Research on data acquisition and 3D atomic image reconstruction algorithm

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: 3D Active-Site Science
• Project/Area Number: 26105013
• 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: Japan Synchrotron Radiation Research Institute
• Principal Investigator: Matsushita Tomohiro 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)
• Research Collaborator: NAKADA Kengo
• Project Period (FY): 2014-07-10 – 2019-03-31
• Keywords: 物性実験 / X線 / 理論 / 原子配列 / ドーパント

Outline of Final Research Achievements

In order to treat the atomic resolution hologram and to reconstruct the 3D atomic image of "3D active site", we carried out research with four subjects. [Issue 1] "Construction of common 3D analysis platform". “3D-AIR-IMAGE" for reconstructing 3D atomic image of active site was developed. [Issue 2] "Development of high precision, low noise measurement system". A measurement system of atomic resolution hologram which works on "3D-AIR-IMAGE" was developed. [Issue 3] "High resolution reconstruction of 4D space". The research to speed up the calculation for image reconstruction of a large amount of the hologram was carried out. We achieved 4,200 times faster. [Issue 4] "Hologram data processing" The background processing
for the atomic resolution hologram and so on are developed. These developed softwares and systems were provided to other research group and many active sites were elucidated.

Free Research Field

物性II

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

物質に機能を発現させる為に微量の元素(ドーパント)を添加することは普遍的に行われている技術であり、科学技術の根幹である。このドーパント周囲の原子構造によって物質の機能が大きく変化する。機能発現機構を解明するには、この「３Ｄ活性サイト」の原子構造解析が必須であり、原子分解能ホログラフィーが３Ｄ構造の観測に最適である。本研究によって1枚のホログラムから鮮明な原子像を数十～数百個再生できる3D原子像の新計算法SPEA-L1を提唱し、より高精度で高速計算ができるようにした。様々なデータ処理をソフトウエア3D-AIR-IMAGEに集約し、多くの研究者が3D活性サイトの機能解明をできるようにした。