2018 Fiscal Year Research-status Report
軟Ⅹ線発光における誘導放出抑制現象を利用した超高分解能顕微鏡の開発
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17K19021
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
江島 丈雄 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (80261478)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
東口 武史 宇都宮大学, 工学部, 教授 (80336289)
若山 俊隆 埼玉医科大学, 保健医療学部, 教授 (90438862)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | シンチレーター / 誘導発光抑制現象 / 全発光収量 / 軟X線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
軟X線励起したシンチレーターにおいて誘導光を照射することによって誘導放出抑制（STED）現象を起こすことが期待される。STED現象を起こすシンチレーターを検出面に用いることで、従来のⅩ線検出器の解像度に比べて二桁高い解像度を持つ検出器が期待できる。本研究では、この目的実現のために(A)SX-STED顕微法に最適なシンチレーターの探索とそのDepletion比の評価、(B)アクロマティック波長板を用いたアジマス偏光素子の開発と評価、(C)計画A、Bに基づく超高分解能SX-STED顕微鏡の開発・評価、の３つの課題に分けて研究を実行した。
３０年度は、引き続きシンチレーターの全発光収量スペクトルを測定し発光強度の強いシンチレーターの探索を行い、更に励起波長を固定して発光スペクトルの測定を行いSTED現象を観測するのに最適な波長の探索を行った。その結果、発光収量強度が硬Ⅹ線領域とは異なること、解析の結果、得られた全発光収量スペクトルは母材での軟X線励起による光電子とそれに伴う２次電子の生成効率で良く説明できることを見出した。
次にシンチレーターにおけるSTED現象の確認を行うために、波長可変レーザーを光源としてベクトル偏光を生成し、紫外光を照射して発光したシンチレーターに対してベクトル偏光光を照射し、シンチレーター上で誘導放出を起こすことを確認した。さらにベクトル光の波長を変え、STED現象の波長依存性の測定を行った。確認を行い、波長に依るSTED現象の違いを探索した。最適な波長の探索を行った。シンチレーターにおいて紫外線励起によるSTED現象が確認できたことからⅩ線領域においてもSTED現象を起こすことが期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、研究を目標を(A)SX-STED顕微法に最適なシンチレーターの探索とそのDepletion比の評価、(B)アクロマティック波長板を用いたアジマス偏光素子の開発と評価、(C)計画A、Bに基づく超高分解能SX-STED顕微鏡の開発・評価、の３つの課題に分けて実行しているが、現時点で、課題（A)と（B)については計画通りほぼ終了した。ただし、（A)のシンチレーターのDepletion比の測定に関しては実験時間的な問題により網羅的に行うことが不可能なことが判明したため、一部の高発光強度を示すシンチレーターについてのみ実験を行った。（B)については、本研究用に新たに考案したベクトル偏光光学系についての論文を現在、執筆中である。(C)については可視顕微鏡にベクトル光学系を組み込み、紫外線励起によるSTED現象の確認とスポット形状の確認が終了した。今後は軟X線励起によるSTED現象の確認と、軟X線励起によるスポット径の抑制が可能かどうかを確認する。
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| Strategy for Future Research Activity |
シンチレーターにおいてSTED現象が高効率で確認されるためには、シンチレーターは、①高い発光強度を示すこと、②可視領域において複数の発光線を示すこと、③十分に長い発光寿命を持つこと、の3つが満足される必要がある。昨年度の実験結果から、①と②の確認が終了し、③については各シンチレーターの持つ値が知られているため、STED現象を示す確率の高いシンチレーターが明らかになった。さらにこの結果からSTED現象を起こす確率の高いシンチレーターとしてCe:LSOを選び紫外線励起においてSTED現象の確認を行ったところ、ほぼ期待通りの測定結果を得ることができた。
今後、紫外線励起に替わり、軟X線励起によるSTED現象の確認を行う。方針としては、Photon Factory BL11D 光学評価ラインにおいて、紫外線励起でSTED現象の確認に用いたシステムを改良して設置し、軟X線励起によるSTED現象の確認を行う。実験は、ビームラインの下流側に、自作の装置を持ち込み設置する。軟X線の光軸、可視顕微鏡の光軸、ベクトル偏光光学系の光軸の３つの光軸が一致することを確認した後、軟X線励起による各シンチレーターでのSTED現象の測定を行う。
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| Causes of Carryover |
30年度後半の実験では、シンチレーターの励起光源として、STED現象の確認に用いた紫外線光源に替えて、放射光光源を用いてSTED現象の有無の確認を行う予定であった。また予定していたビームラインに合わせて実験装置の準備も行っていた。しかし施設側の理由により使用予定ビームラインの使用許可が下りなかったため、実験を令和元年度に繰り越さざるを得なかった。このため補助金の使用計画に齟齬が生じた。
令和元年度の実験計画の方針は、当初予定していたビームラインを変更して、軟X線励起によるSTED現象の有無の確認実験を行う。実験は、Photon Factory BL11D 光学評価ラインにおいて、ビームラインに常設の反射率計を撤去し紫外線励起に用いたシステムを利用して計測装置を構築する。光軸確認等の作業を行った後、軟X線励起によるSTED現象の確認を行う。30年度に齟齬が生じた金額については、試用ビームラインがBL13AからBL11Dに変更されたことに伴い、光軸の高さと取り回しが大きく変更されたため、その変更に伴う追加光学素子の購入等に用いる。
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Research Products
(12 results)
