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2018 Fiscal Year Annual Research Report

Research on data acquisition and 3D atomic image reconstruction algorithm

Planned Research

Project Area3D Active-Site Science
Project/Area Number 26105013
Research InstitutionJapan 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・主席研究員 (10373523)

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)
Project Period (FY) 2014-07-10 – 2019-03-31
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

原子分解能ホログラムを統一的に扱い、「3D活性サイト」の 3D原子像を再構成する高性能計算を行うために、4つの課題を掲げて研究を行った。【課題1】「共通3D解析プラットフォームの構築」として活性サイトの3D原子像再生を統一的に行うための「3D-AIR-IMAGE」を構築した。まず、原子像再生理論SPEA-L1の改良を進め、蛍光X線ホグラフィーにおいては、原子構造因子を取り込んだ理論を構築した。また、新型の光電子アナライザーが排出する高精度な光電子ホログラムに対して、平均自由行程の導入によりシミュレーションが高精度に一致するようになった。これをリンドープダイヤモンドのドーパント解析などに適用した。また、Python言語と3D-AIR-IMAGEが連動するように改良を加えた。【課題2】「高精度低ノイズ計測系開発」として3D-AIR-IMAGE上で動作する原子分解能ホログラムの測定システムの改良をおこなった。その一環として、蛍光X線極低温の測定システム開発を行なった。【課題3】「4D空間の高解像度再生」においては、大量のホログラムの像再生のために計算の高速化を行った。コア数の多い計算機よりもGPU計算機の方が高速に計算できることが示され、最終的に4,200倍の高速化を達成した。【課題4】「ホログラムのデータ処理技術」として、さまざまなタイプのバックグラウンド処理を3D-AIR-IMAGEに追加した。他の研究班にこれらの技術を提供し、多くの学会発表や論文発表の成果が得られた。国際会議ICESS2018に招待講演もあり、応用物理学会 シリコンテクノロジー分科会、論文賞を受賞した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (57 results)

All 2019 2018 Other

All Journal Article (16 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 14 results,  Open Access: 3 results) Presentation (40 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Cluster Size Effect of X-Ray Fluorescence Hologram Simulation Using Sr0.95La0.05TiO32019

    • Author(s)
      Y. Ebisu, T. Matsushita, N. Happo, T. Ozaki
    • Journal Title

      Trans. Magn. Soc. Jpn.

      Volume: 44 Pages: 75-78

    • DOI

      10.14723/tmrsj.44.75

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Improvement of graphite crystal analyzer for light elements on X-ray fluorescence holography measurement2018

    • Author(s)
      N. Happo、T. Hada、A. Kubota、Y. Ebisu、S. Hosokawa、K. Kimura、H. Tajiri、T. Matsushita、K. Hayashi
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys.

      Volume: 57 Pages: 058006-1-3

    • DOI

      10.7567/JJAP.57.058006

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Temperature-dependent local atomic structures in the traditional Fe65Ni35 Invar alloy by X-ray fluorescence holography2018

    • Author(s)
      J. R. Stellhorn、Y. Ideguchi、S. Hosokawa、N. Happo、T. Matsushita、K. Yubuta、M. Suzuki、H. Ishii、Y. Liao、K. Kimura、K. Hayashi
    • Journal Title

      Surf. Interface Anal.

      Volume: 50 Pages: 790-794

    • DOI

      10.1002/sia.6474

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Algorithm for Atomic Resolution Holography Using Modified L1-Regularized Linear Regression and Steepest Descent Method2018

    • Author(s)
      T. Matsushita
    • Journal Title

      Phys. Status Solidi B

      Volume: 255 Pages: 1800091-1-6

    • DOI

      10.1002/pssb.201800091

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Three-dimensional atomic arrangement around active/inactive dopant sites in boron-doped diamond2018

    • Author(s)
      Y. Kato、D. Tsujikawa、Y. Hashimoto、T. Yoshida、S. Fukami、H. Matsuda、M. Taguchi、T. Matsushita、H. Daimon
    • Journal Title

      Appl. Phys. Express

      Volume: 11 Pages: 061302-1-3

    • DOI

      10.7567/APEX.11.061302

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Principle and Reconstruction Algorithm for Atomic-Resolution Holography2018

    • Author(s)
      T. Matsushita、T. Muro、F. Matsui、N. Happo、S. Hosokawa、K. Ohoyama、A. Sato-Tomita、Y. C. Sasaki、K. Hayashi
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 87 Pages: 061002-1-11

    • DOI

      10.7566/JPSJ.87.061002

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Local structural analysis of In‐doped Bi2Se3 topological insulator using X‐ray fluorescence holography2018

    • Author(s)
      K. Kimura、K. Hayashi、L. V. Yashina、N. Happo、T. Nishioka、Y. Yamamoto、Y. Ebisu、T. Ozaki、S. Hosokawa、T. Matsushita、H. Tajiri
    • Journal Title

      Surf. Interface Anal.

      Volume: 51 Pages: 51-55

    • DOI

      10.1002/sia.6544

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] In-plane positional correlations among dopants in 10H type long period stacking ordered Mg75Zn10Y15 alloy studied by X-ray fluorescence holography2018

    • Author(s)
      T. Nishioka、Y. Yamamoto、K. Kimura、K. Hagihara、H. Izuno、N. Happo、S. Hosokawa、E. Abe、M. Suzuki、T. Matsushita、K. Hayashi
    • Journal Title

      Materialia

      Volume: 3 Pages: 256-259

    • DOI

      10.1016/j.mtla.2018.09.002

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 蛍光X 線ホログラフィーによる3次元原子イメージ研究の進展2018

    • Author(s)
      細川 伸也、林 好一、木村 耕治、八方 直久、松下 智裕
    • Journal Title

      表面と真空

      Volume: 61 Pages: 784-789

    • DOI

      10.1380/vss.61.784

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Application of X-ray fluorescence holography to the analysis of the interior and surface of an yttrium oxide thin film2018

    • Author(s)
      J. R. Stellhorn、S. Hosokawa、N. Happo、H. Tajiri、T. Matsushita、K. Kaminaga、T. Fukumura、T. Hasegawa、K. Kimura、K. Hayashi
    • Journal Title

      Surf. Interface Anal.

      Volume: 51 Pages: 70-73

    • DOI

      10.1002/sia.6550

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Local Structure of FeSe0.4Te0.6 by Low‐Temperature X‐Ray Fluorescence Holography2018

    • Author(s)
      J. R. Stellhorn、Y. Ideguchi、K. Kimura、K. Hayashi、N. Happo、M. Suzuki、H. Okazaki、A. Yamashita、Y. Takano、S. Hosokawa
    • Journal Title

      Phys. Status Solidi B

      Volume: 255 Pages: 1800093-1-5

    • DOI

      10.1002/pssb.201800093

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Heteroepitaxial barium-doped NaTaO3 films on SrTiO3(001) substrate2018

    • Author(s)
      T. Fujiwara、L. An、Y. Park、N. Happo、K. Hayashi、H. Onishi
    • Journal Title

      Thin Solid Films

      Volume: 658 Pages: 66-72

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2018.05.009

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct Imaging of Valence-Sensitive X-Ray Fluorescence Holograms of Fe3O42018

    • Author(s)
      A. K. R. Ang、T. Matsushita、Y. Hashimoto、N. Happo、Y. Yamamoto、M. Mizugushi、A. Sato-Tomita、N. Shibayama、Y. C. Sasaki、K. Kimura、M. Taguchi、H. Daimon、K. Hayashi
    • Journal Title

      Phys. Status Solidi B

      Volume: 255 Pages: 1800100-1-5

    • DOI

      10.1002/pssb.201800100

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pressure-induced superconductivity in AgxBi2-xSe32018

    • Author(s)
      T. He、X. Yang、T. Terao、T. Uchiyama、T. Ueno、K. Kobayashi、J. Akimitsu、T. Miyazaki、T. Nishioka、K. Kimura、K. Hayashi、N. Happo、H. Yamaoka、H. Ishii、Y. -F. Liao、H. Ota、H. Goto、Y. Kubozono
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 97 Pages: 104503-1-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.97.104503

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 蛍光X線ホログラムからの原子像再生の並列化2018

    • Author(s)
      窪田昌史,松下智裕,八方直久
    • Journal Title

      情処研報

      Volume: Vol.2018-MPS-118,No.36 Pages: 1-6

  • [Journal Article] 蛍光X 線ホログラムからの3次元原子像再生のGPU実装2018

    • Author(s)
      原智裕,窪田昌史,松下智裕,八方直久,弘中哲夫
    • Journal Title

      信学技報

      Volume: Vol.118,No.165,CPSY2018-25 Pages: 187-192

  • [Presentation] 光電子ホログラフィーの高精度シミュレーション2019

    • Author(s)
      松下智裕、室隆桂之、横谷尚睦
    • Organizer
      第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] 14th International Conference on Electronic Spectroscopy and Structure (ICESS-14)2019

    • Author(s)
      Tomohiro Matsushita、Takayuki Muro、Toyohiko Kinoshita、Fumihiko Matsui、Hiroshi Daimon、Naohisa Happo、Shinya Hosokakawa、Kenji Ohoyama、Kazuo Tsutsui、Takayoshi Yokoya、Kouichi Hayashii
    • Organizer
      Three-dimensional atomic imaging of dopants using atomic resolution holography
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Atomic resolution holography2019

    • Author(s)
      Tomohniro Matsushita
    • Organizer
      The first international workshop on Momentum Microscopy & Spectroscopy for Materials Science
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 像再生班の研究成果2019

    • Author(s)
      松下智裕、八方直久、窪田昌史
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
  • [Presentation] Analysis software for photoelectron holography and x-ray fluorescence holography2019

    • Author(s)
      Tomohiro Matsushita、Naohisa Happo、 Atsushi Kubota、Kazuo Tsutsui、Takayuki Muro、Koichi Hayashi
    • Organizer
      Symposium on 3D Active-site Science in London
  • [Presentation] 蛍光 X 線ホログラフィーによる YbInCu4価数揺動物質の価数選択的 3 次元局所構造の研究2019

    • Author(s)
      細川伸也、八方直久、林好一、木村耕治、Jens R. Stellhorn、佐藤仁、平岡耕一
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
  • [Presentation] 蛍光X線ホログラフィーによるマルチフェロイック物質Pb(Fe1/2Nb1/2)O3のPb位置シフト解析2019

    • Author(s)
      木村耕治、横地恒平、近藤陸弥、漆原大典、尾原幸治、八方直久、浅香透、松下智裕、岩田真、林好一
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
  • [Presentation] J-PARCでの白色中性子ホログラフィーによる軽元素局所構造研究―最近の成果と今後の計画―2019

    • Author(s)
      大山研司、杉本和哉、福本陽平、上地昇一、金澤雄輝、山本隆文、林 好一、八方直久、原田正英、及川健一、稲村泰弘、林 慶、齋藤 亘、宮﨑 讓
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
  • [Presentation] 5年間の蛍光X線・中性子線ホログラフィー実験装置の整備2019

    • Author(s)
      八方直久、窪田昌史、松下智裕
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
  • [Presentation] シアン結合型ミオグロビンの活性サイト可視化2019

    • Author(s)
      佐藤文菜、柴山修哉、八方直久、松下智裕、朴三用、木村耕治、林好一、佐々木裕次
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
  • [Presentation] 準安定相ε-Ga2O3の誘電特性と結晶構造2019

    • Author(s)
      岡 大地、遊佐 昴、木村 耕治、Artoni Kevin R. Ang、八方 直久、林 好一、福村 知昭
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
  • [Presentation] 二次元検出器を用いた蛍光X線ホログラフィーによるZnO(001)及びGaN(001)単結晶の原子再生精度の評価2019

    • Author(s)
      岩間 司、平岡 将、八方直久、松下智裕、木下豊彦、林 好一、下村 勝
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
  • [Presentation] 中性子用ホログラムシミュレーションソフトの開発とBドープ6H-SiCの局所構造解析2019

    • Author(s)
      福本陽平、上地昇一、金沢雄輝、後藤雅司、大山研司、林好一、八方直久、波田拓馬、原田正英、及川健一、稲村泰弘、M. Lederer、P. Wellmann
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第9回成果発表会
  • [Presentation] 蛍光X線ホログラフィーによるYbInCu4価数揺動物質の価数選択性局所原子配列の研究2019

    • Author(s)
      細川伸也、八方直久、松下智裕、他7名
    • Organizer
      第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] 原子形状因子の異常を用いた蛍光X線ホロク゛ラフィーによるMnを添加したBi2Se3トホ゜ロシ゛カル物質近接元素種の同定2019

    • Author(s)
      細川伸也、八方直久、松下智裕、他4名
    • Organizer
      第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] 蛍光X線ホロク゛ラフィーによるマルチフェロイック物質 Pb(Fe1/2Nb1/2)O3の局所構造解析2019

    • Author(s)
      木村耕治、八方直久、松下智裕、他7名
    • Organizer
      第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] 種々のX線発光実験を用いたCaCu3Ti4O12 の電子構造及ひ゛局所構造の研究2019

    • Author(s)
      手塚泰久、八方直久、他9名
    • Organizer
      第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] 蛍光 X 線ホロク゛ラフィーによるチタン酸シ゛ルコン酸鉛のBサイト原子の構造評価2019

    • Author(s)
      林好一、八方直久、他7名
    • Organizer
      第32回放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [Presentation] 2018年度前半の像再生班の研究成果2018

    • Author(s)
      松下智裕、八方直久、窪田昌史
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
  • [Presentation] 原子分解能ホログラフィーによる半導体ドーパント構造の観測2018

    • Author(s)
      松下智裕
    • Organizer
      第12回物性科学領域横断研究会
  • [Presentation] Analysis Tools for Atomic Resolution Holography2018

    • Author(s)
      Tomohiro Matsushita、Naohisa Happo、Kouichi Hayashi
    • Organizer
      International Workshop on Trends in Advanced Spectroscopy in Materials Science (TASPEC)
  • [Presentation] 蛍光X線 ホログラフィーを用いたトポロジカル絶縁体Bi2Te3にドープされたMnの局所構造解析2018

    • Author(s)
      細川伸也、Jens R. Stellhorn、松下智裕、八方直久、林好一
    • Organizer
      第12回物性科学領域横断研究会
  • [Presentation] Temperature dependent local atomic structures in the traditional Fe65Ni35 Invar alloy by x-ray fluorescence holography2018

    • Author(s)
      S. Hosokawa、J. R. Stellhorn、N. Happo、K. Hayashi、T. Matsushita、K. Yubuta
    • Organizer
      International Symposium on Advanced Materials Having Multi-Degrees-of-Freedom
  • [Presentation] 人工光合成光触媒モデルにドーピングした金属イオンの3D構造解析2018

    • Author(s)
      笹原亮、八方直久、他4名
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
  • [Presentation] 電気磁気効果を示すPb(Fe1/2Nb1/2)O3の蛍光X線ホログラフィーによる局所構造解析2018

    • Author(s)
      木村耕治、八方直久、松下智裕、他3名
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
  • [Presentation] 極低温( 7K )蛍光X線ホログラフィー実験装置の整備2018

    • Author(s)
      八方直久、窪田昌史、松下智裕、他4名
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
  • [Presentation] 白色中性子ホログラフィーによる熱電材料BドープMg2Siの研究2018

    • Author(s)
      杉本和哉、八方直久、他12名
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
  • [Presentation] 中性子用ホログラムシミュレーョンソフトの開発とBドープ6H-SiCの局所構造解析2018

    • Author(s)
      福本陽平、八方直久、他10名
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
  • [Presentation] 白色中性子ホログラフィーにおける適用範囲の拡大2018

    • Author(s)
      上地昇一、八方直久、他11名
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
  • [Presentation] 粉末中性子ホログラフィーの開発2018

    • Author(s)
      金澤雄輝、八方直久、他12名
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
  • [Presentation] ミオグロビン活性サイトの原子分解能イメージング2018

    • Author(s)
      佐藤文菜、八方直久、松下智裕、他5名
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
  • [Presentation] 蛍光X線ホログラフィーによるAl0.3CrFeCoNi高エントロピー合金中NiならびにCo近傍の局所構造解析2018

    • Author(s)
      仁木惇平、八方直久、他8名
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
  • [Presentation] Al0.3CrFeCoNi高エントロピー合金の局所構造ならびにビッカース硬度に及ぼす室温時効の影響2018

    • Author(s)
      塩田諒介、八方直久、他8名
    • Organizer
      新学術領域「3D活性サイト科学」第8回成果発表会
  • [Presentation] 蛍光X線ホログラフィーによるAサイト秩序型ペロブスカイトCaCu3Ti4O12の局所構造研究2018

    • Author(s)
      手塚泰久、八方直久、他7名
    • Organizer
      日本物理学会2018年秋季大会
  • [Presentation] Elemental identification of neighboring atoms by x-ray fluorescence holography using an anomalous atomic form factor2018

    • Author(s)
      S. Hosokawa、J. R. Stellhorn、T. Matsushita、K. Kimura、K. Hayash、N. Happo、H. Ishii
    • Organizer
      The 14th Biennial Conference on High-Resolution X-Ray Diffraction and Imaging
  • [Presentation] Local atomic arrangement near Nb and V in aged β-Ti alloys2018

    • Author(s)
      T. Yamamoto、Y. Ebisu、K. Kimura、K. Hayashi、N. Happo、S. Hosokawa、H. Tajiri、T. Ozaki
    • Organizer
      International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials - Processing
  • [Presentation] Local atomic arrangement near a Ni atom in an FCC Al-Cr-Fe-Co-Ni high entropy alloy2018

    • Author(s)
      R. Shioda、T. Yamamoto、Y. Ebisu、K. Kimura、K. Hayashi、N. Happo、S. Hosokawa、H. Tajiri、T. Ozaki
    • Organizer
      International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials
  • [Presentation] Local structure near a Ni atom in a rapidly quenched Al0.3CrFeCoNi high entropy alloy2018

    • Author(s)
      T. Yamamoto、R. Shioda、J. Niki、Y. Ebisu、K. Kimura、K. Hayashi、N. Happo、S. Hosokawa、T. Hiroo、T. Ozaki
    • Organizer
      The 25th International Symposium on Metastable - Amorphous and Nanostructured Materials (ISMANAM2018)
  • [Presentation] Acceleration of 3D Atomic Image Reconstruction from X-ray Fluorescence Holograms Using GPU2018

    • Author(s)
      Tomohiro Hara、Atsushi Kubota、Tomohiro Matsushita、Naohisa Happo、Tetsuo Hironaka
    • Organizer
      SC18
  • [Presentation] 蛍光X線ホログラムからの3次元原子像再生のGPUの単精度浮動小数点演算を用いた高速化2018

    • Author(s)
      原智裕、窪田昌史、松下智裕、八方直久、弘中哲夫
    • Organizer
      平成30年(第69回)電気・情報関連学会中国支部連合大会
  • [Remarks] 3D活性サイト科学

    • URL

      http://www.3d-activesite.jp/

URL: 

Published: 2019-12-27  

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