2017 Fiscal Year Annual Research Report
Research on data acquisition and 3D atomic image reconstruction algorithm
Project Area | 3D Active-Site Science |
Project/Area Number |
26105013
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Research Institution | Japan Synchrotron Radiation Research Institute |
Principal Investigator |
松下 智裕 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 情報処理推進室, 室長 (10373523)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八方 直久 広島市立大学, 情報科学研究科, 准教授 (30285431)
窪田 昌史 広島市立大学, 情報科学研究科, 助教 (60305787)
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Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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Keywords | アルゴリズム / 計算物理 / 物性理論 / 原子配列解析 |
Outline of Annual Research Achievements |
研究開始当初、研究課題として3つの項目を挙げてスタートし、さらに1つの研究課題を追加して研究を進めてきた。 【課題1】共通3D解析プラットフォームとして、中核となるソフトウエア「3D-AIR-IMAGE」の開発をすすめ、この1年で約20回程度のリリースを行った。原子分解能ホログラムから3D原子像を再生するアルゴリズムSPEA-L1については、さらに研究が進み収束速度や再生像が向上した。このプラットフォームの他研究班による利用が進み、Si中のAsドーパント、Bi2Te3のMnドーパンなどの原子構造解析に応用された。さらに他研究班からのフィードバックを受けて、様々な点でプラットフォームの改良を施した。 【課題2】高精度低ノイズ計測系開発として、阻止電位型電子アナライザーの高度化と電源制御の開発が進んた。また蛍光X線ホログラフィー測定系の開発を行い、ノーマルモード測定系開発や、蛋白結晶などの放射線ダメージを受けるサンプルに対応する測定系開発、微小サンプルに対応できる測定系の開発を行った。 【課題3】4D空間の高解像度再生は像再生計算にかかる時間の短縮を目的とする開発を進めた。96コアのCPUを持つ大型計算機と、GPU計算機(3584 CUDAコア)の両方のソフト開発を行い、その実行速度を比較した。その結果GPUを利用した方が2.73倍も短時間で計算できることが分かった。 【課題4】ホログラムのデータ処理技術として、蛍光X線ホログラフィーのバックグラウンド作成のアルゴリズムを共通解析プラットフォームに追加した。また、ホログラムの方位決めの為の角度探索の機能も追加している。 以上のように、本研究は順調に進展している。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
【課題1】共通3D解析プラットフォームが利用可能レベルまで完成し、他研究班での利用が進んだ。SPEA-L1アルゴリズムなどにさらなる改良を加えている。 【課題2】蛍光X線ホログラフィーの計測系開発については、計画当初に想定されていなかったノーマルモード計測や、放射線ダメージ対応、微小サンプル計測対応が可能な計測系開発が進んだ。 【課題3】大型計算機よりもGPUの方が高速に処理できることが分かり、GPUを搭載したノートパソコンでも十分な速度が得られる可能性があることが判った。
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Strategy for Future Research Activity |
多くのデータ処理をするための【課題3】におけるデータ処理の高速化の研究を進める。大型計算機よりもGPUの方が高速に処理できることが分かり、GPU計算機の導入とGPU計算機用コード開発を進める。 【課題1,2,4】については、利用レベルに達しているが、さらなる改良を加える。【課題1】のプラットフォームとなるソフトウエア3D-AIR-IMAGEは本研究メンバーに継続して改良版を提供する。また、共通3D解析プラットフォームに【課題3】の成果を取り込み解析速度の向上を図る。【課題2】3D-AIR-IMAGEと連動する計測ソフトウエアの改良を進める。【課題4】のデータ処理技術も利用者からのフィードバックを元に改良を加えていく。【課題1~4】の成果物を他研究班に提供して密に連携し、成果を創出する。
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[Journal Article] Impurity position and lattice distortion in a Mn doped Bi2Te3 topological insulator investigated by x-ray fluorescence holography and x-ray absorption fine structure2017
Author(s)
S. Hosokawa, J. R. Stellhorn, T. Matsushita, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, Y. Ebisu, T. Ozaki, H. Ikemoto, H. Setoyama, T. Okajima, Y. Yoda, H. Ishii, Y.-F. Liao, M. Kitaura, and M. Sasaki
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 96
Pages: 214207-1-12
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Individual Atomic Imaging of Multiple Dopant Sites in As-Doped Si Using Spectro-Photoelectron Holography2017
Author(s)
K. Tsutsui, T. Matsushita, K. Natori, T. Muro, Y. Morikawa, T. Hoshii, K. Kakushima, H. Wakabayashi, K. Hayashi, F. Matsui, T. Kinoshita
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Journal Title
Nano Lett.
Volume: 17
Pages: 7533-7538
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] Novel usage of neutrons white neutron holography for investigations of local atomic structures2018
Author(s)
K. Ohoyama, Y. Fukumoto, S. Uechi, Y. Kanazawa, K. Hayashi, N. Happo, K. Kimura, S. Hosokawa, T. Hada, B. Paulus, J. Stellhorn, M. Lederer, M. Harada, Y. Inamura, K. Oikawa, W. Matsuura, F. Iga, K. Tsutsui, and P. Wellmann
Organizer
ISSP - J-PARC Joint Workshop on Science Frontier by Neutron Scattering
Int'l Joint Research
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[Presentation] Investigations of Local Structures by White Neutron Atomic Resolution Holography with γ-ray Energy Analysis2018
Author(s)
Y. Fukumoto, S. Uechi, T. Kanazawa, K. Ohoyama, K. Hayashi, N. Happo, T. Hada, K. Kimura, S. Hosokawa, M. Harada, K. Oikawa, Y. Inamura, K. Tsutsui, B. Paulus, M. Lederer, P. Wellmann
Organizer
ISSP - J-PARC Joint Workshop on Science Frontier by Neutron Scattering
Int'l Joint Research
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[Presentation] Local structure observation of Sm doped LaB6 by white neutron atomic resolution holography2018
Author(s)
S. Uechi, Y. Kanazawa, Y. Fukumoto, B. Paulus, K. Ohoyama, N. Happo, K. Hayashi, K. Kimura, S. Hosokawa, T. Hada, M. Harada, K. Oikawa, Y. Inamura, W. Matsuura, F. Iga
Organizer
ISSP - J-PARC Joint Workshop on Science Frontier by Neutron Scattering
Int'l Joint Research
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[Presentation] Local structure investigations of B doped Si by neutron atomic-resolution holography2018
Author(s)
Y. Kanazawa, Y. Fukumoto, S. Uechi, K. Ohoyama, M. Lederer, N. Happo, K. Hayashi, K. Kimura, S. Hosokawa, T. Hada, M. Harada, K. Oikawa, Y. Inamura, K. Tsutsui
Organizer
ISSP - J-PARC Joint Workshop on Science Frontier by Neutron Scattering
Int'l Joint Research
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[Presentation] X-ray fluorescence holography of Ca1-xPrxFe2As22017
Author(s)
K. Kudo, S. Ioka, N. Happo, H. Ota, Y. Ebisu, K. Kimura, T. Hada, T. Kimura, H. Tajiri, S. Hosokawa, K. Hayashi, M. Nohara
Organizer
30th International Symposium on Superconductivity
Int'l Joint Research
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[Presentation] Local structure investigations of B doped Si by neutron atomic-resolution holography2017
Author(s)
Y. Kanazawa, Y. Fukumoto, S. Uechi, K. Ohoyama, M. Lederer, N. Happo, K. Hayashi, K. Kimura, S. Hosokawa, T. Hada, M. Harada, K. Oikawa, Y. Inamura, and K. Tsutsui
Organizer
2nd International Symposium of Quantum Beam Science at Ibaraki University
Int'l Joint Research
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[Presentation] Investigations of Local Structures by White Neutron Atomic Resolution Holography with γ-ray energy analysis2017
Author(s)
Y. Fukumoto, S. Uechi, T. Kanazawa, K. Ohoyama, K. Hayashi, N. Happo, T. Hada, K. Kimura, S. Hosokawa, M. Harada, K. Oikawa, Y. Inamura, K. Tsutsui, B. Paulus, M. Lederer, and P. Wellmann
Organizer
2nd International Symposium of Quantum Beam Science at Ibaraki University
Int'l Joint Research
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[Presentation] Local structure observation of Sm doped LaB6 by white neutron atomic resolution holography2017
Author(s)
S. Uechi, Y. Kanazawa, Y. Fukumoto, B. Paulus, K. Ohoyama, N. Happo, K. Hayashi, K. Kimura, S. Hosokawa, T. Hada, M. Harada, K. Oikawa, Y. Inamura, W. Matsuura, and F. Iga
Organizer
2nd International Symposium of Quantum Beam Science at Ibaraki University
Int'l Joint Research
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[Presentation] Atomic imaging around Pr atoms in Ca1-xPrxFe2As2 by x-ray fluorescence holography2017
Author(s)
K. Kudo, S. Ioka, N. Happo, H. Ota, Y. Ebisu, K. Kimura, T. Hada, T. Kimura, H. Tajiri, S. Hosokawa, K. Hayashi, and M. Nohara
Organizer
J-Physics 2017: International Workshop on Multipole Physics and Related Phenomena
Int'l Joint Research
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[Presentation] X-ray fluorescence holography of Pr-doped CaFe2As22017
Author(s)
K. Kudo, S. Ioka, N. Happo, H. Ota, Y. Ebisu, K. Kimura, T. Hada, T. Kimura, H. Tajiri, S. Hosokawa, K. Hayashi, and M. Nohara
Organizer
28th International Conference on Low Temperature Physics
Int'l Joint Research
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[Presentation] An x-ray fluorescence holographic study on Bi2Te3:Mn topological insulator2017
Author(s)
S. Hosokawa, Y. Ideguchi, K. Kamimura, N. Happo, K. Kimura, K. Hayashi, Y. Ebisu, T. Ozaki, Y. Yoda, H. Ishii, M. Kitaura, and M. Sasaki
Organizer
8th International Conference on Amorphous and Nanostructured Chalcogenides
Int'l Joint Research
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