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スペクトロスコピックX線回折イメージングの開発と化学・磁気イメージングへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 17J01673
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 量子ビーム科学
研究機関大阪大学

研究代表者

広瀬 真  大阪大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2019年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2017年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワードコヒーレントX線回折イメージング / X線タイコグラフィ / コヒーレントX線光学 / 全変動正則化 / X線吸収分光 / X線コンピュータ断層撮影 / 自動車触媒 / 広域X線吸収微細構造 / Advanced Kirkpatrick-Baez mirror / 教師なし学習 / 位相回復 / X線吸収分光法 / 固体触媒 / 酸素吸蔵放出材料
研究実績の概要

最終年度は磁場印可システムを開発し,スペクトロスコピックコヒーレントX線回折イメージング(CXDI:Coherent X-ray Diffractive Imaging)をその場磁気ナノイメージングへ展開することを計画していたが,このためにはCXDIの測定スループットを向上することが必要不可欠であることが判明した.そこで本年度は部分コヒーレント光源である放射光の利用効率を高めるため,入射X線を空間的に多重化し,測定試料上の異なる領域を同時に照明するマルチビームCXDIを実現することを研究目的とした.マルチビームCXDIは前例のない手法であり,測定光学系の構想・開発に加えて位相回復法も考案する必要があった.
マルチビームX線を生成するため,多重スリットと全反射ミラーを用いた照明光学系を開発した.多重スリットのスリット幅を空間コヒーレンス長以下とし,スリット間隔を空間コヒーレンス以上に設定することにより,互いに干渉しない複数のコヒーレントX線を生成でき,放射光源の利用効率を高められる.そして多重スリット下流に全反射ミラーを配置し,焦点面に複数の集光X線を供給する光学系を構築した.位相回復では複数の波動場複素振幅と試料複素透過関数を再生できるアルゴリズムを考案した.さらに計算精度の向上を図るため,試料構造の平滑性を先験情報に使う全変動正則化を取り入れた.
実証実験はSPring-8 BL29XULにおいて行った.本光学系を導入して3つの集光X線を試料面に供給し,入射強度が従来光学系と比較して約3倍に増加されていることを確認した.試料からの回折強度パターンを計測し,開発した全変動正則化位相回復アルゴリズムを適用することにより,試料像と入射波動場を同時に再構成した.再構成された試料像の測定視野は約2倍に拡大されており,マルチビームCXDIによる高測定スループット化に成功した.

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 8件、 招待講演 1件) 備考 (2件) 学会・シンポジウム開催 (3件)

  • [雑誌論文] Multibeam ptychography with synchrotron hard X-rays2020

    • 著者名/発表者名
      Hirose Makoto、Higashino Takaya、Ishiguro Nozomu、Takahashi Yukio
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 28 号: 2 ページ: 1216-1216

    • DOI

      10.1364/oe.378083

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Nanoscale determination of interatomic distance by ptychography-EXAFS method using advanced Kirkpatrick?Baez mirror focusing optics2020

    • 著者名/発表者名
      Hirose Makoto、Shimomura Kei、Higashino Takaya、Ishiguro Nozomu、Takahashi Yukio
    • 雑誌名

      Journal of Synchrotron Radiation

      巻: 27 号: 2 ページ: 455-461

    • DOI

      10.1107/s1600577519017004

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Oxygen-Diffusion-Driven Oxidation Behavior and Tracking Areas Visualized by X-ray Spectro-Ptychography with Unsupervised Learning2019

    • 著者名/発表者名
      M. Hirose, N. Ishiguro, K. Shimomura, D. N. Nguyen, H. Matsui, H. C. Dam, M. Tada, Y. Takahashi
    • 雑誌名

      Coommunication Chemistry

      巻: 2 号: 1 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1038/s42004-019-0147-y

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multislice Imaging of integrated circuits by X-ray ptychography2018

    • 著者名/発表者名
      K. Shimomura, M. Hirose, T. Higashino, Y. Takahashi
    • 雑誌名

      Microscopy and Microanalysis

      巻: 24 ページ: 26-27

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nanoscale Chemical Imaging of Three-Way Catalyst Pt/Ce2Zr2Ox Particles by Ptychographic-XAFS2018

    • 著者名/発表者名
      M. Hirose, N. Ishiguro, K. Shimomura, H. Matsui, M. Tada, Y. Takahashi
    • 雑誌名

      Microscopy and Microanalysis

      巻: 24 ページ: 12-13

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Three-dimensional iterative multislice reconstruction for ptychographic X-ray computed tomography2018

    • 著者名/発表者名
      Kei Shimomura, Makoto Hirose, Takaya Higashino, Yukio Takahashi
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 26 号: 24 ページ: 31199-31208

    • DOI

      10.1364/oe.26.031199

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Visualization of Heterogeneous Oxygen Storage Behavior in Platinum-Supported Cerium-Zirconium Oxide Three-Way Catalyst particles by Hard X-ray Spectro-Ptychography2018

    • 著者名/発表者名
      Makoto Hirose, Nozomu Ishiguro, Kei Shimomura, Nicolas Burdet, Hirosuke Matsui, Mizuki Tada, Yukio Takahashi
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 130 号: 6 ページ: 1490-1495

    • DOI

      10.1002/ange.201710798

    • NAID

      120006473548

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multislice imaging of integrated circuits by precession X-ray ptychography2018

    • 著者名/発表者名
      Kei Shimomura, Makoto Hirose, Yukio Takahashi
    • 雑誌名

      Acta Crystallographica Section A

      巻: 74 号: 1 ページ: 66-70

    • DOI

      10.1107/s205327331701525x

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Use of Kramers-Kronig relation in phase retrieval calculation in X-ray spectro-ptychography2017

    • 著者名/発表者名
      Makoto Hirose, Kei Shimomura,Nicolas Burdet, Yukio Takahashi
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 25 号: 8 ページ: 8593-8603

    • DOI

      10.1364/oe.25.008593

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] マルチビームX線タイコグラフィによる広視野ナノイメージング2020

    • 著者名/発表者名
      広瀬真,東野嵩也,石黒志,高橋幸生
    • 学会等名
      第33回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Development and application of hard X-ray spectro-ptychography2019

    • 著者名/発表者名
      M. Hirose, T. Higashino, N. Ishiguro, and Y. Takahashi
    • 学会等名
      The 15th Symposium of Japanese Research Community on X-ray Imaging Optics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] タイコグラフィ EXAFS によるナノスケール結合長決定2019

    • 著者名/発表者名
      広瀬真、下村啓、東野嵩也、高橋幸生
    • 学会等名
      第32回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Development and application of hard X-ray spectro-ptychography using Kirkpatrick-Baez mirrors2018

    • 著者名/発表者名
      M. Hirose, N. Ishiguro, K. Shimomura, H. Matsui, M. Tada, Y. Takahashi
    • 学会等名
      SRI2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Three-dimensional chemical imaging of oxygen storage and release particles by hard X-ray spectro-ptychography2018

    • 著者名/発表者名
      M. Hirose, N. Ishiguro, K. Shimomura, H. Matsui, M. Tada, Y. Takahashi
    • 学会等名
      Coherence2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nanoscale Chemical Imaging of Three-Way Catalyst Pt/Ce2Zr2Ox Particles by Ptychographic-XAFS2018

    • 著者名/発表者名
      M. Hirose, N. Ishiguro, K. Shimomura, H. Matsui, M. Tada, Y. Takahashi
    • 学会等名
      XRM2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] タイコグラフィXAFSによる三元触媒Pt/Ce2Zr2Ox粒子の酸化状態ナノイメージング2018

    • 著者名/発表者名
      広瀬真、石黒志、下村啓、松井公佑、唯美津木、高橋幸生
    • 学会等名
      第21回XAFS討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 硬X線スペクトロタイコグラフィによる酸素吸蔵・放出材料の三次元価数識別イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      広瀬真
    • 学会等名
      JSR2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Multiple defocused CXDIを利用した三次元イメージング法の実現可能性の検討2018

    • 著者名/発表者名
      広瀬真
    • 学会等名
      JSR2018
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Nanoscale Chemical Imaging of Oxygen Storage and Release Particles by Hard X-ray Spectro-Ptychography2017

    • 著者名/発表者名
      Makoto Hirose
    • 学会等名
      NENCS2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Use of Kramers-Kronig Relation in Hard X-ray SPectro-Ptychography2017

    • 著者名/発表者名
      Makoto Hirose
    • 学会等名
      ICO-24
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High-resolution chemical imaging using hard X-ray spectro-ptychography2017

    • 著者名/発表者名
      Makoto Hirose
    • 学会等名
      SPIE2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Multiple defocused coherent diffraction imaging: method for reconstructing objects and X-ray free-electron lasers2017

    • 著者名/発表者名
      Makoto Hirose
    • 学会等名
      XOPT2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 3次元放射光ナノイメージングとデータ科学の融合

    • URL

      https://www.riken.jp/press/2019/20190426_2/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] マルチビームX線タイコグラフィを実証

    • URL

      https://www.riken.jp/press/2020/20200114_1/index.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] SRI20182018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Coherence20182018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] XRM20182018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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