Date: 2012-01-07
• [Presentation] 高分解能コヒーレントX線回折顕微法の現状と将来展望 (2012)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: 日本顕微鏡学会の電顕技術開発若手研究部会ワークショップ「様々なイメージング技術の現況と展望」
  • Place of Presentation: 名古屋ファインセラミックスセンター(名古屋市)(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-05
• [Presentation] コヒーレントＸ線回折による構造可視化の新手法 (2012)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: 岡山大＆理研ジョイントシンポジウム「最先端計測技術のトレンド2012」
  • Place of Presentation: 岡山大学創立50周年記念館
  • Invited
• [Presentation] 次世代光源によるコヒーレント回折イメージングのブレークスルー (2012)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: 放射光将来光源利用サイエンス若手シンポジウム
  • Place of Presentation: 東大工学部5号 館52号講義室
  • Invited
• [Presentation] 放射光やX線自由電子レーザーを用いたコヒーレント回折イメージング (2012)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: レーザー学会「レーザーバイオ医療」技術専門委員会
  • Place of Presentation: ウシオ電機 播磨事業所
  • Invited
• [Presentation] コヒーレントX線回折を利用したナノ構造解析 (2012)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: 日本金属学会中国四国支部、第113回金属物性研究会 -極微構造解析の最近の進展-
  • Place of Presentation: 島根大学
  • Invited
• [Presentation] コヒーレント放射光を利用した回折イメージング (2012)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: 第53回高圧討論会、特別企画「コヒーレント放射光を利用した新しい高圧力科学」
  • Place of Presentation: 大阪大学会館
  • Invited
• [Presentation] Coherent X-ray Diffractive Imaging for Nanostructure Analysis (2012)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: 第20回先端計測セミナー
  • Place of Presentation: 物質・材料研究機構
  • Invited
• [Presentation] コヒーレントＸ線回折を利用したイメージング研究 (2012)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: 第1回 先進的観測技術研究会 -局所構造解析、イメージングの最前線-
  • Place of Presentation: KEK
  • Invited
• [Presentation] 高分解能走査型コヒーレントX線回折顕微法の開発と金属材料のナノ組織解析への応用 (2011)
  • Author(s): 鈴木明大、高橋幸生、山内和人、是津信行、香村芳樹、石川哲也
  • Organizer: 日本金属学会秋期大会
  • Place of Presentation: ロワジールホテル那覇(那覇市)
  • Year and Date: 2011-11-08
• [Presentation] Development of High-Resolution Ptychographic X-ray Diffraction Microscopy using Focused Hard X-ray Beam (2011)
  • Author(s): A.Suzuki, Y.Takahashi, N.Zettsu, Y.Kohmura, K.Yamauchi, T.Ishikawa
  • Organizer: International Global COE Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology 2011
  • Place of Presentation: Osaka University Nakanoshima Center, Osaka, Japan
  • Year and Date: 2011-11-01
• [Presentation] Element-Specific Ptychographic X-ray Diffraction Microscopy using Anomalous Scattering (2011)
  • Author(s): Y.Takahashi, A.Suzuki, N.Zettsu, Y.Kohmura, K.Yamauchi, T.Ishikawa
  • Organizer: International Global COE Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology 2011
  • Place of Presentation: Osaka University Nakanoshima Center, Osaka, Japan
  • Year and Date: 2011-11-01
• [Presentation] High-resolution coherent diffraction imaging using focused hard x-ray beam at SPring-8 (2011)
  • Author(s): Y.Takahashi, A.Suzuki, Y.Kohmura, Y.Nishino, K.Yamauchi, T.Ishikawa
  • Organizer: CXS Annual Workshop 2011
  • Place of Presentation: Bio21 Institute, Melbourne, Victoria, Australia(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-10
• [Presentation] Development and application of high-resolution diffraction microscopy using focused hard x-ray beam (2011)
  • Author(s): Y.Takahashi
  • Organizer: The 4th International Workshop on FEL Science
  • Place of Presentation: Cairns, Queensland, Australia(招待講演)
  • Year and Date: 2011-08-31
• [Presentation] Development of high-resolution coherent X-ray diffraction microscopy and its application in materials science (2011)
  • Author(s): Y.Takahashi
  • Organizer: International conference on processing & manufacturing of advanced materials
  • Place of Presentation: Quebec city convention centre, Quebec, Canada(招待講演)
  • Year and Date: 2011-08-03
• [Presentation] X線集光ビームを利用したコヒーレント回折技術の開発と応用 (2011)
  • Author(s): 高橋幸生
  • Organizer: アモルファス・ナノ材料第147委員会第112回研究会
  • Place of Presentation: 弘済会館(東京都)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-05-27
• [Book] SPring-8 Research Frontiers 2010 (2011)
  • Author(s): Y.Takahashi, N.Zettsu
  • Publisher: SPring-8
• [Remarks]
  • URL: http://homepage2.nifty.com/yt_lab/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://www-up.prec.eng.osaka-u.ac.jp/takahashi/