Practical design of the Inverse-Phase Composite Zone Plate for achieving better performance than diffraction limit

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K12630
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: University of Hyogo
• Principal Investigator: Kagoshima Yasushi 兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (10224370)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: Ｘ線顕微鏡 / 放射光 / Ｘ線光学 / Ｘ線トモグラフィ

Outline of Final Research Achievements

Visualization of three-dimensional structures by X-ray microscopic CT (computer tomography) is essential for operando microscopic nondestructive observation of real materials, especially for industry. Since CT microscopy requires the sample size to be kept within the depth of focus D, an X-ray lens with a deep D is an important development element. The principal investigator has proposed a novel X-ray lens, which we named inverse phase composite zone plate, that can extend D while minimizing the degradation of resolution R. In this study, we searched for a practical design value and simulated its performance, and found a design value that can approximately double D while suppressing R degradation by 7% for 8-12 keV X-rays.

Free Research Field

放射光X線光学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高輝度放射光が広く利用されるようになり、ゾーンプレートや全反射ミラーなどのX線光学素子の進歩も相俟って、100 nm以下の空間分解能が比較的容易に得られるようになり、実材料の顕微構造分析へのニーズが高まってきている。物理学の基本原理として、より小さい空間分解能を得ようとすると焦点深度はより浅くなる。空間分解能を損なわずに焦点深度を大きくできないことは、厚い試料を高い空間分解能で観察することが原理的に困難であることを意味しており、試料の厚さを制限することになるため実材料分析への適用を妨げてしまう。本研究は特にX線顕微トモグラフィによる非破壊３次元構造解析の実用性の向上に資するものである。